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Adaptive „Tube-in-Tube“ Brücken

Adaptiv bedeutet so viel wie anpassungs- oder wandlungsfähig. Für eine adaptive Brücke ist eine Anpassung an eine erhöhte Belastung ebenso denkbar wie eine Anpassung der Verkehrsfläche, der Brückenausstattung oder des Zustandes der Brücke. Die spätere Anpassung kann direkt bei der Planung berücksichtigt werden und einen schnellen und einfachen Einbau von Verstärkungselementen ohne Eingriff in die Substanz ermöglichen.

Grundsätzlich sind für die Anpassung von Brückenbauwerken unterschiedliche Ansätze denkbar:

  • Anpassung der Querschnittsgeometrie,
  • Einbau zusätzlicher Anker- und Stützstellen,
  • Anpassung der Spanngliedführung,
  • Einbau von Öffnungen und Anschlusspunkten.

Ganzheitliche Verstärkungskonzepte

Für die Verstärkung eines Hohlkastens in Querrichtung wurden folgende Elemente untersucht:

  • Stützende Streben,
  • Rippen unter der oberen Platte,
  • Unterspannungen im Kasten,
  • Kombinationen der Maßnahmen (s. Bild)

In Längsrichtung wurden Fachwerkstrukturen (s. Bild) untersucht, deren konstruktive Durchbildung entscheidend für die Wirksamkeit der Verstärkung ist. Um die optimale Lösung zu finden, wurden folgende Parameter variiert:

  • Materialien (Stahl, Beton, HPC, UHPC),
  • Abmessungen der Gurte und Streben,
  • Neigung der Diagonalen,
  • Vorspannung des Fachwerks.

Im Rahmen der Untersuchungen zeigte sich, dass vor allem die Vorspannung einen großen Einfluss auf die Wirksamkeit hat. Während ein nicht vorgespanntes Fachwerk praktisch nur eine Erhöhung des Eigengewichts bewirkt, hat ein vorgespanntes Fachwerk sowohl für Biege- als auch für Querkraftnachweise einen positiven Einfluss.

Der letzte Schritt zu einem ganzheitlichen Konzept ist die Entwicklung einer Kombination der Maßnahmen in Quer- und Längsrichtung (s. Bild).

Um die Wirksamkeit der Verstärkungsmaßnahmen sicherstellen zu können, müssen die zusätzlichen Elemente kraftschlüssig mit der vorhandenen Struktur verbunden werden. Für die bereits beschriebenen Verstärkungskonzepte in Querrichtung sind zwei unterschiedliche Anschlusstypen notwendig. Die stützenden Streben werden punktuell am Brückenüberbau befestigt, wohingegen die Rippen linienförmig mit der vorhandenen Struktur gekoppelt werden. Zur Kopplung des Fachwerks mit dem Überbau werden punktuelle Verbindungen in den Knotenelementen gewählt.

tl_files/ibmb/massivbau/forschung/Rippen mit Streben 01_a_Bus.jpg tl_files/ibmb/massivbau/forschung/Fachwerk mit Streben 01_c_Bus.jpg

Projektträger: Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)

Kooperation mit: HOCHTIEF Construction AG/HOCHTIEF Consult Infrastructure, Essen

Förderdauer/Laufzeit: 2010 - 2012

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Daniel Busse & Univ.-Prof. Dr.-Ing. Martin Empelmann

Kurzbericht zu diesem Projekt: (Pdf-Datei)

Veröffentlichungen:

  • Empelmann, M.; Busse, D.; Hamm, S.; Zedler, T.; Girmscheid, M.: Adaptive "Tube-in-Tube"-Brücken. Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt), Heft B 102, Juli 2014.
  • Girmscheid, M.; Busse, D.; Zedler, T.; Empelmann, M.; Hamm, S. (2013): Adaptive Brückenbauwerke unter Verwendung modularer Verstärkungskonzepte. "Adaptive Tube-in-Tube Brücken". In: Beton- und Stahlbetonbau 108 (4), S. 227–236.
  • Empelmann, M.; Hamm, S.; Busse, D.; Girmscheid, M. Zedler, T. (2013): Innovationsprogramm Straße. Adaptive Tube-in-Tube Brücken. In: Deutscher Beton- und Bautechnik-Verein e.V. (Hg.): Vorträge zum DEUTSCHEN BAUTECHNIK-TAG am 11. und 12. April 2013 in Hamburg. Deutscher Beton- und Bautechnik-Verein e.V. Berlin: Eigenverlag (23), S. 53–54.
  • Empelmann, M.; Busse, D.; Hamm, S.; Girmscheid, M.; Zedler, T. (2012): Strengthening of box girders using adaptive “tube-in-tube” concepts. In: Bridge Maintenance, Safety, Management, Resilience and Sustainability. Proceedings of the Sixth International Conference on Bridge Maintenance, Safety and Management, Stresa, Lake Maggiore, Italy, 08.-12. July 2012.

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