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Vorgespannter Carbonbeton im Brückenbau. Beitrag zum werkstoffgerechten Entwerfen und Bemessen

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[Quelle: http://d-nb.info]

Bewehrungen und Spannglieder aus Carbon (= CFK, kohlefaserverstärkter Kunststoff) eignen sich sehr gut für Betonbrücken, da sie nicht korrodieren, nicht ermüden, sehr zugfest und trotzdem leicht sind. Mit Carbonspanngliedern vorgespannte Carbonbetonbrücken werden seit über 30 Jahren gebaut, haben sich bisher aber noch nicht durchsetzen können. Neben dem hohen Materialpreis des Carbons liegt ein wesentlicher Grund in dem wenig werkstoffgerechten Umgang mit dem Material, wodurch sein Potential nicht voll ausgeschöpft wird. Althergebrachte Denkweisen aus dem Stahlspann- und Stahlbeton werden teilweise übernommen und nicht überprüft. Die vorliegende Arbeit zeigt daher Wege auf, wie mit vorgespanntem Carbonbeton im Brückenbau werkstoffgerecht entworfen und bemessen werden kann. Hierfür wird zunächst das bestehende Wissen mit dem Ziel aufbereitet, daraus Erkenntnisse für das werkstoffgerechte Entwerfen und Bemessen zu generieren. Im Zuge experimenteller Untersuchungen an Biegeträgern werden Begriffe wie Versagensankündigung, Duktilität und Robustheit in den Kontext eingeordnet. Anhand relevanter Literaturquellen werden die wesentlichen Bemessungsregeln für biegebeanspruchte Querschnitte diskutiert und deren Auswirkung auf die Bemessungsergebnisse (optimaler Vorspanngrad, Wirtschaftlichkeit) mithilfe einer Parameterstudie sichtbar gemacht. Anhand eigens entwickelter Beispielentwürfe werden Aussagen zum werkstoffgerechten Entwerfen hergeleitet. Eine zentrale Erkenntnis für die Bemessung ist der in der Arbeit begründete Wegfall des Dekompressionsnachweises. Die Vorspannung ist somit frei wählbar und sollte so hoch sein, dass durch sie je nach Vorspannart 50 bis 90 % der ständigen Lasten überdrückt werden. Es wird weiter festgestellt, dass im Unterschied zur Stahlvorspannung bei Carbon die Vorspannung ohne Verbund wirtschaftlicher ist als jene mit nachträglichem Verbund. Weiterhin wird die Eignung von Spanngliedern mit Carbonlamellen demonstriert, die aufgrund ihrer Form werkstoffgerecht über Umlenkung verankerbar sind und zudem effektiv unterhalb des Betonquerschnittes zur Maximierung des Hebelarms angeordnet werden können. Zugelemente aus Carbon sind teuer und sollten daher nur in Brückenbereichen eingesetzt werden, wo sie den größten Nutzen bringen. Die übrigen Bereiche können konventionell mit Stahl bewehrt werden. Solch eine Carbon(spann)beton-Stahlbeton-Verbundbauweise (CSV-Bauweise) führt zu wirtschaftlichen und nachhaltigen Brücken, da alle Materialien werkstoffgerecht eingesetzt werden, Investitionskosten somit moderat bleiben und durch die erhöhte Dauerhaftigkeit die Belastungen für Bauherren, Gesellschaft und Umwelt während der Nutzungszeit sinken. Die gewonnenen Erkenntnisse mündeten in der Herstellung der weltweit ersten, 20 m überspannenden CSV-Versuchsbrücke, mit der die Praktikabilität der neuen Bauweise gezeigt wurde. Die Ergebnisse der Arbeit sollen zur Erstellung von Bemessungsrichtlinien und -normen beitragen, Ideenansätze für entwerfende Ingenieure liefern und das Bewusstsein für einen werkstoffgerechten Umgang mit Carbonzugelementen in Betonbrücken erweitern.

Folgendes könnte Sie auch interessieren:

Bücher, Broschüren

Exklusiv Europabrücke
Pamphlet, Band plus
Auf Umwegen durch Zürich-Altstetten
2020, 130 S., über 300 farbige Abbildungen. 281 x 215 mm, Hardcover
gta Verlag

 

 

Der Zürcher Stadtteil Altstetten ist ein Mikrokosmos der Schweiz, ein städtebauliches Laboratorium, Ort der Gegensätze und Widersprüche. Davon zeugt auch die Europabrücke, dieses Monument vergangener Träume, das eine gewaltige Achse durch die eigentümliche Stadtlandschaft schlägt. Exklusiv Europabrücke - Auf Umwegen durch Zürich-Altstetten blickt über das kolossale Viadukt hinweg in die Ferne und kehrt ihm alsdann den Rücken zu, um die verborgenen Schätze des Quartiers zu Fuss zu erkunden. Die Achse Europabrücke - Luggwegstrasse, welche die Stadtteile Höngg und Altstetten in gerader Linie verbindet, gibt die Richtung wie auch Start- und Zielpunkt vor. Die Verkehrsachse bewusst meidend, handelt es sich bei den Spaziergängen um absichtliche Umwege. Die Publikation lädt zu elf Streifzügen durch Altstetten ein. Karten, analoge Fotografien und kurze Erläuterungen veranschaulichen den Verlauf der jeweiligen Route und die dabei entdeckten Besonderheiten des öffentlichen Raums. Ausführlichere Texte und ein Gespräch mit dem Schweizer Künstler San Keller - ein Kenner des Quartiers und Spaziergangsexperte - liefern zudem Hintergrundwissen zur Methodik der Streifzüge, zur Kulturgeschichte des Umwegs, zu Altstetten und zur Europabrücke.

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Historische Eisenbahnbrücken
2019, 136 S., 5 Tab. u. 78 Abb., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Bogenbrücken aus Mauerwerk und aus Stampfbeton, insbesondere als Eisenbahnbrücken, sind orts- und landschaftsprägende Ingenieurbauwerke, die häufig auch Denkmalwert besitzen. Aufgrund der sehr robusten Bauweise entsteht an diesen Bauwerken meist erst nach Jahrzehnten ein offensichtlicher Instandsetzungsbedarf. Dann jedoch zwingen Erosion und Verwitterung häufig zu akutem Handeln. Oft stellt sich die Frage, ob eine Brücke erhalten werden kann oder ein Abriss und Neubau notwendig werden. Erfolgreiche Sanierungsbeispiele zeigen, dass mit sorgfältigen Untersuchungen und geeigneten Maßnahmen der Erhalt dieser Bauwerke sehr oft möglich und wirtschaftlich sinnvoll ist. Im Tagungsband wurden die Beiträge aus der Fachtagung "Historische Eisenbahnbrücken" des Vereins "Erhalten historischer Bauwerke e.V." zusammengetragen. Darin werden den verantwortlichen Verwaltungsfachleuten als Bauherrenvertreter, Gutachtern, Planern und ausführenden Firmen praktische Bewertungs- und Entscheidungshilfen vorgestellt und Erhaltungskonzepte diskutiert.

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Jutta Briel, Udo Weißel, Doris Tillmann
Die Kieler Holstenbrücke
Die Geschichte eines innerstädtischen Areals im Spannungsfeld der Stadtgestaltung von den Anfängen bis heute
2019, 144 S., 5 SW-Abb., 132 Farbabb. 225 mm, Softcover
Ludwig, Kiel

 

 

Die Holstenbrücke, die die Kieler Altstadt und die Vorstadt verbindet, liegt als zentraler innerstädtischer Bereich seit Jahrhunderten im Fokus städtebaulicher Entwicklungen - hier kristallisieren sich die Prozesse der Urbanisierung. Im Spannungsfeld zwischen besonderen topografischen Gegebenheiten am Kleinen Kiel und den stadtplanerischen Anforderungen der wachsenden Großstadt kam es zu großen baulichen Veränderungen, deren Funktion und Architektur zugleich die lokale Wirtschafts- und Zeitgeschichte vom Mittelalter bis heute spiegeln. Neben der Gesamtentwicklung des Areals rund um die Holstenbrücke werden in der Publikation auch einzelne Bauten und ihre Geschichte vorgestellt, etwa Banken und Geschäfte, die als Kieler Traditionshäuser bekannt sind. Im letzten Teil widmet sich die reich illustrierte Abhandlung dem aktuellen Projekt "Kleiner-Kiel-Kanal" zur nachhaltigen Belebung des Innenstadtareals und den daran geknüpften städtebaulichen Zielsetzungen sowie seinen bautechnischen Herausforderungen.

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Mauerwerk-Kalender 2018
Mauerwerk-Kalender
Brücken, Bauen im Bestand
2018, XVIII, 570 S., 391 SW-Abb., 8 Farbabb., 140 Tabellen. 240 mm, Hardcover
Ernst & Sohn

 

 

Der Mauerwerk-Kalender 2018 befasst sich schwerpunktmäßig mit den Themen Brücken und Bauen im Bestand. In mehreren Beiträgen werden Belastungsversuche inklusive Nachrechnungen an einer Mauerwerksbrücke beschrieben. Damit werden vertiefte Kenntnisse des Tragverhaltens von Gewölbebrücken vermittelt, die bei Nachrechnungen sowie Ertüchtigungsplanungen hilfreich und wertvoll sind. Des Weiteren werden die Themen Erhaltung und Instandsetzung von Mauerwerk nach WTA-Merkblatt sowie Umnutzung bestehender Mauerwerksbauten behandelt. Wie gewohnt werden auch im 43. Jahrgang sämtliche zulassungsbedürftige Neuentwicklungen mit der Aktualität eines Jahrbuches vorgestellt.

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Stephanie Andrea Franck
Zum Tragsicherheitsnachweis bestehender Mauerwerksgewölbebrücken mittels nichtlinearer Finite-Elemente-Simulationen
Berichte des Instituts für Massivbau der Universität Hannover, Band 12
2017, 272 S., zahlr. Abb., Diagr. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Für den rechnerischen Tragsicherheitsnachweis von bestehenden Mauerwerksgewölbebrücken wird ein auf nichtlinearen Finite-Elemente-Simulationen beruhendes Konzept vorgeschlagen. Mit Hilfe dieses Konzeptes lassen sich das Versagen derartiger Bauwerke wirklichkeitsnah nachbilden, Tragreserven erschließen und mögliche Ursachen für vorhandene Schäden ermitteln. Wesentliche Merkmale des Konzeptes sind erstens die möglichst genaue geometrische Modellierung der Mauerwerksgewölbebrücke einschließlich der Stirnmauern, der Füllung und weiterer Bauteile, vorzugsweise in 3D, zweitens die Einbeziehung des an das Bauwerk angrenzenden Bodens in das Finite-Elemente-Modell, drittens der Ansatz eines nichtlinearen Materialverhaltens sowohl für das Mauerwerk als auch für den Boden sowie viertens die Berücksichtigung von Vorschädigungen und verschiedenen Bauzuständen. Für den Tragsicherheitsnachweis werden verschiedene Versagenskriterien und ein zugehöriges Sicherheitskonzept vorgeschlagen, welches sich an gültigen Normen orientiert, aber den Besonderheiten nichtlinearer Simulationen Rechnung trägt. Um die Objektivität der Simulationsergebnisse zu überprüfen, erfolgten Vergleichsrechnungen und darauf aufbauend die Formulierung von Empfehlungen für Modellaufbau, Diskretisierung und Simulationsablauf. Weiterhin wurden in Vergleichsrechnungen verschiedene geometrische Bauwerksparameter sowie Materialeigenschaften bezüglich ihres Einflusses auf das Tragverhalten von Mauerwerksgewölbebrücken untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass jedes dieser Bauwerke eine individuelle Modellbildung sowie darauf aufbauende numerische Simulationen erfordert. Generell lässt sich die Aussagesicherheit der Simulationsergebnisse erhöhen, indem ein Vergleich mit unter normaler Verkehrsbelastung gewonnenen Messergebnissen erfolgt.

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Forschungsberichte

Bauforschungsberichte, Kurzberichte, Dissertationen, Hinweise auf laufende und abgeschlossene Forschungsvorhaben sowie Bauforschungs-Informationen aus dem deutschsprachigen Raum können Sie sich kostenlos/kostenpflichtig als Download direkt auf den Bildschirm holen oder online auf Papier bestellen.
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Portal Bauforschung

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M. L. Ruiz Ripoll, A. Stolz
Verbundprojekt "Schutz kritischer Brücken und Tunnel" (SKRIBT Plus) - Teilvorhaben: Bewertung terroristischer Bedrohungen. Abschlussbericht
Bauforschung Fraunhofer EMI, Band 4
2015, 51 S., Abb., Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im Rahmen des Projekts SKRIBTPlus wurden Brücken und Tunnel im Zuge von Straßen mit einem "all-hazard"-Ansatz bewertet. Aufgabe des Fraunhofer EMI war es, terroristische Bedrohungen zu bewerten. Im Rahmen der Untersuchungen konnte vom Fraunhofer EMI der Einfluss der statischen Vorlast auf die Schädigung infolge einer Explosion für Nah- und Fernfeldereignisse ausgearbeitet werden. Zudem wurde für Tunnel ein Bewertungsmodell hergeleitet, welches es erlaubt, die Auswirkungen auf die Tunnelstruktur unter Berücksichtigung der Bodenbettung zu erfassen. Diese Information stellen essentielle Eingangsparameter zur Durchführung einer weitergehenden Risikoanalyse dar.

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Konrad Zilch, Markus Hennecke
Anwendung hochfesten Betons im Brückenbau. Abschlußbericht
Bauforschung, Band T 2845
1998, 94 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Mit der Richtlinie für hochfesten Beton des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton liegen die notwendigen technischen Regelungen für den Stahlbetonbau vor. Für den Spannbetonbau, der sein wesentliches Anwendungsgebiet im Brückenbau hat, gibt es bisher noch keine Regelwerke. Damit ergab sich die Notwendigkeit, entsprechende Regelungen zu formulieren. Es wurden daher technische Regelungen entwickelt, die sich an das Normenkonzept von DIN 4227 Teil 1 orientieren. Die Intention, das alte Konzept dieser Norm aufzugreifen, bestand darin, die Akzeptanz von Hochleistungsbeton zu fördern und den neuen Baustoff mit vertrauten Regelungen einzuführen. Zur Erweiterung von DIN 4227 Teil 1 auf den hochfesten Beton wurden alle Regelungen auf die Übertragbarkeit auf den hochfesten Beton untersucht. Die Fortschreibung von Grenzwerten für Betonspannungswerte orientierte sich an dem Anstieg der jeweiligen Materialfestigkeiten. Um das vorhandene Sicherheitsniveau beizubehalten, wurden die zulässigen Spannungen für die genormten Festigkeitsklassen in Bezug auf ihre Korrelation mit den entsprechenden Festigkeitswerten untersucht. Anhand der dabei gefundenen Zusammenhänge wurden die Werte extrapoliert. Auch wenn DIN 1045-1 auf moderneren Bemessungskonzepten beruht, so bietet das vorliegende Ergebnis die Möglichkeit, Vergleichsrechnungen zwischen DIN 1045-1 und DIN 1045 bzw. DIN 4227 Teil 1 zu führen.

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Dieter Sengler, Gerhard Werner
Dokumentation und Ermittlung realitaetsbezogener und bauart-spezifischer Unterhaltskosten von Holzbruecken. Schlussbericht
1986, 120 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Zusammenfassender Bericht der mehrteiligen Forschungsarbeit. 1. Auswahl der untersuchten Brueckenbauwerke; Ergebnisse der Untersuchung; 2. Brueckenverzeichnis 3. Rechnerische Auswertung und Beurteilung der Ergebnisse durch die FMPA-Baden-Wuerttemberg, Otto Graf Institut. 4. Dokumentationsblaetter und Fotonachweis der untersuchten Holzbruecken. (fb)

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G. Neroth
Spaetschaeden an Spannbetonbauteilen - Prophylaxe, Frueherkennung, Behebung. Schlussbericht zu 2.1.4: Chloridbestimmungsmethoden. Vorschlaege fuer die praktische Anwendung
1983, 13 S., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Es werden Vorschlaege unterbreitet, wie der Chloridgehalt von Cl(-)-beaufschlagten Betonbauteilen, insbesondere Strassenbruecken, bestimmt werden sollte. Neben der Festlegung der Entnahmestellen und der Wahl eines geeigneten Probenahmeverfahrens werden die quantitative Analyse mit der potentiometrischen Titration sowie Schnellverfahren zur Cl(-)-Bestimmung behandelt. Abschliessend wird ueber die zur Zeit gueltigen Beurteilungskriterien und zusaetzlich zur Chloridanalyse durchzufuehrende Untersuchungen berichtet. (-z-)

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T. Seeger, B. Melber
Schallgedaempfte Stahlkonstruktionen im Brueckenbau
1980, 43 S., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Ziel der Untersuchungen an den Eisenbahnbruecken ueber die Ilmenau in Bienenbuettel und der dazugehoerigen Laboruntersuchungen ist es, durch schalldaempfende Verbundsysteme und durch Entwicklung laermarmer Ausgangskonstruktionen die Eisenbahnbruecke aus Stahl so leise wie die freie Strecke zu machen. Am Neuprojekt der Bienenbuetteler Bruecke werden zum einen die Erfahrungen bei der Integration von Beschichtungsmassnahmen in den Fertigungsablauf beim Brueckenbau gewonnen, zum anderen Aussagen zum akustischen Verhalten einer geaenderten Brueckenkonstruktion gemacht. (to)

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Zeitschriftenartikel

Folgende Literaturnachweise stammen aus der Datenbank RSWB^®plus. Die Datenbank unterstützt schnell und zielsicher Fachleute aus Planungsfirmen, Industrie und Forschung, sowie Lehrkräfte und Studierende in der akademischen Ausbildung bei Nachweis und Beschaffung von Fachinformation zum Planen und Bauen.

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Hochmuth, Markus; Nguyen, Thi; Häußler, Marco
Innovative und moderne Planungsmethoden im Brückenbau
Bautechnik, 2020

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Holz überbrückt. Brücke in Neckartenzlingen (kostenlos)
Baukultur, 2020

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Kuhlmann, Ulrike; Drebenstedt, Karl
Ermüdungsfestigkeit von Gurtlamellenenden
Stahlbau, 2020

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Jahn-Rösel, Barbara
Bahnhof Hennersdorf, Niederösterreich. Alles auf Schiene
Architektur Aktuell, 2020

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Marboe, Isabella
Bahnhof Wien Aspern Nord. Dynamik, in Form gegossen
Architektur Aktuell, 2020

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