Nachrechnung der Querkrafttragfähigkeit alter Spannbetontragwerke am Beispiel der Brücke über die Wangauer Ache

Abstract

In den letzten Jahrzehnten kam es aufgrund des massiv gestiegenen Verkehrsaufkommens und der Erhöhung von zulässigen KFZ-Lasten zu Erhöhungen der normativ anzusetzenden Verkehrslasten. Aber auch die Berechnung des Tragwiderstandes änderte sich im Laufe der Zeit. Muss nun ein solches Tragwerk gemäß der aktuellen normativen Situation neu beurteilt werden, kommt es häufig zu Defiziten in der Querkrafttragfähigkeit. Am Institut für Tragkonstruktionen Betonbau wurde zum Zwecke einer genaueren und realistischeren Beurteilung der Querkrafttragfähigkeit von Spannbetonbrücken ein zonenbasiertes Nachweisverfahren entwickelt. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wird dieses Nachweismodell zur Nachrechnung der bestehenden Brücke über die Wangauer Ache angewendet. Zu Beginn dieser Arbeit werden der Ablauf einer Nachrechnung von Brücken sowie die derzeitig anzuwendenden normativ festgelegten Berechnungsmethoden erklärt. Danach wird das von P. Huber am Institut für Tragkonstruktionen Betonbau entwickelte zonenbasierte Nachweismodell und das weiterentwickelte Ingenieurmodell für Mehrfeldbrücken vorgestellt. In weiterer Folge wird die Querkrafttragfähigkeit der Brücke einerseits gemäß der gültigen Nachrechnungsrichtlinie ONR 24008 nach Eurocode 2 und fib Model Code 2010 und anderseits nach dem Nachweiskonzept nach P. Huber berechnet. Die Berechnungen zeigen, dass die Querkrafttragfähigkeit der Hauptträger sowohl bei einer Berechnung nach Eurocode als auch nach fib Model Code 2010 bei weitem nicht ausreichen, um einen positiven Nachweis führen zu können. Das zonenbasierte Nachweisverfahren erlaubt es einerseits die zu erwartende Rissbildung zu berücksichtigen und andererseits zusätzliche Traganteile zu berücksichtigen, was eine realistischere Nachweisführung ermöglicht. Dies führt dazu, dass die Ausnutzungsgrade in Bezug auf Querkraft stark reduziert werden und ein positiver Querkraftnachweis in nahezu allen Bereichen geführt werden kann. Weiters stellte sich im Zuge der Nachrechnung heraus, dass es auch bei der Nachweisführung der Querkrafttragfähigkeit der Stahlbetonfahrbahnplatte zu Problemen kommt. Eine wissenschaftliche Untersuchung der Querkrafttragfähigkeit von solchen Platten ist derzeit ebenfalls ein mögliches Forschungsfeld. Die Anwendung des zonenbasierten Nachweisverfahrens bietet den Ingenieuren eine sehr gute Möglichkeit der realistischen Erfassung der Querkrafttragfähigkeit. Da es viele bestehende Spannbetonbrücken mit ähnlichen Problemen gibt, ist das Potential dieser Nachweismethode enorm. Durch Anwendung des Konzeptes wird es in Zukunft in vielen Fällen möglich sein, auf teure Querkraftverstärkungen verzichten zu können.

Due to the massive increase in traffic volume and in permissible vehicle loads over the recent decades, increases in normatively applied traffic loads have occurred. Furthermore, the calculation of the resistance changed over time. If such a structure has to be recalculated according to the current normative situation, deficits in the shear capacity often occur. At the Institute of Structural Engineering (Department for Structural Concrete, Vienna University of Technology), a zone-based detection method was developed for the purpose of a more accurate and realistic assessment of the shear strength of prestressed concrete bridges. In the context of this diploma thesis this model is used to recalculate the existing bridge over the Wangauer Ache. At the beginning of this thesis, the procedure of a recalculation of bridges as well as the currently applicable normative calculation methods are explained. Thereafter the zone-based model developed by P. Huber at the Institute of Structural Engineering and the further developed engineering model for multi-field bridges will be presented. Subsequently, the shear capacity of the bridge is calculated considering the valid calculation guideline ONR 24008 according to Eurocode 2 and fib Model Code 2010 and afterwards considering the verification concept according to P. Huber. The calculations show that the shear capacity of the main girders is by far not sufficient for either a Eurocode or a fib Model Code 2010 calculation to give a positive proof. The zone-based detection method allows on the one hand to take account of the expected crack formation and on the other hand to take account of additional bearing components, which allows a more realistic verification. As a result, the utilization rates with regard to a lateral force are greatly reduced and a positive transverse force detection can be performed in almost all areas. Furthermore, it was found in the course of the recalculation that there are problems in the verification of the transverse force carrying capacity of the reinforced concrete carriageway slab. A scientific study of the shear capacity of such plates is also currently a possible field of research. The application of the zone-based detection method offers the engineers a very good possibility of realizing the shear capacity. Since there are many existing prestressed concrete bridges with similar problems, the potential of this detection method is enormous. By applying the concept, it will be possible in many cases in the future to be able to dispense with expensive shear reinforcements.