Brückenlastbewertung
Die meisten einzigartigen Innovationen entstanden durch die Tatsache, dass der Mensch bequem ist und sein Leben einfacher gestalten möchte als zuvor. Zweifellos ist die Brückenlastbewertung ein mühsamer, manuell-iterativer Prozess, insbesondere bei Brücken aus Stahlbeton und/oder Spannbeton. Der Ingenieur kann Tage und Wochen mit Versuchen und Fehlern bei der Ermittlung der Tragfähigkeit einer Brücke verbringen. Das Problem liegt in der Bestimmung der Tragfähigkeit des Querschnitts unter der Kombination aus Normal- und Querkräften, Biege- und Torsionsmomenten. Aufgrund der unterschiedlichen Auswirkungen von ständigen und veränderlichen Lasten sowie des nichtlinearen Verhaltens von Beton wird das Problem nichtlinear, und seine Lösung erfordert den Einsatz geeigneter iterativer Methoden.
Das ist wahrscheinlich der Grund, warum mein Freund, ein ausgezeichneter Brückeningenieur und Nutzer von IDEA StatiCa, mit der Bitte an mich herantrat, ihm und seinen Kollegen bei dieser mühsamen Aufgabe zu helfen…
Eine optimierte iterative Lösung wurde in die IDEA StatiCa Software implementiert und führt zu einem neuen Modul, das in Version 7 verfügbar ist.
Die Brückenlastbewertung ist die Berechnung zur Bestimmung der sicheren Tragfähigkeit für veränderliche Lasten einer Brücke. Da Lastbilder in der Regel von den in den Bemessungsnormen definierten Verkehrslasten abweichen und Materialien möglicherweise durch Alterung beeinträchtigt sind, werden unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte für Materialien und Lasten sowie unterschiedliche Kombinationsbeiwerte verwendet.
Vergleichsbeispiel
Ein Vergleichsbeispiel zur Lastbewertung wurde an einer einfach gelagerten vorgespannten Spannbetonhohlkastenbrücke KA61 mit einer Stützweite von 12 m und dem oben dargestellten Querschnitt durchgeführt.
Die Analyse der Wanderlasten auf die Brückenträger wurde in der Software SCIA Engineer durchgeführt. Auf Basis dieser Analyse wurde die maßgebende Auswirkung der Wanderlasten auf den jeweiligen Brückenträger ermittelt und die Schnittgrößen in den maßgebenden Wanderlastfällen in IDEA StatiCa exportiert. Das Tragwerksmodell des Brückenträgers wurde in der IDEA Beam-Anwendung erstellt, einschließlich der Bemessung von Spannglied und Bewehrung.
Kombinationen für die Brückenlastbewertungsanalyse werden automatisch auf Basis der Brückenlastgruppen generiert. Das Programm führt eine automatische iterative Berechnung unter Berücksichtigung der Analyseeinstellungen durch. Die Ergebnisse der Analyse erscheinen nach der Berechnung automatisch. Die Analyseergebnisse werden als Zusammenfassung für die maßgebenden Nachweise und Schnitte sowie für die jeweilige Art der Tragfähigkeit der Brückenlastbewertungsanalyse dargestellt – Vn – normal, Vr – reserviert, Ve – außergewöhnlich.
Ebene Lagerung bei außerebener Biegung
Die Option kann in den Bauabschnittseinstellungen ein- und ausgeschaltet werden.
Ergebnisse der Tragwerksanalyse (TDA)
Verformung des Trägers infolge Eigengewicht im Bauabschnitt Lagerplatz (Auflager an den Enden)
uy – Extremwert 0,424 mm
uz – Extremwert -0,605 mm
Verformung im Bauabschnitt Endauflager infolge gleichmäßig verteilter Last -10 kN/m
Nur Verformung uz
Verformung uy und Verdrehung jx sind festgehalten
uy = 0
uz – Extremwert -1,124 mm
Ergebnisse in RCS – Querschnittsnachweise
Die Einstellungen in den Bauabschnitten in RCS spiegeln die Einstellungen im Beam-Modul wider.
Die Auswirkungen der maßgebenden Schnittgrößen, berechnet im Bauabschnitt Lagerplatz:
- Räumliche Biegung
- Verdrehung rx und jz sind nicht null
Die Auswirkungen der maßgebenden Schnittgrößen, berechnet für den Bauabschnitt Endauflager:
Die außerebene Biegung wird ab diesem Bauabschnitt verhindert. Daher werden bei den Querschnittsnachweisen keine Zuwächse des Moments Mz berücksichtigt, die ab diesem Bauabschnitt auftreten. Selbstverständlich können die Gesamtauswirkungen zu einer außerebenen Biegung führen, die in den Zuwächsen vor der Aktivierung der ebenen Lagerung aufgetreten ist.
- Räumliche Biegung
- Zuwachs von jz ist null
Die Auswirkungen der maßgebenden Schnittgrößen, berechnet für den Bauabschnitt Ende der Nutzungsdauer:
- Räumliche Biegung
- Zuwachs von jz ist null
Relaxationstabellen
Die Gesamtrelaxation des Spannstahls bei unendlicher Zeit sowie die zeitliche Entwicklung des Relaxationsverlustes wurden häufig vom Hersteller der Spannbewehrung in Form sogenannter Relaxationstabellen bereitgestellt. Und wir haben in unserem Berufsleben stets mit Relaxationstabellen gearbeitet, bevor der Eurocode stattdessen eine Formel einführte. Das schien ein großer Fortschritt zu sein – einfache Programmierung, einfaches Arbeiten. Das Problem ist, dass die Formel das tatsächliche Verhalten von Spannstahl verschiedener Hersteller nicht zutreffend abbildet. Das ist auch der Grund, warum die Verwendung dieser einfachen Formel in Deutschland nicht zulässig ist. Und deshalb haben wir benutzerdefinierte Relaxationstabellen in IDEA StatiCa Version 7 eingeführt.
Generator für Brückenkombinationen im BIM
Nutzer von IDEA StatiCa lobten den Generator für Brückenkombinationen, der in IDEA StatiCa Beam in Version 6 implementiert wurde. Sie sagten wiederholt, dass er besser sei als in den Programmen unserer Mitbewerber. Deshalb baten sie darum, den Generator in das BIM-Modul zu integrieren, damit sie ihn nach dem Import der Lastfallergebnisse aus verknüpften 3D-Programmen verwenden können.
Deshalb wurde in IDEA StatiCa Version 7 die Möglichkeit implementiert, Brückenlastgruppen zu definieren und Lastkombinationen zu generieren. Darüber hinaus können die Kombinationen über eine mct-Datei in Midas Civil exportiert werden.
Flüssigkeitsbehälter und Auffangbauwerke – Verbesserungen
Der Rissnachweis gemäß EN 1992-3 wurde verbessert, sodass das Programm automatisch ermittelt, ob sich die Tiefen der Betondruckzone von gegenüberliegenden Seiten überschneiden oder nicht. Dies tritt auf, wenn der Querschnitt von beiden Seiten belastet wird (abwechselnd für verschiedene Kombinationen).
Einseitig beanspruchter Querschnitt
Beidseitig beanspruchter Querschnitt, Tiefen der Betondruckzone überschneiden sich
Beidseitig beanspruchter Querschnitt, Tiefen der Betondruckzone überschneiden sich nicht
RCS – Möglichkeit, nur einen Extremwert des Querschnitts nachzuweisen
Steifigkeit – Verbesserungen
In Version 7 wurden neue Möglichkeiten zur Berechnung der Steifigkeit und Krümmungen von vorgespannten Querschnitten eingeführt – sowohl kurzzeitige als auch langzeitige Steifigkeit können berechnet werden. Krümmungen infolge Schwindens können ebenfalls berechnet werden.
Verknüpfung mit SAP2000
Vereinfachte Benutzeroberfläche von RCS
Die neue Benutzeroberfläche ist optimiert, um intuitiver und einfacher zu sein. Die Navigationsleiste wurde reduziert, um grundlegende Programmfunktionen bereitzustellen, und die Nachweise sind über den Befehl „Ergebnisse" zugänglich.
