Brückenbau mittels Vorschubrüstung und dem Einsatz von Segmenten aus hohlkastenförmigen Halbfertigteilen

Abstract

While construction with semi-finished parts out of reinforced concrete is already widely used in building construction, this type of construction is currently playing a negligible role in bridge construction. In this thesis, a bridge construction method is presented, which is using semi-finished concrete segments. This kind of bridge construction is developed as part of a multi-year project at the institute for structural engineering of Vienna University of Technology.Relocating time-intensive work to the weather independent precast plant, the high degree of standardization due to the series production of repeating components, the very low usage of formwork on the construction site, a simple erection concept and a dead weight reduction of up to 75% of the final bridge structure during construction are only some of the many advantages that come with construction of semi-finished parts.The present thesis is divided into three parts. The first section provides a brief overview of the prefabricated construction method and describes the use of thin-walled prefabricated concrete parts in bridge construction. The concept of a prototype for a thin-walled bridge segment is presented afterwards. The description starts with the production in the precast plant, through transportation to the construction site till the assembly of the segments on the construction site. Furthermore, the construction process and all sequences for completion of the semi-finished bridge girder are explained.In the second part of this work the prototype gets designed and calculated in transversal direction of the box girder. In addition to the regular areas of the panels the steel connections and their conception are discussed. The third part contains the design of the bridge in the longitudinal direction. It starts with the design in the final state. The analysis during the construction process includes the characteristic of construction by launching gantry and reflects to the concept of concreting, which are presented in the first section of this work. Moreover, a concept of prestressing during construction and in the final state are shown.The launching gantry is only loaded with the weight of the thin-walled segments. After activating the bondless prestressing, the thin-walled bridge superstructure already carries both, its own weight and the following concreting loads. The launching gantry can be moved to the next field after activation of the initial prestress. The shear force load bearing-capacity of the these thin-walled box girder walls represents the decisive evidence of load bearing-capacity during the construction process. Also, the sequences of concreting must be conformed to the maximal shear force.The construction of multi-span bridges using thin-walled box segments represents an innovative alternative to existing construction methods. In the final state this construction method offers the same benefits as a monolithic cast in situ bridge and shows many advantages in the construction process.

Während das Bauen mit Stahlbeton-Halbfertigteilen im Hochbau bereits breite Anwendung findet, spielt diese Bauweise im Brückenbau eine derzeit noch zu vernachlässigende Rolle. Im Zuge dieser Arbeit wird eine Brückenbauweise mittels Betonhalbfertigteilen vorgestellt, die im Rahmen eines mehrjährigen Forschungsprojekts am Institut für Tragkonstruktionen – Forschungsbereich für Stahlbeton und Massivbau erarbeitet wird. Das Verlagern von zeitintensiven Arbeiten in das witterungsunabhängige Betonfertigteilwerk, der hohe Standardisierungsgrad durch die Serienfertigung wiederholender Bauteile, der sehr geringe Schalungsaufwand auf der Baustelle, ein simples Montagekonzept sowie das um bis zu 75% reduzierte Eigengewichtes des Brückentragwerkes während des Bauzustandes, sind nur einige der wesentlichen Vorteile, die das Bauen mittels Halbfertigteilen mit sich bringt.Die vorliegende Arbeit gliedert sich im Wesentlichen in drei Teile. Im ersten Abschnitt wird ein kurzer Überblick über die Fertigteilbauweise im Bauwesen gegeben und der Einsatz von dünnwandigen Fertigteilen im Brückenbau beschrieben. In der Folge wird die Konzeption eines Prototyps für ein dünnwandiges Brückensegment vorgestellt. Dabei wird dieser Prototyp von der Herstellung im Fertigteilwerk, über den Transport zur und die Montage auf der Baustelle, bis hin zu einem konkreten Bauverfahren im Baufeld inklusive Betonierreihenfolge beschrieben.Im zweiten Teil dieser Arbeit wird dieser Prototyp in Hohlkastenquerrichtung bemessen. Neben den Regelbereichen der Plattenelemente, wird auch auf die stahlbaumässigen Eckverbindungen und deren Konzeption eingegangen. Der dritte Teil dreht sich um die Bemessung in Brückenlängsrichtung. Begonnen wird dabei mit der Bemessung im Endzustand. Die Segmentbauweise mittels Vorschubrüstung bildet dabei die Grundlage für die Nachweise im Bauzustand. Das bereits im ersten Teil dieser Arbeit vorgestellte Bauverfahren mittels Vorschubrüstung und die Betonierreihenfolge für den zu ergänzenden Ortbeton spiegeln sich im Bemessungskonzept wieder. Darüber hinaus wird ein Vorspannkonzept für die stufenweise Vorspannung während der Bauzustände und im Endzustand erarbeitet. Die Vorschubrüstung wird nur mit dem Gewicht der dünnwandigen Segmente belastet. Nach dem Aktivieren der verbundlosen Vorspannung trägt der dünnwandige Brückenoberbau bereits sowohl sein Eigengewicht also auch die folgenden Betonierlasten selbst. Die Vorschubrüstung kann nach dem Aufbringen der Vorspannung in das nächste Feld vorgeschoben werden. Die Querkrafttragfähigkeit dieser dünnwandigen Hohlkastenwände stellt den entscheidenden Tragfähigkeitsnachweis während der Bauzustände dar und darauf muss die Betonierreihenfolge abgestimmt werden. Der Bau von mehrfeldrigen Brücken mittels dünnwandigen Brückensegmenten stellt eine innovative Alternative zu bestehenden Brückenbauverfahren dar. Im Endzustand weist diese Bauweise die Vorteile einer monolithischen Ortbetonbrücke auf und verspricht für die Ausführung viele baupraktische Vorteile.