Buch: Zum Tragsicherheitsnachweis bestehender Mauerwerksgewölbebrücken mittels nichtlinearer Finite-Elemente-Simulationen

Zum Tragsicherheitsnachweis bestehender Mauerwerksgewölbebrücken mittels nichtlinearer Finite-Elemente-Simulationen
Berichte des Instituts für Massivbau der Universität Hannover, Band 12
Stephanie Andrea Franck
Hrsg.: Leibniz Universität Hannover, Institut für Massivbau; Steffen Marx
2017, 272 S., zahlr. Abb., Diagr. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag
ISBN 978-3-7388-0020-3

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Inhalt

Bei Mauerwerksgewölbebrücken können vergleichsweise große Unterschiede zwischen der rechnerisch vorhergesagten und der tatsächlichen Tragsicherheit bestehen, was sich auf eine zu stark vereinfachende Modellbildung bezüglich der Bauwerksgeometrie, des Materialverhaltens und der mechanischen Randbedingungen zurückführen lässt. Es wird deshalb ein auf nichtlinearen Finite-Elemente-Simulationen beruhendes Konzept für den rechnerischen Tragsicherheitsnachweis von bestehenden Mauerwerksgewölbebrücken vorgeschlagen. Für das Mauerwerk kommt ein bruchmechanisches Materialmodell zur Anwendung, welches eine wirklichkeitsnahe Simulation der Rissbildung erlaubt, und es erfolgt die Einbeziehung des an das Bauwerk angrenzenden Bodens in das jeweilige Finite-Elemente-Modell. Für den Nachweis der Tragsicherheit werden verschiedene Versagenskriterien und ein zugehöriges Sicherheitskonzept vorgeschlagen, welches sich an gültigen Normen orientiert, aber den Besonderheiten nichtlinearer Simulationen Rechnung trägt. Anhand mehrerer tatsächlich existierender Mauerwerksgewölbebrücken konnte gezeigt werden, dass die rechnerisch ermittelten Schadensbilder gut mit den am Bauwerk beobachtbaren übereinstimmen.

Verfügbare Formate

Inhaltsverzeichnis

1 Einführung

1.1 Motivation

1.2 Zielstellung

1.3 Aufbau der Arbeit

1.4 Begriffsklärung

1.4.1 Vom Bogen bis zur Mauerwerksgewölbebrücke

1.4.2 Natursteinmauerwerk

1.4.3 Schädigungsarten bei Mauerwerksgewölbebrücken

2 Stand des Wissens

2.1 Berechnungsmethoden für Gewölbetragwerke

2.1.1 Historische Modellvorstellungen

2.1.2 Stützlinientheorie

2.1.3 Elastizitätstheorie

2.1.4 Traglastverfahren

2.1.5 Empirische Methoden

2.1.6 Numerische Methoden

2.1.7 Zum Vergleich verschiedener Berechnungsmethoden

2.2 Normen und Sicherheitskonzepte für die Tragsicherheitsbewertung bestehender Gewölbebrücken

2.2.1 Relevante Normen

2.2.2 Bewertungsstufen für die Tragsicherheitsbewertung

2.2.3 Notwendigkeit und Umfang von Tragsicherheitsbewertungen

2.2.4 Grenzzustände

2.2.5 Sicherheitskonzepte

2.2.6 Teilsicherheitsbeiwerte

2.2.7 Lastannahmen

2.3 Experimentelle Tragsicherheitsbewertung von Mauerwerksgewölbebrücken

2.4 Zusammenfassung der Auswertung des Wissensstandes

3 Vorschlag eines Konzeptes für den Tragsicherheitsnachweis von Mauerwerksgewölbebrücken

3.1 Bestandsaufnahme

3.2 Zur Modellbildung in 3D

3.3 Bauwerk-Boden-Interaktion

3.4 Materialverhalten des Mauerwerks

3.5 Materialverhalten des Bodens

3.6 Versagenskriterien und Sicherheitskonzept

3.7 Berücksichtigung von Vorschädigungen und Bauzuständen

3.8 Experimentelle Unterstützung des Tragsicherheitsnachweises

4 Numerische Simulationen unter Anwendung des vorgeschlagenen Nachweiskonzeptes

4.1 Vergleich und Bewertung ausgewählter Berechnungsmethoden anhand eines Beispiels

4.2 Untersuchungen zur Objektivität der Rechenergebnisse

4.2.1 Untersuchungen zur Bodenmodellgröße

4.2.2 Vergleich von 2D- und 3D-Modellen

4.2.3 Untersuchungen zur Netzabhängigkeit

4.2.4 Untersuchungen zur Berücksichtigung von Bauzuständen

4.2.5 Zusammenfassung zur Objektivität der Rechenergebnisse

4.3 Untersuchung von Einflussgrößen auf die ermittelte Tragsicherheit

4.3.1 Einfluss der Gewölbegeometrie

4.3.2 Einfluss von Stirnmauern und Füllung

4.3.3 Einfluss der Mauerwerkseigenschaften

4.3.4 Einfluss der Bodeneigenschaften

4.3.5 Beanspruchung durch Temperaturänderung

4.3.6 Beanspruchung durch Anfahren, Bremsen und Wind

4.3.7 Zur Berücksichtigung von Vorschädigungen

4.3.8 Zusammenfassung zu den Einflussgrößen auf die Tragsicherheit

4.4 Nachbildung von Schäden an Mauerwerksgewölbebrücken

4.5 Validierung von Simulationsergebnissen durch Messungen am Bauwerk

5 Zusammenfassung und Ausblick

Literaturverzeichnis

Publikationslisten zum Thema:
Mauerwerk, Brücke, Brückenkonstruktion, Gewölbe, Gewölbebrücke, Tragsicherheit, Tragkonstruktion, Bruchmechanik, Modell, Materialmodell, Berechnung, Simulation, Finite-Element-Methode, FEM, Rissbildung, Schadensbild, Dissertation,

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