Die Bachelorarbeit umfasst den Entwurf, die Berechnung und die planerische Darstellung der 60m langen Fußgängerbogenbrücke aus Stahl. Im Anhang sind ein Übersichtsplan und ein Werkstattplan enthalten. Die Laufplatte der Brücke soll als orthotrope Platte ausgeführt werden. Sie besteht aus einem 15mm dicken Deckblech, welches durch aufgeschweißte Stahlprofile in Längs- und Querrichtung ausgesteift ist. Die Längs- und Querträger sind jeweils aufgeschweißte T-Profile, sodass die Laufplatte den Obergurt bildet. Als Längsrippen werden aufgeschweißte Stahlbleche genutzt. Das Deckblech wird nach Teil 7 der ZTV-ING mit einem 15mm dicken reaktionsharzgebundenen Dünnbelag beschichtet. Dieser sorgt für Rutschsicherheit und verhindert eine Beschädigung des Korrosionsschutzes.
Inhaltsverzeichnis
1. Aufgabenstellung
2. Allgemeines
2.1. Entwurf orthotrope Fahrbahnplatte
2.2. Entwurf Brückenbogen, Ständer und Hänger
2.3. Zusammenfassung Entwurfsparameter
2.4. Übersichtsskizze
2.5. Berechnungsgrundlage
3. Lastannahmen
3.1. ständige Einwirkungen
3.2. veränderliche Einwirkungen
3.2.1. Nutzlast aus Menschengedränge
3.2.2. Schneelasten
3.2.3. Windlasten
3.2.4. Horizontallast Qflk
3.2.5. Temperatureinwirkungen
3.2.6. Einwirkungen aus Dienstfahrzeug
3.3. Teilsicherheitsbeiwerte / Kombinationsregeln für Geh- und Radwegbrücken
3.3.1. Grenzzustand der Tragfähigkeit
3.3.2. Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit
4. Orthotrope Fahrbahnplatte
4.1. Deckblech [Pos. 1]
4.1.1. Belastung
4.1.2. Lastfallkombinationen
4.1.3. Schnittgrößen
4.1.4. Querschnittsnachweis
4.1.5. Nachweis der Gebrauchstauglichkeit
4.2. Längsrippen [Pos. 2]
4.2.1. mittragende Breite
4.2.2. Belastung
4.2.3. Lastfallkombinationen
4.2.4. Schnittgrößen
4.2.5. Querschnittsnachweis E-E
4.2.6. Schweißnahtnachweis
4.2.7. Stabilitätsnachweis
4.2.8. Gebrauchstauglichkeitsnachweis
4.3. Querträger [Pos. 3 und Pos. 4]
4.3.1. mittragende Breite
4.3.2. Belastung
4.3.3. Lastfallkombinationen
4.3.4. Schnittgrößen
4.3.5. Querschnittsnachweis E-E
4.3.6. Schweißnahtnachweis
4.3.7. Stabilitätsnachweis
4.3.8. Gebrauchstauglichkeitsnachweis
4.3.9. Pos. 3 - Reduzierung von Querschnitt 2 in Hängerachse
4.3.10. Pos. 4 – Verbreiterung des Unterflansches von Querschnitt 2 in Ständerachse
5. Längsträger [Pos. 5]
5.1. mittragende Breite
5.2. Belastung Längssystem
5.3. Lastfallkombinationen
5.4. Schnittgrößen Längsträger
5.5. Querschnittsnachweis E-E
5.6. Schweißnahtnachweis
5.6.1. Gebrauchstauglichkeitsnachweis
5.6.2. Stabilitätsnachweis
6. Querträger im Bereich des Anschlusses an den Bogen [Pos. 6]
6.1. Berechnung des Versatzmomentes Mz
6.2. Berechnung der Normalkraft aus Wind
6.3. Querschnittsnachweis E-E
7. Endquerträger [Pos. 7]
7.1. Querschnittsnachweis E-E
7.2. Schweißnahtnachweis
7.3. Stabilitätsnachweis
8. Hänger [Pos. 8]
9. Ständer [Pos. 9]
9.1. Querschnittsnachweis E-E
9.2. Stabilitätsnachweis
10. Aussteifungsverband [Pos. 10]
11. Bogen [Pos. 11]
11.1. Querschnittsnachweis E-E
11.2. Stabilitätsnachweis
11.2.1. Knicken in der Bogenebene
11.2.2. Knicken senkrecht zur Bogenebene
12. Brückenauflager [Pos. 12]
13. Brückenübergang mit Aluminium Dehnungsfuge [Pos. 13]
14. Anschlüsse
14.1. Kopfplattenstoß Bogen
14.2. Anschluss Querträger an Längsträger
14.3. Kopfplattenstoß zwischen Bogen und Längsträger
14.4. Anschluss Bogen - Fundament und Bogen - Ständer
14.5. Anschluss Hänger – Bogen
14.6. Anschluss Hänger – Querträger
14.7. Anschluss Ständer – Längsträger
14.8. Anschluss Ständer – Querträger
Zielsetzung & Themen
Das Hauptziel dieser Bachelorarbeit ist die fundierte Planung einer Fußgängerbogenbrücke aus Stahl in Winterberg, wobei der Schwerpunkt auf der statischen Dimensionierung der tragenden Komponenten, der Analyse der Verbindungen sowie der zeichnerischen Ausarbeitung des Projekts liegt.
- Entwurf und geometrische Festlegung des Brückentragwerks
- Lastannahmen gemäß aktueller Eurocode-Normen
- Dimensionierung von Profilquerschnitten und komplexen Anschlüssen
- Stabilitätsnachweise für Bogen, Längsträger und Ständer
- Konstruktive Ausarbeitung der Verbindungen und Lagerdetails
Auszug aus dem Buch
4. Orthotrope Fahrbahnplatte
Das Deckblech der Brücke ist durch Längsrippen und Querträger ausgesteift und erhält somit „eine orthogonal-anisotrope Steifigkeit und kann daher als orthotrope Fahrbahnplatte aufgefasst werden“ (Beuth Verlag: Straßenbrücken in Stahlbauweise, 2. Auflage, S. 205).
Im Folgenden wird die orthotrope Platte in drei Teilsysteme unterteilt:
1. Deckblech: Das Deckblech leitet die Lasten an die aufgeschweißten Längsrippen ab. Bei der Bemessung wird von einer einachsig gespannten Platte ausgegangen. Da die Oberflansche der Längs- und Querträger in der Deckblechebene liegen, fallen weitere Beanspruchungen an. Diese sind zu überlagern.
2. Längsrippen: Die Längsrippen bilden die Auflager für das Deckblech und werden als orthogonal aufgeschweißte Stahlbleche ausgebildet. Die Kräfte werden an die Querträger weitergeleitet.
3. Querträger: Die Querträger sind so angeordnet, dass diese die Lasten der orthotropen Platte direkt an die Ständer und Hänger weiterleiten können. Die Querträger liegen somit nicht auf den Längsträgern auf. Die Längsträger werden lediglich gebraucht um die Biegemomente aus dem Längssystem aufzunehmen, des weiteren leiten sie ähnlich wie die Längsrippen Kräfte aus dem Deckblech an die Querträger weiter.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Aufgabenstellung: Definition der Projektziele für die Planung einer Stahl-Fußgängerbogenbrücke inklusive aller erforderlichen Nachweise und Zeichnungen.
2. Allgemeines: Beschreibung des konstruktiven Entwurfs der orthotropen Fahrbahnplatte sowie der geometrischen Herleitung des Brückenbogens.
3. Lastannahmen: Detaillierte Ermittlung aller relevanten Einwirkungen wie Eigengewicht, Nutzlasten, Windlasten und Temperatureffekte gemäß Normvorgaben.
4. Orthotrope Fahrbahnplatte: Statische Berechnung und Nachweise der Teilsysteme Deckblech, Längsrippen und Querträger.
5. Längsträger [Pos. 5]: Analyse der Bedeutung der Längsträger für die globale Stabilität und deren rechnerische Dimensionierung.
6. Querträger im Bereich des Anschlusses an den Bogen [Pos. 6]: Untersuchung der speziellen Querträger, die zusätzlich zum Bogenanschluss auch Windlasten ableiten.
7. Endquerträger [Pos. 7]: Nachweis der Endquerträger unter Berücksichtigung des Lastfalls Lagerwechsel.
8. Hänger [Pos. 8]: Bemessung der Hängerprofile zur Verbindung der Bögen mit der Fahrbahnkonstruktion.
9. Ständer [Pos. 9]: Nachweis der Ständerprofile gegen Knicken unter Druckbeanspruchung.
10. Aussteifungsverband [Pos. 10]: Dimensionierung des Windverbands zur Stabilisierung der Bogenkonstruktion gegen Wind und Imperfektionen.
11. Bogen [Pos. 11]: Umfassende statische Untersuchung und Stabilitätsnachweis des Bogentragwerks.
12. Brückenauflager [Pos. 12]: Erläuterung der gewählten Lagertypen zur Aufnahme der vertikalen und horizontalen Kräfte.
13. Brückenübergang mit Aluminium Dehnungsfuge [Pos. 13]: Festlegung der Fugenkonstruktion zur Kompensation von Längenänderungen.
14. Anschlüsse: Konstruktive Detailplanung und Nachweis der verschiedenen Knotenpunkte und Stöße der Brücke.
Schlüsselwörter
Fußgängerbogenbrücke, Stahlbrücke, Statische Berechnung, Orthotrope Platte, Lastannahmen, Eurocode, Stabilitätsnachweis, Bogen, Längsträger, Querträger, Knicken, Schweißnahtnachweis, Verbindungstechnik, Anschlüsse, Winterberg.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Bachelorarbeit behandelt den Entwurf, die statische Berechnung und die planerische Darstellung einer Fußgängerbogenbrücke aus Stahl für einen Standort in Winterberg.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Arbeit fokussiert sich auf die Lastannahmen, die statische Dimensionierung der verschiedenen Stahlbauteile (Platte, Träger, Bogen, Hänger, Ständer) sowie die konstruktive Gestaltung der Knotenpunkte und Anschlüsse.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das Ziel ist die Erstellung eines prüffähigen Entwurfs, der alle relevanten statischen Nachweise nach Eurocode-Normen erbringt, inklusive Werkstatt- und Übersichtsplan.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es werden rechnerische Nachweise nach den geltenden DIN-EN-Normen für Stahlbrücken geführt, wobei Schnittgrößen teilweise durch Computersoftware ermittelt und die manuellen Nachweise für Festigkeit und Stabilität nach den Eurocode-Richtlinien (EC3) erstellt wurden.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die Lastannahmen, die detaillierte Bemessung der orthotropen Fahrbahnplatte, der Längsträger, der Bogenkonstruktion sowie die Berechnung der verschiedenen Anschlüsse und Lager.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit wird primär durch Begriffe wie Fußgängerbogenbrücke, Stahlbau, statische Berechnung, Stabilitätsnachweis (Knicken) und orthotrope Platte definiert.
Wie wurde der Bogen entworfen?
Es wurde eine Parabelform gewählt, da diese eine geometrisch einfache Beschreibung ermöglicht und den Anforderungen an die Bogengeometrie bei der gegebenen Stützweite entspricht.
Warum ist der Schweißnahtnachweis für die Längsrippen wichtig?
Da die Längsrippen als Auflager für das Deckblech fungieren, müssen die auftretenden Spannungen in der Doppelkehlnaht zwischen Rippe und Deckblech nachgewiesen werden, um ein Versagen an dieser hochbeanspruchten Stelle auszuschließen.
Welche Rolle spielen die Aussteifungsverbände?
Sie dienen der Aufnahme von Windlasten und der Sicherung gegen die Anfangsschiefstellung des Bogens, wodurch die globale Stabilität des Brückensystems sichergestellt wird.
- Citation du texte
- Alexander Schlüter (Auteur), 2018, Der Bau einer Fußgängerbogenbrücke. Entwurf, Berechnung und planerische Darstellung, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/442887
