Schlüsselwörter
(Deutsch)
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Betonbrücken, Querkraft, Querbiegung, Tragsicherheit, Verformungsvermögen,Grossversuche, Tragsicherheitsbeurteilung von Brücken
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Schlüsselwörter
(Englisch)
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concrete bridges, shear, transverse bending, ultimate load, deformation capacity, large scale experiments, safety assessment of bridges
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Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Theoretische und experimentelle Untersuchungen zeigen, dass der Schubwiderstand durch Querbiegebeanspruchungen – die in den Stegen von Brückenträgern praktisch immer auftreten – stark beeinträchtigt werden kann. Grundsätzlich sind daher beim Nachweis der Schubtragsicherheit die Querbiegebeanspruchungen zu berücksichtigen oder aber die Voraussetzungen für ihre Vernachlässigung zu überprüfen; dies insbesondere bei bestehenden Bauwerken, deren Schubtragsicherheit nur mit verfeinerten, auf flachen Druckfeldneigungen und damit potentiell spröden Versagensarten basierenden Verfahren nachgewiesen werden kann.
Die vor über 30 Jahren für die Neubemessung von Trägerstegen unter kombinierter Beanspruchung entwickelten Modelle liefern jedoch übermässig konservative Resultate, sofern die von den Urhebern verwendeten Begrenzungen der Druckfeldneigungen beachtet werden; für flachere Druckfeldneigungen wurden sie nicht experimentell validiert. Auch existieren keine geeigneten Verfahren, um das Verformungsvermögen kombiniert beanspruchter Stege zuverlässig zu analysieren und damit eine allfällige Vernachlässigung der Querbiegemomente zu rechtfertigen.
Im Rahmen des Forschungsprojektes wird das Verhalten von Trägerstegen mit geringem Bügelbewehrungsgehalt unter kombinierter Beanspruchung durch Schub und Querbiegung mittels Grossversuchen experimentell untersucht. Auf Basis der Versuchsresultate wird ein mechanisch konsistentes Modell für das Last-Verformungsverhalten unter Längsschub und Querbiegung entwickelt, mit dem das Verformungsvermögen analysiert und zuverlässige Vorhersagen des Tragwiderstands gemacht werden können. Darauf aufbauend wird ein vereinfachtes, praxistaugliches Verfahren für die Beurteilung der Tragsicherheit bestehender Brückenträger unter Längsschub und Querbiegung hergeleitet.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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Theoretical and experimental investigations indicate that the shear resistance can be strongly affected by transverse bending moments, which occur in virtually any bridge girder web. Hence, transverse bending moments have generally to be accounted for when checking the shear capacity, unless the conditions for neglecting them are satisfied. This particularly applies to existing bridges whose shear resistance can only be demonstrated by recurring to refined models for the shear strength, based on flat inclinations of the concrete compression fields in the web and hence, susceptible to brittle failure modes.
Available models for the dimensioning of new bridge webs subjected to combined loading, developed over 30 years ago, are overly conservative if the limits for the inclination of the web compression field specified by the authors are observed; for flatter inclinations, they have not been experimentally verified. Furthermore, there are no suitable approaches that allow reliably analysing the deformation capacity of webs under combined loading and consequently justifying an eventual neglect of transverse bending moments.
Within the framework of the research project, the behaviour of bridge webs with low stirrup ratios subjected to combined in-plane shear and transverse bending moments is investigated by means of large-scale experiments. Based on the test results, a consistent model for the load-deformation behaviour under combined in-plane shear and transverse bending moments is developed, suitable for analysing the deformation capacity and reliably predicting the ultimate load. On this basis, a simplified method, suitable for engineering practice, is develped for the assessment of the structural safety of existing bridge webs subjected to combined in-plane shear and transverse bending
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Projektziele
(Deutsch)
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Die Stege von Betonbrücken sind, neben der grundsätzlich gut erforschten Membran-Schubbeanspruchung, auch Querbiegebeanspruchungen unterworfen. Diese können den Schubwiderstand stark beeinträchtigen. Heute fehlen geeignete Modelle, um diesen Einfluss zuverlässig zu analysieren.
In naher Zukunft ist eine signifikante Zunahme der Beanspruchungen der Autobahnbrücken absehbar (höhere Verkehrslasten, ggf. 60t-Verkehr). Dabei werden die bereits heute nicht a priori vernachlässigbaren Querbiegebeanspruchungen insbesondere durch Standstreifen-Umnutzungen und Fahrbahnverbreiterungen überproportional zunehmen.
Das Forschungsprojekt soll die Unsicherheiten hinsichtlich des Einflusses von Querbiegebeanspruchungen vermindern, so dass die Tragreserven in Zukunft auch bei signifikanter Querbiegebeanspruchung mit hinreichender Sicherheit ausgenützt und – wo möglich – trotz höherer Beanspruchungen aufwändige Schubverstärkungen vermieden werden können.
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Projektziele
(Englisch)
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The webs of concrete brides are not only subjected to in-plane shear (generally well researched) but also to transverse bending moments. The latter may significantly affect the in-plane shear resistance. Today, no suitable models, allowing for a reliable analysis of this effect, are available.
In the near future, a significant increase in the loading of highway bridges must be expected (higher traffic loads, eventually 60 t-traffic). Thereby, transverse bending moments, which cannot a priori be neglected already today, will increase disproportionately, in particular through the use of safety lanes for regular traffic and roadway widening projects.
The research project aims at reducing the uncertainties related to the effect of transverse bending moments, such that in the future, the actual load-bearing capacity of existing bridges can be safely exploited even in cases with significant transverse bending moments. Thereby, wherever possible, expensive shear strengthening measures shall be avoided in spite of the increased loads.
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Berichtsnummer
(Deutsch)
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710
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