Prof. Dr.-Ing. Karsten GeiÃler Stahlbrücken EC3-2 im ... - VSVI
Prof. Dr.-Ing. Karsten GeiÃler Stahlbrücken EC3-2 im ... - VSVI
Prof. Dr.-Ing. Karsten GeiÃler Stahlbrücken EC3-2 im ... - VSVI
Sie wollen auch ein ePaper? Erhöhen Sie die Reichweite Ihrer Titel.
YUMPU macht aus Druck-PDFs automatisch weboptimierte ePaper, die Google liebt.
Stahlbrücken nach Eurocode 3 —<br />
Konstruktion und Bemessung<br />
<strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. <strong>Karsten</strong> Geißler, TU Berlin, FG Entwerfen und Konstruieren - Stahlbau<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Einführung der Eurocodes<br />
DIN EN 1993 (2010)<br />
Bemessung und Konstruktion von Stahltragwerken<br />
Teil 1-1 Allgemeine Bemessungsregeln für den Hochbau<br />
Teil 1-5 Plattenförmige Bauteile<br />
Teil 1-8 Bemessung von Anschlüssen<br />
Teil 1-9 Ermüdung<br />
Teil 1-10 Stahlgütewahl<br />
DIN EN 1090 (2011)<br />
Ausführung von Stahltragwerken<br />
DIN EN 1993–2 (2010)<br />
Bemessungs- und Anwendungsregeln<br />
für den Brückenbau<br />
i.V.m. jeweiligen NA<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Sicherheitskonzept<br />
Semiprobabilistisches Sicherheitskonzept (Eurocode 0)<br />
Einwirkungen – unabhängig vom Baustoff<br />
GZT: charakteristische Werte<br />
(98%-Quantile der Jahresextrema)<br />
werden auf Niveau der Bemessungswerte<br />
angehoben TSF g<br />
mehrere zeitveränderliche Einwirkungen:<br />
Kombinationsbeiwerte y<br />
GZG:<br />
seltene (charakteristische), häufige und quasi-ständige Werte<br />
einzelne Einwirkungskombinationen problemspezifisch wie folgt definiert:<br />
Spannungsnachweise: mit seltener Einwirkungskombination (50 J.- Werte)<br />
Verformungsnachweise: für quasi-ständige Lasten<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Sicherheitskonzept<br />
Teilsicherheitsbeiwerte der Widerstände <strong>im</strong> GZT<br />
Bemessungswerte ergeben sich durch Division der charakteristischen (5%-) Fraktile<br />
mit dem TSF<br />
Baustahl g a<br />
Grundkombination Festigkeitsnachweise: 1,0<br />
für Stabilitätsnachweise einschl. Beulen: 1,10<br />
Beanspruchbarkeit von Verbindungen<br />
(NW gegen Bruchfestigkeit): 1,25<br />
außergewöhnliche<br />
Kombination<br />
1,0<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Bemessung nach EC 3 – Baustahl<br />
Baustahl<br />
Stahlgüte bis S460 zulässig<br />
Festigkeitswerte (5%- Fraktile), nach EN 1993-1-1<br />
keine „garantierte Mindeststreckgrenze“ zulässig<br />
in Einzelfällen ist auch Guss möglich<br />
Talbrücke St. Kilian<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Bemessung nach EC 3 – Baustahl<br />
Baustahl<br />
Blechdickenbegrenzung gegen Sprödbruch<br />
(erf. Zähigkeit abh. von Temperatur und Blechdicke)<br />
- Werte n. EN 1993-1-10 für -30°C ( max Zug 0,6*f y )<br />
- Blechdicke 30mm: Aubi oder Klammerwerte<br />
Rundstähle für Hänger<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Bemessung nach EC 3 – Querschnittseigenschaften<br />
Querschnittseigenschaften<br />
mitwirkende Breite<br />
keine Abminderung bei b 0 L e / 50<br />
b<br />
<br />
eff b 0<br />
<br />
<br />
0<br />
b<br />
L<br />
e<br />
0<br />
<br />
0<br />
<br />
1<br />
Asl<br />
b t<br />
0<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Bemessung nach EC 3 – Querschnittseigenschaften<br />
Stahlträger: Querschnittsklassen <strong>im</strong> GZT<br />
Klasse<br />
Tragfähigkeit<br />
1<br />
vollplastisch,<br />
Rotationsvermögen<br />
2 vollplastisch<br />
3 elastisch<br />
4<br />
elastisch,<br />
Beulen beachten<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Bemessung nach EC 3 – Querschnittseigenschaften<br />
Querschnittsklassen<br />
für Steg und Gurt nach c / t<br />
Gesamtquerschnitt in<br />
ungünstigste Klasse einstufen<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Bemessung nach EC 3 – Querschnittseigenschaften<br />
Querschnittsklassen<br />
- für Qkl 1 und 2 Ausnutzung der vollplastischen Tragfähigkeit möglich<br />
- für Qkl 3 elastische Bemessung, volle Ausnutzung der Fließgrenze<br />
- für Qkl 4 Abminderung der elastischen Grenztragfähigkeit durch Beulen<br />
beachten<br />
2 Verfahren: Grenzbeulspannungen, effektive Querschnitte<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Bemessung nach EC 3 - Schnittgrößenermittlung<br />
Schnittgrößenermittlung <strong>im</strong> Regelfall elastisch,<br />
einzige Ausnahme: plastisch für außergewöhnliche Bem.-situation bei Qkl. 1<br />
Fcr<br />
Bedingung für den Entfall der Berechnung Th.II.O.: 10<br />
cr<br />
F<br />
F Ed<br />
F cr<br />
Bemessungswert der Belastung, die zum Ausknicken führt<br />
elastische Knicklast des Systems<br />
andernfalls Schnittkräfte am verformten System ermitteln<br />
Größe der Ersatz<strong>im</strong>perfektion e 0d : abhängig von der KSL<br />
<br />
el<br />
e0d<br />
0,2 <br />
2<br />
<br />
<br />
<br />
g<br />
g<br />
u<br />
crit<br />
<br />
W<br />
A<br />
<br />
1<br />
1,10<br />
1 <br />
<br />
2<br />
<br />
<br />
1<br />
<br />
g u min. Lastfaktor zum Erreichen des charakt. Querschnittswiderstandes<br />
g crit Lastfaktor für die kritische elastische Knicklast<br />
2<br />
0,5 <br />
<br />
<br />
2<br />
1,0<br />
Ed<br />
1 ( 0,2) <br />
2<br />
<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Bemessung nach EC 3 - Schnittgrößenermittlung<br />
Schnittgrößenermittlung am verformten System<br />
alterativ: Form und Amplitude für Bögen,<br />
z.B. Knicken in der Bogenebene:<br />
Stabbogenbrücken<br />
Knicklängenbeiwerte für Bögen<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Bemessung nach EC 3 – Querschnittstragfähigkeit<br />
Bemessung <strong>im</strong> GZT<br />
NW Biegung - bei Ausnutzung der plastischen Tragfähigkeit (Qkl. 1, 2):<br />
M<br />
<br />
M<br />
y<br />
, Ed<br />
Ny, Rd<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
M<br />
<br />
M<br />
z, Ed<br />
Nz, Rd<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
1,0<br />
mit<br />
bspw.<br />
2<br />
und<br />
<br />
5 n<br />
1<br />
für<br />
<br />
QS<br />
NW Biegung - bei Ausnutzung der elastischen Tragfähigkeit (Qkl. 3):<br />
N<br />
A<br />
Ed<br />
<br />
M<br />
W<br />
y, Ed<br />
y, el<br />
<br />
M<br />
W<br />
z, Ed<br />
z, el<br />
<br />
f<br />
y,d<br />
Nachweis der Querkraft, wenn Stegschlankheit<br />
V<br />
pl,Rd<br />
<br />
A<br />
w<br />
f<br />
3 g<br />
yk<br />
M0<br />
w 0,83<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Bemessung nach EC 3 – Querschnittstragfähigkeit<br />
Interaktion Biegung und Querkraft, wenn<br />
Q- Ausnutzung > 50%<br />
bei plastischer Bemessung:<br />
M<br />
V,Rd<br />
<br />
<br />
<br />
W<br />
<br />
pl<br />
<br />
A<br />
4 t<br />
2<br />
w<br />
w<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
f<br />
g<br />
yk<br />
M0<br />
M<br />
pl, Rd<br />
<br />
kennzeichnet prozentual den Steganteil, der für die Aufnahme der<br />
Querkraft benötigt wird<br />
2<br />
2 V <br />
<br />
Ed<br />
<br />
w<br />
1<br />
V<br />
pl,Rd <br />
bei elastischer Bemessung: Vergleichsspannungsnachweis<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Bemessung nach EC 3 – Stabilitätsnachweise<br />
Bemessung <strong>im</strong> GZT – Stabilitätsnachweise<br />
Ersatzstabverfahren oder Nachweis nach Spannungstheorie II. Ordnung<br />
bei beiden Verfahren mit g M1 = 1,10<br />
- Biegeknicken unter zentrischem <strong>Dr</strong>uck:<br />
Bemessungswiderstand<br />
N<br />
b, Rd<br />
<br />
A<br />
<br />
A f<br />
g<br />
M1<br />
y,k<br />
Abminderungsfaktor abhängig von und KSL<br />
A =1,0 für Qkl. 1-3 bzw. A = A eff / A für Qkl. 4<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Bemessung nach EC 3 – Stabilitätsnachweise<br />
- Biegeknicken unter <strong>Dr</strong>uck + Biegung:<br />
für Qkl. 1,2:<br />
<br />
y<br />
N<br />
Ed<br />
A f<br />
yk<br />
/<br />
g<br />
M1<br />
k<br />
yy<br />
<br />
<br />
LT<br />
W<br />
M<br />
pl,y<br />
y,Ed<br />
f<br />
yk<br />
/<br />
g<br />
M1<br />
k<br />
yz<br />
<br />
W<br />
pl,z<br />
M<br />
z,Ed<br />
f<br />
yk<br />
/<br />
g<br />
M1<br />
1,0<br />
k yy , k yz , k yz , k zz Interaktionsbeiwerte nach EC 3-1-1, Anhang A oder B<br />
für Qkl. 3 mit W el (und anderen k ij )<br />
- vereinfachter NW bei N + M y :<br />
<br />
y<br />
N<br />
Ed<br />
A f<br />
yk<br />
/ g<br />
M1<br />
C<br />
mi,0<br />
<br />
W<br />
pl,y<br />
M<br />
y,Ed<br />
f<br />
yk<br />
/ g<br />
M1<br />
<br />
0,9<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Bemessung nach EC 3 – Stabilitätsnachweise<br />
Biegedrillknicken<br />
NW <strong>Dr</strong>uckgurt für Knicken aus der Trägerebene<br />
kann als NW mit Ersatzstabverfahren oder NW<br />
mit Spannungstheorie II. O. geführt werden<br />
Ersatzstabverfahren – Schlankheit <strong>Dr</strong>uckgurt<br />
+ 1/3 der gedrückten Stegfläche<br />
<br />
f<br />
<br />
k<br />
i<br />
c<br />
f, z<br />
L<br />
<br />
1<br />
M y,Ed max M zwischen den Lagerungen<br />
M c,Rd = W y f y / g M1<br />
W y maßgebendes Widerstandsmoment<br />
der gedrückten Randfaser<br />
für Brückenbau gilt:<br />
c<br />
<br />
c0<br />
M<br />
<br />
M<br />
c, Rd<br />
y, Ed<br />
c 0 <br />
0,2<br />
M<br />
b, Rd<br />
k<br />
fl<br />
M<br />
c, Rd<br />
k<br />
fl<br />
1,0<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Bemessung nach EC 3 – Stabilitätsnachweise<br />
Biegedrillknicken – Nachweis am gesamten Träger<br />
z.B. als Ersatzstabnachweis mit Schlankheit<br />
freie <strong>Dr</strong>ehachse:<br />
M<br />
cr,y<br />
<br />
<br />
<br />
2<br />
E<br />
I<br />
L<br />
gebundene <strong>Dr</strong>ehachse:<br />
M<br />
cr,y<br />
<br />
1<br />
k<br />
z<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
2<br />
<br />
z<br />
2<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
E<br />
I<br />
D<br />
c<br />
2<br />
<br />
<br />
z<br />
<br />
G I<br />
M<br />
<br />
<br />
2 T<br />
B<br />
L<br />
<br />
Knicklängenbeiwert:<br />
0,5 <br />
2<br />
z<br />
<br />
B<br />
p<br />
ry<br />
<br />
3<br />
<br />
n<br />
<br />
<br />
<br />
2<br />
2<br />
<br />
<br />
<br />
z<br />
<br />
M<br />
<br />
LT<br />
1<br />
1 <br />
<br />
n <br />
<br />
0,5 <br />
2<br />
<br />
<br />
<br />
B<br />
w<br />
M<br />
M<br />
2<br />
z<br />
2<br />
<br />
<br />
<br />
p<br />
cr,y<br />
pl, y<br />
ry<br />
<br />
3<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Bettungsparameter:<br />
<br />
B<br />
<br />
c<br />
L<br />
E I<br />
4<br />
D<br />
1<br />
c<br />
<br />
<br />
1<br />
c<br />
P<br />
<br />
1<br />
c<br />
M<br />
<br />
1<br />
c<br />
A<br />
Nomogramme in [Lindner, Hanswille, Münich]<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Bemessung nach EC 3 – Stabilitätsnachweise<br />
Biegedrillknicken<br />
Nachweis:<br />
M<br />
b, Rd<br />
<br />
LT<br />
<br />
w<br />
W<br />
pl, y<br />
<br />
f<br />
g<br />
yk<br />
M1<br />
bzw. für N + M:<br />
<br />
y<br />
N<br />
Ed<br />
A f<br />
yk<br />
/ g<br />
M1<br />
k<br />
yy<br />
<br />
<br />
LT<br />
W<br />
M<br />
pl,y<br />
y,Ed<br />
f<br />
yk<br />
/<br />
g<br />
M1<br />
1,0<br />
aus Sedlacek, G., et.al.:<br />
Leitfaden DIN-Fb 103<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Bemessung nach EC 3 – Stabilitätsnachweise<br />
Bemessung <strong>im</strong> GZT – Beulen<br />
Beulen inf. Längsspannungen, 2 Verfahren<br />
Verfahren mit Grenzbeulspannungen<br />
d ≤ p,Rd<br />
für längsversteifte Beulfelder zwingend anzuwenden<br />
NW mit effektiven (wirksamen) Querschnitten<br />
Spannungsumlagerungen <strong>im</strong> QS<br />
Nutzung überkritischer Tragreserven<br />
zusätzlicher Gebrauchstauglichkeits- NW<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Bemessung nach EC 3 – Stabilitätsnachweise<br />
NW mit „effektiven“ Querschnitten<br />
Abminderungsfaktor für beidseitig<br />
gestützte Querschnittsteile:<br />
<br />
<br />
P<br />
0,055 (3 y)<br />
<br />
2<br />
P<br />
1,0<br />
Beulschlankheitsgrad<br />
<br />
P<br />
<br />
f<br />
<br />
y<br />
cr<br />
<br />
b / t<br />
28,4 <br />
k<br />
<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Bemessung nach EC 3 – Stabilitätsnachweise<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Bemessung nach EC 3 – Stabilitätsnachweise<br />
Nachweis mit Grenzbeulspannungen, nach <strong>EC3</strong>-1-5, T.10<br />
Best<strong>im</strong>mung von ρ x , ρ z , v mit der Schlankheit des Plattenfeldes:<br />
<br />
ult<br />
1<br />
<br />
crit<br />
1<br />
<br />
<br />
2<br />
ult<br />
1 y<br />
<br />
4<br />
<br />
<br />
f<br />
x<br />
crit,z<br />
x,Ed<br />
y<br />
<br />
<br />
<br />
2<br />
1 y<br />
<br />
4<br />
crit,z<br />
<br />
<br />
f<br />
z<br />
z,Ed<br />
y<br />
<br />
<br />
<br />
2<br />
<br />
<br />
1 y<br />
<br />
<br />
4<br />
<br />
<br />
crit,x<br />
<br />
<br />
f<br />
x<br />
x,Ed<br />
y<br />
1 y<br />
<br />
4<br />
<br />
<br />
f<br />
z<br />
crit,z<br />
<br />
<br />
<br />
2<br />
z,Ed<br />
y<br />
<br />
3<br />
<br />
<br />
f<br />
1 y<br />
<br />
2<br />
x<br />
2<br />
crit,x<br />
Ed<br />
y<br />
<br />
<br />
<br />
2<br />
1 y<br />
<br />
2<br />
z<br />
2<br />
crit,z<br />
<br />
<br />
1<br />
2<br />
crit, <br />
<br />
<br />
<br />
<br />
1/ 2<br />
<br />
<br />
<br />
crit,x<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
ult<br />
crit<br />
crit,x<br />
x,Ed<br />
...<br />
z. B. ρ x Reduktionsbeiwert ρ c für Grenzspannung x,Rd in x-Richtung<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
x<br />
<br />
f<br />
x, Ed<br />
yk<br />
/ g<br />
M1<br />
2<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
z<br />
<br />
f<br />
z, Ed<br />
yk<br />
/ g<br />
M1<br />
2<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
V <br />
<br />
x<br />
<br />
f<br />
x, Ed<br />
yk<br />
/ g<br />
M1<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
z<br />
<br />
f<br />
z, Ed<br />
yk<br />
/ g<br />
M1<br />
<br />
<br />
<br />
3 <br />
<br />
<br />
<br />
<br />
V<br />
<br />
f<br />
yk<br />
<br />
Ed<br />
x<br />
/ g<br />
<br />
M1<br />
<br />
P<br />
2<br />
<br />
<br />
<br />
0,22<br />
<br />
2<br />
P<br />
1,0<br />
mit<br />
V<br />
<br />
x<br />
<br />
z<br />
w enn<br />
<br />
x<br />
und<br />
<br />
z<br />
beides<br />
<strong>Dr</strong>uckspannungen<br />
sind<br />
(sonst<br />
V<br />
1,0 )<br />
„V“ nach Vorschlag U. Kuhlmann (in Stahlbaukalender 2012)<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Bemessung nach EC 3 – Stabilitätsnachweise<br />
Beulnachweis für das ausgesteifte Feld<br />
muss als Nachweis gegen Grenzbeulspannungen erfolgen<br />
1. Möglichkeit: Steifen erhalten Mindeststeifigkeit I*= 0,092 ∙ g* ∙ b ∙ t 3<br />
( g*: Beiwert abh. vom Spannungstyp (, ), , Anordnung der<br />
Steifen, …)<br />
Beulsicherheit für das Einzelfeld nachweisen<br />
2. Möglichkeit: I < I* Beulsicherheit für das ausgesteifte Gesamtfeld<br />
nachweisen<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Bemessung nach EC 3 – Stabilitätsnachweise<br />
Knickstabähnliches Verhalten<br />
Plattentragwirkung kann nicht stattfinden<br />
Regelungen des EC 3-1-5 wie in DIN- Fb103<br />
= 0 bedeutet reines<br />
Knickstabverhalten<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Bemessung nach EC 3 – Stabilitätsnachweise<br />
Beulen infolge Schubspannungen<br />
NW mit Grenzbeulspannungen:<br />
V Rd = A V ∙ P,Rd<br />
NW nach Zugfeldtheorie:<br />
<br />
V<br />
v<br />
<br />
c, Rd<br />
w<br />
<br />
<br />
<br />
v<br />
f<br />
f<br />
yw<br />
3<br />
h<br />
g<br />
w<br />
M1<br />
t<br />
w<br />
günstiger Einfluss von Endquersteifen kann ausgenutzt werden<br />
ausgeprägtes Zugfeld wirkt stabilisierend<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Bemessung nach EC 3 – Stabilitätsnachweise<br />
Beulen infolge Schubspannungen<br />
V<br />
w , Rd<br />
<br />
<br />
w<br />
<br />
f<br />
yw<br />
h<br />
3 g<br />
w<br />
M1<br />
t<br />
w<br />
Im Brückenbau ist Berücksichtigung<br />
der stützenden Wirkung der Flansche<br />
nicht zugelassen<br />
<br />
v<br />
<br />
w<br />
<br />
f<br />
1,0<br />
zusätzlicher Flanschanteil (hier nur zur Information):<br />
V<br />
bF, Rd<br />
<br />
M1<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
2<br />
bF<br />
tF<br />
f<br />
c g<br />
<br />
c a 0,25<br />
<br />
<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
yF<br />
<br />
<br />
1<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
1,6 bF<br />
tF<br />
f<br />
2<br />
t h f<br />
w<br />
w<br />
2<br />
M<br />
M<br />
yw<br />
F, Rd<br />
yF<br />
Ed<br />
<br />
<br />
<br />
2<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Bemessung nach EC 3 – Verbindungen<br />
Verbindungsmittel / Schweißnähte<br />
Folg. Verbindungen <strong>im</strong> Brückenbau nicht zulässig:<br />
- Verbindung mit nur einer Schraube<br />
- GV- Verbindung mit Lochspiel >1mm, Langlöcher<br />
- nicht durchgeschweißte Stumpfnähte<br />
- unterbrochene Kehl- oder Stumpfnähte<br />
Allg. konstruktive Hinweise:<br />
- Lamellen und Steifen vollständig umschweißen<br />
ermüdungsgerechte Ausführung beachten<br />
- Ausführung der Querrahmen<br />
- Regeln für Terrassenbruchgefahr beachten<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Bemessung nach EC 3 – Verbindungen<br />
Verbindungsmittel / Schweißnähte<br />
Tragfähigkeit der Verbindungen:<br />
- Stumpfnähte: Tragfähigkeit der Naht = Tragfähigkeit<br />
des schwächeren angeschlossenen BT<br />
- Kehlnähte: Tragfähigkeit der Naht der Länge l<br />
(Zugfestigkeit des Grundmaterials ist maßgebend)<br />
w = 0,8 (S235)<br />
V,wd<br />
= 0,90 (S355) = 0,85 S460 (NDP 2.2 in <strong>EC3</strong>-1-8/NA)<br />
berücksichtigt höhere Festigkeit der Naht gegenüber dem normalfesten<br />
Grundwerkstoff<br />
a: Höhe des eingeschriebenen <strong>Dr</strong>eiecks, bei vollautomat. Schweißung darf a um<br />
20% vergrößert werden (aber a≤2mm)<br />
2<br />
d<br />
für Kehlnähte mit l > 150∙a ist Tragfähigkeit abzumindern<br />
<br />
<br />
<br />
3 (<br />
<br />
<br />
2<br />
d<br />
<br />
2<br />
IId<br />
)<br />
<br />
<br />
w<br />
fuk<br />
g<br />
M2<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Bemessung nach EC 3 – Ermüdung<br />
NW gegen Materialermüdung<br />
- Bezug auf NW EC 3-1-9<br />
- Nachweis nach Nennspannungskonzept,<br />
Nennspannungen müssen <strong>im</strong> elastisch bleiben<br />
- NW nach Strukturspannungskonzept nur <strong>im</strong> absoluten Ausnahmefall<br />
- Materialsicherheitsbeiwerte abh. von Schadenstoleranz<br />
nicht schadenstolerant<br />
(Hauptträger)<br />
schadenstolerant<br />
(Fahrbahnelemente)<br />
g Mf<br />
1,25 1,0<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Bemessung nach EC 3 – Ermüdung<br />
Nachweis in 3 Stufen (mit steigendem Aufwand) möglich<br />
1. Alle Spannungsdifferenzen unterhalb des Schwellenwertes der Dauerfestigkeit<br />
2. NW mit Hilfe (normierter) schädigungsäquivalenter Spannungsdifferenzen<br />
3. Direkte Schädigungsberechnung nach Palmgren/ Miner<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Bemessung nach EC 3 – Ermüdung<br />
NW der max. Spannungsdifferenz unterhalb des Schwellenwertes der<br />
Dauerfestigkeit<br />
g<br />
Ff<br />
<br />
<br />
max<br />
<br />
<br />
g<br />
Mf<br />
D<br />
D : Ermüdungsfestigkeit bei N= 5∙10 6<br />
(Dauerfestigkeit)<br />
bzw. g Ff ∙ max ≤ 26N/mm 2 / g Mf<br />
(26 N/mm 2 : schlechtester Kerbfall)<br />
Betriebsfestigkeits- NW mit Hilfe schädigungsäquivalenter<br />
Spannungsdifferenzen<br />
g<br />
<br />
c<br />
<br />
Ff E2<br />
bzw.<br />
gMf<br />
g<br />
Ff<br />
<br />
<br />
C / C : 2-Mio- Wert der Wöhlerlinie (KF- Bezeichnung, 5%- Fraktilwert)<br />
E2<br />
<br />
<br />
g<br />
Mf<br />
c<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Bemessung nach EC 3 – Ermüdung<br />
Ermittlung der schadensäquivalenten Spannungsdifferenzen<br />
inf. ELM 3 (48 t- Fahrzeug)<br />
LM3 = / max - min /<br />
Betriebslastfaktor = 1 ∙ 2 ∙ 3 ∙ 4 ≤ max<br />
1 : Spannweitenbeiwert<br />
2 : Verkehrsstärkenbeiwert Q<br />
3 : Lebensdauerbeiwert<br />
4 : Beiwert für den „positiven“<br />
Effekt mehrerer Fahrspuren<br />
<br />
2<br />
m1<br />
<br />
480 kN<br />
5<br />
<br />
<br />
<br />
N<br />
obs<br />
500.000<br />
<br />
<br />
<br />
Spannweitenbeiwert Feldbereich<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Bemessung nach EC 3 – Ermüdung<br />
Direkte Schädigungsberechnung nach Palmgren / Miner:<br />
D<br />
d<br />
ni<br />
<br />
N<br />
i<br />
i<br />
1,0<br />
mit<br />
N<br />
i<br />
<br />
5 10<br />
6<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
g<br />
Ff<br />
/ g<br />
<br />
D<br />
Mf<br />
i<br />
<br />
<br />
<br />
3<br />
wenn i <strong>im</strong> Bereich der Wöhlerlinie mit m=3 liegt, sonst Exp. m=5 bzw. N i = <br />
Beispiel Kollektiv ZFT- Feldmitte, L= 35 / 35m<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Bemessung nach EC 3 – Ermüdung<br />
Ermüdungsfestigkeit<br />
nach <strong>EC3</strong>-1-9 parallele Wöhlerlinienschar, m=3, m=5, m=<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Bemessung nach EC 3 – Ermüdung<br />
Wöhlerlinien<br />
in <strong>EC3</strong>-1-9 derzeit ca. 75 Kerbfälle<br />
KF mit *) mit best. Bedingungen<br />
eine Kategorie günstiger<br />
Beispiel: Längsnähte zusammengesetzter<br />
Träger<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Bemessung nach EC 3 – Ermüdung<br />
Wöhlerlinien<br />
<strong>im</strong> <strong>EC3</strong>-2/NA einige ergänzende KF, z.B.<br />
Lamellenstoß<br />
KF 71<br />
„Ohlemutzstoß“<br />
KF 80<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Bemessung nach EC 3 – Ermüdung<br />
Wöhlerlinien<br />
<strong>im</strong> <strong>EC3</strong>-2/NA einige ergänzende KF, z.B.<br />
QT-Gurt- Anschluss<br />
KF125<br />
Lamellenende<br />
KF 71<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Bemessung nach EC 3 – Konstruktion<br />
Konstr. Regeln für orthotrope Fahrbahnplatten von Straßenbrücken<br />
Deckblech <strong>im</strong> Schwerlaststreifen t= 14mm<br />
Längsrippen:<br />
- als Trapezrippen: Empfehlung e 30cm<br />
bzw. e / t 25<br />
- ungestoßen durch QT-Stege führen<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Bemessung nach EC 3 – Konstruktion<br />
Orthotrope Fahrbahnplatten von Straßenbrücken<br />
Mindeststeifigkeit der Längsrippen – wie nach DIN-Fb 103<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Bemessung nach EC 3 – Ermüdung<br />
orthotrope Platte mit Trapezrippen<br />
Form der Freischnitte (aber auch ohne möglich)<br />
Bauteil- Ermüdungsversuche am ICOM Lausanne<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Bemessung nach EC 3 – Ermüdung<br />
Wöhlerlinien <strong>EC3</strong>-1-9<br />
orthotrope Platte mit Trapezrippen<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Bemessung nach EC 3 – Konstruktion<br />
Orthotrope Fahrbahnplatten von Straßenbrücken<br />
Querträger bei Trapezprofilen<br />
als Vierendeelsystem berechnen<br />
Biegung in den Stegzähnen ist nicht<br />
vernachlässigbar<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Bemessung nach EC 3 – Konstruktion<br />
Querrahmenausbildung<br />
„2“ Stumpfnaht<br />
Querrahmen sind Schwachstellen bei bestehenden Stahlbrücken:<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Bemessung nach EC 3 – Gebrauchstauglichkeit<br />
Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit<br />
Einhaltung der elastischen Dehnungen <strong>im</strong> Gebrauchszustand<br />
zur Vermeidung bleibender Verformungen<br />
Begrenzung von Verformungen<br />
allgemein: Einhaltung des Lichtraumprofils unter der Brücke<br />
- Spannungslose Werkstattform (Überhöhung für ständige Einwirkungen)<br />
- Durchbiegung (Fahrkomfort)<br />
- weitere Kriterien nur für Eisenbahnbrücken<br />
NW der Schwingungsüberhöhungen<br />
für Fußgängerbrücken: NW der max<strong>im</strong>alen Beschleunigung in versch. Eigenformen<br />
für einzelne Bauteile von Straßenbrücken, z.B. Seile<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Bemessung nach Eurocode 3<br />
Anhänge<br />
C – Empfehlungen für die bauliche<br />
Durchbildung von Stahlfahrbahnen<br />
(bzw. Anhang NA.G)<br />
D – Knicklängen von Bauteilen und<br />
geometrische Imperfektionen<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Bemessung nach Eurocode 3<br />
Anhang NA-F – Bemessung von Hängern an Stabbögen<br />
Einhaltung Entwurfsgrundsätze:<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Bemessung nach Eurocode 3<br />
Anhang NA-F – Bemessung von Hängern an Stabbögen<br />
Nachweis wirbelerregte Schwingungen<br />
Berechng. mit stat. Ersatzlasten in Schwingungsmax<strong>im</strong>a<br />
der jew. Eigenform (n. Theorie II.O., mit N EG,char )<br />
q 1,10 D<br />
v<br />
v<br />
crit,i<br />
fi<br />
D<br />
<br />
St<br />
2<br />
crit,i<br />
k<br />
F,i<br />
Ermüdungsnachweis:<br />
(St = 0,2 für runde QS)<br />
<br />
Verkehr<br />
<br />
Wind<br />
<br />
C<br />
/ g<br />
Mf<br />
Nachweis Galloping-Schwingungen:<br />
nur für eckige QS oder entartete runde QS (Regen-Wind-Induziert) relevant, dann<br />
- Ermittlung einer kritischen Windgeschwindigkeit (abhängig vom Querschnitt)<br />
- Nachweis der max. mittleren Windgeschwindigkeit v m<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler
Zusammenfassung<br />
Bemessung und Konstruktion der Stahlbrücken nach EC 3-2:<br />
i.W. analog wie nach DIN-Fb 103<br />
nur wenige Änderungen in einzelnen Nachweisen<br />
Einführung der Eurocodes <strong>im</strong> Brückenbau<br />
Tagung Berlin, 15. Mai 2013<br />
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen<br />
Fachgebiet EK – Stahlbau <strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-<strong>Ing</strong>. K. Geißler