Hochschule Regensburg Fachbereich Bauingenieurwesen. Diplomarbeit

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Gerrit Waldfogel
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Krämer, Maria A. Hoerweg Aufgabensteller: Prof. Dr. Ing. Othmar Springer Ausgabedatum: 21.

1 Hochschule Regensburg Fachbereich Bauingenieurwesen Diplomarbeit Thema Berechnung eines Überführungsbauwerks als Stahlbeton Gewölbebrücke über die B299 Eingereicht von: Thomas Krämer, Maria A. Hoerweg Aufgabensteller: Prof. Dr. Ing. Othmar Springer Ausgabedatum: Abgabedatum: Fakultät Bauingenieurwesen Prüfeninger Straße 58, Regensburg

2 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis... I Abbildungsverzeichnis... IV Tabellenverzeichnis... VII Abkürzungsverzeichnis... VIII 1 Vorbemerkungen Vorwort Einleitung Normen, Vorschriften und verwendete Unterlagen Konstruktionsbeschreibung Bemessungsgrundlagen Expositionsklassen Anforderungsklassen Rissbreitenbeschränkung - Regelwert der Rissweite w k Bodenkennwerte Bauteildicken nach ZTV-ING (04/2010) Zusammenfassung der Bemessungsgrundlagen Geometrisches System Darstellung und Beschreibung des statischen Systems Grundriss Schnitte FEM Modellierung Vorbemerkung Beschreibung der Programmeingabe Erzeugen der Systemachsen Erzeugen der Faltwerke Bettung Vorbemerkung Bettungsmodellierung Lastannahmen Vorbemerkung Vertikallasten aus Erdüberschüttung Inhaltsverzeichnis I

3 8.3 Horizontallasten aus Erdüberschüttung Lastmodelle nach DIN-FB 101 Einwirkungen auf Straßenbrücken Unterteilung der Fahrbahn in rechnerische Fahrstreifen Vorwort zu den Lastmodellen nach DIN-Fachbericht Lastmodell 1 (Hauptlastmodell) Lasteingabe im Modell Erdüberschüttung Lastbereiche Vertikale Erdlasten Horizontale Erdlasten Lastmodell Lastbereiche Vertikale Verkehrslasten Horizontale Verkehrslasten Lastkontrollen Eigengewicht Vertikale Erdlasten Vertikale Verkehrslasten Berechnung und Bemessung Vorbemerkung Bemessungsparameter Betongelenke Vergleich Version 1 zu Version Bemessungsergebnisse und daraus resultierende Bewehrung Mindestbewehrung Bemessung Fundamente Bemessung Wände Bemessung Bogen Nachweis des Sohldrucks Begrenzung der Verformungen Kontrollrechnung Vorbemerkung Bemessungsergebnisse und Vergleich mit dem 3D-Modell Zusammenfassung Inhaltsverzeichnis II

4 Literaturverzeichnis Anhang A Anhang B Eidesstattliche Erklärung Inhaltsverzeichnis III

Überblick: Anhand dem Überführungsbauwerk Brücke Gstaudacher Straße einer Erdüberschütteten Gewölbebrücke in Stahlbeton-Massivbauweise sollte untersucht werden, ob eine 3-dimensionale Eingabe über

5 Überblick: Anhand dem Überführungsbauwerk Brücke Gstaudacher Straße einer Erdüberschütteten Gewölbebrücke in Stahlbeton-Massivbauweise sollte untersucht werden, ob eine 3-dimensionale Eingabe über ein FEM-Programm sinnvoll ist, eventuell Zeit erspart und zum besseren Verständnis von Lage und Umgebung der Brücke dient. Zusätzlich wurde die Brücke als 2-dimensionales Stabwerk eingegeben um eine Vergleichsmöglichkeit für die Richtigkeit der Ergebnisse zu bekommen. Abbildung 1: FEM-Modell der Brücke Gstaudacher Straße Bei der Eingabe und der Bemessung der Brücke wurde insbesondere auf eine möglichst realitätsnahe Modellierung des Bauwerks geachtet. Hierbei wurde versucht die reale Geometrie des Bauwerks so exakt wie möglich im Modell wiederzugeben und die Abstriche, die für eine Bemessung nötig sind so gering wie nötig zu halten. Die Bemessung erfolgte gemäß DIN Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton Teil 1: Bemessung und Konstruktion aus dem Jahr 2001 sowie nach DIN-Fachbericht 102 Betonbrücken. Diplomarbeit M. A. Hoerweg, T. Krämer

6 Für die zugehörigen Einwirkungen bzw. Lastannahmen wurde der DIN-Fachbericht 101 Einwirkungen auf Brücken verwendet. Die Berechnung der Schnittkräfte und die Bemessung der tragenden Bauteile wurde mit dem 3D FEM-Programm RIB TRIMAS durchgeführt. Abbildung 2: Lastannahmen Vertikallasten aus Erdüberschüttung Diplomarbeit M. A. Hoerweg, T. Krämer

7 Abbildung 4: Lastbild Vertikallast aus Erdüberschüttung Abbildung 3: Verformungen in z-richtung unter quasi-ständiger Last Diplomarbeit M. A. Hoerweg, T. Krämer

8 Zusammenfassung: Anhand dieser Diplomarbeit ist deutlich ersichtlich, dass eine 3D-FEM-Modellierung durchaus wesentliche Vorteile gegenüber einer herkömmlichen 2D-Berechnung aufweist, die einen erhöhten Aufwand bei der Modellgenerierung rechtfertigen können. Hier sei zum einen erwähnt, dass man durch die 3D-Modellierung natürlich eine weitestgehend realistische Abbildung des Bauwerks erhält, wodurch sowohl für den Bauherrn, als auch für Laien die spätere Ansicht des Gebäudes klar zu erkennen ist. Zum anderen gibt das 3-dimensionale Modell eventuelle Störungen der Struktur, die in einem Bemessungsquerschnitt bzw. einem 2-dimensionalen Modell nicht auffallen, realistisch wieder. Dies ergibt letztendlich eine genauere Bemessung des Bauwerks. Auch die Möglichkeit, Randbedingungen, wie zum Beispiel Bodenparameter des Baugrunds, in die Bemessung einfließen zu lassen, führt zu einer erhöhten Genauigkeit der Ergebnisse. Zusätzlich sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Daten, die durch die Bemessung des FEM-Modells erzeugt werden, wie z. B. die Struktur oder der Bewehrungsgehalt über Programmschnittstellen an CAD-Systeme übergeben werden können. So besteht die Möglichkeit direkt aus der FEM-Bemessung Bewehrungspläne ebenfalls am 3D-System zu erstellen. Dies kann unter Umständen eine enorme Zeitersparnis bedeuten. Nachteil einer 3D-FEM-Bemessung ist jedoch die wesentlich komplexere Eingabe des Modells gegenüber einer 2D-Bemessung. Dies setzt eine detaillierte Kenntnis des verwendeten Programms und dessen Funktionen voraus. Ansonsten kann es sehr schnell zu großen Problemen in der Eingabe kommen, sei es durch Eingabefehler oder dadurch, dass das Programm die getätigte Eingabe nicht verarbeiten kann. Es ist also vor der Berechnung stets abzuwägen, ob eine 3-dimensionale Bemessung nötig bzw. sinnvoll und wirtschaftlich erscheint. Diplomarbeit M. A. Hoerweg, T. Krämer

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