Forschungsbereich Stahlbeton- und Massivbau

Brückenbau mit dünnwandigen Segmenten aus vorgefertigten Elementen

Idee

Weitgespannte Brücken werden oft als Spannbeton-Hohlkastenbrücken ausgeführt. Bei vielen gängigen Bauverfahren für solche Tragwerke, wie zum Beispiel dem Taktschiebeverfahren, der Segmentbauweise, der Herstellung auf einer Vorschubrüstung oder dem Freivorbau kommt es während verschiedener Bauphasen zu teils stark unterschiedlichen Beanspruchungen im Tragwerk. Diese sind oft die maßgebenden Bemessungskriterien, beziehungsweise limitieren die notwendigen Arbeitsschritte den Baufortschritt.

Die Idee des neuen Bauverfahrens ist es, das Eigengewicht der Konstruktion, während der Errichtung der Brücke durch die Verwendung von dünnwandigen Betonfertigteilen auf ein Minimum zu reduzieren. Erst am Ende der Tragwerksherstellung wird der endgültige Querschnitt durch die Ergänzung mit gepumptem Ortbeton hergestellt. Dadurch werden die Belastungen auf das Tragwerk, auf Hebezeuge und andere Hilfskonstruktionen verringert und somit wirtschaftlichere Konstruktionen, sowie der Einsatz kleinerer Geräte möglich.

Mit der Hilfe von dünnwandigen Fertigteilen, die im Hochbau bereits eine breite Anwendung gefunden haben, wie zum Beispiel Elementdecken, werden direkt auf der Baustelle hohlkastenförmige Segmente hergestellt. Dies ist möglich, da die dünnen vorgefertigten Platten mit eingelegten Stahlteilen versehen sind, wodurch die Anwendung von Schraubverbindungen ermöglicht wird.

Abbildung 1: Beispiel für zwei Segmente aus dünnwandigen Fertigteilelementen

Der weitere Bauablauf nach dem Herstellen von dünnwandigen Segmenten ist von der weit verbreiteten Segmentbauweise inspiriert. Die Segmente können an einen bereits bestehenden Tragwerksabschnitt angeschlossen werden, oder aber seperat aneinandergereiht und mit Hilfe von Spanngliedern zu einem Teilstück eines Brückenträgers verspannt und versetzt werden.

Abbildung 2: Kranmontage eines Teilstücks eines Brückenträgers

Durch die Reduktion des Eigengewichtes, können beispielsweise leichtere Kräne im Vergleich zur klassischen Segmentbauweise verwendet werden. Neben diesem Vorteil kommt es aufgrund des geringen Eigengewichtes dazu, dass die Beanspruchungen auf das Tragwerk in den Bauzuständen viel geringer sind als bei aktuell üblichen Bauverfahren. Dies ist vor allem bei Bauverfahren mit stark wechselnden Beanspruchungen, wie zum Beispiel dem Taktschiebe- oder dem Brückenklappverfahren von Vorteil. Durch diese Reduktion der Einwirkungen werden erhebliche Materialeinsparungen möglich.

Mit dem neuen Bauverfahren sind aufgrund der Verwendung von einfachen Schraubverbindungen und der Tatsache, dass keine Stehzeiten durch das Aushärten von Beton entstehen, kürzere Bauzeiten möglich.

Sobald das Tragwerk seine endgültige Position erreicht hat, wird es mit gepumptem Ortbeton verfüllt und es werden zusätzliche Spannglieder für den Endzustand angespannt. Dadurch entsteht eine monolithische Konstruktion, welche die Vorteile einer komplett in Ortbeton errichteten Brücke aufweist, aber keine teuren Schalungs- und Unterstützungskonstruktionen benötigt.

 

Entwicklung dieser neuartigen Technologie

Die neue Technologie wird in einem dreijährigen Forschungsprojekts an der TU Wien entwickelt. Im Zuge dieses Projektes, wird zuerst die Herstellung der dünnwandigen Segmente analysiert, anschließend numerisch untersucht, um später einen Prototypen herzustellen.

Abbildung 3: Rendering des geplanten Prototypen

Neben der Gestaltung des Querschnitts, werden auch Konzepte für die Vorspannung des Brückenträgers und die Einleitung der Kräfte in die dünnen Fertigteile sowohl mit numerischen Simulationen als auch Mit Hilfe von zerstörenden Belastungsversuchen untersucht. Im Zuge des Zusammenspannens der Segmente ist die Übertragung der Schubkräfte in den Fugen von großer Bedeutung, deshalb wird auch diese Fragestellung mit Hilfe von numerischen Simulationen und Belastenden Versuchen analysiert.

Nach der Analyse dieser Fragestellungen werden weitere Probleme, wie zum Beispiel das Tragverhalten eines solchen Brückenträgers aus dünnwandigen Segmenten und die Ergänzung zu einem monolithischen Querschnitt im Endzustand, sowohl rechnerisch als auch experimentell mit Belastungs,- Dauerschwing- und Betonierversuchen untersucht.

Abbildung 4: Belastungsversuch an einem Brückensegment

Finanzierung des Forschungsprojektes

Die Durchführung dieses ÖBV-FFG-Branchenprojekts ist nur aufgrund der Unterstützung zahlreicher Firmen möglich.

 

Kontakt:

Dipl.-Ing. Stephan Fasching

email: EmailStephan.Fasching@tuwien.ac.at