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Zusammenfassung

Mit Einführung der Nachrechnungsrichtlinie des Jahres 2011 rückten die Bestandsbrücken wieder verstärkt in den Fokus der Forschung. Schwerpunkte sind neben der statischen Bewertung des Bestandes mögliche Verstärkungsmaßnahmen und die prognostizierte Restnutzungsdauer. Die Nachrechnungsrichtlinie stellt im Zusammenhang mit anderen Richtlinien und Normenwerken ein elementares Werkzeug bei der Bewertung des Brückenbestandes dar und soll in den kommenden Jahren ergänzt und fortgeschrieben werden. Ein wenig beachteter Aspekt bei der Fortschreibung ist der Blick auf andere Länder (insbesondere außerhalb von Europa) im Umgang mit deren Brückenbestand. In den USA wurden in den vergangenen Jahren ebenfalls in diesem Bereich Fortschritte erzielt. Der Beitrag soll die wesentlichen Unterschiede beider Länder hinsichtlich der rechnerischen Bewertung als auch der örtlichen Bestandsanalyse gegenüberstellen und damit einen Aspekt bei der Fortschreibung der Nachrechnungsrichtlinie aufzeigen.

Abstract

With the introduction of the German Load Rating Guideline of 2011 (known in Germany as “Recalculation” Guideline), the subject of bridge inventory is once again a focus of research. The priorities include, in addition to structural evaluations, recommendations regarding possible rehabilitation and strengthening measures along with the ability to forecast the estimated remaining service life of existing bridges. The load rating guidelines indicate, in conjunction with other guidelines and norms, the fundamental analysis and work that needs to be carried out within the evaluation of the bridge inventory. Such guidelines shall be amended and updated in the coming years. An often overlooked aspect is to look at other countries (especially outside Europe) as regards to their common bridge management and assessment practices. In recent years, the United States have achieved considerable progress in this area. This article attempts to contrast the fundamental differences between the two countries in terms of the computational evaluation as well as the local condition evaluation, and thus, it illustrates an aspect useful to consider while updating the current load rating guidelines.

Zusammenfassung

Bei der rechnerischen Beurteilung der Tragfähigkeit älterer Spannbetonbrückentragwerke mit geringer Querkraftbewehrung stellt sich vermehrt heraus, dass die Querkrafttragfähigkeit nach dem aktuellen Normenstand oftmals nicht mehr erfüllt werden kann. Versuche zeigen jedoch, dass die derzeit anzuwendenden Berechnungsmodelle gerade für diesen Bauwerkstyp konservative Ergebnisse liefern. Es werden daher verfeinerte Rechenmodelle benötigt, welche es ermöglichen, diese Tragreserven zu nutzen. Der hier gezeigte Berechnungsansatz soll dieser Aufgabe gerecht werden. Es wird ein Nachweiskonzept neu aufgegriffen, welches die Nachweisführung in verschiedene Bereiche in Abhängigkeit der auftretenden Rissbildung einteilt. Da sich das Querkrafttragverhalten in den einzelnen Zonen grundlegend voneinander unterscheidet, kommt in den maßgebenden Bereichen ein dem jeweiligen Tragverhalten entsprechendes Berechnungsmodell zum Einsatz. Bei einem Vergleich des Ansatzes für die Bestimmung des kritischen Biegeschubrisses (FSC-Modell) konnte eine sehr gute Übereinstimmung mit Versuchsergebnissen aus der Literatur erzielt werden. Die statische Nachrechnung einer bestehenden Spannbetonbrücke mit geringer Querkraftbewehrung konnte darüber hinaus das große Potenzial des vorgeschlagenen Modells untermauern.

Abstract

Within the assessment of the load carrying capacity of old existing post-tensioned bridge structures with a low amount of transverse reinforcement it turns out, that the required shear strength according to current standards can often not be fulfilled. Shear tests show, however, that the present calculation models give conservative results for this type of structures. Therefore refined approaches, which consider this additional load capacity, are called for. The proposed model should be able to fulfill this task. For this purpose, a concept is reconsidered, which divides the analysis in various areas depending on the crack formation. Due to the fact that the shear carrying behavior is completely different in each section, the formulation of particular shear models corresponding to the actual behavior is needed. A comparison of the critical flexural shear crack model (FSC-model) with test results out of literature showed a good agreement. The structural reanalysis of an existing post-tensioned concrete bridge with a low amount of transverse reinforcement could demonstrate the potential of the developed approach.

Zusammenfassung

Für bestehende Spannbetonbrückenträger mit geringen Schubbewehrungsgraden kann nach den derzeit gültigen normativen Berechnungsansätzen in Österreich und Deutschland in den meisten Fällen kein ausreichender Querkraftwiderstand nachgewiesen werden. Dies kann vorrangig auf die geänderte Normensituation zurückgeführt werden. Um mehr über das Querkrafttragverhalten dieses Tragwerktyps zu erfahren, wurden vier großformatige Querkraftversuche durchgeführt. Mithilfe der Nahbereichsphotogrammetrie konnte auf Basis von detaillierten Messungen der Kinematik sowie des Verlaufs des kritischen Schubrisses gezeigt werden, dass die Schubtragfähigkeit der Querkraftbewehrung nicht ausreicht, um den Abtrag von Querkräften zu erklären. Darüber hinaus konnte auf Grundlage der markanten Rissöffnung festgestellt werden, dass die Rissverzahnung im Bruchzustand keinen Beitrag zum Querkraftwiderstand liefert. Eine Gegenüberstellung der Versuchsergebnisse mit diversen normativen Bemessungsansätzen bestätigte, dass das Fachwerkmodell mit variabler Druckstrebenneigung aus dem Grunddokument des Eurocode 2 bei weitem nicht imstande ist, die experimentelle Querkrafttragfähigkeit korrekt wiederzugeben. Obwohl mit der dritten Näherungsstufe nach Model Code 2010 deutlich präzisere Vorhersagen der Bruchlasten möglich sind, liefert auch dieser Ansatz noch immer sehr konservative Ergebnisse. Für die Nachrechnung solcher Brückenobjekte bedarf es somit verfeinerter Berechnungsansätze, welche auch dem Beton neben dem Traganteil der Querkraftbewehrung ein Schubtragvermögen zutrauen.

Abstract

Existing post-tensioned bridge girders with a low amount of shear reinforcement are often unable to meet current shear design requirements. This underachievement can be traced back to the changes in the code provisions. To get more information about the shear behavior of these types of structures, four large-scale shear tests were performed. Based on the photogrammetric measurements of the kinematics and the shape of the critical shear crack it could be demonstrated, that the shear resistance of the transverse reinforcement is not sufficient to explain the load-carrying capacity regarding shear. Furthermore, it could be shown, that due to the pronounced crack opening the aggregate interlock effect does not contribute to the shear strength at the state of failure. A comparison of the test results with various code provisions confirmed, that the truss model approach with a variable strut inclination of the basic document of Eurocode 2 is not capable to reflect the experimental shear strength. Although the third level of approximation of Model Code 2010 is able to predict the failure load more precisely, this approach still leads to conservative results. Therefore, the use of more refined models is necessary for the assessment of such bridge structures, in order to take into account the bearing capacity of the concrete itself in addition to the shear strength of the transverse reinforcement.

Zusammenfassung

Die aktuelle Normung berücksichtigt nicht vollumfänglich die Potenziale des Beton-Beton-Verbundes mit der Folge, dass Schubfugen nicht wirtschaftlich bemessen werden können. Es wird nicht zwischen den Grenzzuständen der Gebrauchstauglichkeit und der Tragfähigkeit unterschieden. Als Folge werden Traganteile, die unterschiedliche Verformungszustände der Fugenufer zueinander bedingen, ohne Würdigung dieser miteinander addiert. Betontechnologische Einflussfaktoren, mit Ausnahme der Betondruckfestigkeit, werden nicht berücksichtigt. Ebenso wird der Einfluss der Aufrauungsmethode nicht bewertet; verzahnte Oberflächen, ob geschalt, durch Stemmen oder mittels Hochdruckwasserstrahlen aufbereitet, werden gleichbehandelt.

Neben der Menge und Lage der die Fuge kreuzenden Bewehrung und der Zugfestigkeit der verwendeten Betone, wird der rechnerische Schubwiderstand nur über die durch die Rauheit der Fuge bestimmten Parameter c und w festgelegt. Die Rauheit wird qualitativ beschrieben und in vier Stufen eingeteilt: sehr glatt, glatt, rau und verzahnt. Durch die qualitative und gestufte Festlegung der Rauheitsparameter können Tragwiderstände, vor allem an den Stufenübergängen zur nächst höheren Rauheitskategorie überschätzt werden. Im Umkehrschluss kann zur Erreichung des geforderten Tragwiderstands ein zu hoher und daher unwirtschaftlicher Aufrauungsaufwand gefordert sein.

Als Zwischenziel sollte zumindest die Rauheit exakt beschreibbar sein, um eine direkte funktionale Beziehung zwischen Tragwiderstand der Fuge und der Rauheit herstellen zu können. Im Rahmen des Artikels wird daher ein baupraktisches Verfahren zur Digitalisierung von Betonoberflächen und der Auswertung dieser Oberflächen hinsichtlich der Rauheit vorgestellt.

Abstract

Current codes do not consider the potentialities of bond between concretes cast at different times to its full extent resulting in an uneconomic design in many cases. There is no differentiation between serviceability and ultimate limit states. Capacities of various mechanisms are imposed not considering the different slip behavior. Factors resulting from concrete technology, with the exception of the compressive strength, as well as the effect of the method of roughening are not appreciated. Intended interfaces, produced by formwork, by chiseling or by waterjetting are treated equally.

Besides the area and the position of the transverse reinforcement and the tension strength of concrete the parameters c and μ characterizing the roughness of the interface determine the calculated interface shear resistance. The roughness is qualitatively described in four levels: very smooth, smooth, rough, and indented. Capacities especially close to the transitions between the different levels may be overestimated. On the other hand to obtain the necessary capacity an excessive and therefore uneconomic roughening effort may be required.

The intermediate objective should at least be an exact description for the roughness to get a direct relationship between capacity of the interface and the roughness. This paper gives a method usable in the building praxis to digitize interfaces and to evaluate their roughnesses.

Zusammenfassung

Dieser Aufsatz berichtet über die Ergebnisse von experimentellen und numerischen Untersuchungen zu den vom Impulsverdichter im Boden und auf die Umgebung ausgelösten dynamischen Vorgängen. Dabei werden unterschiedliche homogene und geschichtete Bodenaufbauten betrachtet und der Einfluss der Materialparameter und Geometrie aufgezeigt. Die Erschütterungswirkung wird über Abstandsgesetze beschrieben, die das Abklingen der maximalen resultierenden Schwingschnellen an der Bodenoberfläche mit zunehmender Distanz vom Verdichtungspunkt angeben. Die Ergebnisse zeigen, dass in geschichteten Böden mit geringen Deckschichtdicken an den Schichtgrenzen ausgeprägte Diskontinuitäten im Verlauf des plastisch verformten Bereichs auftreten. Geschichtete Systeme weisen im Gegensatz zu homogenen Böden keinen zwiebelförmigen Verlauf der Verdichtungskontur auf. Dies wird auf die an den Schichtgrenzen auftretenden Reflexionen und Refraktionen der Wellen zurückgeführt. Die dargestellten Energieverläufe geben Einblick in die globalen dynamischen Vorgänge im Teilsystem aus Verdichtungsvorrichtung und Nahbereich des Bodens. Sämtliche Feldversuche und numerische Berechnungen zeigen, dass die Verdichtungstiefe bei nichtbindigen Böden am größten, bei gemischtkörnigen Böden etwas geringer und bei bindigen Böden am geringsten ist.

Abstract

This paper reports about the results of experimental and numerical investigations of the effect of impact compaction on the subsoil and the environment. Various homogeneous and layered soil compositions are considered to reveal the influence of material parameters and geometry. Relations between the peak velocity magnitude and the distance from the compaction point are presented to describe the vibration effect of impact compaction. Results show that the inelastic domain of layered soils with small layer thickness may exhibit distinct discontinuities at the layer interfaces. In layered soils the shape of the compacted domain is non-bulbous. This can be attributed to the reflections and refractions of the waves at the layer interface. The presented energy characteristics provide insight into the global dynamic behavior of the subsystem composed of compaction device and near field of the soil. All field tests and numerical simulations show that non-cohesive soils are subject to the largest compaction depth, it decreases for mixed-grained soils, and cohesive soils exhibit the lowest compaction depth.

Zusammenfassung

Derzeit steht eine umfassende Reform des im BGB geregelten Werkvertragsrechts bevor. Die Reform basiert auf einem Referentenentwurf des Bundesjustizministeriums [1], auf dessen Grundlage von der Bundesregierung ein Gesetzesentwurf [2] erarbeitet wurde. Der Gesetzentwurf ist bereits in den Bundestag eingebracht; derzeit läuft das parlamentarische Gesetzgebungsverfahren. Aufbauend auf dem Beitrag in der Mai-Ausgabe dieser Zeitschrift [3] werden mit dem vorliegenden Artikel die praxisrelevanten Auswirkungen des Gesetzesentwurfes der Bundesregierung (gekennzeichnet als BGB-E) auf Architekten- und Ingenieurverträge, Verbraucherbau- und Bauträgerverträge beleuchtet sowie für die Baupraxis relevante Modifikationen des kaufrechtlichen Gewährleistungsrechts dargestellt.

Zusammenfassung

Eine neue Studie des VDI ZRE analysiert die zukünftigen Materialaufwendungen im Tiefbau und zeigt Potenziale für die ressourcenleichte Straße von morgen auf.