Brücken aus Stahlbeton und Spannbeton : Entwurf, Konstruktion und Berechnung PDF
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Ralph Holst, Karl Heinz Holst Brücken aus Stahlbeton und Spannbeton Entwurf, Konstruktion und Berechnung 6. Auflage Brücken aus Stahlbeton und Spannbeton Entwurf, Konstruktion und Berechnung Ralph Holst Karl Heinz Holst BauoberratDipl.-Ing.RalphHolst BundesanstaltfürStraßenwesen Brüderstr.53 51427BergischGladbach Prof.i.R.Dipl.-Ing.KarlHeinzHolst(†) Titelbild:GutachtalbrückebeiTitisee-Neustadt. Foto:RainerUllrich AlleBücherdesVerlagesErnst&Sohnwerdensorgfältigerarbeitet.Dennochübernehmen Autoren,HerausgeberundVerlaginkeinemFall,einschließlichdesvorliegendenWerkes,für dieRichtigkeitvonAngaben,HinweisenundRatschlägensowiefüreventuelleDruckfehler irgendeineHaftung.ImZweifelsfallgeltendieentsprechendenNormenundRegelwerkeim Original. BibliografischeInformationderDeutschenNationalbibliothek DieDeutscheNationalbibliothekverzeichnetdiesePublikationinderDeutschenNationalbiblio- grafie;detailliertebibliografischeDatensindimInternetüberhttp://dnb.d-nb.deabrufbar. ©2014WilhelmErnst&Sohn,VerlagfürArchitekturundtechnischeWissenschaftenGmbH &Co.KG,Rotherstraße21,10245Berlin,Germany AlleRechte,insbesonderediederÜbersetzunginandereSprachen,vorbehalten.KeinTeil diesesBuchesdarfohneschriftlicheGenehmigungdesVerlagesinirgendeinerForm–durch Fotokopie,MikrofilmoderirgendeinanderesVerfahren–reproduziertoderineinevon Maschinen,insbesonderevonDatenverarbeitungsmaschinen,verwendbareSpracheübertragen oderübersetztwerden. Allrightsreserved(includingthoseoftranslationintootherlanguages).Nopartofthisbook maybereproducedinanyform–byphotoprinting,microfilm,oranyothermeans–nortrans- mittedortranslatedintoamachinelanguagewithoutwrittenpermissionfromthepublisher. DieWiedergabevonWarenbezeichnungen,HandelsnamenodersonstigenKennzeichenin diesemBuchberechtigtnichtzuderAnnahme,daßdiesevonjedermannfreibenutztwerden dürfen.VielmehrkannessichauchdannumeingetrageneWarenzeichenodersonstige gesetzlichgeschützteKennzeichenhandeln,wennsiealssolchenichteigensmarkiertsind. Umschlaggestaltung:SonjaFrank,Berlin Herstellung:pp030–ProduktionsbüroHeikePraetor,Berlin Satz:BeltzBadLangensalzaGmbH,BadLangensalza DruckundBindung:StraussGmbH,Mörlenbach PrintedintheFederalRepublicofGermany. GedrucktaufsäurefreiemPapier. 6.Auflage PrintISBN: 978-3-433-02953-4 ePDFISBN: 978-3-433-60304-8 ePubISBN: 978-3-433-60307-9 eMobiISBN: 978-3-433-60306-2 oBookISBN: 978-3-433-60305-5 Vorwort zur sechsten Auflage Das Thema Querkraftbemessung wird zurzeit vor dem Hintergrund des sehr konservativen Ansatzesfürdie„NachrechnungvonBestandbrücken“inderFachweltheftigdiskutiert.Hier werden sich wohl Veränderungen ergeben, die Einfluss auf die zukünftige Nachweisführung haben werden. In dieser Auflage kann nur der aktuell anerkannte Sachstand wiedergegeben werden. Das Vorwort der fünften Auflage begann mit Ausführungen zu den DIN-Fachberichten, die als Übergangslösung bis zur Einführung der „eigentlichen“ Eurocodes für den Brückenbau gedachtwaren. JetztistdernächsteundvorerstletzteSchrittzurEinführungderEurocodesfürdenBrücken- bauerfolgt. MitARS22/2012hatdasBundesministeriumfürVerkehr,BauundStadtentwicklungdieent- sprechendenEurocodesfüralleneuenVergabeverfahrenzum01.05.2013fürdieAnwendung imBereichderBundesfernstraßeneingeführt. DerAufbauunddieGliederungdesBuchesentsprechenderfünftenAuflage.Damitistesein- facher,dieNeuerungenunddamitVeränderungenzuerkennen. DiewichtigstenVeränderungenfürdieStraßehabensichergebenbezüglich − derEinwirkungen(DINEN1991-xx), – LastmodellLM1(Belastungauf3.Fahrspur), – Windeinwirkungen,Temperatur,außergewöhnlicheEinwirkungen, − derBemessung(DINEN1992-2),u.a.zurQuerkraftbemessungundErmüdung, − derQuerschnitte(RichtliniefürAnlagevonAutobahnen,RAA), − desBaugrundes(DINEN1997-xx), − derLager(DINEN1337-xx), − derTraggerüste, − derRichtzeichnungen. FürdieEisenbahnsinddieVeränderungendargelegtingeändertenRegelwerken,vorallem − D804,inklusiveangepassterRichtzeichnungen. DarüberhinaussindAusführungenzuintegralenBrückenneuaufgenommenworden. BedankenmöchteichmichandieserStellebeiHerrnWolf-DieterFriebelvomBundesministe- rium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung sowie Herrn Heiko Gregorski und Herr Tristan Mölter von der Deutschen Bahn, die mich sehr unkompliziert und kurzfristig bezüglich einer Reihe von Bildern aus dem Bereich der Bundesfernstraßen und der Deutschen Bahn unter- stützthaben. Die Berechnung der Plattenbeispiele des Kapitels 5 mittels FE-Berechnungen wurde durch Herrn Dipl.-Ing. Dirk Michael und Frau Prof. Dr.-Ing. Ursula Freundt vom Ingenieurbüro Freundtdurchgeführt.AuchdafürmeinenherzlichenDank. Aufgrund des Todes des bisherigen Erstverfassers, Herrn Prof. Dipl.-Ing. Karl Heinz Holst, imJahre2005bekamderVerlagErnst&SohnmitmireinenneuenPartner.FürdiegroßeUn- terstützung, die Geduld unddie Professionalität der Zusammenarbeit bedankeich mich herz- lichbeiFrauDipl.-Ing.KarinLang,FrauUte-MarlenGüntherundHerrnDipl.-Ing.JensVöl- ker. Darüber hinaus war auch die Korrekturphase mit Frau Dipl.-Ing. Barbara Miklaw sehr fruchtbarundbrachtedieeineoderandereVerbesserungdesManuskripteshervor. VI AusdemVorwortzurerstenAuflage Der größte Dank gilt meinem Vater, Herrn Karl Heinz Holst, der mich sowohl für den Brü- ckenbau begeistert als auch mir die Möglichkeit gegeben hat, dieses Fachbuch fortzuführen. Ichhoffe,dassauchdieseAuflagedenAnspruch,sowohleinLehrbuchalsauchein„Beglei- ter“fürdiePraxiszusein,erfüllt. Overath,imJuli2013 RalphHolst Aus dem Vorwort zur ersten Auflage DerBrückenbauhatindenletztenJahrzehnteneinestarke,fastrasante,Entwicklungerfahren, die vorrangig durch die Entwicklung des modernen Straßenbaues eingeleitet worden ist und mit diesem expandierte. Der starke Kraftfahrzeugverkehr, dessen Volumen z.Z. immer noch wächst,verlangteinweitverzweigtesundgutausgebautesStraßennetz,dasvonderAutobahn bis zur Gemeindestraße reicht. Die zügigen Linienführungen dieses Straßensystems, insbe- sondereauchimHinblickaufdieverkehrstechnischenBelangederStädteundüberregionalen Ballungsräume,schaffendenBedarffürdasBrückenbauvolumen. DasvorliegendeBuchbefasstsichzunächstnurmitdenStraßenbrücken,undvondiesenvor- rangig mit jenen, die im Bereich normaler Anforderungen anfallen, also Längen bis zu 60 m aufweisen. Die entwurfstechnischen, konstruktiven und gestalterischen Grundlagen müssen nämlich am normalen Bauwerk, am sogenannten Regelbauwerk, erlernt werden; beherrscht mandieses,sokannmansichauchimGroßbrückenbaubewegen. DasBuch möchte einLehrbuchsein unddenStudenten derBauingenieurwissenschaften und jeden anderen Interessierten in die Materie des Brückenbauens einführen. Das Buch möchte aberauch einBegleiter fürdenbereits„Eingeführten“ sein undesihmermöglichen,gewisse Kenntnisse,dieernichtständigvorhaltenmuss,wiederaufzufrischen. Lübeck,imOktober1984 DerVerfasser Inhaltsverzeichnis VorwortzursechstenAuflage............................................... V AusdemVorwortzurerstenAuflage ........................................ VI Einführung................................................................ 1 1 BerechnungsgrundlagenfürBrückenbauwerke...................... 3 1.1 BautenimBereichöffentlicherNutzung............................... 3 1.1.1 GenehmigungspflichtundZulassungsverfahren ........................ 3 1.1.2 BautenimBereichderStraßenbauverwaltungdesBundes undderLänder .................................................... 5 1.1.3 BautenimBereichderEisenbahnendesBundesundderLänder .......... 6 1.1.4 GrundbegriffederTragwerksplanung................................. 7 1.1.4.1 Einwirkungen ..................................................... 7 1.1.4.2 GrenzzuständeundEinwirkungskombinationen ........................ 9 1.1.5 VorschriftenundBautechnischeRegelwerke........................... 10 1.2 EinwirkungenausdemStraßenverkehr................................ 12 1.2.1 ZuordnungdesStraßenverkehrs...................................... 12 1.2.2 Vertikallasten,charakteristischeWerte................................ 14 1.2.2.1 StändigeLasten.................................................... 14 1.2.2.2 Verkehrsregellasten ................................................ 14 1.2.3 Horizontallasten,charakteristischeWerte.............................. 16 1.2.4 EinwirkungenfürErmüdungsberechnungen............................ 17 1.2.5 AußergewöhnlicheEinwirkungen .................................... 19 1.2.6 SonstigeEinwirkungen ............................................. 22 1.2.7 ErmittlungvonVerkehrsbelastungenfürStraßenbrücken ................ 23 1.2.8 EinwirkungskombinationenfürdieGrenzzustände...................... 24 1.2.8.1 VerkehrslastmodelleundzeitlichgleicheandereEinwirkungen........... 24 1.2.8.2 KombinationsfaktorenψfürStraßenbrücken........................... 25 1.2.8.3 TeilsicherheitsbeiwerteγfürStraßenbrücken .......................... 26 1.3 EinwirkungenausmilitärischemFahrzeugverkehr ...................... 27 1.4 EinwirkungenausdemEisenbahnverkehrund-betrieb .................. 31 1.4.1 Übersicht......................................................... 31 1.4.2 Vertikallasten,charakteristischeWerte................................ 31 1.4.2.1 StatischeLastanteile................................................ 31 1.4.2.2 VerteilungderAchslastendurchSchienen,SchwellenundSchotter ....... 34 1.4.3 DynamischeEinwirkungen.......................................... 35 1.4.3.1 UrsacheundWirkung .............................................. 35 1.4.3.2 DynamischeBeiwerte .............................................. 36 1.4.3.3 ResonanzoderübermäßigeSchwingung............................... 40 1.4.4 Horizontallasten,charakteristischeWerte.............................. 43 1.4.4.1 EinwirkungenausZentrifugallasten................................... 43 1.4.4.2 EinwirkungenausSeitenstoß(Schlingerkraft).......................... 45 1.4.4.3 EinwirkungenausAnfahrenundBremsen............................. 45 1.4.5 LängsgerichteteEinwirkungen....................................... 46 1.4.5.1 LeitlinienfürdieUntersuchungderInteraktionzwischenBrückenüberbau undSchienenoberbau............................................... 46 VIII Inhaltsverzeichnis 1.4.5.2 BerechnungswertedesGleises ....................................... 49 1.4.5.3 VereinfachtesNachweisverfahrenfüreinteiligeÜberbauten.............. 50 1.4.6 Druck-Sog-EinwirkungenausZugverkehr (aerodynamischeEinwirkungen) ..................................... 53 1.4.7 EinwirkungenfürErmüdungsberechnungen............................ 56 1.4.8 AußergewöhnlicheEinwirkungendesEisenbahnverkehrs................ 58 1.4.9 SonstigeEinwirkungen ............................................. 61 1.4.10 ErmittlungvonVerkehrsbelastungenfürEisenbahnbrücken.............. 62 1.4.11 EinwirkungskombinationenfürdieGrenzzustände...................... 65 1.4.11.1 VerkehrslastmodelleundzeitlichgleicheandereEinwirkungen........... 65 1.4.11.2 KombinationsfaktorenψfürEisenbahnbrücken......................... 67 1.4.11.3 TeilsicherheitsbeiwerteγfürEisenbahnbrücken ........................ 67 1.5 EinwirkungenausdemFußgänger-undRadwegverkehr................. 67 1.5.1 VertikaleLasten,charakteristischeWerte.............................. 67 1.5.2 HorizontaleLasten,charakteristischeWerte............................ 68 1.5.3 AußergewöhnlicheEinwirkungen .................................... 69 1.5.4 SonstigeEinwirkungen ............................................. 69 1.5.5 ErmittlungvonVerkehrsbelastungenfürFußgänger- undRadwegbrücken................................................ 69 1.5.6 EinwirkungskombinationenfürdieGrenzzustände...................... 70 1.6 EinwirkungenausÄnderungenderStützungsbedingungen............... 71 1.7 EinwirkungenausWindlasten........................................ 73 1.7.1 AllgemeineZusammenhänge ........................................ 73 1.7.2 WindkräftebeiBrücken............................................. 76 1.7.2.1 NachweisverfahrennachDINEN1991-1-4............................ 76 1.7.2.2 VereinfachtesNachweisverfahrennachDINEN1991-1-4/NA............ 78 1.8 Temperatureinwirkungen............................................ 81 1.8.1 BegriffeundFormelzeichen ......................................... 81 1.8.2 TemperatureinwirkungenaufBrückenbauwerke........................ 82 1.8.2.1 KonstanterTemperaturanteil,charakteristischeWerte ................... 82 1.8.2.2 LinearerTemperaturunterschied,charakteristischeWerte ................ 84 1.8.2.3 GleichzeitigkeitvonTemperatureinwirkungen.......................... 87 1.8.3 TemperatureinwirkungenaufBrückenpfeiler........................... 87 1.8.4 KombinationfürdieGrenzzustände................................... 87 1.9 SchnittkräfteausEinwirkungeninfolgevertikalerVerkehrslast ........... 87 1.9.1 Belastungsprinzip.................................................. 87 1.9.2 VerkehrslastundEinflusslinie ....................................... 88 1.9.3 VerkehrslastundEinflussfeld........................................ 90 1.10 Berechnungsbeispiele............................................... 94 1.10.1 ErmittlungeinerWindkraft.......................................... 94 1.10.2 ErmittlungeinesBiegemomenteseinesBalkentragwerkes................ 95 1.10.3 ErmittlungeinesBiegemomenteseinesFlächentragwerkes............... 96 1.10.4 ErmittlungdercharakteristischenWertederEinwirkungenundder VerkehrslastgruppenfüreineEisenbahnbrücke......................... 99 1.10.4.1 System,AbmessungenundVorwerte ................................. 100 1.10.4.2 CharakteristischeWertederVertikallasten............................. 102 1.10.4.3 CharakteristischeWertederHorizontallasten........................... 106 1.10.4.4 CharakteristischeWertederaußergewöhnlichenEinwirkungen ........... 113 1.10.4.5 MaßgebendeSchnittgrößen.......................................... 114 1.10.4.6 ErmittlungderVerkehrslastgruppen .................................. 116
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