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

Querkraftermittlung in Fahrbahnplatten von Stahl- und Spannbetonbruecken

Calculation of shear forces in deck slabs of concrete bridges

Die Nachrechnung der Fahrbahnplatten von Stahl- oder Spannbetonbruecken im Bestand zeigt oftmals Defizite bei der Querkrafttragfaehigkeit. Der Grund fuer die verminderte Querkrafttragfaehigkeit beruht im Wesentlichen auf den gegenueber frueheren Regelwerksgenerationen deutlich hoeheren Radlasten. Eine Instandsetzung durch zusaetzliche Querkraftbewehrung oder andere Massnahmen bei festgestellten rechnerischen Defiziten ist kaum moeglich. Vor diesem Hintergrund werden verschiedene realitaetsnahe Bemessungsverfahren behandelt, deren Anwendung dazu fuehren kann, dass rechnerisch keine Querkraftbewehrung erforderlich wird. Eingegangen wird auf vier verschiedene Verfahren: Mitwirkende Plattenbreite nach Heft 240 des Deutschen Ausschusses fuer Stahlbeton (DAfStb), Ausbreitung der Radlasten unter 45 Grad vom Zentrum der Lastflaeche aus, Diagramme von Rombach fuer den Feldbereich und linear-elastische Finite-Element-Berechnungen. Die Verfahren werden diskutiert und miteinander verglichen. Ergaenzend zu den theoretischen Untersuchungen wurden Versuchsreihen an Stahlbetonplatten unter Blocklasten naeher analysiert. Die Ergebnisse zeigen insgesamt, dass mittels des Ansatzes aus Heft 240 eine realitaetsnahe Berechnung der Schnittgroessen nicht erreicht werden kann. Die Berechnungen mit Lastausbreitung unter 45 Grad liefern bei auflagernahen Laststellungen auf der sicheren Seite liegende Schnittgroessen. Steht die Radlast allerdings am aeusseren Plattenrand, so ergeben sich zu geringe Querkrafte. Dieser vereinfachte Ansatz sollte daher nur fuer Stellungen der Radlasten nahe des Auflagers angewendet werden. Aus Parameterstudien mit den Diagrammen von Rombach und Velasco ergibt sich eine Gleichung zur Bestimmung der effektiven mitwirkenden Plattenbreite in Abhaengigkeit von der Plattenhoehe und dem Lastabstand. Es konnte gezeigt werden, dass eine elastische FE-Berechnung mit einem dreidimensionalen Schalenmodell die guenstigsten, auf der sicheren Seite liegenden Schnittgroessen liefert und deshalb bei der Nachrechnung der Fahrbahnplatten von Bruecken den anderen Verfahren vorzuziehen ist. Wegen des bei der Anwendung vorhandenen grossen Aufwands sollten FE-Berechnungen allerdings nur erfolgen, wenn die Querkrafttragfaehigkeit mit den einfacheren Methoden nicht nachgewiesen werden kann. Fuer die Anwendung der FE-Berechnung bei der Schnittgroessenermittlung werden verschiedene Hinweise gegeben, die sich auf Elementierung, Modellierung, massgebende Laststellungen, Ausgabe der Schnittgroessen und die Bemessung beziehen. Die Anwendung der dargestellten Vorgehensweise zur Ermittlung der Schnittgroessen wird anhand des konkreten Beispiels einer Fahrbahnplatte eines einzelligen Hohlkastens erlaeutert. Der massgebende Schnitt fuer die Querkraftbemessung von Fahrbahnplatten in Querrichtung liegt im Allgemeinen am Anschnitt der Kragplatte. ABSTRACT IN ENGLISH: Many existing concrete bridges show a deficit in the shear capacity of the deck slab. Retrofitting is very expensive. Besides new design models for slabs under concentrated loads, an accurate estimation of the relevant shear forces may help to verify the load bearing capacity of existing structures. Finite element analysis based on a linear elastic material behavior is an appropriate method for this purpose. Important issues related to the FE modeling of a hollow box girder bridge as a 3D shell structure and the application of simplified hand calculations are explained in detail. The proposed FE model and the definition of the relevant design section are validated based on the evaluation of experimental results on real slabs under concentrated loads. Known simple manual approaches for the calculation of inner forces are compared with the proposed method. The general approach for the estimation of shear forces in deck slabs is illustrated on a real hollow box girder bridge. (A)

Language

  • German

Media Info

  • Media Type: Print
  • Features: Figures; References; Tables;
  • Pagination: pp 521-30
  • Serial:
    • Bauingenieur
    • Volume: 89
    • Issue Number: 12
    • Publisher: Springer-VDI-Verlag GmbH
    • ISSN: 0005-6650

Subject/Index Terms

Filing Info

  • Accession Number: 01559908
  • Record Type: Publication
  • Source Agency: Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
  • Files: ITRD
  • Created Date: Apr 7 2015 11:37AM