Schlüsselwörter
(Deutsch)
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Brückenbau, fugenlose Brücken, Brücken ohne Lager, unterhaltsarme Brücken
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Schlüsselwörter
(Englisch)
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Bridge design, jointless bridges, bridges without bearings, low maintenance bridges
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Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Brücken ohne Fugen und Lager oder integrale Brücken weisen gegenüber konventionellen Brücken verschiedene Vorteile auf. Dilatationsfugen und Lager sind immer potentielle Schwachstellen, und ihre Elimination wirkt sich daher vorteilhaft auf die Dauerhaftigkeit und die Unterhaltskosten aus. Zudem resultiert in vielen Fällen eine Erhöhung der Systemtragfähigkeit, was im Hinblick auf die Redundanz gegenüber aussergewöhnlichen Einwirkungen von Bedeutung ist.
Andererseits sind integrale Brücken per Definition statisch unbestimmt gelagert, so dass Temperaturänderungen, Auflagerverschiebungen, Vorspannung und Langzeiteffekte schwierig zu quantifizierende, in der Regel unerwünschte Zwangsschnittkräfte – insbesondere Zwangsnormalkräfte – zur Folge haben. Aus diesem Grund wurden Fugen und Lager bis vor kurzem praktisch vorbehaltlos angeordnet.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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Bridges without joints or bearings, termed integral bridges, are superior to conventional bridges in various aspects. Joints and bearings are always potential weak points, and eliminating them will thus have a beneficial effect on durability and maintenance costs. Moreover, in many cases the collapse load of the entire system is improved, which is important with regards to the redundancy against unforeseen loadings.
On the other hand, integral bridges are per definition statically indeterminate structures, and temperature variations, support deformations, prestressing and long term effects will thus generally result in undesired restraint actions – particularly axial forces – difficult to quantify. Therefore, joints and bearings have until recently been arranged without further considerations.
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Projektbeschreibung
(Deutsch)
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siehe Anhang 1
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Methoden
(Deutsch)
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Sachstandsbericht (1. Phase):
- Literaturrecherche / Umfrage 75%
- Modellierung 25%
Allfällige 2. Phase (noch zu beantragen):
- Modellierung
- theoretische Untersuchung
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Spezielle Geräte und Installationen
(Deutsch)
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keine
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Stand der eigenen Forschung
(Deutsch)
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1. Ausgeführte Arbeiten
Im Zusammenhang mit der Projektierung einer rund 120 m langen gekrümmten integralen Brücke (N20.1.4, Dreieck Zürich West, BW Nr. 714, Überführung Einfahrtsrampe N20, Bauprojekt, Realisierung bevorstehend) wurden bereits verschiedene grundlegende Überlegungen zur Konzeption und zur Modellierung integraler Brücken angestellt, Parameterstudien durchgeführt und Literaturquellen konsultiert. Anlässlich der Teilnahme am fib-Symposium 2003 in Athen wurde der Kontakt mit Brückenbauexperten aus verschiedenen Ländern aufgenommen, mit dem Ziel, sich einen Überblick über den internationalen Stand der Technik im Bereich der integralen Brücken zu verschaffen.
2. Theoretische Grundlagen
Walter Kaufmann (Projektleiter) hat sich im Rahmen der Ausarbeitung seiner Dissertation (1993-1998) und als Postdoc (1998-1999) theoretisch und experimentell intensiv mit dem Verformungsvermögen von Massivbautragwerken auseinandergesetzt und erhielt für diese Arbeiten die Medaille der ETH und eine Auszeichnung der fib (Fédération Internationale du Béton). Zudem war er Ende 1999 als Verfasser von drei Kapiteln des Tagungsbandes und Referent massgeblich am Fortbildungskurs für Bauingenieure „Tragverhalten von Stahlbeton“ an der ETH Zürich beteiligt. Die Themenkreise der genannten Forschungstätigkeiten sind den theoretischen Fragestellungen des Forschungsprojektes eng verwandt, so dass der Einbezug des heutigen theoretischen Wissensstandes gewährleistet ist.
3. Praxisbezug
Peter Hänni (Stv. Projektleiter) verfügt über eine rund dreissigjährige Erfahrung im Brückenbau und ist ein profunder Kenner des heutigen Standes der Praxis im Schweizer Massivbrückenbau. Walter Kaufmann war von 1999-2002 in einem führenden Brückenbau-Ingenieurbüro in Spanien tätig und hatte die Gelegenheit, Massiv-, Stahl- und Verbundbrücken zu entwerfen. Beide sind bei ihrem heutigen Arbeitgeber im Brückenbau tätig und hatten insbesondere in den letzten Monaten Gelegenheit, die einleitend erwähnte integrale Brücke zu projektieren. Der Bezug zu den aktuellen Fragestellungen der Praxis ist somit ebenfalls gewährleistet.
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Projektziele
(Deutsch)
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Mit dem Forschungsprojekt soll ein Beitrag zum besseren Verständnis des Trag- und Verformungsverhaltens integraler Brücken geleistet werden, und es sollen konsistente Grundlagen für die Konzeption integraler Brücken geschaffen werden.
In einer ersten Phase soll primär der nationale und internationale Stand der Technik erfasst und in einem Sachstandsbericht dargestellt werden.
In einer zweiten, geplanten Phase sollen auf der Basis des Sachstandsberichtes Kriterien für eine optimale Wahl des Lagerungstyps und des Dilatationskonzeptes definiert werden.
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Projektziele
(Englisch)
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The research project aims at contributing to a better understanding of the behaviour of bridges without joints or bearings, termed integral bridges, and at developing a consistent basis for the conception of integral bridges.
In a first part, the national and international state of the art shall be summarised and presented in a state-of-the-art report.
In a second, planned phase, based on the state-of-the-art report, criteria for the optimal selection of the support and joint layout shall be defined.
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Forschungsplan
(Deutsch)
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Phase 1 (Sachstandsbericht) Zeitraum Anteil Aufwand
1. Literaturrecherche 12/2003 - 04/2004 40%
2. Internationale Umfrage ausgeführte integrale Brücken (Email) 12/2003 - 06/2004 10%
3. Theoretische Überlegungen / Modellierung 04/2004 - 06/2004 20%
4. Verfassen Vorabzug Bericht 06/2004 - 10/2004 15%
5. Stellungnahme BK, Festlegen Stossrichtung 2. Phase 10/2004 - 11/2004 5%
6. Definitiver Bericht 11/2004 - 12/2004 10%
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Abstract
(Deutsch)
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.
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Umsetzung und Anwendungen
(Deutsch)
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Die Ergebnisse der ersten Phase werden in einem Sachstandsbericht so zusammengefasst, dass eine Anwendung auf konkrete Bauvorhaben möglichst direkt möglich ist. Auch wenn in dieser Phase keine weitreichenden theoretischen Untersuchungen durchgeführt werden, so soll die Grundlage für die Konzeption integraler Brücken doch bereits wesentlich verbessert werden, insbesondere durch die Zusammenstellung der internationalen Entwurfspraxis und Erfahrungen mit ausgeführten integralen Brücken.
Nach Abschluss der ersten Phase sollen auf der Basis des Sachstandsberichtes konsistente Grundlagen für die Konzeption integraler Brücken geschaffen und Kriterien für eine optimale Wahl des Lagerungstyps und des Dilatationskonzeptes definiert werden. Hierzu wird ein Fortsetzungskredit benötigt werden.
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Berichtsnummer
(Deutsch)
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629
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Literatur
(Deutsch)
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Burke, M. P., Jr., “Integral Bridges,” Transportation Research Record, No 1275, Transportation Research Board, National Research Council, Washington, D.C., USA, 1990.
Pritchard, B. (Hrsg.), “Continuous and Integral Bridges”, Proceedings of the Henderson Colloquium ‘Towards Joint-Free Bridges’ organized by the British Group of IABSE, Spon Press, 1993.
Pötzl, M., „Robuste Brücken : Vorschläge zur Erhöhung der ganzheitlichen Qualität,“ Dissertation, Universität Stuttgart, 1995.
Engelsmann, St., „Integrale Betonbrücken: Entwerfen und Bemessen von Brücken ohne Lager und Fugen,“ Dissertation, Universität Stuttgart, 1998.
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