Beschreibung
P 804 – Neue Systeme für Stahlverbundbrücken – Verbundfertigteilträger aus hochfesten Werkstoffen und innovativen Verbundmitteln
Vorgefertigte Verbund-Brückensysteme kommen im Bereich kleiner und mittlerer Spannweiten immer häufiger zum Einsatz. Die sichere Übertragung hoher Schubkräfte in der Verbundfuge bei ruhender und nichtruhender Belastung kann dabei effizient über Verbunddübelleisten erfolgen. Vorteile liegen insbesondere in der hohen Tragfähigkeit, dem ausreichenden Verformungsvermögen und im einfachen Einsatz in oberflanschlosen Stahlprofilen. Die Anwendung ist jedoch aufgrund fehlender normativer Regelungen erschwert. Das Hauptziel des Forschungsprojektes war die Vorbereitung einer firmenneutralen Allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung (AbZ) für Verbunddübelleisten.
Als Vorbereitung für die experimentellen Untersuchungen wurden anhand von drei ausgewählten Praxisbeispielen die statischen und konstruktiven Anforderungen an die Verbundmittel in vorgefertigten Verbund-Brückensystemen definiert. Offene Fragestellungen wurden anhand einer Zusammenfassung der aktuellsten Forschungsergebnisse aus statischen und zyklischen Abscher- und Trägerversuchen, numerischen Simulationen und Bemessungskonzepten identifiziert und in eine Versuchsmatrix mit 18 statischen und 6 zyklischen Abscherversuchen sowie 4 zyklischen Trägerversuchen überführt.
Die statischen Abscherversuche belegen, dass die Versagensarten “Ausstanzen“ und “Stahlversagen“ bei ausreichender Umschnürung durch Bügel als duktil eingestuft werden können. Bei Plattenbalkenquerschnitten mit Verbunddübelleisten als externe Bewehrung kann durch Einfassbügel die Traglast signifikant gesteigert und ein gutes Verformungsvermögen erreicht werden. Ohne Bügel tritt ein sehr sprödes Ver-s agen auf. Bei parallel angeordneten Verbunddübelleisten ist beim Ausstanzkriterium der Abstandseinfluss zu berücksichtigen, da sich die Ausstanzkegel gegenseitig beeinflussen und die Traglast herabgesetzt wird. Ohne Schubbewehrung ist ein Mindestabstand zu definieren, da bei geringer werdendem Abstand die Duktilität negativ beeinflusst wird.
Die für die Bemessung der Stahlleiste nach dem Strukturspannungskonzept erforderlichen Spannungskonzentrationsfaktoren wurden mittels Dehnungsmessungen an den Stahlzähnen in den zyklischen Abscherversuchen und Trägerversuchen bestimmt. Hierbei wurden sowohl die Beanspruchungen aus Übertragung der Längsschubkräfte als auch aus globaler Biegetragwirkung berücksichtigt. Die Messergebnisse zeigen eine gute Übereinstimmung mit FEBerechnungen. Es zeigte sich weiterhin, dass bei hohen Oberlasten Betonermüdung in Form von zyklischem Ausstanzen auftreten und es zudem zu einer Schädigung der Verbundfuge kommen kann. Die Annahme einer starren Verbundfuge ist damit nicht mehr gerechtfertigt und es können sich höhere Beanspruchungen ergeben.
Auf Grundlage einer ausführlichen Datenbank, ergänzt um die Ergebnisse und Erkenntnisse der eigenen Versuche sowie numerischen Untersuchungen, wurde ein statistisch abgesichertes Bemessungskonzept erarbeitet. Das Bemessungskonzept umfasst die statischen Versagensarten Abscheren, Ausstanzen inklusive Abstandseinfluss, vertikales Spalten und Stahlversagen sowie unter zyklischen Lasten Stahlermüdung, Betonermüdung und Sicherstellung einer starren Verbundfuge.
Das Forschungsvorhaben wurde vom Lehrstuhl für Stahlbau und Leichtmetallbau und vom Lehrstuhl für Massivbau der Rheinisch-Westfälisch Technischen Hochschule Aachen, sowie der SSF Ingenieure AG, München mit fachlicher Begleitung und mit finanzieller Förderung durch die Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V., Düsseldorf, aus Mitteln der Stiftung Stahlanwendungsforschung, Essen, durchgeführt.
Autoren:
M. Feldmann, M. Gündel, M. Kopp, J. Hegger, J. Gallwoszus, S. Heinemeyer, G. Seidl, O. Hoyer
Veröffentlichung:
2014
