Neubau der ÖBB‐Donaubrücke Tulln – ein innovatives Brückentragwerk

104 Jahre nach ihrer Erbauung wurde die Eisenbahnbrücke der Österreichischen Bundesbahnen (ÖBB) über die Donau in Tulln einer Generalsanierung unterzogen. Als Tragsystem der neuen Brücke wurde eine Fachwerkverbundkonstruktion mit untenliegender Fahrbahn gewählt. Nach nur 16 Monaten Bauzeit konnte mit der Inbetriebnahme im Oktober 2009 ein Stück europäische Brückenbaugeschichte geschrieben werden. Für die Demontage der bestehenden Tragwerke und die Montage des neuen Tragwerks inklusive der Ausrüstung für den Bahnbetrieb stand eine 7‐monatige Streckensperre zur Verfügung. Die Herstellung des Ersatzneubaus des 440 m langen Brückentragwerks unter möglichst geringer Beeinträchtigung des Straßen‐, Bahn‐ und Schiffsverkehrs stellte höchste Anforderungen an den Bauherrn, die Planer und die ARGE Donaubrücke Tulln. Errection of the ÖBB‐Donaubrücke Tulln – an innovative bridge construction. 104 years after being built, the railway bridge of the Österreichischen Bundesbahnen (ÖBB) across the Danube at Tulln, Austria, has been completely refurbished. The new bridge is based on a composite over‐deck truss construction. After a construction time of only 16 months, commissioning in October 2009 was the last step in a project that will make European bridge construction history. For the dismantling of the existing supporting structure and the assembly of the new one incl. the railway facilities, the railway line was blocked for 7 months. Replacing the 400‐m long supporting structure while keeping the effects on road, rail and shipping traffic to the lowest possible level put highest demands on owner, planners and ARGE Donaubrücke Tulln.     

Nachrechnen und Verstärken älterer Spannbetonbrücken

Es zeichnet sich ab, dass die Investitionen in die Verstärkung und Erneuerung des Straßenbrückenbestands in Deutschland zukünftig stark erhöht werden müssen, damit das Fernstraßennetz bestmöglich nutzbar bleibt. Erste Erfahrungen mit der Nachrechnung von Brücken zeigen, dass viele ältere Brücken sehr kurzfristig verstärkt oder erneuert werden müssen. Besonders kritische ältere Brücken, die nicht kurzfristig verstärkt oder erneuert werden können, müssen für den Schwerverkehr eingeschränkt werden, da sie nach den Regeln der Nachrechnungsrichtlinie erheblich überbeansprucht sind. Zur Verstärkung älterer Spannbetonbrücken hat sich in den letzten Jahren eine Externe Vorspannung als vorteilhafteste Verstärkungstechnik herausgestellt. Die Regeln zur Bemessung, Konstruktion und Bauausführung sind inzwischen vielfach angewendet und erprobt. Noch verbleibende Regeln für die Querkraftbemessung älterer Spannbetonbrücken im Rahmen der Nachrechnung sind in der Entwicklung und müssen den Tragwerksplanern baldmöglichst zur Verfügung gestellt werden. Checking and Strengthening older Prestressed Concrete Bridges In Germany it seems to indicate, that very high investments are necessary to strengthen or replace older road bridges in order to maintain a sustainable and effective traffic infrastructure. First experiences with a new guideline for checking older bridges are, that many older bridges have to be checked and strengthened in a short‐term. Weak structures without strengthening have to be closed for the heavy‐duty traffic, because these bridges are overloaded. The strengthening with additional external tendons is the best available technology for older prestressed concrete bridges. That is the experience of the last years. In the following paper principles of design, detailing possibilities and construction works are illustrated. Special rules for shear design of older bridges with low thrust reinforcement and additional external tendons are at the development stage.     

Experimentelle Untersuchungen zum dynamischen Verhalten von Eisenbahnbrücken mit Schotteroberbau

Im Zuge der Erhöhung der Reisegeschwindigkeit der Westbahnstrecke auf bis zu 250 km/h wurden in den letzten Jahren von Seiten der ÖBB zahlreiche dynamische Brückenmessungen in Auftrag gegeben. Dabei konnte festgestellt werden, dass Berechnung und Realität meist sehr stark differieren können. Dies liegt einerseits im Umstand, dass für Berechnungsmodelle im Zuge der Aufwandsminimierung immer gewisse Vereinfachungen in der Modellbildung vorgenommen werden müssen und somit die realen Verhältnisse nur bedingt abgebildet werden können, zum anderen ergeben sich durch konservative Annahmen der Normung stark auf der sicheren Seite liegende Eingangsgrößen. Gerade im Hinblick auf dynamische Berechnungen gibt die Norm für die anzusetzende Dämpfung des Systems sehr stark auf der sicheren Seite liegende Werte vor, welche gerade für Eisenbahnbrücken mit Schotteroberbau die realen Verhältnisse nicht abbilden. Um diesem Umstand Folge zu leisten, wurden in Zusammenarbeit mit der ÖBB Versuche an einer realen Brückenstruktur durchgeführt. Die folgenden Seiten beinhalten die Ergebnisse und Auswertungen der dynamischen Schwingungsmessungen einer Eisenbahnbrücke aus Stahl auf der Strecke der Donauuferbahn zwischen St. Valentin und Krems. Dynamic behaviour of a railway bridge with ballast superstructure — field trials and modal identification. The technical progress in the construction of railway bridges enables the realisation of more and more slender and lightweight structures. Also, the axle loads and travelling speeds of the operating trains were constantly increased over the past. Caused by these developments, the dynamic behaviour of railway bridges is getting more and more important for the design and construction of new structures or refurbishment purposes. To investigate the dynamic interaction between the ballast superstructure and the structure of the bridge, an experimental bridge has been built and tested with an innovative system of two eccentric weight vibration generators based on the methods of experimental modal analysis using the resonance method. The experiments show that the ballast superstructure affects the damping and the dynamic behaviour of the bridge in a nonlinear way. The following paper deals with the verification of the results achieved in the laboratory by carrying out field trails on existing railway bridges.     

Die Bahretalbrücke – eine Verbundbrücke mit Vollfertigteilen

Der Einsatz von Vollfertigteilen im Stahlverbundbrückenbau hat bisher in Deutschland wenig Anwendung gefunden. Im internationalen Großbrückenbau, insbesondere auch beim Bau von Schrägseilbrücken, ist die Herstellung der Fahrbahnplatte von Stahlverbundbrücken mit Vollfertigteilen eine häufig ausgeführte Variante. Am Beispiel der Bahretalbrücke im Zuge der Staatsstraße S 107n sollen die Vorteile dieser Bauweise beschrieben und einige Hinweise zur konstruktiven Ausbildung dargestellt werden. Application of prefabricated sections for composite bridges shown on the example of Bahretal Bridge. The application of the prefabricated sections in composite constructions has not been often used in Germany. In the international bridge building especially in building of cable stayed bridges prefabricated sections in the assembly of the deck are often used. The advantages of using this method and some details of the construction will be shown on the example of the Bahretal Bridge.     

Zur plastischen Tragfähigkeit von Straßenbrücken in Verbundbauweise mit längsausgesteiften Stegen

Mit der Einführung der Eurocodes ist nunmehr auch bei Verbundbrücken eine gewisse Ausnutzung plastischer Querschnittstragfähigkeiten sowie plastischer Systemreserven bei mehrfeldrigen Tragwerken möglich. Dies erlaubt eine höhere Wirtschaftlichkeit gegenüber der bisher üblichen weitgehend elastischen Auslegung. Insbesondere bei bestehenden Brückentragwerken könnte damit bei Ansatz der aktuellen höheren Verkehrslasten nach Eurocode oder aber bei Brückenverbreiterungen mitunter eine aufwändige Tragwerksverstärkung entfallen oder zumindest reduziert werden. Während bei Brücken mit kürzerer Stützweite und damit meist kompakten Querschnitten die plastischen Tragreserven gut einschätzbar sind, wird in diesem Beitrag der Fokus auf mehrfeldrige Brücken mit größerer Stützweite gelegt, deren Querschnitte zusätzliche Längssteifen aufweisen und damit – unter Voraussetzung elastischer Spannungsverteilung – beulgefährdet sind. Zuerst wird die alleinige Querschnittstragfähigkeit betrachtet. Dies erfolgt unter Voraussetzung hoher Beanspruchungsanteile vor Verbund, wie sie infolge der üblichen Montage ohne Rüstung und Hilfsjoche vielfach vorliegt. Nachfolgend wird auf die Auswirkungen bei Ausnutzung der plastischen Querschnittstragfähigkeit eingegangen, welche sich in Form der Umlagerung der elastisch ermittelten Schnittkräfte bei Durchlaufträgern ergeben. Aus den Berechnungsergebnissen für ein genauer untersuchtes, bestehendes Verbundtragwerk sind gewisse Einschränkungen bei der Ausnutzung der plastischen Querschnittstragfähigkeit erkennbar. Weiterhin werden mitunter zusätzliche, über die elastische Schnittkraftberechnung hinausgehende Berechnungsschritte erforderlich. Die diesbezüglichen Hinweise für eine praktische Vorgehensweise werden dargestellt. Plastic load bearing capacity of composite highway bridges with stiffened webs. The introduction of the Eurocodes made plastic design criteria available also for composite bridges, leading to more economical solutions compared with the previously elastic design rules. Particularly for old bridges with higher actual traffic loads, strengthening should therefore be avoidable or at least be necessary to a minor extent. For bridges with smaller spans and compact cross sections, the plastic load bearing capacity is clearly identified. In this paper the focus is placed on longer bridges with higher, stiffened girders, susceptible to local buckling. In a first step, the cross section capacity in bending is studied as an isolated case, based on high preloads acting on the steel girder only, due to the common assembling procedure without framework. In a second step, the effects on the whole structure are studied, because utilising the plastic section capacity leads to a redistribution of internal forces. Based on the comprehensive study of an old, actual strengthened composite bridge, some limitations for plastic design are noticed. Moreover, plastic design sometimes needs additional global analysis. Details of practical recommendations are given.     

Zum Tragverhalten von Verbunddübeln — Teil 2: Ermüdungsverhalten

Verbunddübel stellen eine sehr tragfähige und robuste Verbindung zwischen Stahlbauteilen und Betonquerschnitten dar. Mittels Verbunddübelleisten lassen sich neue Querschnitte für den konstruktiven Ingenieurbau entwickeln. Der erste Teil der Veröffentlichung befasste sich mit der Technologie der Verbunddübel, deren Tragverhalten und der Bemessung der Verbindung unter ruhender Belastung. Für den Einsatz in Brücken ist das Verhalten unter dynamischen Lasten von Bedeutung und Schwerpunkt dieses Beitrages. Das Ermüdungsverhalten der neuartigen Verbindung wird anhand von zyklisch belasteten Biegeträgern untersucht, mit numerischen Simulationen verglichen und ein Bemessungsvorschlag auf Grundlage des Strukturspannungskonzeptes vorgestellt. Dabei wird sich auf die Betrachtung von Dübelleisten mit modifizierter Klothoidenform (MCL) beschränkt. Load bearing behaviour of composite dowels — Fatigue behaviour (part II). Composite dowels realise a high load bearing capacity and ductile connection between steel members and concrete parts. Using these composite dowels for shear transmission new systems of composite construction can be designed. The first part deals with the technology of composite dowels, it’s bearing behaviour and the design of the connection under static loads. For the use in bridges the cyclic load bearing behaviour becomes more important and on this is the focus of this paper. The behaviour of the new connection under fatigue loads is investigated by cyclic loaded simple supported beam tests compared to numerical simulations and a design concept is established on the basis of a hot spot model. The investigations are restricted to composite dowels implementing the modified clothoidal shape (MCL).     

Neubau der Rethebrücke,Hamburg

Mit dem Neubau der Rethebrücke, die eine Spannweite von 104,2 m aufweist, entsteht im Hamburger Hafen eine von Europas größten Doppelklappbrücken für den Straßenverkehr und die größte Doppelklappbrücke Europas für den Bahnverkehr. Getrennte Querschnitte ermöglichen eine wirtschaftliche Dimensionierung der Brücken entsprechend der unterschiedlichen Belastungen aus Bahn‐ und Straßenverkehr. Die Ausmaße der Klappen resultieren in ebenso mächtigen Klappenpfeilern, welche mit einer Tiefe im Baugrund von 21,7 m im Tidebereich der Elbe besondere Verankerungsmaßnahmen erfordern. Das Tragwerk der Brücke wird je Brückenseite aus vier sich zur Brückenmitte hin verjüngenden Fachwerkträgern gebildet. Im geschlossenen Zustand der Brücke ermöglicht eine spezielle Fingerkonstruktion in Brückenmitte, die ohne eine mechanische Verriegelung auskommt, die Übertragung positiver Momente. The new Rethebridge, Hamburg, Germany. With the erecting of the Rethebridge, which has a span of 104.2 m, the port of Hamburg gets one of Europe's largest road bridges and Europe's largest railway bridge with two movable spans (bascule bridge). The superstructure is divided in two parts, one for railway and one for road traffic, thus allowing an economic construction for the different loads. The size of the movable spans results in huge piers (21.7 m deep in ground) standing in Elbe's tidal area needing special anchorage measurements. The bridge's structure is composed of four truss girders, every bridge side, tapering to the middle of the bridge. At closed position, a special finger construction in the middle of the bridge allows the transfer of positive moments without any mechanical locking system.     

Fahrbahn der historischen Hochbahnviadukte im Zuge der U‐Bahnlinie U2 in Berlin – Sanierung unter Berücksichtigung des Denkmalschutzes

Die Fahrbahn in den Hochbahnviadukten der U‐Bahnlinie U2 in der Schönhauser Allee in Berlin besteht – wie bei vielen anderen ähnlichen Berliner Bauwerken, z. B. den Yorckbrücken – aus schottergefüllten Buckelblechen, auf denen die Gleise mit Schwellen verlegt wurden. Diese Konstruktion hat sich im Stadtbahnverkehr seit über hundert Jahren bewährt. Im Rahmen der denkmalgerechten Sanierung der Hochbahnviadukte einschließlich deren Brückenlager – über die in einem späteren Heft dieser Zeitschrift zu berichten sein wird – sollte auch die Fahrbahn grundhaft erneuert werden. Der Gedanke an den Einbau einer festen Fahrbahn wurde nicht weiter verfolgt, sondern der bewährten Lösung mit den schottergefüllten Buckelblechen der Vorzug gegeben. Eine besondere Herausforderung war die Herstellung der Buckelbleche in unterschiedlichen Abmessungen, z. B. mit trapezförmigem Grundriss. Schweißkonstruktionen, wie z. B. ausgesteifte ebene Stahlbleche (ähnlich orthotropen Platten) schieden aus Gründen des Denkmalschutzes aus. Das ursprüngliche Herstellungsverfahren mit Hilfe von Gesenken kam wegen der sehr großen Anzahl vorzuhaltender unterschiedlicher Gesenkformen aus wirtschaftlichen Gründen nicht in Betracht. Durch ein neues und patentrechtlich geschütztes Verfahren konnten die neuen Buckelbleche in denselben verschiedenen Abmessungen wie die ursprünglichen Bleche denkmalgerecht und wirtschaftlich hergestellt werden. Beim Einbau in die ebenfalls sanierte Unterkonstruktion wurde die Nietverbindung durch HV‐Schrauben ersetzt. Im vorliegenden Beitrag werden vor allem die Herstellung und der Einbau der Buckelbleche in die Viaduktkonstruktion beschrieben. Lane of the elevated railway viaducts in the course of the underground line U2 in Berlin, Germany – redevelopment with consideration of the historic monument protection. The lane in the overhead railway viaducts of the underground line U2 in the Schönhauser avenue in Berlin consists – as at many other similar engineering structures in Berlin, e. g. the Yorckbrücken – of crushed stone‐filled buckled plates, on which the tracks with cross sills were installed. This construction worked satisfactorily in metropolitan railway traffic for over one hundred years. In the context of the redevelopment of the overhead railway viaducts including their bridge bearings – over this in a later issue this journal will have to be reported – also the lane should be complete renewed. The thought to the installation of a deckinglane was not continued to pursue, but the proven solution with the crushed stone‐filled buckled plates the preference given. As special challenge the production of buckled plates turned out in different dimensions. Welded structures, like even reinforced steel sheets (similarly orthotropic plates) were ruled out for reasons of the monument protection. The original manufacturing process by dies was not possible because of the very large number the one which can be reproached different die forming from economic reasons. The new buckled plates in the same different dimensions could be manufactured by a new and patent protected procedure as the original plates considering the monument protection and economically. With the installation into the likewise reorganized sub‐construction the rivet joint was replaced by high‐tensile bolts. In the report above all the production and the installation of the buckled plates into the viaduct construction are described.     

Vergleich und Beurteilung unterschiedlicher Lastmodelle für die Ermittlung der dynamischen Antwort von Zugüberfahrten über Brücken bei Hochgeschwindigkeitsverkehr

Drei analytische Lastmodelle für die Berechnung von Zugüberfahrten über Brücken werden mathematisch formuliert: eine Folge von Einzelkräften, eine Folge von Punkmassen und eine Folge von Mehrkörpersystemen. Die Kopplung der Lastmodelle an das Brückenmodell erfolgt mechanisch exakt im Rahmen einer ebenen Betrachtung des Problems. Die Diskretisierung der Bewegungsgleichungen erfolgt mit Hilfe der Methode von Ritz und Galerkin (Modalanalyse). Am Beispiel einer leichten Balkenbrücke aus Stahl unter der Einwirkung eines Hochgeschwindigkeitszuges werden die drei Lastmodelle untereinander verglichen. An diesem Beispiel wird deutlich, dass mit Lastmodellen aus Einzelkräften oder Punktmassen die Schwingungsantwort von leichten Brücken stark überschätzt werden kann. Bereits die Verwendung von einfachen Mehrkörpersystemen mit nur wenigen Freiheitsgraden führt zu wesentlich genaueren Ergebnissen, insbesondere bei resonanzgefährdeten Brücken. Wege für eine effiziente Berechnung stehen unter Anwendung der Modalanalyse offen und werden ebenso diskutiert wie die Beurteilung der Resonanzgefahr. Comparison and assessment of various load models to calculate train crossings of bridges at high speed. Three analytical load models to calculate train crossings over bridges are mathematically formulated: a series of concentrated forces, a series of concentrated masses and a series of multi‐body systems. The coupling of the load models to the bridge model is carried out within the scope of a two‐dimensional treatment of the problem and without simplifications. The differential equations of motion are discretised using the method of Ritz and Galerkin (modal analysis). The three load models are compared with each other using the example of a lightweight beam bridge made of steel which is loaded by a high‐speed train. The example shows clearly that the dynamic response of a lightweight bridge is overestimated if the load models consist of concentrated forces or masses. Even the use of simple multi‐body systems with only few degrees of freedom lead to considerably more accurate results. This finding particularly holds true for bridges which are at risk of resonance effects. Options for an efficient calculation are available with modal analysis and are discussed. The assessment of resonance effects is also treated.     

Temburong Bridge,Brunei – Design of two cable stayed bridges

The Temburong Bridge Project is a 30 km long dual two‐lane highway crossing over the Brunei Bay. It will connect the relatively isolated Brunei district of Temburong to the other three Brunei districts. The main objective of the project is to stimulate economic growth in the Temburong region by connecting it to the country's airport and ports. The alignment crosses two navigation channels resulting in the need for two cable stayed bridges – the Brunei Channel Bridge (145 m main span) and the Eastern Channel Bridge (260 m main span). The design of these cable stayed bridges is one of the first applications of the Eurocode to a fully concrete cable stayed bridge. Both cable stayed bridges draw on strong Islamic architectural influences from the region to form a tower shape that is unique and instantly recognisable. Temburong Brücke, Brunei – Entwurf von zwei Schrägkabelbrücken Die Temburong Brücke ist eine 30 km lange Verbindung über die Brunei Bucht mit zwei Richtungsfahrbahnen mit je zwei Fahrstreifen. Sie wird den relativ isolierten Distrikt Temburong mit den anderen drei Distrikten Bruneis verbinden. Hauptanliegen des Projekts ist die Stimulierung von ökonomischem Wachstum in der Temburong Region, indem sie an den Flughafen und Seehafen des Landes angebunden wird. Die Trassierung erfordert die Überquerung zweier Schiffahrtsrouten. Dies wird mit der Anordnung zweier Schrägkabelbrücken ermöglicht, der Brunei Channel Brücke (145 m Hauptspannweite) und der Eastern Channel Brücke (260 m Hauptspannweite). Die Bemessung der beiden Brücken stellt eine der ersten Anwendungen des Eurocode auf Schrägkabelbrücken mit Betonüberbau dar. Optisch sind die beiden Brücken geprägt von der islamischen Architektur der Umgebung, die Pylonform ist ein besonderes Erkennungsmerkmal der Brücken.     

A contribution to understanding the influence of concrete cracking on timber concrete composite bridge beams

Despite of widely implemented advances in TCC bridge technology, there are still no satisfying design recommendations that consider the influence of concrete cracking on the distribution of forces and deformation. A research project at Universidad Austral de Chile studied several aspects of concrete cracking in TCC bridges with timber beams of greater depth than width using elastic dowel‐type shear connectors. One of the results of concrete cracking is a reduction of the slip modulus of the connectors. This weakening was simulated in shear tests by a small gap between the timber and the concrete. A test calibrated FEM model was used for a parametric study of 120 different cases, most of which did not show concrete cracking. Where concrete cracking occurred, it caused an increase in the timber tensile stresses and beam deflection of up to 20 %. We conclude that concrete cracking occurs when the timber‐concrete depth ratio is less than four times the cubic root of the effective flange width of the concrete slab. Beitrag zur Berücksichtigung des Einflusses der Rissbildung im Beton in Holz‐Beton‐Verbundbrücken Trotz des hohen Entwicklungsstands der Holzverbundbrückentechnologie, fehlen ausreichende Entwurfsgrundlagen für die Berücksichtigung des Einflusses der Rissbildung auf die Schnittkraft‐ und Verformungsverteilung. Im Rahmen eines Forschungsprojekts an der Universidad Austral de Chile werden verschieden Aspekte der Rissbildung in Holzverbundbrücken mit Holzbalken mit größerer Höhe als Breite und elastischen stiftförmigen Verbindungsmitteln untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass sich die Rissbildung auf den Schubmodul del Verbindungsmittel auswirkt. Dieser Einfluss wurde in Scherversuchen durch einen kleinen Spalt zwischen Holz und Beton simuliert. Anhand eines mit Versuchen kalibrierten FEM‐Modells wurden eine Parameterstudie mit 120 verschieden Fälle durchgeführt. In den meisten Fällen tritt keine Rissbildung auf. Wenn es zu Rissbildung kommt, vergrössern sich die Holzzugspannungen und die Durchbiegung um bis zu 20 %. Wir stellen fest, dass Rissbildung auftritt, wenn das Bauhöhenverhältniss von Holz und Beton kleiner als die vierfache Kubikwurzel der mitwirkenden Plattenbreite der Betonplatte ist.     

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.     

Asymmetrische Netzwerkbogenbrücken

Asymmetrische Netzwerkbögen eröffnen dem entwerfenden Ingenieur neue gestalterische Möglichkeiten bei gleichzeitig guter Wirtschaftlichkeit und hoher Effizienz des Tragwerks. Im Gegensatz zu Stabbogenbrücken mit vertikalen Hängern befindet sich die Stützlinie in Netzwerkbögen ohne Hängerausfall für alle Lastfälle im Bogen. Daher muss die Bogenform nicht einem bestimmten Lastfall angepasst werden und kann asymmetrisch sein. Voraussetzung ist, dass auch dann eine Hängeranordnung entworfen wird, die Hängerausfall vermeidet. Die Schrittgrößen und die technische Machbarkeit entsprechen im Wesentlichen denen von symmetrischen Netzwerkbögen. Mögliche Anwendungsgebiete umfassen asymmetrische Brückenstandorte sowie schiefwinklige Brücken und Brücken mit veränderlicher Breite. Asymmetric network arch bridges. Asymmetric network arch bridges offer new possibilities to the design engineers. At the same time they ensure both, economic and static efficiency. In contrast to tied arch bridges with vertical hangers, in network arches without hanger relaxation the line of thrust lies within the arch for all load cases. Therefore, the arch shape does not have to be adapted to a special load case and may be asymmetric. The requirement for this is, that a hanger arrangement is designed, which avoids hanger relaxation. Internal forces and technical feasibility are basically the same as in symmetric network arches. Possible applications are asymmetric bridge locations, skew bridges or bridges with variable width.     

Zu Verbundbrücken mit integralen Widerlagern

Bei Entwurf und Planung von Brückenbauwerken stehen neben der Tragsicherheit und Gebrauchstauglichkeit auch die Fragen der Nachhaltigkeit, Wirtschaftlichkeit und Instandhaltung im Fokus. Verbundbrücken mit integrierten Widerlagern sind deswegen eine wirtschaftliche Alternative. Sie erweisen sich als günstiger im Bau und Unterhalt, da Lager und Fugen, welche einen großen Anteil an den Gesamtwartungskosten des Bauwerks ausmachen, fehlen. Jedoch konnten bisher in den meisten europäischen Ländern nur wenige Erfahrungen mit integralen Widerlagerbrücken, insbesondere in Verbundbauweise, gesammelt werden, so dass die Verbreitung dieses Brückentyps nur zögerlich erfolgt. Durch Forschungsarbeiten, über die auszugsweise in dem Aufsatz berichtet wird, können offene Punkte bei der Bemessung weiter geklärt werden, so dass die Vorteile langfristig sinkender Instandhaltungskosten besser ausgenutzt werden können. Integral abutment bridges. Within the design and construction of bridges, questions of sustainability, maintenance and durability become more and more important for European road administrations in addition to safety and serviceability issues. Therefore integral abutment bridges turn out to become highly attractive to designers, constructors and road administrations. The main reason for this is that they tend to be less expensive to build, easier to maintain and more economical to own over their life time. This is principally due to the non‐existence of bearings and joints, that are main sources of maintenance costs during life time. However, in most European countries only few experience with integral bridges has been gained so far. Thus road administrations often are reluctant in using types of bridges like this. Nowadays this lack is more and more filled. Therefore with further assessment the share of integral abutment bridges in the European bridge stock has the potential to increase significantly with the advantage of reduced maintenance costs.     

Ertüchtigung der genieteten Stahlbrücken am Beispiel von zwei Straßenbrücken über den Fluss Marosch in Rumänien

Genietete Stahlbrücken sind heute beinahe nur noch als Eisenbahnbrücken im Einsatz. Es gibt eine relativ geringe Anzahl an genieteten Straßenbrücken, die auf Nebenstraßen in Betrieb sind. Sie sind i. A. in schlechtem technischem Zustand. Dieser Aufsatz ist ein Plädoyer für die Ertüchtigung und Erhaltung dieser Bauwerke als Zeugen einer vergangenen technischen Kultur und Beispiel für eine ansehnliche Stahlkonstruktion. Es werden zwei Fallstudien präsentiert: eine Fachwerkbrücke mit vier Spannweiten von 40 m und ein Fachwerkgerberträger mit einer Gesamtlänge von L = 185,4 m. Maintenance of riveted steel bridges exemplary shown with two highway bridges across the river Marosch in Romania. Riveted steel structures are in present mainly railway bridges. There is a small number of existing highway bridges, generally in bad technical condition. The paper is a speech for the maintenance of these structures as technical monuments and witnesses of the past. Two case studies are presented: a truss girder bridge with fore spans of 40 m and a cantilever truss girder bridge with a total length of 185.4 m.     

Anwendung von Trapezblechstegen im Brückenbau

Trapezblechstege im Brückenbau kommen trotz der großen Vorteile, die diese Bauweise bietet, in Deutschland bisher nur an einem Pilotprojekt zur Anwendung. Durch die charakteristischen Eigenschaften des Trapezbleches entstehen konstruktive und wirtschaftliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Brückenbauweisen. Allerdings lassen die aktuell gültigen Regelwerke aufgrund fehlender Kenntnis zum Tragverhalten und mangelnder Erfahrung keine wirtschaftliche Ausbildung zu. Dies zeigt sich am Beispiel des Pilotprojekts. Die Ausbildung der Verbundfuge wurde hier nur sehr unbefriedigend gelöst und verdeutlicht somit die Notwendigkeit einfacher und praktikabler Verbindungsmöglichkeiten. Am Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren der Universität Stuttgart wurde in Zusammenarbeit mit dem Institut für Konstruktion und Entwurf ein von der Forschungsvereinigung für Stahlanwendung e. V. (FOSTA) finanziertes Forschungsvorhaben bearbeitet, bei dem unterschiedliche Verbundfugenausbildungen numerisch und experimentell untersucht wurden. Der folgende Beitrag beschränkt sich auf die Verwendung von Betondübeln als Verbundmittel und stellt hierfür ein einfaches Bemessungskonzept für die Verbundsicherung unter Längsschubbeanspruchung im Grenzzustand der Tragfähigkeit vor. The use of corrugated steel webs in bridge constructions – Load bearing behaviour of concrete dowels in combination with corrugated steel webs under longitudinal shear Studies of the load bearing behaviour under shear force of integrated connections at composite bridge girders using corrugated steel webs. Up to now there is only one project in Germany, where the application of corrugated steel webs has been practiced in the field of composite bridges. Due to the characteristics of the corrugated steel web this construction method has constructive and economic advantages. However there is a lack of experiences and standards to fully utilize these advantages and to allow an economic application. Especially the first project in Germany expose some critical points. The design of the joint between the concrete slab and the corrugated steel web is actually not satisfactory and shows the need for simpler and more practicable connection methods. At the Institute for Lightweight Structures and Conceptual Design at Universität Stuttgart and together with the Institute of Structural Design, a research project, financed by Forschungsvereinigung für Stahlanwendung e. V. (FOSTA) was made. Within this project different types of composite joints were experimentally and numerically analysed. This paper deals only with the investigations of concrete dowels as connectors. On the basis of these studies simple design rules for shear connection in the ultimate limit state were developed.     

Die Scherkondetalbrücke,die erste semi‐integrale Talbrücke der DB AG auf der Neubaustrecke Erfurt – Leipzig/Halle VDE 8.2

Auf der Neubaustrecke Erfurt – Leipzig/Halle werden zurzeit einige Talbrücken realisiert, die einen neuen, ganzheitlich orientierten Entwurfsansatz verfolgen. Bei diesen integralen bzw. semi‐integralen Bauwerken sind die Überbauten monolithisch mit den Pfeilern und teilweise mit den Widerlagern verbunden. Sie können deshalb schlanker und mit stetigen Übergängen zwischen den Bauteilen ausgeführt werden. Durch den weitgehenden Verzicht auf Lager und Fugen und durch die robuste Bauweise besitzen integrale Bauwerke eine wesentlich längere Lebenserwartung als herkömmliche Talbrücken. Am Beispiel der Scherkondetalbrücke werden in diesem Beitrag die Unterschiede zwischen den konventionellen und den semi‐integralen Tragwerken erläutert sowie die Voraussetzungen und die Vorteile der Anwendung von integralen Bauwerken für die DB AG herausgearbeitet. Bridge over Scherkonde Valley – the First Large Semi‐Integral Bridge on High‐Speed Railway Route Erfurt – Leipzig/Halle Currently some large valley bridges are under construction on high‐speed railway route Erfurt‐Leipzig/Halle. These bridges follow a new holistic design philosophy. The superstructure of those integral or semi‐integral bridges is rigidly connected to the abutments and the columns. Therefore they are more slender than conventional bridges, and the bridges are very robust and durable because of the omitting of bearings and dilatation joints. The bridge over the Scherkonde valley is taken as an example for explaining the differences between conventional and semi‐integral bridges in this paper. This example shows the advantages and the requirements of integral buildings for high‐speed railway bridges.     

Lebenszyklusbetrachtungen als Grundlage für die Nachhaltigkeitsbewertung von Straßenbrücken

Lebenszyklusbetrachtungen spielen bei der Bewertung der Nachhaltigkeit von Bauwerken eine besondere Rolle. Sie fokussieren nicht nur auf die einmaligen Umweltwirkungen und die Investitionskosten bei der Herstellung von Bauwerken, sondern ermöglichen die ganzheitliche Beurteilung der fortlaufend anfallenden ökologischen und ökonomischen Wirkungen. Mit der Untersuchung von zwei Autobahnbrücken und zwei Überführungsbauwerken wird das Ziel verfolgt, einen einheitlichen Durchschnittswert für die ökologischen und die ökonomischen Wirkungen von Brückenbauwerken zu definieren. Der Beitrag befasst sich mit der Festlegung derartiger Referenzwerte und stellt erste Lösungsansätze zur Berücksichtigung des Recyclingpotentials von Materialien vor. Life cycle considerations as a base for assessment of the sustainability of road bridges. Life cycle considerations are important for the assessment of the sustainability of constructions. Taking the life cycle into account it is not only possible to determine single environmental impacts and investment costs arising during the construction of buildings, but also to assess the consecutive ecological and economical impacts. The aim of this study was to define a consistent average value for ecological as well as economical impacts of road bridges by evaluating two viaducts and two overcrossings. This article deals with the determination of those reference values and presents an approach how to deal with the recycling potential of materials within the life cycle assessment.     

Zum Einfluss baulicher Randbedingungen auf das dynamische Verhalten von WIB‐Eisenbahnbrücken

Die Weiterentwicklung des europäischen Eisenbahnnetzes ist unter anderem durch den vermehrten Einsatz von Hochgeschwindigkeitszügen und eine signifikante Anhebung der Betriebsgeschwindigkeiten gekennzeichnet. Um die Auswirkungen von Zugbeanspruchungen auf Eisenbahnbrücken im Rahmen einer dynamischen Bemessung hinreichend genau vorhersagen zu können, ist die Kenntnis der wesentlichen dynamischen Systemeigenschaften erforderlich. Nur so können bemessungsrelevante Resonanzeffekte, die bei hohen Geschwindigkeiten grundsätzlich nicht auszuschließen sind, rechnerisch auf zuverlässige Weise erfasst werden. Messungen insbesondere an WIB‐Überbauten zeigen jedoch, dass eine realistische rechnerische Abschätzung von Brückeneigenfrequenzen schwierig ist. Tatsächliche und rechnerische Werte weichen in vielen Fällen erheblich voneinander ab. Als ursächlich wird hierfür unter anderem eine unzureichende Berücksichtigung baulicher Randbedingungen angesehen, die teilweise erheblichen Einfluss auf die Steifigkeits‐ und Dämpfungseigenschaften der Brücke haben. Der vorliegende erste Teil des Beitrags führt in die Problematik ein und präsentiert Ergebnisse aus Messuntersuchungen an WIB‐Eisenbahnbrücken, die von der Deutschen Bahn durchgeführt wurden. Im folgenden zweiten Teil des Beitrags wird auf Grundlage numerischer Studien gezeigt, wie sich einzelne bauliche Randbedingungen auf das dynamische Verhalten von WIB‐Überbauten auswirken. Abschließend werden die Untersuchungsergebnisse dazu genutzt, Vorschläge für eine genauere dynamische Bemessung abzuleiten. On the influence of constructional elements on the dynamic behaviour of filler beam railway bridges — Part 1: Introduction and measurements on filler beam bridges. Enhancements of the European railway system are amongst other things mainly characterized by increased usage of high speed trains and significantly raised operating speeds. To predict effects of train loading on railway bridges for a dynamic design adequately, knowledge of the system’s significant dynamic characteristics is required. Only this ensures that resonance effects, which generally cannot be screened out for high speeds, can be covered analytically by reliable values. Measurements especially carried out on filler beam bridges have shown though that a realistic estimation of eigenfrequencies of bridges is difficult. Actual values and measured ones differ significantly in many cases. In particular non‐consideration of structural constraints is seen as reason for this, given that they have an immense effect on a bridge’s stiffness and damping characteristics. This first part of the contribution gives a brief survey on the dynamics of high‐speed railway bridges. Furthermore results from measurements on filler beam railway decks are presented. In the forthcoming second part of the contribution the influence of particular constructional elements on the dynamic behaviour of filler beam bridges is investigated, supported by numerical studies. Finally the main outcomes are discussed and proposals for an improved dynamic bridge design are made.     

Zum Einfluss baulicher Randbedingungen auf das dynamische Verhalten von WIB‐Eisenbahnbrücken

Die Weiterentwicklung des europäischen Eisenbahnnetzes ist unter anderem durch den vermehrten Einsatz von Hochgeschwindigkeitszügen und eine signifikante Anhebung der Betriebsgeschwindigkeiten gekennzeichnet. Um die Auswirkungen von Zugbeanspruchungen auf Eisenbahnbrücken im Rahmen einer dynamischen Bemessung hinreichend genau vorhersagen zu können, ist die Kenntnis der wesentlichen dynamischen Systemeigenschaften erforderlich. Nur so können bemessungsrelevante Resonanzeffekte, die bei hohen Geschwindigkeiten grundsätzlich nicht auszuschließen sind, rechnerisch auf zuverlässige Weise erfasst werden. Messungen insbesondere an WIB‐Überbauten zeigen jedoch, dass eine realistische rechnerische Abschätzung von Brückeneigenfrequenzen schwierig ist. Tatsächliche und rechnerische Werte weichen in vielen Fällen erheblich voneinander ab. Als ursächlich wird hierfür unter anderem eine unzureichende Berücksichtigung baulicher Randbedingungen angesehen, die teilweise erheblichen Einfluss auf die Steifigkeits‐ und Dämpfungseigenschaften der Brücke haben. Der erste Teil des Beitrags führte in die Problematik ein und präsentierte Ergebnisse aus Messuntersuchungen an WIB‐Brücken. Im vorliegenden zweiten Teil des Beitrags wird nun auf Grundlage numerischer Studien gezeigt, wie sich bauliche Randbedingungen auf das dynamische Verhalten von WIB‐Überbauten auswirken. Abschließend werden die Untersuchungsergebnisse dazu genutzt, Vorschläge für eine genauere dynamische Bemessung abzuleiten. On the influence of constructional elements on the dynamic behaviour of filler beam railway bridges. Enhancements of the European railway system are amongst other things mainly characterized by increased usage of high speed trains and significantly raised operating speeds. To predict effects of train loading on railway bridges for a dynamic design adequately, knowledge of the system’s significant dynamic characteristics is required. Only this ensures that resonance effects, which generally cannot be screened out for high speeds, can be covered analytically by reliable values. Measurements especially carried out on filler beam bridges have shown though that a realistic estimation of eigenfrequencies of bridges is difficult. Actual values and measured ones differ significantly in many cases. In particular non‐consideration of structural constraints is seen as reason for this, given that they have an immense effect on a bridge’s stiffness and damping characteristics. The first part of the contribution gave a brief survey on the dynamics of high‐speed railway bridges. Furthermore results from measurements on filler beam railway decks were presented. In this second part of the contribution the influence of particular constructional elements on the dynamic behaviour of filler beam bridges is investigated, supported by numerical studies. Finally the main outcomes are discussed and proposals for an improved dynamic bridge design are made.