Untersuchung und Weiterentwicklung der Verkehrslastmodelle für Straßenbrücken anhand von Bauwerksmessungen

Berichte des Instituts für Massivbau der Universität Hannover, Band 7
Jan Peter Liebig
Hrsg.: Leibniz Universität Hannover, Institut für Massivbau; Steffen Marx
2011, 195 S., zahlr. farb. Abb., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag
ISBN 978-3-8167-8634-4

Inhalt

Das ständig steigende Güterverkehrsaufkommen auf deutschen Fernstraßen macht die Frage immer dringlicher, inwieweit die Belastungen der Brückenbauwerke durch den Schwerverkehr mit den jetzt gültigen Normlastansätzen noch zutreffend zu beschreiben sind. Gleichzeitig werden neue Fahrzeugkonzepte diskutiert und in Pilotprojekten geprüft. Dabei erhöht man versuchsweise die zulässigen Gesamtgewichte und verändert die Fahrzeuggeometrie. Gemeinsames Ziel solcher Projekte ist es, die wachsende Gütermenge effizient transportieren zu können.
Die vorliegende Arbeit stellt ein Messsystem am Kastentragwerk einer Autobahnbrücke vor. Mit dieser Versuchseinrichtung werden Beanspruchungen erfasst, durch welche sich die derzeitigen Verkehrseinwirkungen beschreiben lassen. Die Messsignale der 90 Sensoren des Messsystems, die in einer Dauermessung über den Zeitraum eines Jahres aufgezeichnet wurden, werden in eigenständigen Programmen als Erweiterung zur Messsoftware aufbereitet und ausgewertet. Nach der Installation musste das Messsystem kalibriert werden. Dabei fuhren drei verschiedene Lastkraftwagen mit zuvor bestimmten Achslasten nach einem vorbereiteten Ablauf-Programm mehrmals über die Brücke.
Die Ergebnisse der Kalibrierung erlauben es, die an der Brücke unter laufendem Verkehr gemessenen Beanspruchungen den zugehörigen Einwirkungen zuordnen zu können. Der Kalibriervorgang ist durch ingenieur-geodätische Messungen ergänzt und erweitert worden. Mit der Berücksichtigung der Kalibrier- Daten ist ein Finite-Elemente-Modell erstellt worden, das die Beanspruchungen des Tragwerks realitätsnah beschreiben kann. Dieses Modell schafft die Möglichkeit dafür, die Untersuchungen auch auf Stellen der Brücke auszudehnen, die messtechnisch nicht erreicht werden können. Gleichzeitig lassen sich auch Veränderungen in den Verkehrseinwirkungen untersuchen.
Die Ergebnisse der Messdatenauswertung und der auf diese Weise erweiterten numerischen Berechnungen werden den derzeit gültigen Lastmodellen gegenübergestellt. Bei der Untersuchung des Lastmodells für die Tragfähigkeit wurden Stellen des Kastenträgers identifiziert, an denen Extremwerte der Beanspruchungen durch den aktuellen Verkehr die Grenzwerte des Lastmodells überschreiten. Außerdem kann die Zunahme der Beanspruchung für den Fall nachgewiesen werden, dass Fahrzeuge von größerem Gesamtgewicht die Brücke benutzen sollten. Bei den Untersuchungen zur Ermüdung wird deutlich, dass durch zunehmende Gesamtlasten im Schwerverkehr insbesondere die globalen Beanspruchungen ansteigen.

Verfügbare Formate

Inhaltsverzeichnis

Abkürzungen und Symbole

1 Einführung

1.1 Motivation

1.2 Aufgabenstellung und Zielsetzung

2 Kenntnisstand zur Entwicklung von Verkehrslastmodellen für Straßenbrücken

2.1 Stand der Kenntnisse nach dem Schrifttum

2.2 Angewandte Messtechniken zur Erfassung der Beanspruchungen von Brückentragwerken

2.3 Beanspruchung von Straßenbrücken durch die Verkehrseinwirkungen

2.4 Berücksichtigung neuer Fahrzeugkonzepte

2.5 Abbildung des Verkehrs in Verkehrslastmodellen

3 Verkehrslastmodelle in Normung und Schrifttum

3.1 Normlastmodelle nach DIN 1072, EC1 und DIN Fachbericht 101

3.2 Ansätze zur Überarbeitung der Normlastmodelle

4 Messungen am Tragwerk einer Autobahnbrücke

4.1 Messsystem für die Untersuchung einer Autobahnbrücke

4.1.1 Bauwerksbeschreibung

4.1.2 Messsystem

4.1.3 Messtechnische Ausrüstung der betrachteten Querschnitte

4.1.4 Messwerterfassung

4.2 Kalibrierung des Messsystems

4.2.1 Kalibrierfahrzeuge

4.2.2 Kalibrierprogramm

4.2.3 Ergebnisse ausgewählter Kalibrierfahrten

1.1.3 Schlussfolgerungen für die Auswertung der Messdaten

4.3 Ergänzende Untersuchungen am Brückentragwerk auf Basis geodätischer Messverfahren

4.3.1 Durchgeführte Messungen

4.3.2 Darstellung der Ergebnisse ausgewählter Messungen

5 Abbildung des Tragwerküberbaus und der Fahrbahnübergangskonstruktion in Finite-Elemente-Modellen

5.1 FEM-Modell des Tragwerküberbaus

5.1.1 Geometrie des Überbaus

5.1.2 Kalibrierung des FEM-Modells

5.1.3 Auswertung der ergänzenden Messungen mit geodätischer Messtechnik zur Kalibrierung des FEM-Modells

5.1.4 Messdaten und Ergebnisse der vergleichenden FEM-Rechnung in Gegenüberstellung

5.1.5 Berechnung normierter Kenngrößen für Messdatenauswertung und numerische Analyse am Tragwerk

5.2 FEM-Modell der Fahrbahnübergangskonstruktion

5.2.1 Geometrie der Fahrbahnübergangskonstruktion

5.2.2 Kalibrierung des FEM-Modells

5.2.3 Messdaten und Ergebnisse der vergleichenden FEM-Rechnung in Gegenüberstellung

5.2.4 Berechnung normierter Kenngrößen für die Messdatenauswertung

6 Ermittlung der Verkehrseinwirkungen auf Basis der Messungen am Brückentragwerk

6.1 Strategien

6.2 Entwicklung von Algorithmen für Teilprogramme zur Auswertung der Messdaten

6.2.1 Auswertung der Verkehrszusammensetzung und des Verkehrsaufkommens

6.2.2 Bestimmung dynamischer Fahrzeuglasten

6.2.3 Bestimmung statischer Fahrzeuglasten

6.3 Ergebnisse der Messdatenauswertung

6.3.1 Fahrzeugerkennung

6.3.2 Verkehrsaufkommen und Verkehrszusammensetzung

6.3.3 Auswertung der statischen Fahrzeuglasten

6.3.4 Auswertung der dynamischen Fahrzeuglasten

6.3.5 Vergleich der statischen mit den dynamischen Fahrzeuglasten

6.3.6 Identifizierung von Sondertransporten

7 Vergleichende FEM-Analyse des Brückentragwerks

7.1 Ziele der numerischen Analyse

7.2 Darstellung der Auswertungspunkte

7.3 Auswertung von Extremwerten für die Tragfähigkeitsuntersuchungen

7.4 Auswertung der Beträge von Schwingbreiten für die Ermüdungsuntersuchungen

7.5 Abbildung des Verkehrs in numerischen Untersuchungen

7.6 Numerische Untersuchungen und Auswertung der Messsignale am Messquerschnitt 1 (Feld)

7.6.1 Auswertung der Messdaten

7.6.2 Auswertung der numerischen Rechnungen

7.7 Numerische Untersuchungen an Querschnitten des Modells, für die keine entsprechenden Messergebnisse am Brückentragwerk vorliegen

7.7.1 Berücksichtigung des aktuellen Verkehrsaufkommens

7.7.2 Berücksichtigung veränderter Verkehrszusammensetzung

7.8 Ergebnisse der numerischen Untersuchungen

8 Bewertung der Untersuchungsergebnisse in Bezug auf die Verkehrslastmodelle für Straßenbrücken

8.1 Verkehrslastmodell für Tragfähigkeitsuntersuchungen

8.2 Verkehrslastmodell für Ermüdungsuntersuchungen

8.3 Ergebnisse und Schlussfolgerungen im Hinblick auf die Weiterentwicklung der Lastmodelle

9 Zusammenfassung

10 Ausblick

Schrifttum

Publikationslisten zum Thema:
Brückentragwerk, Straßenbrücke, Beanspruchung, Lastannahme, Lastmodell, Messung, Bauwerksmessung, Tragwerk, Überbau, Übergangskonstruktion, Modellierung, Berechnung, Finite-Elemente-Methode, Autobahnbrücke, Versuch, Belastungsversuch, Probebelastung, Schwerverkehr,

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