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Bei Eisenbahnbrücken in Stahl- und Verbundbauweise sind häufig die Ermüdungsnachweise bei der Auslegung maßgebend. Dabei wird die Betriebsbeanspruchung durch den Zugsverkehr in Form von Schadensäquivalenzfaktoren λ erfasst, die jedoch auf einer alleinigen statischen Überfahrt basieren. Dieser Beitrag fasst die Gesamtergebnisse einer umfassenden numerischen Studie an einfeldrigen Stahl- und Verbundtragwerken zusammen, mit dem Ziel die Ermüdungsschädigung aus der dynamischen Zugsüberfahrt Ddyn zu quantifizieren und mit der aktuellen statischen Auslegung zu vergleichen. Durch die Verknüpfung dieser Ergebnisse mit den sonstigen Anforderungen an Eisenbahnbrücken bei Hochgeschwindigkeitsbetrieb (vertikale Beschleunigung |av,max|) lässt sich klar eingrenzen, für welche Brückentragwerke eine Ermüdungsgefährdung durch den Hochgeschwindigkeitsbetrieb vorliegen könnte.

Zusammenfassung Flüssigkeitsgefüllte Stahltanks werden häufig ohne aufwendige Zugverankerungen zu Betonfundamenten ausgeführt. Bei größeren Erdbebenereignissen kommt es daher zu einem lokalen, vertikalen Abheben des Behältermantels. Durch das mehrfache Abheben bei einem Erdbebenereignis, verbunden mit lokalen Wechselplastizierungen, besteht die Gefahr des Auftretens von Rissen und damit verbundenen Behälterundichtheiten durch Kurzzeitermüdung. Teil 1 des Beitrags fasst einleitend die Vorgehensweise nach Eurocode mit den zugehörigen Modellvorstellungen zusammen. Anschließend werden die Hauptergebnisse eines Forschungsprojektes zusammengefasst, das das realitätsnahe Beanspruchungsverhalten von abhebenden Tankbodenecken im Erdbebenfall mit beinhaltet hat, mit einer Beurteilung der mehrachsigen Ermüdungsbeanspruchung. Darauf aufbauend erfolgt in Teil 2 dieses Beitrags ein erster Vorschlag für ein Konzept einer baupraktischen Vorgehensweise, um den Sachverhalt der Kurzzeitermüdung bei unverankerten Stahltanks zutreffender nachzuweisen.

Zusammenfassung Flüssigkeitsgefüllte Stahltanks werden häufig ohne aufwendige Zugverankerungen zu Betonfundamenten ausgeführt. Bei größeren Erdbebenereignissen kommt es daher zu einem lokalen, vertikalen Abheben des Behältermantels. Durch das mehrfache Abheben bei einem Erdbebenereignis, besteht die Gefahr des Auftretens von Rissen und damit verbundenen Behälterundichtheiten durch Kurzzeitermüdung. Dieser Teil 2 des Beitrags beinhaltet einen ersten Vorschlag für ein Konzept einer baupraktischen Vorgehensweise, um den Sachverhalt der Kurzzeitermüdung bei der vorliegenden komplexen mehrachsigen Ermüdungsbeanspruchung von unverankerten Stahltanks zutreffender nachzuweisen.

Zusammenfassung Bei der statisch konstruktiven Auslegung der stählernen Druckschachtpanzerungen von Triebwasserwegen wird mitunter nicht die Innendruckbelastung maßgebend, sondern die Außendruckbelastung infolge Bergwasserdruck. Dieser führt im Revisionsfall bei entleerter Druckrohrleitung zu einer hohen Beulgefährdung, bedingt durch die ausgeführten großen Rohrschlankheiten. Die Bemessungsregeln in der Praxis basieren auf analytischen und empirischen Modellen, die im Wesentlichen bereits in den 1960er-Jahren entwickelt wurden. Dieser Beitrag fasst die Gesamtergebnisse eines Forschungsprojektes zusammen, dass das Ziel hatte durch nun verfügbare realitätsnahe numerische Modelle zusätzliche Effekte, wie verschiedene Imperfektionsformen, auftretende Längsdruckkräfte im Rohr infolge Reibschluss sowie die radiale Gebirgsnachgiebigkeit, mit zu berücksichtigen. Teil 1 beinhaltet die Ergebnisse für unversteifte Stahlrohre. Es werden einleitend die in der Praxis üblichen Bemessungsmodelle zur Ermittlung der kritischen Außendruckbelastung p0,cr erläutert und hinsichtlich ihrer Ergebnisse miteinander verglichen. Aus dem zusätzlichen Vergleich mit den numerischen Berechnungsergebnissen wird das zutreffendste Bemessungsmodell für die Praxis dargestellt und auch in Form von Bemessungsdiagrammen aufbereitet.

Zusammenfassung Bei der statisch konstruktiven Auslegung der stählernen Druckschachtpanzerungen von Triebwasserwegen wird mitunter nicht die Innendruckbelastung maßgebend, sondern die Außendruckbelastung infolge Bergwasserdruck. Dieser führt im Revisionsfall bei entleerter Druckrohrleitung zu einer hohen Beulgefährdung, bedingt durch die ausgeführten großen Rohrschlankheiten. Nachdem Teil 1 dieses Beitrages die praktische Bemessung unter Außendruck von unversteiften Stahlrohren behandelte, geht nun der Teil 2 auf den häufigeren Ausführungsfall der ringversteiften Stahlrohre ein. Einleitend wird wieder das in der Praxis übliche Bemessungsmodell dargestellt, mit globaler Betrachtung des Beulens des Ringes mit dazwischenliegendem Rohr sowie der isolierten Beulbetrachtung der Zylinderschale zwischen den Ringen. Danach werden die Ergebnisse einer umfangreichen numerischen Traglaststudie (FEA) für repräsentative Anwendungsbeispiele, mit zusätzlicher Variation des Ringabstandes, gezeigt. Der Ergebnisvergleich des aufnehmbaren Außendrucks pFEA mit der aktuellen Vorgehensweise deutet – trotz erheblichem Berechnungsaufwand – auf Defizite in der Treffsicherheit. Es wird deshalb ein einfacheres, neues Berechnungsmodell für ringversteifte Stahlrohre und die Hintergründe zu dessen Kalibrierung vorgestellt sowie auch die Treffsicherheit im Vergleich zur numerischen Traglastberechnung gezeigt.

Für die Berechnung von Verbundstützen sind in Eurocode 4 mehrere Bemessungsverfahren vorgesehen, die einleitend dargestellt werden. Die bisher in der Praxis üblichen vereinfachten Bemessungsverfahren werden durch ein allgemeines Verfahren ergänzt, das durch die jüngste Weiterentwicklung nicht-linearer FE-Berechnungsmethoden auch in der Ingenieurpraxis immer mehr Verbreitung findet. Für die in der Praxis meist verwendeten symmetrischen Querschnittsformen erfolgten umfangreiche Parameterstudien und ein Vergleich der Traglasten nach den einzelnen Bemessungsverfahren wird in diesem Beitrag zusammengefasst. Bei alleiniger zentrischer Druckbeanspruchung werden die beiden möglichen vereinfachten Bemessungsverfahren verglichen. Bei Druck und Biegung erfolgt ein Vergleich zwischen vereinfachtem und allgemeinem Berechnungsverfahren. Ergänzend werden für den sehr häufigen Fall der einachsigen Biegebeanspruchung die zutreffenden Knicknachweise dargestellt. Ziel dieses Beitrags ist, dem in der Praxis tätigen Ingenieur darzustellen, welches Bemessungsverfahren im einzelnen Anwendungsfall effizient und sinnvoll einsetzbar ist.

Für den Ermüdungsnachweis und die Bestimmung der Restlebensdauer bei stählernen Straßenbrücken nach Eurocode kann anstatt eines komplexen Lastmodells mit mehreren Fahrzeugtypen ein vereinfachtes Lastmodell, das nur aus einem Einzelfahrzeug besteht (ELM3), angewendet werden. Die tatsächliche komplexe Betriebsbeanspruchung wird dann durch sogenannte Schadensäquivalenzfaktoren l erfasst, die jedoch im Eurocode auf Stützweiten sowie Einflusslinienlängen L > 10 m beschränkt sind. In diesem Beitrag werden nun neue Schadensäquivalenzfaktoren l für die maßgebenden Detailpunkte von orthotropen Fahrbahnplatten vorgestellt, die primär für die Anwendung bei Bestandsbrücken geschaffen wurden. Dazu wurden mehrere repräsentative orthotrope Fahrbahnplatten untersucht, unter Ansatz des komplexeren Ermüdungslastmodells ELM4, das aus fünf Fahrzeugtypen besteht. Daraus konnten dann die Schadensäquivalenzfaktoren l für das Lastmodell ELM3 abgeleitet werden.

Bei mehrfeldrigen Verbundbrücken ist nach dem neuen europäischen Regelwerk (EN 1994–2) die System- und anschließende Spannungsberechnung in der Regel nach dem Gesamtquerschnittsverfahren („n-Ziffer“ Verfahren) durchzuführen. Dabei wird im statischen Modell jeder Hauptträger als einzelner Stabzug abgebildet („Einstabmodell“) und bei Beachtung einer vollständigen Verdübelung darf die Nachgiebigkeit der Verbundfuge gänzlich außer Acht gelassen werden. Im ersten Teil dieses Aufsatzes wird dargestellt, wie die Nachgiebigkeit der Verbundfuge in einem globalen statischen Modell erfasst werden kann, das auch eine sehr einfache und zutreffende Ermittlung der Normalspannungen am Verbundträger und der Schubbeanspruchungen in der Verbundfuge erlaubt. Im zweiten Teil erfolgt eine Beurteilung des Einflusses der Nachgiebigkeit der Verbundfuge für repräsentative baupraktische Fälle zu mehrfeldrigen Straßenbrücken, die auf Basis einer schubstarren Berechnung dimensioniert und ausgelegt wurden.

Innerhalb eines kürzlich fertiggestellten Forschungsprojektes wurde das Trag- und Verformungsverhalten von Schubringen mit Rechteckquerschnitt zur Übertragung von Rohrlängskräften im Detail untersucht. Dabei erfolgten auch Versuche an Rohren mit kleinerem Durchmesser, die zur Kalibrierung von FEM-Modellen dienten, um dann Schubringe mit baupraktischen Abmessungen zu untersuchen. Auf Basis einer Parameterstudie für baupraktische Fälle wurde ein vollständiges Bemessungsmodell für die Handrechnung entwickelt. Dieses Bemessungsmodell, das nachfolgend vorgestellt wird, beinhaltet Steifigkeit, Grenztragfähigkeit und Spannungsverteilungen im elastischen Bereich. Darüber hinaus wird auf das Zusammenwirken mehrerer Schubringe eingegangen sowie eine daraus abgeleitete einfache Bemessungsregel vorgestellt, die es erlaubt die Beanspruchung des höchst beanspruchten Schubringes einfach zu ermitteln. Ergänzend wird – in Teil 2 des Beitrags –- ein Beispiel dargestellt, um das komplexe Tragverhalten am Schubring darzustellen und damit den Hintergrund zum Bemessungsmodell aufzuzeigen.

Innerhalb eines kürzlich fertiggestellten Forschungsprojektes wurde das Trag- und Verformungsverhalten von Schubringen mit Rechteckquerschnitt zur Übertragung von Rohrlängskräften im Detail untersucht. Dabei erfolgten auch Versuche an Rohren mit kleinerem Durchmesser, die zur Kalibrierung von FEM-Modellen dienten, um dann Schubringe mit baupraktischen Abmessungen zu untersuchen. Auf Basis einer Parameterstudie für baupraktische Fälle wurde ein vollständiges Bemessungsmodell für die Handrechnung entwickelt. Dieses Bemessungsmodell, das in Teil 1des Beitrags vorgestellt wurde, beinhaltet Steifigkeit, Grenztragfähigkeit und Spannungsverteilungen im elastischen Bereich. Darüber hinaus wurde auf das Zusammenwirken mehrerer Schubringe eingegangen sowie eine daraus abgeleitete einfache Bemessungsregel vorgestellt, die es erlaubt die Beanspruchung des höchst beanspruchten Schubringes einfach zu ermitteln. Ergänzend wird nun in Teil 2 des Beitrags ein Beispiel dargestellt, um das komplexe Tragverhalten am Schubring darzustellen und damit den Hintergrund zum Bemessungsmodell aufzuzeigen.