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Verstärkung von Stahlbrücken mit Kategorie-2-Schäden
BASt-Bericht B 127
Ulrike Kuhlmann, Michael Hubmann, Institut für Konstruktion und Entwurf Stahl-, Holz- und Verbundbau Universität Stuttgart
147 Seiten
Erscheinungsjahr: 2016
Preis: 21,50 €
Bestellung eines gedruckten Exemplars beim Carl Schünemann Verlag GmbH
Dieser Bericht steht kostenfrei auch im elektronischen BASt-Archiv ELBA zur Verfügung.
Dieser Beitrag gibt einen Überblick über Instandsetzung und Verstärkung von Stahlbrücken mit Schäden im Bereich von Anschlüssen im Längssystem orthotroper Stahlbrücken, im speziellen bei Längssteifen aus Y-Profilen. Basierend auf Literatur und Recherche, unter anderem in Unterlagen über vorhandene Schäden an orthotropen Stahlfahrbahnen, wurden im Projekt Ermüdungsrisse, die an existierenden Stahlbrücken mit Y-Profilen beobachtet wurden, zusammengestellt und kategorisiert. Eine Reihe der im Rahmen des Projektes ausgewerteten Erfahrungsberichte zeigte, dass rein schweißtechnische Instandsetzungen auf Dauer nicht erfolgreich waren. Deshalb wurden für die detaillierten Untersuchungen nur Maßnahmen mit mechanischen Verbindungsmitteln vorgesehen. Die an Y-Profilen entwickelten Instandsetzungs- und Verstärkungsmaßnahmen wurden experimentell untersucht. Insgesamt wurden 20 Ermüdungsversuche an Bauteilen durchgeführt. Die originalen Prüfkörper wurden entsprechend den Fertigungsplänen bestehender Brücken hergestellt. Nach den Ermüdungsversuchen wurden die Prüfkörper repariert und unter den gleichen Randbedingungen erneut geschwungen.
Bei der ersten Versuchsreihe wurde eine Verstärkung mit Seitenwinkel und Lasche vorgesehen, bei denen die Winkel im geschlossenen Teil der Y-Profile mit Blindnieten befestigt waren. Die Blindnieten zeigten kein Versagen und erst bei deutlich höherer Schwingzahl als im Originalzustand ging zum Teil von der künstlichen Rissspitze ein neuer Riss aus. Bei der zweiten Versuchsreihe mit Stegverstärkung konnten nach der gleichen maximalen Schwingspielzahl, die im Originalzustand zu Rissen geführt hatte, keine Risse dokumentiert werden. In der dritten Versuchsreihe, die im Bereich des 1/2 I-Profils mit einer Zusatzlasche repariert worden war, weil dort der Riss und nicht im Fensterstoß aufgetreten war, ging nach Verstärkung mit Zusatzlasche bei geringerer Schwingzahl als im Originalzustand ein Riss vom künstlichen Ermüdungsriss beziehungsweise vom Bohrloch der angeschraubten Lasche aus.
Bei der Auswertung wurden mit Hilfe eines numerischen Modells die Ermüdungsversuche mit entsprechenden Kerbfällen des Eurocode verglichen, um die Wirksamkeit der Maßnahmen zu bewerten. Insgesamt konnte das Vorhaben mit diesen Ergebnissen erfolgreich beendet werden. In weiterführenden Untersuchungen sollten vor allem die versuchstechnischen Untersuchungen systematisch ergänzt werden.
Reinforcing steel bridges with category-2-damages
This contribution gives an overview over maintenance methods of orthotropic steel bridge decks, especially considering longitudinal Y-stiffeners. Based on literature study and research in, amongst others, documents of existing fatigue cracks at orthotropic steel bridge decks, fatigue cracks observed at existing bridges with Y-stiffeners were summarized and categorized. Within this research project a lot of evaluated reports proved that a pure maintenance with welding was not successful on a permanent basis. Therefore, only maintenance methods with mechanical fasteners were used for the detailed investigations. The maintenance methods for Y-stiffeners were investigated experimentally. A total of 20 large scale fatigue tests were realized. The original test specimens have been fabricated according to construction plans of existing bridges. After testing, these test specimens were repaired and tested again under the same loading condition.
In the first test series, reinforcement with side angles and straps was tested, whereby the angles were fixed to the closed Y-stiffeners by blind rivets. The blind rivets didn’t fail during the tests. The repaired test specimens only failed after a higher amount of applied load cycles than the original ones, with fatigue cracks partially starting from the artificial crack tip. The second test series with a reinforcement of the crossbeam web reached the same amount of load cycles than the original test series, without showing any fatigue cracks. The third test series was repaired with an additional strap at the 1/2 I-profile, since the butt weld of the 1/2 I-profile failed and not the welded splice joint of the side plates. This repaired test series reached less load cycles than the original test series, with fatigue cracks starting from the artificial crack tip and also from the drilled hole of the screwed strap. The evaluation based on a numerical model compared the fatigue tests with corresponding detail categories from Eurocode, in order to estimate the effectiveness of the maintenance methods. On the whole, the research project with its results could be finalized successfully. In continuative research projects especially the experimental investigations should be complemented systematically.