Berechnung und Bemessung von Betonbrücken

449 Pages·2015·16.459 MB·German

by  Nguyen Viet Tue, Michael Bornmann, Michael Fischer

Nguyen Viet Tue, Michael Reichel, Michael Fischer
Berechnung und Bemessung von Betonbrücken

Berechnung und Bemessung
von Betonbrücken
NguyenVietTue
Michael Reichel
Michael Fischer
ProfessorDr.-Ing.habil.NguyenVietTue
Dr.techn.Dipl.-Ing.MichaelReichel
Dipl.-Ing.MichaelFischer
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Inhaltsverzeichnis
Vorwort ....................................................................................................................... XI
1 BeschreibungdesGesamtbauwerks.......................................................... 1
1.1 Allgemeines.................................................................................................. 1
1.2 Überbau......................................................................................................... 2
1.3 Lagerung....................................................................................................... 3
1.4 Widerlager..................................................................................................... 3
1.5 Gründung...................................................................................................... 4
1.6 HerstellungundBauverfahren...................................................................... 4
2 Überbau ...................................................................................................... 5
2.1 Baustoffe ...................................................................................................... 5
2.1.1 Beton ............................................................................................................ 5
2.1.2 Betonstahl..................................................................................................... 6
2.1.3 Spannstahl .................................................................................................... 6
2.2 Lastannahmen .............................................................................................. 7
2.2.1 StändigeEinwirkungen ................................................................................ 7
2.2.1.1 Eigengewicht ................................................................................................ 7
2.2.1.2 Ausbaulasten ................................................................................................ 7
2.2.1.3 Stützensenkung............................................................................................. 8
2.2.1.4 AnhängendesTraggerüstes ......................................................................... 8
2.2.2 VeränderlicheEinwirkungen ........................................................................ 9
2.2.2.1 EinwirkungenausStraßenverkehr................................................................ 9
2.2.2.2 EinwirkungenausFußgänger-undRadverkehr ........................................... 18
2.2.2.3 AnhebenzumAuswechselnvonLagern ...................................................... 18
2.2.2.4 VerkehrslastenimBauzustand ..................................................................... 18
2.2.2.5 Windeinwirkungen ....................................................................................... 19
2.2.2.6 Schneeeinwirkungen..................................................................................... 21
2.2.2.7 Temperatureinwirkungen.............................................................................. 22
2.2.2.8 LastmodellefürErmüdungsnachweis .......................................................... 25
2.2.3 Verkehrslastgruppen .................................................................................... 27
2.2.3.1 CharakteristischeWertemehrkomponentigerEinwirkungen....................... 27
2.2.3.2 HäufigeWertemehrkomponentigerEinwirkungen....................................... 27
2.2.3.3 LastgruppenbeivorübergehendenBemessungssituationen......................... 27
2.2.4 Einwirkungskombinationen ......................................................................... 28
2.2.4.1 AllgemeineKombinationsregeln.................................................................. 28
2.2.4.2 KombinationimGrenzzustandderTragfähigkeit........................................ 29
2.2.4.3 KombinationimGrenzzustandderGebrauchstauglichkeit.......................... 31
VI Inhaltsvzerzeichnis
2.2.5 Kriech-undSchwindbeiwerte...................................................................... 32
2.2.5.1 Kriechen ....................................................................................................... 33
2.2.5.2 Schwinden .................................................................................................... 34
2.3 Schnitt-,Stütz-undWeggrößen ................................................................... 36
2.3.1 Rechenmodell,Querschnittswerte,Mindestbewehrungen............................ 36
2.3.1.1 StatischesSystem ......................................................................................... 36
2.3.1.2 Querschnittswerte......................................................................................... 39
2.3.1.3 MitwirkendeBreiten..................................................................................... 41
2.3.2 BetondeckungundStababstände.................................................................. 42
2.3.2.1 Mindestoberflächenbewehrung .................................................................... 43
2.3.2.2 Robustheitsbewehrung.................................................................................. 45
2.3.2.3 MindestbewehrungzurBegrenzungderRissbreite ..................................... 46
2.3.2.4 BewehrungimBereichderKoppelfugen..................................................... 55
2.3.2.5 Mindestschubbewehrung.............................................................................. 57
2.3.2.6 Torsionsbewehrung ...................................................................................... 57
2.3.2.7 GewählteBewehrung.................................................................................... 58
2.3.3 SpanngliedführungundVorspannung.......................................................... 59
2.3.3.1 Spannverfahren............................................................................................. 59
2.3.3.2 VorspannkonzeptundSpanngliedverlauf..................................................... 60
2.3.3.3 Vorspannkräfte ............................................................................................. 61
2.3.3.4 Spannkräfte,DehnwegeundSpannanweisung............................................. 66
2.3.3.5 FestlegungdesZeitpunkteszumAbsenkendesTraggerüstes...................... 69
2.3.4 SpannkraftverlusteausKriechen,SchwindenundRelaxation..................... 70
2.3.5 Schnittgrößen................................................................................................ 74
2.3.6 Stützgrößen................................................................................................... 109
2.3.7 Weggrößen.................................................................................................... 116
2.4 NachweiseimGrenzzustandderTragfähigkeit............................................ 124
2.4.1 BiegungmitLängskraft................................................................................ 124
2.4.1.1 NachweisefürdenEndzustand..................................................................... 126
2.4.1.2 NachweiseBauzustand(NachweisdervorgedrücktenZugzone)................. 131
2.4.2 Querkraft ...................................................................................................... 133
2.4.2.1 Endzustand ................................................................................................... 134
2.4.2.2 Bauzustand ................................................................................................... 140
2.4.2.3 AnschlussZug-/Druckgurte ......................................................................... 144
2.4.3 SchubkraftübertragunginderKoppelfuge................................................... 148
2.4.4 Torsion(TorsionundQuerkraft).................................................................. 150
2.4.5 Ermüdung..................................................................................................... 156
2.4.6 NachweisderTragfähigkeitinBrückenquerrichtung................................... 169
2.4.6.1 ErmittlungderSchnittgrößen....................................................................... 169
2.4.6.2 BemessungfürBiegungmitLängskraft....................................................... 174
2.4.6.3 Querkraft ...................................................................................................... 175
2.4.6.4 Ermüdung..................................................................................................... 178
2.4.7 NachweisderTragfähigkeitdesEndquerträgers.......................................... 181
2.4.7.1 BiegungmitLängskraft................................................................................ 181
2.4.7.2 Querkraft ...................................................................................................... 183
2.4.7.3 Ermüdung..................................................................................................... 187
Inhaltsverzeichnis VII
2.4.8 LokaleNachweise......................................................................................... 189
2.4.8.1 EinleitungderVorspannkraftimVerankerungsbereich ............................... 189
2.4.8.2 EinleitungkonzentrierterKräfte–Lager/Pressen...................................... 196
2.5 NachweiseimGrenzzustandderGebrauchstauglichkeit.............................. 199
2.5.1 BegrenzungderSpannungen........................................................................ 199
2.5.1.1 Betonspannungen ......................................................................................... 202
2.5.1.2 Betonstahlspannungen.................................................................................. 211
2.5.1.3 Spannstahlspannungen ................................................................................. 212
2.5.1.4 BegrenzungderschiefenHauptzugspannungen........................................... 213
2.5.2 NachweisderDekompression ...................................................................... 213
2.5.2.1 NachweisderDekompressionimEndzustand ............................................. 214
2.5.2.2 NachweisderDekompressionimBauzustand ............................................. 216
2.5.3 BegrenzungderRissbreiten ......................................................................... 217
2.5.4 BegrenzungderVerformungen(Überhöhung) ............................................ 218
2.5.5 BegrenzungderSchwingungenunddynamischeEinflüsse......................... 224
2.5.6 NachweisderGebrauchstauglichkeitinBrückenquerrichtung–
Fahrbahnplatte............................................................................................... 224
2.5.6.1 BegrenzungderBetonrandzugspannungen.................................................. 224
2.5.6.2 MindestbewehrungzurBegrenzungderRissbreiten.................................... 227
2.5.6.3 BegrenzungderRissbreitenohnedirekteBerechnung ................................ 227
2.5.6.4 BerechnungderRissbreite............................................................................ 228
2.5.7 NachweisderGebrauchstauglichkeitinBrückenquerrichtung–
Endquerträger................................................................................................ 230
2.5.7.1 MindestbewehrungzurBegrenzungderRissbreiten.................................... 230
2.5.7.2 BegrenzungderRissbreitenohnedirekteBerechnung ................................ 230
3 LagerundFahrbahnübergangskonstruktion .......................................... 233
3.1 LagerschemaundAllgemeines..................................................................... 233
3.2 BestimmungderVerschiebungenfürLagerundÜbergangskonstruktion ... 235
3.2.1 BestimmungderEinzelwerte ....................................................................... 235
3.2.2 KombinationÜKO-Verformungen............................................................... 239
3.2.3 KombinationLager-Verschiebungen............................................................ 241
3.3 ZusammenstellungderLagerverdrehungen ................................................. 242
3.4 ZusammenstellungderLagerkräfte.............................................................. 242
3.5 ÜberprüfungderLagerkissenabmessungennachDINEN1337-3.............. 246
4 Pfeiler........................................................................................................... 249
4.1 Baustoffe....................................................................................................... 249
4.1.1 Beton............................................................................................................. 249
4.1.2 Betonstahl..................................................................................................... 250
4.1.3 BetondeckungundStababstände.................................................................. 250
VIII Inhaltsvzerzeichnis
4.2 System .......................................................................................................... 251
4.2.1 GeometrieundModellbildung ..................................................................... 251
4.2.2 SteifigkeitenderhorizontalenPfahlbettung ................................................. 253
4.2.3 SteifigkeitenderPfahlfußfeder..................................................................... 257
4.3 Belastung...................................................................................................... 258
4.3.1 BelastungausdemÜberbau......................................................................... 258
4.3.2 EigengewichtPfeilerundGründungAchse30............................................. 259
4.3.3 WindbeanspruchungaufPfeilerAchse30 ................................................... 260
4.3.4 Imperfektionen ............................................................................................. 261
4.3.5 LastexzentrizitätausLagerverschiebung...................................................... 262
4.3.6 Kriechauswirkungen..................................................................................... 262
4.4 Abklärung,obNachweisnachTheorieII.Ordnungerforderlich................. 264
4.5 ErmittlungderSchnittgrößen....................................................................... 264
4.6 ÄußereStandsicherheitderPfahlgründung.................................................. 265
4.6.1 ErläuterungendesNachweiskonzeptes......................................................... 265
4.6.2 BestimmungEinwirkungskombinationen..................................................... 268
4.6.3 ErmittlungderaxialenPfahltragfähigkeit.................................................... 271
4.6.4 NachweisdesausreichendenhorizontalenBodenwiderstandes................... 274
4.7 NachweisderinnerenPfahltragfähigkeit...................................................... 277
4.7.1 KonstruktiveAusbildung.............................................................................. 277
4.7.2 Schnittkraftermittlung................................................................................... 278
4.7.3 Biegebemessung........................................................................................... 279
4.7.4 BemessungfürQuerkraft ............................................................................. 281
4.7.5 BegrenzungderRissbreiten ......................................................................... 284
4.7.6 Spannungsnachweise.................................................................................... 286
4.8 BemessungderPfahlkopfplatte..................................................................... 287
4.9 Pfeilerbemessung.......................................................................................... 303
4.9.1 BestimmungderEinwirkungskombinationen .............................................. 304
4.9.2 Schnittgrößen ............................................................................................... 306
4.9.3 KonstruktiveDurchbildung.......................................................................... 307
4.9.4 BemessungnachdemModellstützenverfahren ............................................ 308
4.9.5 NichtlineareBerechnung.............................................................................. 315
4.9.6 NachweiseimGrenzzustandderGebrauchstauglichkeit ............................. 323
4.10 BemessunglokaleLasteinleitungenamPfeilerkopf .................................... 326
4.11 FundamentPfeilerAchse50......................................................................... 326
4.11.1 SystemundAbmessungen............................................................................ 326
4.11.2 BelastungPfeilerAchse50........................................................................... 327
4.11.2.1 BelastungausdemÜberbau......................................................................... 327
4.11.2.2 Horizontalkräfte–Rückstellkräfte............................................................... 328
4.11.2.3 EigengewichtPfeilerundGründung ............................................................ 328
4.11.2.4 Windbeanspruchung..................................................................................... 328
4.11.3 NachweisderäußerenStandsicherheitfürdieFlachgründung .................... 329
4.11.3.1 NachweisderGleitsicherheitinderSohlfuge .............................................. 329
Inhaltsverzeichnis IX
4.11.3.2 StarkexzentrischeBelastung ....................................................................... 330
4.11.3.3 NachweisderSicherheitgegenGrundbruch ................................................ 332
4.11.3.4 NachweisderGebrauchstauglichkeit ........................................................... 334
4.11.4 NachweisderinnerenStandsicherheit.......................................................... 335
5 Widerlager................................................................................................... 337
5.1 Baustoffe....................................................................................................... 337
5.1.1 Beton............................................................................................................. 337
5.1.2 BetonstahlBSt500S(B)–hochduktil ........................................................ 338
5.1.3 BetondeckungundStababstände ................................................................. 338
5.2 GeometrieundModellbildung ..................................................................... 339
5.2.1 Geometrie..................................................................................................... 339
5.2.2 StatischesSystem ......................................................................................... 340
5.2.3 SteifigkeitderhorizontalenPfahlbettung..................................................... 343
5.2.4 SteifigkeitenderPfahlfußfeder..................................................................... 344
5.2.5 BettungsmoduldesgebettetenFundamentsinAchse60 ............................. 347
5.3 Lastannahmen............................................................................................... 348
5.3.1 BelastungausdemÜberbau......................................................................... 348
5.3.2 Eigengewicht ................................................................................................ 350
5.3.3 Vorspannung................................................................................................. 351
5.3.4 ErddruckinfolgederEigenlastenderHinterfüllung .................................... 351
5.3.5 Ausbaulasten................................................................................................. 355
5.3.6 Kriechen,SchwindenundRelaxation .......................................................... 357
5.3.7 Stützensenkung............................................................................................. 357
5.3.8 EinwirkungenausStraßenverkehr................................................................. 358
5.3.9 EinwirkungenausFußgänger-undRadverkehr............................................ 365
5.3.10 AnhebenzumAuswechselnvonLagern ...................................................... 365
5.3.11 Windeinwirkungen ....................................................................................... 365
5.3.12 Temperatureinwirkungen.............................................................................. 365
5.4 Lastfallüberlagerung..................................................................................... 366
5.4.1 KombinationimGrenzzustandderTragfähigkeit........................................ 366
5.4.2 KombinationimGrenzzustandderGebrauchstauglichkeit.......................... 367
5.5 Schnitt-undStützgrößen.............................................................................. 368
5.5.1 SchnittgrößenindenGrenzzuständenderTragfähigkeit............................. 368
5.5.2 SchnittgrößenindenGrenzzuständen
derGebrauchstauglichkeit............................................................................ 376
5.5.3 ErmittlungderStützgrößenundWeggrößen................................................ 381
5.6 NachweisederäußerenStandsicherheit ....................................................... 384
5.7 NachweisederinnerenStandsicherheit........................................................ 384
5.7.1 AllgemeineAspektezurEDV-gestütztenBemessung.................................. 384
5.7.2 GrenzzustandderTragfähigkeit–Pfähle..................................................... 386
5.7.3 GrenzzustandderTragfähigkeit–aufgehendesWiderlager......................... 388
5.7.4 GrenzzustandderGebrauchstauglichkeit–Pfähle....................................... 400
5.7.5 GrenzzustandderGebrauchstauglichkeit–aufgehendesWiderlager .......... 406