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https://nap.nationalacademies.org/catalog/27432/critical-issues-in-transportation-for-2024-and-beyond

Ermuedungsuntersuchungen an Verbundtraegern mit Verbundduebelleisten und nachgiebiger Verbundfuge mittels Stabwerkmodellen

Fatigue investigations on composite beams with composite dowels and flexible composite joint using framework models

Die Anwendung von Verbundduebelleisten setzt sich wegen ihrer guten Trag- und Verformungseigenschaften im Verbundbau als Alternative zu Kopfbolzenduebeln immer staerker durch. Neben einer hohen Tragfaehigkeit zeichnet sich die Verbundduebelleiste durch eine grosse Verbundmittelsteifigkeit, eine gute Verformbarkeit und ein guenstiges Ermuedungsverhalten aus. Es gibt jedoch noch ungenutzte wirtschaftliche Potenziale hinsichtlich der Wechselwirkungen zwischen Stahl- und Betonermuedung, die in einem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefoerderten Forschungsvorhaben erschlossen werden sollten. Wendet man zur Berechnung FE-Programme an, so sind diese aufgrund der hohen Lastwechselzahlen und Beruecksichtigung der zunehmenden Schaedigungen in der Verbundfuge zeitlich sehr aufwendig und erfordern Programmlaufzeiten ueber mehrere Stunden. Als alternatives Berechnungsverfahren wird die Berechnung mit einem Stabwerkmodell vorgestellt, das innerhalb von Sekunden gute Ergebnisse liefert. Der Grundgedanke bei dem Verfahren ist, dass der Verbundtraeger auf ein Stabwerkmodell mit nichtlinearen Federn reduziert werden kann. Dazu diskretisiert man Betongurt und Stahltraeger abschnittsweise als Staebe. Im Abstand der Duebel sind beide Stabreihen mit starren Koppelstaeben verbunden. Die bei der Diskretisierung gewonnenen Ergebnisse ueberfuehrt man zur Berechnung in eine Stabsteifigkeitsmatrix. Um die Schaedigungen der Verbundfuge zu beruecksichtigen, koennen auch nichtlineare Federn modelliert werden. Die Berechnung erfolgt mit dem allgemeinen Weggroessenverfahren anhand eines Gleichungssystems, welches sich aus dem Kraeftegleichgewicht jedes Knotens herleiten laesst. Validiert wurde das Programm anhand eines fiktiven Verbundtraegers, bei dem es sich um einen statisch bestimmt gelagerten Einfeldtraeger mit einer Stuetzweite von 380 Zentimetern handelt. Die Validierung erfolgt in mehreren Schritten mit zunehmender Komplexitaet. Das vorgestellte Stabwerkmodell ist in der Lage, Umlagerungen der Duebelkraefte aufgrund von Schaedigungen in der Verbundfuge abzubilden. Die genaue Betrachtung aller Umverteilungen im Verbundtraeger soll langfristig in ein wirtschaftlich guenstiges Konzept muenden, das die Auswirkungen der Schaedigungen bewertet und auf sinnvolle Ausmasse beschraenkt, statt sie wie bisher auszuschliessen. ABSTRACT IN ENGLISH: In addition to headed studs, composite dowels, which are approved by the German technical approval, are increasingly being used in composite bridge construction. The current fatigue concept prevents fatigue damage to steel and concrete. With regard to the positive fatigue characteristics of composite dowels in clothoid form, the consideration of fatigue damage of individual composite dowels, which leads to a redistribution of the dowel forces towards less stressed composite dowels in the composite beam, holds great economic potentials. The fatigue analysis of composite beams with finite element programs is difficult due to the high number of cycles, since the computing capacity of a single load simulation is enormous. Therefore, this article introduces and validates a nonlinear spring framework model that can reproduce the FE calculation results in a fraction of a second. With this model it is possible to simulate a great number of load changes, to take into account rearrangement effects and to create the basis for the derivation of a more economical fatigue concept. (A)

Language

  • German

Media Info

  • Media Type: Print
  • Features: Figures; References;
  • Pagination: pp 429-37
  • Serial:
    • Bauingenieur
    • Volume: 93
    • Issue Number: 11
    • Publisher: Springer-VDI-Verlag GmbH
    • ISSN: 0005-6650

Subject/Index Terms

Filing Info

  • Accession Number: 01690911
  • Record Type: Publication
  • Source Agency: Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
  • Files: ITRD
  • Created Date: Jan 17 2019 9:30AM