Gegenstand dieser Diplomarbeit ist es einseitig auskragende Verkehrszeichenbrücken aus statisch-konstruktiver Sicht zu beurteilen und eine statische Berechnung dafür anzufertigen. Dafür wird zunächst das geltende Regelwerk untersucht und die Einsatzbereiche dieser Bauwerke vorgestellt.
Zur Förderung des Verständnisses über die Tragwirkung dieser Stahlkonstruktionen werden die Bestandteile getrennt voneinander dargelegt sowie deren statisch-konstruktiven Besonderheiten bestimmt. Hoher Aufmerksamkeit wird dabei der ermüdungsanfälligen Riegel-Stiel-Verbindung geschenkt. Aus Berichten über Schäden an Verkehrszeichenbrücken werden deren Ursachen untersucht und daraufhin Verbesserungsvorschläge entwickelt. Diese beziehen sich einerseits auf die Montage und andererseits auf die aerodynamischen Schwingungen des Kragarms.
Auf Grundlage dieser Erkenntnisse wird schließlich die statische Berechnung einer repräsentativ gewählten
Verkehrszeichenbrücke durchgeführt. Dabei werden zuerst die Einwirkungen auf das statische System vorgestellt und anschließend die notwendigen Nachweise im Grenzzustand der Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit geführt.
Inhaltsverzeichnis
Aufgabenstellung
Kurzfassung
Abstract
Inhaltsverzeichnis
Danksagung
Einleitung, Vorstellung des Inhalts, Ziel der Arbeit, Aufbau
1 Allgemeines
1.1 Definition und Einsatz von Verkehrszeichenbrücken
1.2 Aktuelles Regelwerk im Vergleich mit älteren Normen
1.3 Ausführungsprinzipien der USA
2 Vorstellung der Konstruktionsbestandteile
2.1 Hohlprofile
2.1.1 Mechanische Eigenschaften
2.1.2 Geometrische Eigenschaften
2.2 Vorgespannte Schraubverbindungen
2.3 Biegesteife Ecke
2.4 Ringflanschverbindung
2.5 Fußpunktverankerung
2.6 Baupraktische Hinweis
2.6.1 Transport und Montage
2.6.2 Korrosionsschutz
2.6.3 Sanierung von Riegel-Stiel-Verbindungen
3 Schadensfälle und Ursachen
3.1 Beispiele der Stadt Leipzig
3.2 Internationale Schadensfälle
3.3 Rückschlüsse für die Berechnungsansätze
3.3.1 Flanschimperfektionen
3.3.2 Dynamische Windeinwirkungen
4 Statische Berechnung einer einseitig auskragenden Verkehrszeichenbrücke
4.1 Statisches System
4.2 Einwirkungen
4.3 Schnittgrößen und Spannungen
4.4 GZT
4.4.1 Nachweis für Stützenfuß
4.4.2 Riegel-Stiel-Verbindung
4.4.3 Beulnachweis
4.5 GZG
4.6 Ausführungszeichnung
5 Zusammenfassung, Fazit, Ergebnis, Bezug zum Ziel
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit analysiert die statische Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit von einseitig auskragenden Verkehrszeichenbrücken (VZB) in Stahlbauweise unter Berücksichtigung aktueller Normen. Ziel ist die Entwicklung einer optimierten Musterkonstruktion sowie die Untersuchung häufig auftretender Schadensbilder an Riegel-Stiel-Verbindungen.
- Statische Konstruktionsanalyse einseitig auskragender Verkehrszeichenbrücken
- Untersuchung von Schadensursachen an Schraubverbindungen und Flanschen
- Aerodynamische Belastungsszenarien und deren Einfluss auf die Ermüdungssicherheit
- Statische Berechnung nach aktuellen Regelwerken und Optimierungspotenziale
- Bewertung von Konstruktionsdetails und Montagemöglichkeiten
Auszug aus dem Buch
1.1 Definition und Einsatz von Verkehrszeichenbrücken
Verkehrszeichenbrücken sind gemäß der Definition der ZTV-ING „Tragkonstruktionen, an denen Schilder/Zeichengeber über dem Verkehrsraum befestigt werden. Zu den Verkehrszeichenbrücken zählen auch entsprechende Tragkonstruktionen mit einseitiger (vgl. Abb. 1) oder zweiseitiger Auskragung. [ZTV-ING, 3] Weiterhin wird unterschieden in begehbare und unbegehbare VZB, wobei Besichtigungsstege insbesondere bei Autobahnen zu finden sind.
Aufgrund der hohen Geschwindigkeiten von 130 km/h und mehr, müssen die Schilder im Vergleich zum Stadtverkehr eine größere Höhe aufweisen, damit der Autofahrer die vielen Informationen auf den Verkehrszeichen schon bei größerer Entfernung erfassen kann. Die einseitig auskragenden VZB, die in der vorliegenden Arbeit im Mittelpunkt stehen sollen, werden zur Ankündigung von Autobahnaus- und auffahrten genutzt und ragen deshalb oft nur über die rechte Fahrspur. Die Entscheidungskriterien zwischen einer zweistieligen und einstieligen Schilderbrücke sind zum einen die vorher erwähnte Notwendigkeit bei Aus- und Auffahrten und zum anderen die erheblich kostengünstigere Ausführung von einseitig auskragenden VZB. Dexter und Ricker sprechen in ihrem Forschungsbericht des National Cooperativ Highway Program von weniger als 40 % der Herstellungskosten der beidseitig gestützten VZB. [NCHRP, 8] Zudem stellen die einseitig auskragenden Konstruktionen eine Erhöhung der Verkehrssicherheit dar, da nur ein Stiel als mögliche Anprallstelle besteht. [NCHRP, 8]
Zusammenfassung der Kapitel
1 Allgemeines: Einführung in die Definition und Einsatzgebiete von VZB sowie ein Vergleich aktueller Normen mit historischen Regelwerken.
2 Vorstellung der Konstruktionsbestandteile: Detaillierte Betrachtung der Bauteile wie Hohlprofile, Schraubverbindungen und Fußpunktverankerungen inklusive Hinweisen zur Montage.
3 Schadensfälle und Ursachen: Analyse praktischer Schadensbeispiele und internationaler Berichte zur Ermittlung von Schwachstellen in der Konstruktion.
4 Statische Berechnung einer einseitig auskragenden Verkehrszeichenbrücke: Durchführung einer exemplarischen statischen Bemessung nach GZT und GZG unter Einwirkung verschiedener Lastmodelle.
5 Zusammenfassung, Fazit, Ergebnis, Bezug zum Ziel: Synthese der gewonnenen Erkenntnisse und Bewertung der praktischen Anwendbarkeit für zukünftige Konstruktionen.
Schlüsselwörter
Verkehrszeichenbrücke, VZB, Stahlbau, Riegel-Stiel-Verbindung, Schraubverbindung, Ermüdung, Statische Berechnung, ZTV-ING, Hohlprofile, Windlast, Schwingungen, Tragfähigkeit, Bemessung, Korrosionsschutz, Beulnachweis
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit?
Diese Diplomarbeit befasst sich mit der statischen Beurteilung und Berechnung einseitig auskragender Verkehrszeichenbrücken aus Stahl.
Welches sind die zentralen Themenfelder?
Im Zentrum stehen die konstruktive Durchbildung, die Analyse von Schadensfällen an Riegel-Stiel-Verbindungen und die statische Bemessung unter Berücksichtigung dynamischer Einwirkungen.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Hauptziel ist der Entwurf einer Musterkonstruktion in Stahlbauweise, basierend auf einer kritischen Analyse aktueller Regelwerke und typischer Schadensursachen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird eine Kombination aus Literaturanalyse (Regelwerke, Schadensberichte), statischer Berechnung nach DIN/Eurocode und Auswertungen aus der Typenstatik angewendet.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die Vorstellung der Bauteile, die Analyse von Schadensursachen (wie Schwingungen und Montageprobleme) sowie die konkrete statische Berechnung einer Musterkonstruktion.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Zu den zentralen Begriffen gehören Verkehrszeichenbrücke, Ermüdung, Schraubverbindungen, Statik und ZTV-ING.
Warum sind Riegel-Stiel-Verbindungen besonders schadensanfällig?
Die Untersuchungen zeigen, dass mangelhafte Vorspannkräfte, Montagefehler und dynamische Windbelastungen zu klaffenden Fugen und Ermüdungsbrüchen führen können.
Welche Rolle spielt die Aerodynamik bei der Auslegung?
Aerodynamische Phänomene wie Galloping oder LKW-induzierte Böen erzeugen dynamische Lasten, die bei der Bemessung der Stabilität und Ermüdungssicherheit eine entscheidende Rolle spielen.
Was ist das Fazit zur Sanierung von Verbindungen?
Eine Sanierung ist komplex und erfordert eine hochwertige, qualitätsorientierte Ausführung, um die dauerhafte Tragfähigkeit sicherzustellen und erneute Schäden zu vermeiden.
- Quote paper
- M.Sc. Dipl.-Ing. Björn Höhlig (Author), 2009, Verkehrszeichenbrücken als Tragkonstruktion mit einseitiger Auskragung, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/162668
