Bachelorarbeit Patrick Roos

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Diplomanden
Patrick Roos
Dozent
Karel Thoma, Prof. Dr. Dipl. Bauing. ETH/SIA
Experte
Walter Müller, Dipl. Bauing. HTL
Disziplin
Konstruktion/Stahlbeton
Jahr
2010
Eine Nationalstrassenbrücke statisch überprüfen
Nachweis von Krafteinleitungsbereichen der Vorspannung und der indirekten Lagerung
Die Instandsetzung einer Brücke erfordert als Grundlage die statische Überprüfung des bestehenden Bauwerks. Eine derartige Untersuchung wurde am Viadukt Bolzbach Süd der A2 durchgeführt. Daraus leiten sich Vorschläge für die Projektierung von Instandsetzungs- und Ertüchtigungsmassnahmen ab.

Der als Zwillingsbrücke ausgebildete Viadukt Bolzbach Süd der A2 zwischen Büel und Seedorf am Westufer des Urnersees wurde in den 1970er-Jahren erstellt und entspricht aus statischer Sicht nicht mehr den aktuellen Normen. Ziel dieser Arbeit ist deshalb die statische Überprüfung. Dabei sind die Einwirkungen gemäss dem Astra-Bericht «Überprüfung bestehender Strassenbrücken mit aktualisierten Strassenlasten» zu ermitteln.
Die Fahrbahnplatten der beiden Brücken ruhen auf je vier vorfabrizierten und vorgespannten Längsträgern. Diese tragen die Lasten in die Querträger ab, welche sie weiter in die Pfeiler leiten. Die Querträger sind etwa 2.50 m hoch, 0.90 m breit und etwa 8.80 m lang.

Kräfteverlauf visualisieren
Mithilfe von Fachwerken und Spannungsfeldmodellen soll der innere Kräfteverlauf der zu überprüfenden Bauteile – Längs- und Querträger – sichtbar gemacht werden. Die Schwerpunkte liegen bei der Einleitung der Vorspannkräfte in die Längsträger, bei der Einleitung der Kräfte von den Längsträgern in die Querträger und bei der Untersuchung der Querträger selbst.

Trägerrost als Grundlage
Der Viadukt wurde mit einem Trägerrost modelliert. Verschiedene Versuche zeigten, dass sich dieser Tragwerkstyp für die Berechnungen am besten eignet. Im Rahmen dieser Arbeit lag der Fokus auf einer Laststellung für einen Längs- und einen Querträger. Mithilfe des Trägerrosts wurde die massgebende Laststellung für den Endbereich des Längsträgers gesucht, und für den Randträger wurden die Lasten aus der massgebenden Laststellung berechnet. Mit diesen Lasten wurde der innere Kräfteverlauf für den Schnittkörper des Längsträger-Endbereichs ermittelt.

Modelle führen zum Ziel
Das Fachwerk in einem Längsträger wurde mit der Software Statik 6 modelliert. Um eine funktionierende Lösung für den Endbereich des Längsträgers zu finden, führen zwei Modelle zum Ziel: Im ersten Modell wird die Vorspannung zunächst als äussere Einwirkung betrachtet. Die Widerstände der Aufhängebewehrung werden an keinem Punkt überschritten. Die Kräfte im unteren Zuggurt überschreiten jedoch die Widerstände der schlaffen Bewehrung, sodass ein zweites Modell ermittelt werden muss.
Dieses zweite Modell benutzt das unterste Spannglied als Widerstand. Damit werden weder die Widerstände der schlaffen Bewehrung noch die des untersten Spannglieds überschritten. Die Überprüfung der Gebrauchstauglichkeit mithilfe der Hauptspannungen zeigt, dass der Längsträger für die untersuchte Laststellung nicht aufreisst.
Auch die Modellierung eines Querträgers wird in zwei Schritten aufgezeigt, wobei der zweite Schritt die optimale Ausnützung der Fachwerkstäbe zeigt. Da der Querträger asymmetrisch belastet wird, werden die acht Einzellasten in symmetrische und asymmetrische Lastanteile aufgeteilt. Für das endgültige Modell werden insgesamt fünf Fachwerke miteinander überlagert. Die einzelnen Fachwerke sind zum Teil so detailliert, dass einzelne Bewehrungsstäbe als Zugstäbe modelliert wurden. Wie beim Längsträger kann für den untersuchten Lastfall auch eine funktionierende Lösung für den Querträger gefunden werden. Die Analyse der Hauptspannungen zeigt, dass der Querträger für die untersuchte Laststellung im Gebrauch ebenfalls nicht aufreisst.
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