Stahlverbundbrücken – Überprüfung der Schädigungshypothese an Stahlbetonplatten unter Zug- und Querkraftbeanspruchung und Ermüdungsfestigkeit von Konsolträgern

Im Bereich der Bundesfernstraßen sind in den nächsten Jahren zahlreiche Großbrücken mit Stützweiten im Bereich von 50 – 70 m und darüber zu ersetzen. Für diesen Stützweitenbereich haben sich Stahlverbundkonstruktionen für die Überbauten als wirtschaftliche Bauweise etabliert. Für die Herstellung der Fahrbahnplatte werden zunehmend Teilfertigteile eingesetzt, die eine kostengünstige und schnelle Herstellung erlauben.

Mit dem Ziel der wissenschaftlichen Begleitung und Optimierung dieser Entwicklung und um mögliche
konstruktive Schwachpunkte frühzeitig zu identifizieren, wurden im direkten Anschluss an ein Forschungsvorhaben des BMDV gezielte Untersuchungen zur Ermüdungssicherheit der Konsolträger und der Fahrbahnplatten unter Zug- und Querkrafttragfähigkeit durchgeführt.

Die realitätsnahe Ermittlung der Ermüdungsfestigkeit im Anschluss der Kragträger-Obergurte an den
Stahlhohlkasten erfolgte für verschiedene Konstruktionsvarianten an mehreren Groß- und Kleinbauteil-Ermüdungsversuchen, die durch numerische Analysen ergänzt wurden. Auf dieser Basis wurden Empfehlungen für eine ermüdungsgerechte Detailgestaltung bei gleichzeitiger Reduzierung des Fertigungsaufwandes erarbeitet. Eine Ergebnisübersicht bietet der Stahlbau-Artikel „Neue Querschnitte von Stahlverbundbrücken – Teil 2: Ermüdungsfestigkeit des Anschlusses der stählernen Kragträger“ (DOI stab.202300010).

Zur Bewertung der Ermüdungsfestigkeit der Fahrbahnplatte unter kombinierter Zug- und Querkraftbeanspruchung wurden Versuche durchgeführt und ausgewertet. Im Fokus der Untersuchungen stand dabei der Einfluss einer realen, mehrstufigen Belastung und die Überprüfung der linearen Schadensakkumulationshypothese nach Palmgren-Miner, die nach den Ergebnissen zu einer sicheren Bemessung führt. Eine Ergebnisübersicht bietet der Stahlbau-Artikel „Neue Querschnitte von Stahlverbundbrücken – Teil 1: Ermüdungsfestigkeit der querbelasteten zugbeanspruchten Fahrbahnplatte“ (DOI stab.202300009).

Ergänzend zu den Bauteilversuchen und numerischen Analysen wurden an insgesamt 3 neu errichteten Talbrücken in Verbundbauweise Monitorings über mehrere Monate unter laufendem 4+0-Verkehr durchgeführt. Im Fokus der Monitorings standen dabei die Beanspruchungen in der Fahrbahnplatte und in den Anschlüssen der Kragarme an den Stahlhohlkasten.