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Querkrafttragfähigkeit von Fahrbahnplatten
BASt-Bericht B 93
Josef Hegger, Karin Reißen, Lehrstuhl und Institut für Massicbau, RWTH Aachen
93 Seiten
Erscheinungsjahr: 2013
Preis: 17,50 €
Bestellung eines gedruckten Exemplars beim Carl Schünemann Verlag GmbH
Die Anforderungen an Brückenbauwerke haben sich in den vergangenen Jahren infolge der steigenden Verkehrszahlen deutlich erhöht. Gleichzeitig hat sich mit der Umstellung der Normen der rechnerische Querkraftwiderstand von Bauteilen ohne Querkraftbewehrung verringert. Daher lässt sich für Brückenbauwerke im Bestand mit Fahrbahnplatten ohne Querkraftbewehrung nach derzeitigen technischen Regeln oft nicht eine ausreichende Querkrafttragfähigkeit nachweisen. Allerdings sind die berechneten Tragfähigkeiten aufgrund einer Unterschätzung der mitwirkenden Plattenbreite konservativ. Der derzeit gültige Ansatz zur Berechnung der Querkrafttragfähigkeit ohne Querkraftbewehrung nach DIN Fachbericht 102 (2009) wurde anhand einer Querkraftdatenbank kalibriert, die hauptsächlich aus Versuchen an Balken besteht. Bislang wurden nur wenige Versuche zur Querkrafttragfähigkeit von Platten unter punktförmiger Belastung durchgeführt.
Im vorliegenden von der Bundesanstalt für Straßenwesen geförderten und am Institut für Massivbau der RWTH Aachen durchgeführten Forschungsvorhaben wurde durch experimentelle und theoretische Untersuchungen das Querkrafttragverhalten von Platten genauer analysiert. Die experimentellen Untersuchungen bestanden aus insgesamt 17 Bauteilversuchen in zwei Versuchsserien. In der ersten Versuchsserie wurde die Fragestellung der sich einstellenden Lastverteilungsbreite bei Platten ohne Querkraftbewehrung im Zustand II untersucht. Hierzu wurde durch Variation der Plattenbreite (0,5 m bis 3,5 m) an Einfeldsystemen gezielt der Übergang von der Balkentragwirkung zur Plattentragwirkung analysiert. Anschließend wurde der Einfluss der Schubschlankheit (2,9 bis 5,4) auf das Querkrafttragverhalten überprüft. In der zweiten Versuchsserie wurde an Kragarmen von zweistegigen Plattenbalken der Einfluss der Vouten sowie des Momenten-Querkraftverhältnisses untersucht.
Aufbauend auf den Versuchen der ersten Versuchsserie wurden nichtlineare finite Elemente Berechnungen zur Untersuchung weiterer Einflüsse (zum Beispiel Betonfestigkeit, Längs- und Querbewehrungsgrad, Druckbewehrung, Plattendicke, Stützweite) durchgeführt. Auf Grundlage der durchgeführten theoretischen und experimentellen Untersuchungen wurden abschließend die bestehenden Bemessungsansätze modifiziert und anhand von Versuchen aus der Literatur überprüft.
Shear-bearing capacity of road slabs
The increasing traffic loads in the last decades as well as changes in design rules may lead to deficits in calculated shear capacity for existing bridges. Nevertheless, due to an underestimation of the effective slab width according to the current design methods the actual bearing capacity is higher than calculated. Most of the present design rules for the shear-bearing capacity of members without shear reinforcement were developed based on empirical evaluations of shear databases consisting of shear tests on beams or panels respectively. So far, only few tests on the shear-bearing capacity of slabs under concentrated loads have been performed.
For the above reasons, a research project with an extensive testing programme funded by the Federal Highway Research Institute of Germany (BASt) was carried out at the Institute of Structural Concrete at RWTH Aachen University. Altogether, 17 tests were performed in two series. Within the first test series, the effective width contributing to the shear resistance was investigated by tests on beams respectively slabs under concentrated loads with different widths (0.5 m to 3.5 m) and different shear-span-to-depth ratios (2.9 to 5.4). By four tests on cantilever slabs of two double-webbed T-beams, the influence of the shear component of an inclined compression force due to bending was investigated in the second test series.
Based on the tests of the first test series, nonlinear numerical simulations were carried out. Within parametric studies on the shear capacity of slabs without shear reinforcement under concentrated loads, further influences (exempli gratia concrete strength, longitudinal and transverse reinforcement ratio, reinforcement in compression zone, slab height and span) were investigated. Finally, the results of the experimental and numerical investigations were considered to modify the current design methods.