In Deutschland wird der Ermüdungsnachweis für Betonbrücken im DIN-FB 102 geregelt. Hierbei werden die Erkenntnisse aus der Erfassung des Verkehrs in ein Lastmodell eingearbeitet. Unter Berücksichtigung der Materialermüdung (Wöhlerlinie) wird durch die Schädigungssumme infolge des tatsächlichen Verkehrskollektivs auf einen Nachweis der Spannung zurückgeführt. Dies gilt im Allgemeinen sowohl für Beton als auch für Stahl. Es ist zu erwarten, dass die Verkehrslast mit der Zeit zunimmt, so dass dem Ermüdungsnachweis im Rahmen der Sicherstellung der Standsicherheit eine größere Rolle zukommt.
Ziel der Arbeit
Im Verlauf dieser Arbeit werde ich mich mit dem Ermüdungsnachweis für Straßenbrücken aus dem DIN-FB 102 beschäftigen. Dabei möchte ich zuerst die Hintergründe des Nachweises darstellen. Hierbei gehe ich insbesondere auf das maßgebliche Lastmodell (Lastmodell 3) ein und betrachte den Ermüdungsnachweis für Beton und Bewehrung näher.
Aufbauend auf den oben genannten Erkenntnissen, werde ich im zweiten Teil der Arbeit kritische Punkte des Nachweises im Hinblick auf die zunehmende Verkehrsbelastung herausarbeiten.
Inhaltsverzeichnis
Vorwort
1. Einleitung
2. Ermüdungsnachweis
2.1. Ermüdungslastmodelle
2.1.1. Allgemeine Betrachtung von Ermüdungslastmodellen
2.1.2. Lastmodelle des Eurocode 1
2.1.3. Ermüdungslastmodell 3
2.1.4. Ermüdungslastmodell 4
2.2. Ermüdungsnachweis nach DIN-Fachbericht
2.2.1. Ermüdungsnachweis für Beton
2.2.2. Ermüdungsnachweis für Stahl
3. Berechnungsbeispiele zur Ermüdungsfestigkeit
3.1. Beispiel 1
3.1.1. Baustoffe
3.1.2. Ermüdungsnachweis für Beton
3.1.3. Ermüdungsnachweis für Stahl in Brückenlängsrichtung
3.1.4. Ermüdungsnachweis für Stahl in Brückenquerrichtung
3.2. Beispiel 2
3.2.1. Baustoffe
3.2.2. Ermüdungsnachweis für Beton
3.2.3. Ermüdungsnachweis für Stahl in Brückenlängsrichtung
3.3. Beispiel 3
3.3.1. Baustoffe
3.3.2. Ermüdungsnachweis für Beton
3.3.3. Ermüdungsnachweis für Stahl in Brückenlängsrichtung
3.3.4. Ermüdungsnachweis für Stahl in Brückenquerrichtung
4. Auswirkung zukünftiger Verkehrsentwicklung auf den Ermüdungsnachweis von Betonbrücken
4.1. Acatech-Studie: „Mobilität 2020“
4.2. Überholvorgang zweier LKW
4.3. Einfluss der Gigaliner / Megaliner
5. Zusammenfassung
Zielsetzung & Themen
Die Diplomarbeit untersucht die Ermüdungsfestigkeit von Betonbrücken unter Berücksichtigung aktueller Lastmodelle nach DIN-Fachbericht 102 und analysiert die Auswirkungen einer zukünftig steigenden Verkehrsbelastung durch Schwerlastverkehr auf die Standsicherheit bestehender und geplanter Bauwerke.
- Grundlagen der Ermüdung und Ermüdungslastmodelle gemäß Eurocode 1
- Methodik des Ermüdungsnachweises für Beton und Stahl nach DIN-Fachbericht 102
- Praktische Berechnungsbeispiele für unterschiedliche Brückentypen
- Analyse zukünftiger Verkehrsszenarien (z.B. LKW-Transit, Überholvorgänge, Gigaliner)
Auszug aus dem Buch
2.1.1. Allgemeine Betrachtung von Ermüdungslastmodellen
Neben der statischen Belastung von Brückenbauwerken, haben Wechsellasten einen großen Einfluss auf die Standsicherheit und die Lebensdauer. Die statische Belastung ist mit dem verschieden Lastkombinationen rechnerisch gut erfassbar. Anders bei den Wechsellasten, also einer ermüdungswirksamen Beanspruchung, sie resultieren aus den Fahrzeugen, die das Bauwerk überfahren.
Insbesondere bei Straßenbrücken bilden LKW eine erhebliche Belastung da sie mit ihrem Eigengewicht und einer möglichen Beladung eine lokale Wanderlast bilden. PKW sind mit ihrem geringen Eigenwicht und einer vernachlässigbaren „Ladung“ unerheblich für Ermüdungsbetrachtungen. Bei Eisenbahnbrücken bilden Personen- und Güterzüge eine relevante Beanspruchung hinsichtlich Ermüdung.
In der Vergangenheit verzichtete man auf einen rechnerischen Betriebsfestigkeitsnachweis. In der damals angewandten DIN 18809 gab es einen Katalog von „günstigen“ Konstruktionsdetails. Das war zwar ein sehr praxisnahes Vorgehen, bei dem man allerdings auf die aufgeführten Details beschränkt war. Das stellte für Alternativ- oder Weiterentwicklungen im Brückenbau eine Behinderung dar. Des Weiteren musste man mit der Zunahme der Verkehrslasten im Straßenverkehr Schritt halten. Die Verkehrsfrequenz und der Anteil des Schwerlastverkehrs nahmen zu und tendenziell ist mit einer weiteren Zunahme zu rechnen [2]. Somit wurde im Eurocode ein Betriebsfestigkeitsnachweis für Straßenbrücken, ähnlich dem für Eisenbahnbrücken, vorgesehen.
Zur Erfassung der Beanspruchung aus dem Verkehr auf das Bauwerk bedarf es einiger Parameter. Für lokale Betrachtungen benötigt man die Lage der Lasteinleitungspunkte bzw. -flächen und deren Größe, d.h. die Anzahl der Räder und Achsen, die Spurweite des Fahrzeugs, die Achsabstände und die Verteilung der einzelnen Lasten auf die Räder bzw. Achsen. Bei einer globalen Betrachtung am ganzen Bauwerk ist die Geschwindigkeit der Fahrzeuge, die Abstände untereinander und die Querverteilung, also auf welcher Fahrspur sich das Fahrzeug befindet, von Bedeutung.
Zusammenfassung der Kapitel
Vorwort: Einleitung in die Problematik der Ermüdungsfestigkeit bei Betonbrücken und Danksagung an die betreuenden Dozenten.
1. Einleitung: Darstellung der Problemstellung bezüglich der Materialermüdung und der Zielsetzung der Arbeit unter Berücksichtigung des DIN-Fachberichts 102.
2. Ermüdungsnachweis: Theoretische Erläuterung der Ermüdungslastmodelle, der Nachweisformate nach DIN-Fachbericht sowie der speziellen Nachweise für Beton und Stahl.
3. Berechnungsbeispiele zur Ermüdungsfestigkeit: Anwendung der theoretischen Grundlagen anhand von drei konkreten Brückenbeispielen (Plattenbalken, Rahmenbrücke, zweifeldrige Brücke).
4. Auswirkung zukünftiger Verkehrsentwicklung auf den Ermüdungsnachweis von Betonbrücken: Analyse der Auswirkungen steigender Verkehrsdaten, Überholvorgänge und neuer Fahrzeugkonzepte wie Gigaliner auf die Ermüdungsfestigkeit.
5. Zusammenfassung: Synthese der gewonnenen Erkenntnisse und Fazit zur Bedeutung des Ermüdungsnachweises bei steigendem Verkehrsaufkommen.
Schlüsselwörter
Ermüdungsfestigkeit, Betonbrücken, DIN-Fachbericht 102, Lastmodell 3, Verkehrsentwicklung, LKW, Spannungsschwingbreite, Materialermüdung, Bemessung, Brückenbau, Palmgren-Miner-Regel, Gigaliner, Verkehrslast, Statik, Stahlbeton.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Diplomarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit behandelt den Ermüdungsnachweis für Betonbrücken nach dem aktuellen DIN-Fachbericht 102 und analysiert, wie sich zunehmendes Verkehrsaufkommen auf diese Nachweise auswirkt.
Was sind die zentralen Themenfelder der Publikation?
Die Arbeit befasst sich primär mit Ermüdungslastmodellen, spezifischen Nachweisverfahren für Beton und Stahl sowie der kritischen Hinterfragung zukünftiger Verkehrsbelastungen.
Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?
Das Ziel ist es, die Hintergründe der Ermüdungsfestigkeit bei Straßenbrücken zu erläutern und die Auswirkungen von Verkehrszunahmen und neuen Fahrzeugtypen auf die Standsicherheit im Hinblick auf Ermüdung herauszuarbeiten.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es werden die normativen Berechnungsgrundlagen angewendet, mit theoretischen Modellen verglichen und anhand von drei praxisnahen Beispielen durchgerechnet.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in eine detaillierte theoretische Herleitung der Nachweisverfahren und einen umfangreichen Praxisteil mit drei verschiedenen Berechnungsbeispielen für Brücken.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind Ermüdungsfestigkeit, Betonbrücken, DIN-Fachbericht 102, Spannungsschwingbreite und Verkehrsentwicklung.
Wie bewertet der Autor den Einfluss von Gigalinern auf Brücken?
Der Autor stellt fest, dass trotz des höheren zulässigen Gesamtgewichts die Lasten durch die höhere Achsanzahl verteilt werden, was zu einer geringeren Mehrbeanspruchung führt als zunächst durch das reine Gesamtgewicht vermutet.
Welche Rolle spielen Überholvorgänge bei der Ermüdung?
Der Autor zeigt auf, dass paralleles Fahren von zwei LKW bei Überholvorgängen die Feldmomente auf Brücken deutlich erhöhen kann, weshalb dieses Szenario bei der zukünftigen Planung stärker beachtet werden sollte.
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- Dipl.-Ing. Daniel Grigas (Author), 2007, Ermüdungsnachweis für Betonbrücken, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/122137
