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Integration der Handlungsanweisungen Spannungsrisskorrosion und Koppelfugen in die Nachrechnungsrichtlinie

BASt-Bericht B 186

Konrad Zilch, Matthias Kriechbaum, Zilch + Müller Ingenieure GmbH, München
Reinhard Maurer, Jens Heinrich, Lehrstuhl Betonbau, Technische Universität Dortmund
Hermann Weiher, Katrin Runtemund, matrics engineering GmbH, München
151 Seiten
Erscheinungsjahr: 2023
Projektnummer: 15.0652
Preis: 0,00 €

Dieser Bericht steht ausschließlich kostenfrei im elektronischen BASt-Archiv ELBA zur Verfügung.

Veränderungen der bestehenden Normen aufgrund des technischen Fortschritts und gewünschter Vereinheitlichung in Europa sind für den Neubau problemlos anwendbar. Für Bauwerke im Bestand führen solche Veränderungen aber häufig auf rechnerische Unzulänglichkeiten. Für die Bewertung der Zukunftsfähigkeit bestehender älterer Straßenbrücken ist eine Nachrechnung nach einheitlichen und den modernen Erkenntnissen angepassten Regeln eine wesentliche Voraussetzung. Daher wurde vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) im Jahre 2011 die „Richtlinie zur Nachrechnung von Straßenbrücken im Bestand“ bekannt gegeben. Dieses Dokument wurde im Jahr 2015 ergänzt. Für zwei spezielle schon länger bekannte Problemstellungen älterer Spannbetonbrücken waren zuvor bereits Handlungsanweisungen eingeführt worden, nämlich „Handlungsanweisung zur Beurteilung der Dauerhaftigkeit vorgespannter Bewehrung von älteren Spannbetonüberbauten“ zur Beurteilung der Koppelfugen im Jahre 1998 und „Handlungsanweisung zur Überprüfung und Beurteilung von älteren Brückenbauwerken, die mit vergütetem spannungsrisskorrosionsgefährdetem Spannstahl erstellt wurden“ im Jahre 2011. Auf diese Dokumente wird in der Nachrechnungsrichtlinie verwiesen. Ziel des Projektes ist nun, die vorgenannten Handlungsanweisungen in eine Neufassung der Nachrechnungsrichtlinie zu integrieren und damit ein einheitliches Nachweis- und Sicherheitskonzept für eine geschlossene Bewertung bestehender Bauwerke zu schaffen. Dabei soll auf die aktuellen Normen verwiesen und die Bezeichnungen sowie Symbole formal an die heutigen Notationen angepasst werden.

Zunächst sind hierzu die aktuellen Einwirkungsmodelle (statische Verkehrslasten, Ermüdungslasten und Temperatur) nach heutigem Wissensstand zusammengestellt und mit den älteren Regelungen verglichen und kommentiert.

Für den Themenbereich „Spannungsrisskorrosionsgefährdung“ wird der Stand des Wissens dargelegt. Dabei wird auf die Bedeutung des Ankündigungsverhaltens durch Rissbildung hingewiesen und auch auf weitere pragmatische Ansätze in der Literatur verwiesen. Die Handlungsanweisung wird formal an die heutigen Notationen angepasst und textlich verbessert. Für eine ingenieurmäßige Bewertung wird die Einführung eines Mindestwertes für die verbleibende Restspannstahlfläche diskutiert und ein Vorschlag zur Einführung entsprechender Überlegungen sowohl für die Nachweise in Längs- als auch Querrichtung der Brückenüberbauten in die Nachrechnungsrichtlinie erarbeitet. Einige Möglichkeiten des Einsatzes von Messtechnik werden dargelegt. Anschließend werden an einigen Beispielen Vergleichsrechnungen für die Brückenlängsrichtung als auch für die Brückenquerrichtung durchgeführt und bewertet.

Für den Themenbereich „Ermüdung vorgespannter Bewehrung“ (Koppelfugen) wird ebenfalls die Ausgangslage und der Stand des Wissens zusammengestellt. Es wird deutlich gezeigt, dass nicht nur die ermüdungswirksamen, vertikalen Verkehrseinwirkungen, sondern auch das Grundmoment, welches neben Eigengewicht und Vorspannung auch die Auswirkung eines Temperaturgradienten zwischen der Ober- und Unterseite der Brücke enthält, einen wesentlichen Einfluss auf die ermüdungswirksamen Spannungen hat. Für die Nachweisstrategie mit dem Ermüdungslastmodell 3 des Eurocodes und schädigungsäquivalenter Schwingbreite wird ein Ansatz zur genaueren Berücksichtigung des Temperaturgradienten entwickelt. Anhand von Beispielrechnungen werden die Parameter identifiziert und alle in den Berechnungen zu berücksichtigenden Einflüssen bewertet. Die Beispiele zeigen, dass trotz unterschiedlichster Einwirkungs- und Sicherheitsformate vergleichbare Ergebnisse erhalten werden. Ein Abschnitt über den Einsatz von Messtechnik, insbesondere zur genaueren Festlegung des Grundmomentes, ergänzt die Betrachtungen. Zwei Praxisbeispiele werden ausführlich besprochen.

Die Erkenntnisse werden in Vorschlägen zur möglichen Modifizierung der Nachrechnungsrichtlinie zu diesem Bereich zusammengefasst und anschließend in einer ausführlichen Berechnung eines Beispiels noch einmal erläutert und die verschiedenen Einflüsse bewertet.

Integration of the instructions stress corrosion cracking and coupling joints into the recalculation guideline

Changes to existing standards due to technical progress and desired standardisation in Europe are easily applicable to new construction. For existing structures, however, such changes often lead to inadequacies in the structural verifications. For the evaluation of the future viability of existing older road bridges, a recalculation according to uniform rules adapted to modern knowledge is an essential prerequisite. For this reason, the Federal Ministry of Transport and Digital Infrastructure (BMVI) published the Guideline for the recalculation of existing road bridges (Richtlinie zur Nachrechnung von Straßenbrücken im Bestand) in 2011. This document was supplemented in 2015. For two specific problems of older prestressed concrete bridges that had been known for a long time, instructions had already been introduced before, namely Instructions for the assessment of the durability of prestressed reinforcement of older prestressed concrete superstructures (Handlungsanweisung zur Beurteilung der Dauerhaftigkeit vorgespannter Bewehrung von älteren Spannbetonüberbauten) for the assessment of coupling joints in 1998 and Instructions for the inspection and assessment of older bridge structures built with quenched and tempered prestressing steel susceptible to stress corrosion cracking (Handlungsanweisung zur Überprüfung und Beurteilung von älteren Brückenbauwerken, die mit vergütetem spannungsrisskorrosionsgefährdetem Spannstahl erstellt wurden) in 2011. These documents are referred to in the recalculation guideline. The aim of the project is now to integrate the afore mentioned instructions into a new version of the recalculation guideline and thus to create a uniform verification and safety concept for a coherent assessment of existing structures. In doing so, reference is to be made to the current codes and terms as well as symbols are to be formally adapted to today‘s notations.

First of all, the current action models (static traffic loads, fatigue loads and temperature) are compiled here according to today‘s state of knowledge and compared and commented on with the older regulations.

For the subject area „stress corrosion cracking“, the current state of knowledge is presented. Reference is made to the significance of the prior-warning due to cracking and reference is also made to further pragmatic approaches in the literature. The instruction is formally adapted to today‘s notations and textually improved. For an engineering evaluation, the introduction of a minimum value for the remaining prestressed steel area is discussed and a proposal for introducing corresponding considerations into the recalculation guideline for verifications in both longitudinal and transverse direction of the superstructure is elaborated. Some possibilities for the use of measurement techniques are presented. Subsequently, comparative calculations for the longitudinal direction of the bridge as well as for the transverse direction are carried out and evaluated on the basis of several examples.

For the topic „fatigue of prestressed reinforcement“ (coupling joints), the initial situation and the state of knowledge are also compiled. It is clearly shown that not only the fatigue inducing vertical traffic actions but also the base moment, which in addition to self-weight and prestressing also includes the effect of a temperature gradient between the top and bottom of the bridge, has a significant influence on the fatigue stresses. For the verification strategy with the fatigue load model 3 of the Eurocode and equivalent constant amplitude stress range, an approach for a more accurate consideration of the temperature gradient is developed. Example calculations are used to identify the parameters and evaluate all the influences to be considered in the calculations. The examples show that comparable results are obtained despite a wide variety of influences and safety formats. A section on the use of measurement technology, in particular for more precise determination of the base moment, supplements the considerations. Two practical examples are discussed in detail.

The findings are summarised for possible modifications of the recalculation guideline for this area and then explained again in a detailed calculation of an example and the various influences are evaluated.

  • Kontakt

    Bundesanstalt für Straßenwesen
    Brüderstraße 53
    51427 Bergisch Gladbach
    Info-Service
    Telefon: 02204 43-9101
    Fax: 02204 43-2550
    info@bast.de

  • Zu beziehen über

    Carl Ed. Schünemann KG
    Zweite Schlachtpforte 7
    28195 Bremen
    Telefon: 0421 36903-53
    Fax: 0421 36903-48
    buchverlag@schuenemann-verlag.de
    www.schuenemann-verlag.de

  • Berichte zum Download

    Die Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen stehen ab dem Jahrgang 2003 zum Teil als kostenfreier Download im elektronischen BASt-Archiv ELBA zur Verfügung.