Rechnerische Beurteilung der Schubtragfähigkeit einer Spannbetonbrücke mit geringem Querkraft bewehrungsgrad

Assessment of the shear strength of an existing post‐tensioned concrete bridge with a low amount of shear reinforcement – First application of the ”Flexural Shear Crack“ model in practice In recent years it was reported several times, that within a static assessment according to current standards the shear strength of post‐tensioned bridges, which were built in Austria before 1989, cannot be fulfilled any more. However, test results prove, that especially prestressed structures have additional load bearing capacities, which cannot be reproduced with current calculation models. In the framework of a pilot project a new developed shear model (Flexural Shear Crack Model) was used. In this paper the approach as well as the main results of a statical reevaluation of an existing post‐tensioned road bridge at the Tauern Autobahn A10 will be presented.     

Zur Querkraftgefährdung bestehender Spannbetonbrücken

Zur Formulierung einer Handlungsanweisung wurden in Teil I die geänderten Lastannahmen für Brücken nach DIN Fachbericht 101 mit den Belastungsklassen nach alten Normen verglichen und gezeigt, wie anhand aktueller Verkehrszahlen die Lastansätze modifiziert werden können. Der aktuelle Brückenbestand in Hessen wurde mit der Straßeninformationsbank (Teilprojekt Bauwerksdaten) ausgewertet, um Klassifizierungs‐ und Bewertungskriterien zu erarbeiten. Zur Beurteilung des Querkraftwiderstandes wurden die Grundlagen der Querkraftbemessung nach DIN 1045, DIN 4227, DIN Fachbericht 102 und aus der Literatur gegenübergestellt. In Teil II werden Verfahren zur nachträglichen Verstärkung von Querschnitten und Tragsystemen mit zu geringer Querkrafttragfähigkeit zusammengestellt. Des Weiteren werden verschiedene Varianten der Modellierung verglichen, die bei der linearelastischen Schnittgrößenermittlung nach der Finite‐Elemente‐ Methode verwendet werden. Auf Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse werden schließlich Empfehlungen für eine Handlungsanweisung zur Beurteilung querkraftgefährdeter Brückenbauwerke formuliert. Shear‐Vulnerability of Existing Pre‐Stressed Concrete Bridges In Part I, to formulate an operation directive the revised load assumptions for bridges of DIN Technical Report 101 are compared with the loading classes according to old standards and it is demonstrated, how the loading models can be modified based on actual traffic data. The current bridge asset in the Federal State of Hesse is evaluated using the “Road Information Database (Sub‐Project: Structural Data)” in order to work out classification and evaluation criteria. Regarding the assessment of the shear load‐bearing capacity the fundamentals of the shear load design models of DIN 1045, DIN 4227, DIN TR 102 and from the literature are compared. In Part II, the procedures for the subsequent strengthening of cross‐sections and structural systems with a low shear load‐bearing capacity are compiled. In addition, different types of finite element modelling are compared used for the calculation of the linear‐elastic internal forces. Finally, based on the findings recommendations are formulated for an operation directive in regard to the assessment of shear‐vulnerable bridges.     

Verstärkung mit vorgespannten eingeschlitzten Lamellen

Oberflächig geklebte Kohlefaserlamellen (CFK) werden seit vielen Jahren zur Bauteilverstärkung eingesetzt. Die hohe Festigkeit dieser Lamellen kann aufgrund der begrenzten Zugkapazität des Betons nicht zur Gänze ausgenutzt werden. Eingeschlitzte CFK Lamellen hingegen bieten wesentliche Vorteile, die zusammen mit Vorspannung noch weiter optimiert werden können. Für den Vorspannvorgang wurde eine spezielle Verankerung, auf Basis der Composite Wedge Technik, entwickelt, die einfaches und rasches Vorspannen erlaubt. Die Verankerung ist zudem nur 8 kg schwer, was besonders vorteilhaft beim Hantieren an der Tragwerksunterseite ist. Nach dem Vorspannen wird die Verankerung entfernt, die permanente Verankerung der Lamellenenden wird durch nachträgliches Verkleben gewährleistet. Es verbleiben keine Stahlteile im oder am Bauwerk. So zeichnet sich die Konstruktion durch geringen Wartungsaufwand und hohe Dauerhaftigkeit aus. Die Effizienz der entwickelten Systeme wurde an vorgespannten Plattenstreifen experimentell untersucht. In den Untersuchungen konnte die Funktionsfähigkeit nachgewiesen werden. Strengthening using Prestressed Near Surface Mounted Strips Exernally bonded carbon fiber reinforced plastic (CFRP) strips are used since several years for strengthening of structures. The high strength of the strips cannot be exploited in most applications. Near surface mounted strips offer several advantages, which allow for further optimization together with prestressing. For the prestressing action a special anchoring device, based on the Composite Wedge Principle, was developed, which allows a simple and quick prestressing procedure. Additionally the anchorage weighs only 8 kg, which is especially beneficial when manipulations on the lower surface of the structure are necessary. The anchorage will be removed after prestressing and the permanent anchorage of the ends of the strips will be established by bond. No steel parts remain in the structure, after completing the strengthening. This results in low maintenance and a high durability. The efficiency of the developed systems and the prestressed plate strips was examined experimentally. In these investigations a perfect functionality could be demonstrated.     

Beurteilung der Zuverlässigkeit von Bestandstragwerken hinsichtlich einer Querkraftbeanspruchung

Probabilistische Berechnungsverfahren gewinnen im Bauingenieurwesen immer mehr an Bedeutung. Die Probabilistik wird sowohl zur Kalibrierung von Teilsicherheitsbeiwerten des semiprobabilistischen Sicherheitskonzepts der aktuellen Normengeneration als auch im Rahmen von Tragfähigkeitsbewertungen bestehender Bauten eingesetzt. Für biegebeanspruchte Stahlbetonbauteile kann die Grenzzustandsfunktion für Tragwerksversagen aufgrund eines klaren mechanischen Tragmodells eindeutig angegeben werden. Im Gegensatz hierzu gibt es bei der Formulierung des mechanischen Modells des Querkraftabtrags bisher noch große Unsicherheiten. Der nachfolgende Beitrag beschäftigt sich mit der Zuverlässigkeit von querkraftbeanspruchten Bauteilen im Hochbau und soll als Hilfestellung zur Wahl geeigneter statistischer Kenngrößen der Modellunsicherheiten für probabilistische Berechnungen verstanden werden. Die vorgeschlagenen Kenngrößen wurden aus umfangreichen Parameterstudien im Hinblick auf das Zielzuverlässigkeitsniveau gewählt. Reliability Assessment of Existing Structures subjected to Shear Force Probabilistic analyses are becoming more and more important in civil engineering. Probabilistics can be used for the calibration of partial safety factors of the semi probabilistic safety concept of current codes as well as in the context of sustainability evaluations of existing buildings. For reinforced concrete components subjected to bending, the limit state function for structural failure can be specified clearly because of a well‐defined mechanical model. By contrast, for the formulation of the mechanical model of shear carrying capacity there are still large uncertainties. The following article deals with the reliability of components in building structures subjected to shear force and should be understood as a support selecting appropriate statistical parameters of model uncertainties for probabilistic calculations. The proposed statistic parameters of model uncertainties were selected out of extensive parameter studies in view of the target reliability level.