Neue Norm für Betonbrücken DIN EN 1992-2 Grundlagen …E4ge%20aus%20unseren%20Veranst/25.… ·...

VSVI Sachsen e.V.

Bezirksverein Dresden

Dresden, 25. April 2012

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Reinhard Maurer

Neue Norm für Betonbrücken

DIN EN 1992-2

Grundlagen und Hintergründe

2

VSVI Sachsen e.V.



1. Einleitung

Die Berechnung, Bemessung und Konstruktion von Betonbrücken erfolgt

derzeit in Deutschland nach

• DIN-Fachbericht 102:2009-03, Betonbrücken

• DIN-Fachbericht 101:2009-03, Einwirkungen auf Brücken

Grundlage der DIN-Fachberichte:

• Europäische Vornormen (z. B. DIN V ENV 1992-2:1997-10)

Die DIN-Fachberichte stellen lediglich eine nationale Übergangslösung

bis zur Herausgabe der endgültigen europäischen EN-Normen mit den

zugehörigen Nationalen Anhängen dar.

3

VSVI Sachsen e.V.



Für die Berechnung, Bemessung und Konstruktion von Betonbrücken nach

EN-Normen waren ursprünglich die folgenden 4 Dokumente als maßgebend

vorgesehen:

DIN EN 1992-1-1:2011-01

mit zugehörigem Nationalen Anhang

DIN 1992-1-1/NA: 2011-01

Eurocode 2: Bemessung und

Konstruktion von Stahlbeton und

Spannbetontragwerken ─

Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln

und Regeln für den Hochbau

DIN EN 1992-2:2010-12


DIN1992-2/NA: 2012-xx




Teil 2: Betonbrücken –

Bemessungs- und Konstruktionsregeln

4

VSVI Sachsen e.V.



Im Zuge der Bearbeitung erwies es sich jedoch aufgrund der sehr unfangreichen

NCI‘s im Nationalen Anhang zu EC 2 - Teil 1 als zweckmäßig den für EC 2 – Teil 2

mitgeltenden Teil vollständig in den Nationalen Anhang zu EC 2 – Teil 2 zu

integrieren

5

VSVI Sachsen e.V.



Daher sind für die Berechnung, Bemessung und Konstruktion von Betonbrücken

nach EN-Normen künftig die folgenden 3 Dokumente maßgebend:

DIN EN 1992-1-1:2011-01




Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln

und Regeln für den Hochbau

DIN EN 1992-2:2010-12


DIN1992-2/NA: 2012-xx




Teil 2: Betonbrücken –

Bemessungs- und Konstruktionsregeln

6

VSVI Sachsen e.V.



Inhalt DIN EN 1992-1-1:

Kapitel 1: Allgemeines

Kapitel 2: Grundlagen der Tragwerksplanung

Kapitel 3: Baustoffe

Kapitel 4: Dauerhaftigkeit und Betondeckung

Kapitel 5: Ermittlung der Schnittgrößen

Kapitel 6: Nachweise in den Grenzzuständen der Tragfähigkeit (GZT)

Kapitel 7: Nachweise in den Grenzzuständen der

Gebrauchstauglichkeit (GZG)

Kapitel 8: Allgemeine Bewehrungsregeln

Kapitel 9: Konstruktionsregeln

Kapitel 10: Zusätzliche Regeln für Bauteile und Tragwerke aus

Fertigteilen


Leichtbeton

Kapitel 12: Tragwerke aus unbewehrtem oder gering bewehrtem Beton

Anhänge

7

VSVI Sachsen e.V.



Inhalt DIN EN 1992-2:

Kapitel 1: Allgemeines

Kapitel 2: Grundlagen der Tragwerksplanung

Kapitel 3: Baustoffe

Kapitel 4: Dauerhaftigkeit und Betondeckung

Kapitel 5: Ermittlung der Schnittgrößen

Kapitel 6: Nachweise in den Grenzzuständen der Tragfähigkeit (GZT)

Kapitel 7: Nachweise in den Grenzzuständen der

Gebrauchstauglichkeit (GZG)

Kapitel 8: Allgemeine Bewehrungsregeln

Kapitel 9: Konstruktionsregeln


Fertigteilen


Leichtbeton

Kapitel 12: Tragwerke aus unbewehrtem oder gering bewehrtem Beton

Kapitel 113: Bemessung für Bauzustände

Anhänge

8

VSVI Sachsen e.V.



Derzeit werden im Rahmen eines FE-Vorhabens der BASt alle maßgebenden

Dokumente der EN-Normen mit den zugehörigen nationalen Anhängen zu

DIN-Handbüchern für den Brückenbau zusammengefasst.

DIN EN 1992-2: Betonbrücken (Maurer, TU Dortmund)

DIN EN 1993-2: Stahlbrücken (Kuhlmann, Uni Stuttgart)

DIN EN 1994-2: Verbundbrücken (Hanswille, Uni Wuppertal)

Die DIN-Handbücher müssen von den zuständigen Normenausschüssen

bestätigt und verabschiedet werden.

9

VSVI Sachsen e.V.



2. Unterschiedliche Regelungen zum DIN-Fachbericht 102:2009-03

Durch entsprechende Festlegungen in den nationalen Anhängen

(NDP, NCI) sind die Unterschiede zwischen

• DIN 1045-1 und DIN EN 1992-1-1 (+NA)

sowie

• DIN-Fachbericht 102 und DIN EN 1992-2 (+NA)

vergleichsweise gering.

Eine detaillierte Zusammenstellung der verbleibenden

bemessungsrelevanten Unterschiede einschließlich

Vergleichsrechnungen für Straßenbrücken enthält der Abschlussbericht

eines Forschungsvorhabens der BASt (FE 15.0450/2007/FRB).

10

VSVI Sachsen e.V.



EN 1992-1-1 und EN 1992-2 räumen die Möglichkeit ein, im Nationalen

Anhang sicherheitsrelevante Parameter national festzulegen

NDP national determined parameter

Darüber hinaus enthält der Nationale Anhang ergänzende, nicht

widersprechende Angaben zur Anwendung

NCI non-contradictory complementary information

11

VSVI Sachsen e.V.



Beispiel für ein NCI: Begrenzung der Rissbreiten

• EN 1992-1-1, Abschnitt 7.3.2

…

EN 1992-1-1 sieht hier kein NDP vor!

12

VSVI Sachsen e.V.



EN 1992-1-1- NA-D, Abschnitt 7.3.2 (Begrenzung der Rissbreiten)

…

13

VSVI Sachsen e.V.



Einige unterschiedliche Regelungen für Betonbrücken:

Entfall der nicht-häufigen Einwirkungskombination

Elastizitätsmodul des Betons

Kriechen und Schwinden des Betons

Spannkraftverluste infolge Relaxation des Spannstahls

Nachweis gegen Durchstanzen

Nachweis gegen Ermüdung (Wöhlerlinien)

Straßenbrücken: Deutliche Anhebung der Verkehrslasten

Formale Abweichung: nach Vorzeichendefinition von EN 1992-1-1 und

EN 1992-2 sind Druckspannungen und Stauchungen positiv

14

VSVI Sachsen e.V.



3. Hintergründe zu einigen abweichenden Regelungen

DIN FB 102:2009-03:

3.1 Nachweis gegen Ermüdung - Wöhlerlinien

Spannstahl

15

VSVI Sachsen e.V.



DIN EN 1992-2: Spannstahl

16

VSVI Sachsen e.V.



Spannstahl: Ermüdungsfestigkeit in einbetoniertem Zustand maßgebend

Reibkorrosion

Hüllrohr gekrümmt

Riss im beton

17

VSVI Sachsen e.V.



DIN FB 102:2003-03:

Tabelle 4.117: Parameter der Wöhlerlinien für Betonstahl

Betonstahl

18

VSVI Sachsen e.V.



DIN FB 102:2009-03 / DIN EN 1992-2

Tabelle 4.117: Parameter der Wöhlerlinien für Betonstahl

Zeile

Spalte 1 2 3 4

Betonstahl N* Spannungsexponent ΔσRsk in N/mm

2 bei

N* Zyklen

in N/mm² b)

k1 k2

1 Gerade und gebogene Stäbe a)

106 5 9

c) 175

2 Geschweißte Stäbe einschließlich Heft- und Stumpfstoßverbindungen

b)

106 4 5 85

a) Für dbr < 25 ds ist Rsk mit dem Reduktionsfaktor 1 = 0,35 + 0,026 dbr / ds zu multiplizieren.

Dabei ist

ds der Stabdurchmesser

dbr der Biegerollendurchmesser

Der Reduktionsfaktor 1 sollte bei Querkraftbewehrung nur für ds > 16 mm berücksichtigt werden

Für Stäbe ds > 28 mm ist Rsk = 145 N/mm²

b) Sofern nicht andere Wöhlerlinien durch eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung oder

Zustimmung im Einzelfall festgelegt werden. c) In korrosiven Umgebungsbedingungen (XC2, XC3, XC4, XS, XD) sind weitere Überlegungen zur

Wöhlerlinie anzustellen. Wenn keine genaueren Erkenntnisse vorliegen, ist im Falle einer Schädigung durch Korrosion für k2 ein reduzierter Wert 5 ≤ k2 < 9 anzusetzen.

Betonstahl

19

VSVI Sachsen e.V.



Zuverlässigkeitsverfahren gemäß EN 1990 (Anhang D: Versuchsgestützte Bemessung)

Beanspruchung

m E

Tragwiderstand

m RR dE dE k R k

Ve

rte

ilun

gsd

ich

te

P(E < E d ) = F (+ 0,7b )

b = 3,8 E d = 99,61% -Quantilwert

P(R < R d ) = F (- 0,8b )

b = 3,8 R d = 0,118% -Quantilwert

P Wahrscheinlichkeit

b Zuverlässigkeitsindex

F Verteilungsfunktion der Normalverteilung

E d R d

20

VSVI Sachsen e.V.



50%-Quantil

5%-Quantil

95%-Quantil

5% 95%50%

5%

95%

5%

50%

5%

Schwingspielzahl N

Schw

ingbre

ite

S

Die Verteilungsdichten der Logarithmen der Schwingspielzahl sind individuell in jedem Schnitt und können

nicht den klassischen Verteilungen zugeordnet werden; außerdem sind sie im Bereich der

Dauerschwingfestigkeit nicht vollständig. Die Zuordnung zu einer Normalverteilung ist falsch!

Übliche Ermittlung des Quantilwertes

21

VSVI Sachsen e.V.



Ergebnisse von Dauerschwingversuchen an Betonstabstahl ds≤ 28 mm gegenüber der

Wöhlerlinie nach DIN-Fachbericht 102

22

VSVI Sachsen e.V.



Die Verteilungsdichten der Schwingbreite können in den meisten Fällen der Normalverteilung zugeordnet

werden (das Interaktive Verfahren)

50%-Quantil

5%-Quantil

95%-Quantil

50%

95%

5%

50%

95%

5% 50%

95%

5%

Schwingspielzahl N

Schw

ingbre

ite

S

Interaktives Verfahren zur Ermittlung des Quantilwertes

23

VSVI Sachsen e.V.



Vollständige Wöhlerlinien im Bereich von einem Belastungszyklus bis zur Dauerschwingfestigkeit

BSt 500, Ø20 -frei-

Mittelwertfunktion

5%-QuantilfunktionBemessungswerte

mit gs,fat = 1,15

95%-Quantilfunktion

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

1 10 100 1.000 10.000 100.000 1.000.000 10.000.000

Schwingspielzahl

Schw

ingbre

ite [

N/m

m²]

gebrochene Probe

berechneter 5%-Quantilwert (1a = 90%)

konstante Unterspannung 125 N/mm²

Durchläufer

R eL, 5% = 521 [N/mm²]

R eL, 50% = 559 [N/mm²]

R eL, 95% = 597 [N/mm²]472 = 597 - 125

396 = 521 - 125

434 = 559 - 125

344 = 396 / 1,15

Versuchsergebnisse freischwingend geprüfter Betonstahl

24

VSVI Sachsen e.V.



*Rsk = 173 N/mm² (Vertrauensniveau 90%)

BSt 500, Ø20 -frei-

Mittelwertfunktion

5%-Quantilfunktion173

95%-Quantilfunktion

350

300

250

200

150

100

400

500

600

396

k 1 = 3,7

k 2 = 6,4

N * = 1.000.00046.703

1E+0 1E+1 1E+2 1E+3 1E+4 1E+5 1E+6 1E+7Schwingspielzahl

Schw

ingbre

ite [

N/m

m²]


niederzyklische

Festigkeit

Dauerschwing-

festigkeit

fiktive

Zeitfestigkeit

Zeitfestigkeit

25

VSVI Sachsen e.V.



Vergleich der Ermüdungsfestigkeiten von einbetonierter Betonstahl

und nicht einbetonierter Betonstahl

BSt 500, Ø20 -Vergleich-

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

1E+0 1E+1 1E+2 1E+3 1E+4 1E+5 1E+6 1E+7

Schwingspielzahl

Sch

win

gb

reite

[N

/mm

²]


Streuband der Widerstandsfunktion für den Betonstahl

- Prüfung in nicht einbetoniertem Zustand -

Streuband der Widerstandsfunktion für den Betonstahl

- Prüfung in einbetoniertem Zustand -

Mittelwert

+14,2 %

5%-Quantilwert

+12,7 %

Lit.: Maurer, R, Block,K., Dreier, F.: Ermüdungsfestigkeit von Betonstahl

Bauingenieur Januar 2010 ; Springer Verlag

26

VSVI Sachsen e.V.



Zusammenfassung zur Ermüdungsfestigkeit

Betonstahl

• Die Bemessungs-Wöhlerlinie weist keine starke Abhängigkeit von der Art

der Prüfung (freischwingend, einbetoniert) auf

Spannstahl

• Die Bemessungs-Wöhlerlinien müssen im einbetonierten Zustand

ermittelt werden, da die Ermüdungsfestigkeit bei freischwingend

geprüften Spannstählen (Konformitätsprüfung) deutlich größer ist

• Nach DIN EN 1992-2 erfolgt künftig Einteilung in Klasse 1 und Klasse 2

27

VSVI Sachsen e.V.



Definition E-Modul Ecm, Ec0 Definition E-Modul nach DIN EN 1992-1-1

3.2 E - Modul

Unterschiedliche Festlegungen für Tangenten und Sekantenmodul in DIN EN 1992-2 und in

DIN – Fachbericht 102.

DIN 1045-1 und DIN FB 102 DIN EN 1992-1-1 und DIN EN 1992-2

Tangentenmodul Ec0m= 9500*(fck+8)1/3 Ec = 1,05*Ecm

Sekantenmodul Ecm= αi*Ec0m mit αi= (0,8+0,2*fcm/88) ≤ 1,0 Ecm= 22000*(fcm/10)0,3 mit fcm= fck+8

28

VSVI Sachsen e.V.



DIN-Fachbericht 102 DIN EN 1992-2

Tangentenmodul

Sekantenmodul

0,8 0,2 1,088cm

i

fa

=

0cm i c mE Ea=

1/3

0 9500 ( 8)c m ckE f=

0

0

31900 / ²

28300 / ²

34500 / ²

31400 / ²

c m

cm

c m

cm

E MN m

E MN m

E MN m

E MN m

=

=

=

=

C 30/37

C 40/50

Tangentenmodul

Sekantenmodul

0 1,05c m cmE E=

0,3

2200010cm

cm

fE

=

8cm ckf f=

C 30/37

C 40/50

0

0

34500 / ²

33000 / ²

37000 / ²

35000 / ²

c m

cm

c m

cm

E MN m

E MN m

E MN m

E MN m

=

=

=

=

29

VSVI Sachsen e.V.



Ec0m

30

VSVI Sachsen e.V.



3.3 Kriechen und Schwinden

31

VSVI Sachsen e.V.



• Kriechverformungen nach EN 1992-2 für Betonfestigkeiten < C 30/35 geringfügig kleiner als

in DIN FB 102, bei höheren Festigkeiten keine Unterschiede

Außenluft, RH=80 %, DIN EN 1992-2 Außenluft, RH=80 %, DIN FB 102 bzw. DIN 1045

Vergleich Kriechzahlen nach DIN FB 102 und DIN EN 1992-2

32

VSVI Sachsen e.V.



( ) 02

c

c

c

p

cm

p

QPc,0cm

pprpcs

prscp,prsc

,8,0111

),(Δ8,0

ΔΔ

pcttz

I

A

A

A

E

E

ttE

EE

AAP

==

pr der absolute Wert der Spannungsänderung in den Spanngliedern an der Stelle x zum Zeitpunkt t infolge Relaxation des Spannstahls. Sie wird für eine Spannung σp = σp(G + Pm0 + ψ2Q) bestimmt. Dabei ist σp die Ausgangsspannung in den Spanngliedern unmittelbar nach dem Vorspannen und infolge der quasi-ständigen Einwirkungen;

3.4 zeitabhängige Spannkraftverluste

DIN EN 1992-2

33

VSVI Sachsen e.V.



DIN-Fachbericht 102

( ) ( ) ( )

( )

00 0

2

0

, ,

1 + 1 1 0,8 ,

pcs pr p cg cp

p, c+s+rcp

p cpcc

t t + + t t + E =

AA + z + t t

IA

a

a

Dabei ist

pr

Spannungsänderung im Spannstahl an der Stelle x infolge Relaxation (pr < 0). Diese darf für das

Verhältnis Ausgangsspannung / charakteristische Zugfestigkeit (σp0 / fpk) der allgemeinen bauaufsichtlichen

Zulassung für den Spannstahl entnommen werden mit einer Ausgangsspannung von

0 0 ,0,3p pg p c s r

=

wobei σpg0 die anfängliche Spannung im Spannstahl aus Vorspannung und ständigen Einwirkungen ist.

(4.11)

(4.10)

34

VSVI Sachsen e.V.



3.5 Begrenzung der Spannungen


Druckspannungen im Beton

Betonstahlspannungen

, 0,6c nicht häufig ckf , 0,6c selten ckf

, 0,8s nicht häufig ykf , 0,8s selten ykf

35

VSVI Sachsen e.V.



3.6 Bewehrungsregeln

Bemessungswert der Verbundfestigkeit

Der Bemessungswert unterscheidet sich nicht bis C 50/60


;0,052,25 /bd ctk cf f g=

1,5cg =

„mäßige“ Verbundbedingungen: 0,7 bdf

(132 ) / 100 32

.

bd s sf mit d für d mm

multiplizieren

1 22,25bd ctdf f =

;0,051,0 / ( 1,5)ctd ctk c cf f mitg g= =

1 1,0 = bei „guten“ Verbundbedingungen

1 0,7 = bei „mäßigen“ Verbundbedingungen

2 1,0 =

2 (132 ) /100ø =

für ø ≤ 32

für ø > 32

36

VSVI Sachsen e.V.



Grundwert der Verankerungslänge


4

ydsb

bd

fdl

f=

ds Stabdurchmesser ø Stabdurchmesser

,

,

,

4

4

sdb rqd

bd

yds erf

s vorh bd

øl

f

fAø

A f

=

=

37

VSVI Sachsen e.V.



Bemessungswert der Verankerungslänge


,

, ,min

,

s erf

b net a b b

s vorh

Al l l

Aa=

Mindestverankerungslänge

,min ,

,min ,

max 0,3 ;10 ;100

max 0,6 ;10 ;100

b b rqd

b b rqd

l l ø mm Zug

l l ø mm Druck

,min 0,3 10b a b sl l da=

,min 0,6 10b b sl l d=

100mm Zug

100mm Druck

aa = Beiwert Verankerungsart

1 2 3 4 5 , ,minbd b rqd bl l la a a a a=

Mindestverankerungslänge

Beiwerte ai zur Berücksichtigung

1a = Biegeform

2a = Mindestbetondeckung

3a = Querbewehrung

4a = angeschweißte Querstäbe

5a = Querdruck

38

VSVI Sachsen e.V.



DIN-Fachbericht 102 / DIN 1045-1 DIN EN 1992-2 / DIN EN 1992-1-1

aa = Beiwert Verankerungsart

Art Zugstab Druckstab gerade Enden 1,0 1,0

Haken/Schlaufen 0,7 (1,0) -

gerade Enden +

1 angeschw. Stab 0,7 0,7

Haken/Schlaufen +

1 angeschw. Stab 0,5 (0,7) -

gerade Enden +


Klammerwerte:

- seitliche Betondeckung cd≤ 3ds

- und kein Querdruck

- und keine enge Verbügelung

angeschweißte Querstäbe: ds,quer/ds,l ≥ 0,7

(a1 * a4) = Beiwert Verankerungsart

Art Zugstab Druckstab gerade Enden 1,0 1,0

Haken/Schlaufen 0,7 (1,0) -

gerade Enden +


Haken/Schlaufen +

1 angeschw. Stab 0,49 (0,7) -

gerade Enden +

2 angeschw. Stab 0,49 (0,7) 0,7

Klammerwerte:

seitliche Betondeckung cd≤ 3ds

angeschweißte Querstäbe: øquer/øl ≥ 0,6

39

VSVI Sachsen e.V.



Der Beiwert a2 ist mit a2 = 1,0 anzusetzen

Eine Reduktion der Verankerungslänge auf bis zu 70% durch den Beiwert a2 in

Abhängigkeit von der Betondeckung und des Stababstandes ist nicht in jedem Fall

(Versagensart „Herausziehen“) gerechtfertigt.

40

VSVI Sachsen e.V.




a3 = Beiwert nicht angeschweißte Querbewehrung

Stäbe Zugstab Druckstab alle Arten 0,7 ≤ 1 - K * l ≤ 1,0 1,0

l = (SAst - SAst,min)/As – Querbewehrungsgrad

K = 0 bis 0,1

• Berücksichtigung der günstigen Wirkung nicht angeschweißter Querbewehrung

im Verankerungsbereich

Plattenquerbewehrung oder Bügel bei Balken müssen auch im

Verankerungsbereich verlegt werden

• Auswirkungen im Allgemeinen eher gering

a3 = 1,0

41

VSVI Sachsen e.V.




a5 = Beiwert Querdruck

Stäbe Zugstab Druckstab

alle Arten 0,7 ≤ 1 - 0,04p ≤ 1,0 -

p – Querdruck [N/mm²] im GZT innerhalb lbd

a5 = 2/3 bei direkter Lagerung

a5 = 1,5 bei Querzug mit parallelen Rissen

Ist ein Querdruck p rechtwinklig zur

Bewehrungsebene vorhanden, ist eine Erhöhung

(der Verbundspannung) mit dem Faktor

1/(1-0,04p) ≤ 1,5

zulässig.

Für p ist der mittlere Querdruck im Verankerungs-

oder Übergreifungsbereich in N/mm² einzusetzen.

42

VSVI Sachsen e.V.



Übergreifungslänge


, 1 ,mins b net sl l la=

,min 10,3

15

200

s a b

s

l l

d

mm

a a=

0 1 2 3 5 6 , 0,minb rqdl l la a a a a=

0,min 6 ,max 0,3 ; 15 ; 200b rqdl l ø mma

a6 wurde wie a1 gemäß DIN-Fachbericht 102

festgelegt

43

VSVI Sachsen e.V.



4. Auswirkungen aus dem neuen Verkehrslastmodell LMM

LM1 nach DIN-FB 101 LM1 nach DIN EN 1991-2/NA

Qik

[kN]

qik

[kN/m²] aQi aqi aQi aqi aQi Qik aqi qik

Fahrstreifen 1 300 9,0 0,8 1,0 1,0 1,33 300 12,0

Fahrstreifen 2 200 2,5 0,8 1,0 1,0 2,40 200 6,0

Fahrstreifen 3 100 2,5 0 1,0 1,0 1,20 100 3,0

Weitere Fahrstreifen 0 2,5 - 1,0 - 1,20 - 3,0

Restfläche 0 2,5 - 1,0 - 1,20 - 3,0

Teilsicherheitsbeiwert ULS 1,50 1,35

Teilsicherheitsbeiwert wird europäisch harmonisiert!

Kombinationsbeiwerte y für charakteristische, häufige und quasi-ständige

Kombinationen bleiben unverändert!

44

VSVI Sachsen e.V.



Bemessungslasten für Verkehr

DIN-FB 101:2009 Einwirkungen auf Brücken

Lastmodell LM1

45

VSVI Sachsen e.V.



Bemessungslasten für Verkehr

Lastmodell LMM nach DIN EN 1991-2/NA

46

VSVI Sachsen e.V.



Im Auftrag des BMVBS, vertreten durch die BASt, wurden zu den Auswirkungen aus dem

neuen Verkehrslastmodell LMM auf die Bemessung und Konstruktion von Betonbrücken

Vergleichsrechnungen durchgeführt.

FE-Nr. 15.0450/2007/FRB

Lit.: Maurer, R., Arnold, A., Müller, M.:

Auswirkungen aus dem neuen Verkehrslastmodell nach DIN EN 1991-2/NA bei

Betonbrücken

Beton- und Stahlbetonbau 106 (2011), Heft 11

47

VSVI Sachsen e.V.



Andreas Arnold

1) BW 649 i. Z. d. BAB A2

statisches System: Einfeldträger

Stützweiten [m]: ca. 5,30 m

Querschnitt: Platte

Konstruktionshöhe: 0,50 m

Fahrbahnbreite: 15 m

Bauweise: Stahlbeton

Bauverfahren: Herstellung auf

Lehrgerüst

Besonderheiten: Betongelenk

48

VSVI Sachsen e.V.



Andreas Arnold

2) BW 1 i. Z. d. L778 bei Bielefeld

statisches System: Rahmen

Stützweiten [m]: 21,5 m

Querschnitt: Platte

Konstruktionshöhe: 1,02 / 1,50

Fahrbahnbreite: ca. 8,90 m

Bauweise: Stahlbeton


Lehrgerüst

49

VSVI Sachsen e.V.



Andreas Arnold

3) Ahsebrücke i. Z. d. BAB A2


Stützweiten [m]: 28 m

Querschnitt: Plattenbalken


Fahrbahnbreite: 15 m

Bauweise: Spannbeton

nachträglicher Verbund

Bauverfahren: Fertigteile mit

Ortbetonergänzung

Besonderheiten: -

50

VSVI Sachsen e.V.



Andreas Arnold

4) BW 33 i. Z. d. A14 über die B87

statisches System: Zweifeldträger

Stützweiten [m]: 28 / 18,70 m



Fahrbahnbreite: 15,75 m



Bauverfahren: Fertigteile mit

Ortbetonergänzung

Besonderheiten: System- und

Querschnittswechsel bei

den Bauzuständen

51

VSVI Sachsen e.V.



5) BW 53Ü i. Z. d. K8758 Liebstadt-Göppersdorf über BAB A14

statisches System: Zweifeldträger

Stützweiten [m]: 2 x 21,60 m







Lehrgerüst

52

VSVI Sachsen e.V.



6) BW3 i. Z. d. S289 Laubnitztal - Werdau


Stützweiten [m]: 39 / 3x42,5 / 34 m


Konstruktionshöhe: 1,90




Lehrgerüst

Besonderheiten: abschnittsweise

Herstellung

53

VSVI Sachsen e.V.



Andreas Arnold

7) Hesperbachtalbrücke i. Z. d. BAB A44

statisches System: 6-Feldträger

Stützweiten [m]: 33 / 43 / 41 / 42 / 42 / 33

Querschnitt: einzelliger Hohlkasten




(rein extern)


Vorschubrüstung

Besonderheiten: abschnittsweise

Herstellung

54

VSVI Sachsen e.V.



8) Weidatalbrücke i. Z. d. BAB A38


Stützweiten [m]: 40 / 57 / 85,5 / 171/ 102,5


Konstruktionshöhe: 3,50 / 8,50 m



(Mischbauweise)

Bauverfahren: Freivorbau

55

VSVI Sachsen e.V.




Stützweiten [m]: 52 / 5 x 62 / 55 / 55 / 46



9) Kulmbachtalbrücke



(Mischbauweise)

Bauverfahren: Taktschieben

56

VSVI Sachsen e.V.



240 kN240 kN

160 kN160 kN

9 kN/m²2,5 kN/m²

300 kN300 kN

200 kN200 kN

12 kN/m²3,0 kN/m²

100 kN100 kN

6 kN/m²

LM 1 DIN-FB 101: 2009 LMM DIN EN 1991-2/NA

UDL: pz = 57 kN/m

TS: Pz = 800 kN

UDL: pz = 81 kN/m (Faktor 1,4)

TS: Pz = 1200 kN (Faktor 1,5)

Weidatalbrücke Längsrichtung Lastannahmen

57

VSVI Sachsen e.V.



DIN-FB 101

DIN EN 1991-2/NA

[MNm]

[MNm]

MEd,F,DIN MEd,F,EC MEd,St,DIN MEd,St,EC

Verkehr TS + UDL 46,6 67,2 1,44 -184,1 -263,3 1,43

Weidatalbrücke Längsrichtung Schnittgrößenvergleich

58

VSVI Sachsen e.V.



Einwirkungskombination

MEd,St,DIN-FB MEd,St,DIN EN

[MNm] [MNm] [-]

Nur Verkehr TS + UDL -184 -263 1,43

GZG

Quasi-ständig -1149 -1165 1,02

Häufig -1194 1229 1,03

Nicht-häufig -1262 -1325 1,05

Selten -1303 1382 1,06

GZT Ständig und vorübergehend -1777 -1854 1,04

Weidatalbrücke Längsrichtung Schnittgrößenvergleich

59

VSVI Sachsen e.V.



Nachweis der Dekompression

• quasi-ständige Einwirkungskombination

• charakteristischer Wert der Vorspannung

Verkehrslastmodell Faktor

Vorspannung

maximale

Betonspannung

[MN/m²]

zul c

[MN/m²]

DIN-FB: 2009 0,9 Pmt 0

0,45

0

DIN EN 0,9 Pmt 0,45 0

DIN EN 0,9*1,04 Pmt 0 0 0

c ≤ 0

Erforderlicher Faktor der Vorspannkraft zum Ausgleich von =0,45: f = 1,04

Weidatalbrücke Längsrichtung Grenzzustand der

Gebrauchstauglichkeit

60

VSVI Sachsen e.V.



Nachweis der Betondruckspannungen

• nichthäufige Einwirkungskombination

• Mittelwert der Vorspannung

Verkehrslastmodell Faktor

Vorspannung

minimale

Betonspannung c

[MN/m²]

zul c

[MN/m²]

DIN-FB: 2009 1,0 Pmt -19

-27

DIN EN 1,04 Pmt -20

c ≤ 0,6 fck



Spannungszuwachs = 1 MN/m²

61

VSVI Sachsen e.V.



Nachweis der Betondruckspannungen

Einwirkungskombination

minimale

Beton-

spannung c

[MN/m²]

zul c

[MN/m²]

DIN-FB: 2009 1,0 Pmt nicht-häufig -19

-27

DIN EN 1,04 Pmt selten -21

Wegfall der nichthäufigen Einwirkungskombination

• seltene statt nichthäufige Einwirkungskombination

• Mittelwert der Vorspannung

c ≤ 0,6 fck



62

VSVI Sachsen e.V.



Ermüdung

• Nachweis durch den Aufsteller mit dem Ermüdungslastmodell 3 geführt

kein Einfluss des Verkehrslastmodells LMM auf den Ermüdungsnachweis

Weidatalbrücke Längsrichtung

Mindestbewehrung zur Begrenzung der Rissbreiten

• Spannbeton Ermittlung der Rissschnittgrößen für Pk∞

c,Rand = fctm

kein Einfluss des Verkehrslastmodells LMM

63

VSVI Sachsen e.V.



Querkraft + Torsion

• unter der ständigen und vorübergehenden Bemessungssituation

(ungünstigster Querschnitt)

min/max Vzd

[MN]

min/max MTd

[MNm]

erf Asbü,V+T

cm²

erf Asbü,T

cm²

erf AsL,T

cm²/m

DIN-FB: 2009 35 25 35 7,9 17

DIN EN 37 31 40 9,3 20,5

Faktor 1,05 1,25 1,14 1,18 1,20


Tragfähigkeit

64

VSVI Sachsen e.V.



LM 1 DIN-FB 101:2009 LMM DIN EN 1991-2/NA

UDL: pz = 38 kN/m

TS: Pz = 800 kN



max mf,2

240 kN240 kN

9 kN/m²2,5 kN/m²

2

2

160 kN160 kN

300 kN300 kN

12 kN/m²6,0 kN/m²

2

2

200 kN200 kN

3,0 kN/m²

Weidatalbrücke Querrichtung Lastannahmen

65

VSVI Sachsen e.V.



240 kN240 kN

9 kN/m²2,5 kN/m²

1

1

300 kN300 kN

12 kN/m² 3,0 kN/m²

1

1

LM 1 DIN-FB 101:2009 LMM DIN EN 1991-2/NA

UDL: pz = 29 kN/m

TS: Pz = 480 kN



min mSt,1

Weidatalbrücke Querrichtung Lastannahmen

66

VSVI Sachsen e.V.



Einwirkungs-

kombination

mEd,F,DIN-FB

[kNm/m]

mEd,F,DIN EN

[kNm/m]

[-]

mEd,St,DIN FB

[kNm/m]

MEd,St,DIN EN

[kNm/m]

[-]

Verkehr TS + UDL 79 100 1,26 -148 -190 1,28

GZG

quasi-ständig 24 28 1,16 -105 -114 1,08

Häufig1) 62 76 1,22 -178 -205 1,15

Selten2) 86 108 1,25 -229 -271 1,18

GZT s+v3) 128 146 1,14 -332 -365 1,10

1) Nachweis der Rissbreite

2) Nachweis der Betonrandspannungen

3) Bemessung (gQ = 1,35)

Schnittgrößenvergleich Weidatalbrücke Querrichtung

67

VSVI Sachsen e.V.



Biegung mit Längskraft

• unter der ständigen und vorübergehenden

Bemessungssituation

Verkehrs-

lastmodell

max mEd,F

[kNm/m]

erf as (unten)

[cm²/m]

min mEd,St

[kNm/m]

erf As (oben)

cm²/m

DIN-FB: 2009 128 12 -332 16,4

DIN EN 146 13,9 -365 18,0

Faktor 1,15 1,15 1,10 1,10

Weidatalbrücke Grenzzustand der

Tragfähigkeit Weidatalbrücke Querrichtung

68

VSVI Sachsen e.V.



Nachweis der Betonrandspannungen

• unter der seltenen Einwirkungskombination

• Begrenzung auf die Spannungen nach Tab. 4.118a)

Verkehrslastmodell max c,F

[MN/m²]

max c,St

[MN/m²]

zul

[MN/m²]

DIN-FB 101:2009 5,68 4,03

6,0

DIN EN 1991-2/NA 7,07! 4,89

c ≤ 6 MN/m² (C 45/55)

Querschnittsvergrößerung um 5 cm im Feld:

Fahrbahnplatte: von 30 cm auf 35 cm

Weidatalbrücke Grenzzustand der

Gebrauchstauglichkeit Querrichtung

69

VSVI Sachsen e.V.



Systemangaben Bemessungsschnittgrößen

Bauwerke Stützweite Quer-

schnitt

Trag-

system

GZGquasi-ständig GZT

Feld Stütze Feld Stütze

Weidatal 169 m HK Durchl. - 1,02 - 1,04

Kulmbachtal 62 m HK Durchl. 1,03 1,02 1,08 1,06

Hesperbachtal 43 m HK Durchl. 1,04 1,02 1,12 1,05

BW 3 S289 42,50 PB Durchl 1,03 1,02 1,08 1,07

BW 33 28 m PB (FT) Durchl. 1,04 1,06 1,09 1,11

Ahsebrücke 28 m PB (FT) Einf. 1,04 - 1,09 -

BW 53Ü 21 m PB Durchl. 1,04 1,02 1,08 1,06

BW 1 21,5 m Platte Rahm 1,04 1,03 1,09 1,07

BW 647 5,30 m Platte Einf. 1,07 - 1,10 -

Einfluss erhöhter Verkehrslasten

Zusammenfassung Längsrichtung

70

VSVI Sachsen e.V.



Systemangaben Erhöhung der Vorspannkraft zum

Nachweis der Dekompression Bauwerke Stützweite Quer-

schnitt

Trag-

system

Weidatal 169 m HK Durchl. 1,04

Kulmbachtal 62 m HK Durchl. 1,03

Hesperbachtal 43 m HK Durchl. 1,03

BW 3 S289 42,50 PB Durchl 1,02

BW 33 28 m PB (FT) Durchl. 1,02

Ahsebrücke 28 m PB (FT) Einf. 1,06

BW 53Ü 21 m PB Durchl. 1,03

BW 1 21,5 m Platte Rahm -

BW 647 5,30 m Platte Einf. -



71

VSVI Sachsen e.V.



Systemangaben Auswirkungen auf die Abmessungen des

Betonquerschnitts Bauwerke Stützweite Quer-

schnitt

Trag-

system

Weidatal 169 m HK Durchl. -

Kulmbachtal 62 m HK Durchl. -

Hesperbachtal 43 m HK Durchl. -

BW 3 S289 42,50 PB Durchl -

BW 33 28 m PB (FT) Durchl. -

Ahsebrücke 28 m PB (FT) Einf. -

BW 53Ü 21 m PB Durchl. -

BW 1 21,5 m Platte Rahm -

BW 647 5,30 m Platte Einf. -



72

VSVI Sachsen e.V.



Systemangaben Erhöhung der Biegebewehrung


schnitt

Trag-

system Tragfähigkeit Rissbreite Ermüdung

Weidatal 169 m HK Durchl. 1,05 1) - - 3)

Kulmbachtal 62 m HK Durchl. x x x

Hesperbachtal 43 m HK Durchl. 1,0 2) - - 3)

BW 3 S289 42,50 PB Durchl 1,0 2) - - 3)

BW 33 28 m PB (FT) Durchl. 1,0 2) - - 3)

Ahsebrücke 28 m PB (FT) Einf. 1,0 2) - - 3)

BW 53Ü 21 m PB Durchl. 1,07 1) - - 3)

BW 1 21,5 m Platte Rahm 1,08 1,05 - 3)

BW 647 5,30 m Platte Einf. 1,10 1,16 - 3)

1) nur örtlich im Stütz- bzw. Feldbereich x nicht untersucht 2) Mindestbewehrung maßgebend 3) Ermüdungsnachweis wurde mit LM 3 geführt



73

VSVI Sachsen e.V.



Systemangaben Erhöhung der Querkraftbewehrung1)


schnitt

Trag-

system GzT für Querkraft + Torsion

Weidatal 169 m HK Durchl. 1,14

Kulmbachtal 62 m HK Durchl. x

Hesperbachtal 43 m HK Durchl. 1,07

BW 3 S289 42,50 PB Durchl 1,10

BW 33 28 m PB (FT) Durchl. 1,03

Ahsebrücke 28 m PB (FT) Einf. 1,06

BW 53Ü 21 m PB Durchl. 1,13

BW 1 21,5 m Platte Rahm 1,07

BW 647 5,30 m Platte Einf. 1,09

x nicht untersucht 1) im ungünstigsten Querschnitt



74

VSVI Sachsen e.V.



Systemangaben Vergrößerung der

Abmessungen

Erhöhung der

Längsbewehrung Bauwerke Stützweite Quer-

schnitt

Trag-

system

Weidatal 169 m HK Durchl. - -

Kulmbachtal 62 m HK Durchl. - -

Hesperbachtal 43 m HK Durchl. - -

BW 3 S289 42,50 PB Durchl - -

BW 33 28 m PB (FT) Durchl. - -

Ahsebrücke 28 m PB (FT) Einf. - *1)

BW 53Ü 21 m PB Durchl. - -

BW 1 21,5 m Platte Rahm - -

BW 647 5,30 m Platte Einf. - -

Wegfall der nichthäufigen Einwirkungskombination

*1) Rissbreitennachweis für abgeschlossene Rissbildung


75

VSVI Sachsen e.V.



Systemangaben Querrichtung Erhöhung der Bemessungsschnittgrößen

Bauwerke Brücken-

querschnitt

Stützweite GZGselten GZT

Feld Kragarm Feld Anschnitt Feld Anschnitt

Weidatal HK 6,85 3,30

1,25 1,18 1,14 1,10 Kulmbachtal HK 6,55 3,37

Hesperbachtal HK 6,76 3,35

BW 3 S289 PB 5,80 3,05 1,35 1,19 1,31 1,21

BW 53 Ü PB 2,60 1,25 1,35 1,14 1,17 1,07


Zusammenfassung Querrichtung

76

VSVI Sachsen e.V.



Systemangaben Querrichtung Vergrößerungen der Abmessungen

Bauwerke Brücken-

querschnitt

Querschnittshöhe Feld Anschnitt

Feld

h [cm]

Kragarm

h [cm] h [cm] h [cm] h [cm] h [cm]

Weidatal HK 30 55 35 5 55 -

Kulmbachtal HK 30 52 35 5 52 -

Hesperbachtal HK 35 52 35 - 52 -

BW 3 S289 PB 35 50/451) 35 - 50/451) -

BW 53 Ü PB 35 50/451) 35 - 50/451) -

Zusammenfassung Querrichtung


- keine Vergrößerung der Querschnittsabmessungen

77

VSVI Sachsen e.V.



Spannbetonbrücken

aus der Erhöhung der Verkehrslasten

Vergrößerung der Vorspannung um bis zu 5%

örtliche Erhöhung der Biegebewehrung um bis zu ca. 10%

örtliche Erhöhung der Schubbewehrung um bis zu ca. 15%

Längsrichtung:

Erhöhung der Biegebewehrung um bis zu ca. 20%

Im Einzelfall Vergrößerung der Fahrbahnplattendicke im

Feldbereich um 5 cm

In der Tendenz eher Schubbewehrung in der Fahrbahnplatte

Querrichtung:

Auswirkungen

78

VSVI Sachsen e.V.



Stahlbetonbrücken

Auswirkungen

aus der Erhöhung der Verkehrslasten


örtliche Erhöhung der Schubbewehrung um bis zu ca. 15%

Längsrichtung:


In der Tendenz eher Schubbewehrung in der Fahrbahnplatte

Querrichtung:

79

VSVI Sachsen e.V.



5. Anforderungen an die Nachweise der Dekompression und Begr. der Rissbreiten

DIN-Fachbericht 102

Zeile

Spalte 1 2 3

Anforderungs-

klasse

Einwirkung für den Nachweis der Rechenwert

der

Rissbreite

wk in mm Dekompression Rissbreitenbegr.

1 A nicht-häufig selten

0,2

2 B häufig nicht-häufig

3 C quasi-ständig häufig

4 D - häufig

5 E - quasi-ständig 0,3

80

VSVI Sachsen e.V.



Tabelle 7.101DE – Anforderungen an die Nachweise der Dekompression, zulässigen Randzugspannungen und Rissbreitenbeschränkung bei Straßenbrücken

Bauteile Anforderungen

Stahlbetonbauteile allgemein Dekompression oder zulässige Randzugspannung

Rechenwert der zulässigen Rissbreite

Einwirkungs-kombination

zul c,Rand Einwirkungs-kombination

wmax

Längs - - häufig 0,2

Quer - - häufig 0,2

Auszug aus der DIN EN 1992-2/NA

81

VSVI Sachsen e.V.



Stahlbetonüberbau oder

Spannbetonüberbau

ausschließlich mit Vorspannung

ohne Verbund

Dekompression oder zulässige

Randzugspannung

Rechenwert der zulässigen

Rissbreite

Einwirkungs-

kombination zul c,Rand Einwirkungs-

kombination

wmax

längs ohne Vorspannung - - häufig 0,2

längs mit Vorspannung (Endzustand) quasi-ständig1)

Dekompression häufig 0,2

längs mit Vorspannung (Bauzustand) quasi-ständig Tabelle 7.103DE häufig 0,2

quer ohne Vorspannung selten Tabelle 7.103DE häufig 0,2

quer mit Vorspannung ohne Verbund selten Tabelle 7.103DE häufig 0,2

DIN EN 1992-2/NA

Spannbetonüberbau

Vorspannung mit Verbund oder Mischbauweise


Randzugspannung


Rissbreite

Einwirkungs-kombinaton

zul c,Rand Einwirkungs-kombinaton

wmax

längs statisch unbestimmt (Endzustand)

quasi-ständig Dekompression häufig 0,2

längs statisch bestimmt (Endzustand) quasi-ständig2)


längs (Bauzustand) quasi-ständig 0,85 fctk;0,05 häufig 0,2

quer ohne Vorspannung selten Tabelle 7.103DE3)

häufig 0,2

quer mit Vorspannung ohne

Verbund

quasi-ständig 2)

Dekompression3)

häufig 0,2

1) Die quasi-ständige Einwirkungskombination ist mit dem Beiwert y2 = 0,3 für alle Einwirkungen aus Verkehr, jedoch ohne

Ansatz von Temperatur und Setzungen zu berücksichtigen.

2) Die quasi-ständige Einwirkungskombination ist mit dem Beiwert y2 = 0,5 für alle Einwirkungen aus Verkehr zu

berücksichtigen.

3) Nachweis für Fahrbahnplatten gefordert. Lokale begrenzte Überschreitungen dieses Grenzwertes bis zu 1 MN/mm² sind

zulässig.

82

VSVI Sachsen e.V.



DIN EN 1992-2/NA

Spannbetonüberbau

Vorspannung mit Verbund oder Mischbauweise


Randzugspannung


Rissbreite

Einwirkungs-kombinaton

zul c,Rand Einwirkungs-kombinaton

wmax

längs statisch unbestimmt (Endzustand)

quasi-ständig Dekompression häufig 0,2

längs statisch bestimmt (Endzustand) quasi-ständig2)


längs (Bauzustand) quasi-ständig 0,85 fctk;0,05 häufig 0,2

quer ohne Vorspannung selten Tabelle 7.103DE3)

häufig 0,2

quer mit Vorspannung ohne

Verbund

quasi-ständig 2)

Dekompression3)

häufig 0,2

1) Die quasi-ständige Einwirkungskombination ist mit dem Beiwert y2 = 0,3 für alle Einwirkungen aus Verkehr, jedoch ohne

Ansatz von Temperatur und Setzungen zu berücksichtigen.

2) Die quasi-ständige Einwirkungskombination ist mit dem Beiwert y2 = 0,5 für alle Einwirkungen aus Verkehr zu

berücksichtigen.

3) Nachweis für Fahrbahnplatten gefordert. Lokale begrenzte Überschreitungen dieses Grenzwertes bis zu 1 MN/mm² sind

zulässig.

83

VSVI Sachsen e.V.



6. Zusammenfassung

• In Verbindung mit den nationalen Anhängen sind die Unterschiede zwischen

DIN EN 1992-1-1 und DIN 1045-1

DIN EN 1992-2 und DIN Fachbericht 102

vergleichsweise gering

• Ein wesentlicher Einfluss auf die Bemessungsergebnisse resultiert aus dem

neuen Lastmodell LMM

• Die Anforderungen an die Nachweise der Dekompression, zulässigen

Randzugspannungen und Rissbreitenbeschränkung bei Straßenbrücken

wurden an das neue Lastmodell LMM angepasst

Neue Norm für Betonbrücken DIN EN 1992-2 Grundlagen …E4ge%20aus%20unseren%20Veranst/25.… ·...

Documents

Transcript of Neue Norm für Betonbrücken DIN EN 1992-2 Grundlagen …E4ge%20aus%20unseren%20Veranst/25.… ·...