Über Berechnung und Bauausführung der Fahrbahnverbreiterung einer Spannbetonhohlkastenbrücke mittels Anbetonieren und Verankern eines ca. 90 cm breiten Massivstreifens an der Kragplatte.

Keine Kurzfassung verfügbar.

Ankergruppen in Beton kommen als Befestigungsmittel häufig am Rand zur Anwendung. Bei der Verbindung der Stahlanker mit der Montageplatte kommt es wegen des Lochspiels zu einer zufälligen Ankerstellung in den Durchgangslöchern der Montageplatte. Dadurch werden bei einer Querbelastung nicht alle Anker gleichzeitig aktiviert, was die Tragfähigkeit der Gruppenbefestigung beeinflusst. Bei randnahen Vierfachbefestigungen ist die für die Bruchlast ungünstigste Ankerstellung dann erreicht, wenn die randnäheren Anker zuerst belastet werden. Ausgehend davon berücksichtigt die derzeitige Bemessung nach ETAG 001 für den Grenzzustand der Tragfähigkeit (ULS) ausschließlich die randnähere Ankerreihe. Wie in Beton- und Stahlbetonbau Heft 11 gezeigt, weisen Versuche gängiger Geometrien mit ungünstigster Ankerstellung im Vergleich dazu wesentlich höhere Bruchlasten auf. Daher wird in diesem Beitrag für den ULS ein neues Bemessungskonzept erarbeitet, welches das bisherige System der Stirnflächen ausbaut und somit anwenderfreundlich die Bemessungslast kontinuierlich aufgrund der Geometrie bestimmt. Im Anschluss wird das neue Bemessungskonzept experimentell für quadratische Vierfachbefestigungen im niederfesten Beton verifiziert.

Ankergruppen in Beton kommen als Befestigungsmittel häufig am Rand zur Anwendung. Bei der Verbindung der Stahlanker mit der Montageplatte kommt es wegen des Lochspiels zu einer zufälligen Ankerstellung in den Durchgangslöchern der Montageplatte. Dadurch werden bei einer Querbelastung nicht alle Anker gleichzeitig aktiviert, was die Tragfähigkeit der Gruppenbefestigung beeinflusst. Bei randnahen Vierfachbefestigungen unter Querlast ist die für die Bruchlast ungünstigste Ankerstellung dann erreicht, wenn die randnäheren Anker zuerst belastet werden. Ausgehend davon berücksichtigt die derzeitige Bemessung nach ETAG 001 für den Grenzzustand der Tragfähigkeit (ULS) ausschließlich die randnähere Ankerreihe. Unter anderem wird hier gezeigt, dass Versuche gängiger Geometrien mit ungünstigster Ankerstellung im Vergleich dazu wesentlich höhere Bruchlasten aufweisen.
Zu Beginn dieser Arbeit werden randnahe Vierfachversuche ungünstigster Ankerstellung mit der derzeitigen Bemessung verglichen. Anschließend werden Einzelversuche durchgeführt, um mittels elektronischer Speckle-Interferometrie (ESPI) die Beeinflussung des einzelnen Ankers auf die umgebende Betonoberfläche zu untersuchen. Abschließend zeigen Kraftflussüberlegungen einer finiten Elemente Simulation die Auswirkungen auf den inneren Spannungszustand.

Einzellige prismatische Kastenträger erhalten aus Torsionsbeanspruchung, wenn im Krafteinleitungsbereich Queraussteifungen vorliegen, nahezu nur eine reine Schubbeanspruchung. Weist der Kastenträger hingegen eine linear veränderliche Bauhöhe auf, ergeben sich deutliche nderungen im Schubbeanspruchungsverlauf, und es treten zusätzliche hohe Wölbnormalspannungen auf. Letztere sind nicht vernachlässigbar, da sie zum Gleichgewicht beitragen und nicht durch Plastizieren - wie beim prismatischen Kasten - abgebaut werden können. Dieses Tragverhalten führt auch zu deutlich größeren Verformungen bzw. Stabverdrehungen, da sich nun auch Querschnittsverformungen einstellen.
Nachfolgend wird das ungewöhnliche Tragverhalten anhand von Einzelbeispielen kurz dargestellt. Den Schwerpunkt dieses Beitrags bildet die Vorstellung eines Ingenieurmodells, das es gestattet, Größe und Verlauf der hohen Wölbnormalspannungen und Schubspannungen (in Längsrichtung und entlang der Querschnittswandungen) anhand aufbereiteter Formeln zutreffend zu ermitteln. Dabei wird auch der zweiachsige Spannungszustand im Bereich der Querschnittskante mit erfasst. Darüber hinaus werden auch Formeln angegeben, um die Stabverdrehungen und die Verwölbungen an den Trägerenden abzuschätzen. Die Treffsicherheit dieser ingenieurmäßigen Näherungen wurde anhand von umfangreichen FE-Berechnungen überprüft und kalibriert.

Der Beitrag behandelt die im Stahlhochbau häufig verwendeten standardisierten, geschraubten Trä-ger-Stützen-Verbindungen nach dem deutschen DSTV/DASt-Katalog. In der Stahlbaupraxis werden derartige Anschlüsse bei der Systemberechnung meist als starr angesehen. Der Eurocode 3, Teil 1.8 beinhaltet nun erstmals ein Berechnungsmodell für Tragfähigkeit und Steifigkeit derartiger An-schlüsse. Untersuchungen zeigten, daß nunmehr bei der Systemberechnung die Nachgiebigkeit dieser Anschlüsse berücksichtigt werden muß. Für die Stahlbaupraxis stellt sich damit die Frage, inwiefern diese - bisher nicht übliche - Mit-berücksichtigung der Anschlußnachgiebigkeit die Bemessungsergebnisse von Rahmenkonstruktionen verändert. Darüber hinaus besteht der Wunsch, diesen zusätzlichen Berechnungsaufwand - zumindest bei einfachen Konstruktionen - zu vermeiden, indem aus Untersuchungen mit dem realitätsnäheren nachgiebigen Anschlußverhalten Bemessungsregeln für eine "starre" Berechnung abgeleitet werden. Die dargestellten Ergebnisse beschränken sich auf verschiebliche einhüftige Rahmen mit gelenkigen und eingespannten Fußpunkten. Die daraus gewonnenen Ergebnisse lassen sich auch auf unverschiebliche Rahmen anwenden. Es wird der Einfluß der Anschlußnachgiebigkeit auf das Tragverhalten, die Trag- und Gebrauchstauglichkeitsnachweise der Einzelbauteile sowie auf das Gesamtergebnis der Bemessung dargestellt. Für den untersuchten Parameterbereich werden einfache Regeln dargestellt, die es auch gestatten - wie bisher - eine Systemberechnung mit starren Anschlüssen durchzuführen.

Als Grundlage der Bemessung erfordert die Systemberechnung im Brückenbau auch die Auffindung der ungünstigsten Verkehrslaststellung für jeden betrachteten Brückenquerschnitt. Insbesondere beim Fahrbahnbalken von Schrägseilbrücken ergibt sich die Gesamtbeanspruchung aus einem komplexen Zusammenwirken aus Normalkräften, Querkräften und Biegemomenten. In der Praxis erfolgt üblicherweise eine Selektion jener Verkehrslaststellungen, die eine der Teilbeanspruchungen am Querschnitt (meist ausgedrückt durch Schnittkräfte) maximieren, wodurch jedoch für die nachfolgend betrachteten Stahl- bzw. Verbundbrücken nicht immer die höchsten Beanspruchungen entstehen. Einleitend erfolgt die Darstellung eines einfachen und anschaulichen Verfahrens, um - unabhängig von der Komplexität der Grenzzustandsfunktion, die auch das Beulen des Hauptträgersteges beinhalten kann - die ungünstigste Verkehrslaststellung am Querschnitt zu finden. Dies stellt eine Verallgemeinerung des in [1] vorgestellten Verfahrens dar. Der Hauptteil beinhaltet ein Anwendungsbeispiel einer Schrägseilbrücke mit Verbundquerschnitt, wobei zwei repräsentative Fahrbahnquerschnitte näher untersucht werden. Einerseits werden die Gesamtbeanspruchungen der konventionellen und der genauen Vorgehensweise anhand von Einflußlinien erläutert, und andererseits lassen sich daraus Hinweise für die Praxis ableiten. Die dargestellte ingenieurmäßige Vorgehensweise kann alle Arten der Einwirkungen beinhalten und ist grundsätzlich auch auf andere Bauwerke sowie Baustoffe (z. B. Stahlbeton) direkt anwendbar.

Ein Grundproblem bei der Systemberechnung im Brückenbau ist die Auffindung der ungünstigsten Verkehrslaststellung für jeden betrachteten Brückenquerschnitt. In der Praxis erfolgt üblicherweise eine Selektion jener Verkehrslaststellungen, die eine der Teilbeanspruchungen am Querschnitt (meist ausgedrückt durch Schnittkräfte) maximieren. Ein einleitendes einfaches Beispiel eines Biegeträgers zeigt, daß diese konventionelle Vorgehensweise nicht zur größten Gesamtbeanspruchung führt, wobei je nach Beulgefährdung des Stegs unterschiedliche Laststellungen maßgebend werden. Nachdem die, infolge des großen Mehraufwandes, für die Praxis nicht zumutbare genaue Vorgehensweise zur Ermittlung der zutreffenden Verkehrslaststellung erläutert wird, erfolgt die Ergebnispräsentation einer Vergleichsstudie anhand praktischer Beispiele. Daraus lassen sich die Genauigkeiten der konventionellen Vorgehensweise abschätzen sowie Regeln für die Bemessungspraxis ableiten. Die dar gestellte genaue Vorgehensweise kann alle Arten der Einwirkungen beinhalten und ist daher auch auf andere Bauwerke sowie Bauweisen (z. B. Stahlbeton) direkt anwendbar.

Einzellige, prismatische Kastenträger erfahren unter reiner Torsionsbeanspruchung, so im Krafteinleitungsbereich Queraussteifungen vorliegen, nahezu nur eine reine Schubbeanspruchung. Weist der Kastenträger hingegen linear veränderliche Bauhöhe auf, ergeben sich zusätzliche hohe Wölbnormalspannungen, die nicht vernachlässigbar sind, da sie aus Gleichgewichtsbedingungen rühren. Dieser Sachverhalt wurde von Bogensperger anhand genauer Finite-Element-Modelle und Faltwerksmodelle analysiert. Nachfolgend wird ein einfaches baupraktisches Ingenieurmodell dargestellt, das es gestattet, Größe und Verlauf der Wölbnormalspannungen mit einer Formel zu ermitteln. Die Haupteinflußparameter auf die Größe der Normalspannungen werden für den isolierten Kastenträgerabschnitt dargestellt. Dadurch ist es für praktische Fälle, in denen diese Voraussetzungen nicht genau zutreffen, möglich, die Größe der Normalspannungen abzuschätzen und die Notwendigkeit zusätzlicher Querschnittsaussteifungen zu erkennen, da sich die Größe der Spannungen als etwa direkt proportional zum Abstand der Queraussteifungen erweist.

Nachfolgend wird die Druckbeanspruchbarkeit von unter Vorbelastung mittels Blechlamellen verstärkten symmetrischen Stützen dargestellt. Die Berechnung erfolgt dabei an einem einfachen Stabmodell nach Theorie II. Ordnung unter Ansatz geometrischer Ersatzimperfektionen. Die Auswirkungen der Steifigkeitsreduktion infolge Plastizierens im Grundquerschnitt, wegen der Ausnutzung der vollen Tragfähigkeit der Verstärkungslamellen, wird durch genauere FE-Berechnungen untersucht und korrigiert. Durch die gewählte Darstellungsform mittels modifizierter Knickspannungslinien können je nach Verstärkungstyp die erforderlichen Querschnitte der Verstärkungslamellen in Abhängigkeit des Vorbelastungsgrades direkt ermittelt werden. Darauf aufbauend wird ein einfacher Bemessungsbehelf für praktische Fälle dargestellt.

Keine Kurzfassung verfügbar.

Der Beitrag behandelt die im Stahlhochbau häufig verwendeten standardisierten Träger-Stützen-Verbindungen nach dem deutschen DSTV/DASt-Ringbuch "Typisierte Verbindungen im Stahlbau" und dem österreichisch-schweizerischen ÖSTV/SZS-Katalog "Rahmentragwerke in Stahl unter besonderer Berücksichtigung der steifenlosen Bauweise". Die rechnerischen Rotationssteifigkeiten des Gesamtknotens - ermittelt nach dem aktuellen Eurocode 3, Teil 1.8 - werden mit den Tabellenwerten im "Prüfbescheid II B 3-543-585", Prüfamt für Baustatik, Land Nordrhein-Westfalen, verglichen. Weiterhin werden die Verbindungen in Abhängigkeit der Ausführungsform klassifiziert, so daß erkennbar wird, ob der Knoten als starr oder nachgiebig in der Systemberechnung anzusehen ist. Um generelle Tendenzen für die Praxis hinsichtlich der Rotationssteifigkeit der Knoten ableiten zu können, wird der Einfluß der Knotengeometrie (Trägerhöhe, Stützenhöhe, Schraubendurchmesser, Profilart) und der Verstärkung des Stützensteges dargestellt. Ergänzend werden die Anteile der einzelnen Komponenten an der Gesamtsteifigkeit der Verbindung bzw. des Knotens für repräsentative Ausführungsformen gegenübergestellt.

Vollwandige, längsausgesteifte Biegeträger, wie beispielsweise Hauptträger von Stahl- und Verbundbrücken, werden neuerdings bzw. zukünftig hinsichtlich ihrer Beultragfähigkeit nach Eurocode EN 1993-1-5 ausgelegt. Dabei ergeben sich bei traditioneller Vorgehensweise, im Eurocode als Berechnungsmethode mit reduzierten Spannungen bezeichnet, mitunter deutlich konservativere Ergebnisse, verglichen mit den alten nationalen Normenwerken (ÖNORM, DIN).
Diese Feststellung stellte den Ausgangspunkt der Arbeit dar. Auf Basis realitätsnaher nichtlinearer Traglastberechnungen wurden für repräsentative Anwendungsfälle von längsausgesteiften Trägerstegen die Beultragfähigkeiten nach Eurocode überprüft und gegenüber gestellt. Im Zuge dessen wurde eine modifizierte Vorgehensweise hinsichtlich der Erfassung des knickstabähnlichen Verhaltens erarbeitet, die eine wirtschaftlichere Auslegung gestattet.
Einleitend wird die Vorgehensweise zur Ermittlung der Beultragfähigkeit nach Eurocode kurz zusammengefasst und die Auswirkungen zu den nationalen Normenwerken veranschaulicht. Danach werden die untersuchten Anlageverhältnisse sowie das FE-Modell für die Traglastberechnungen erläutert und die Ergebnisse im Vergleich zum Eurocode dargestellt. Abschließend wird die empfohlene verbesserte Vorgehensweise zusammengefasst, und es erfolgen Hinweise für die praktische Berechnung, die auch nennenswerte Vereinfachungen enthalten.

Plate buckling capacity of longitudinally stiffened girders using the Eurocode - Simplified and improved rules.
Plated girders with longitudinally stiffened webs, used for example as main girders for steel and composite bridges, are now designed based on the Eurocode EN 1993-1-5. Applying the traditional used reduced stress method, for practical examples often conservative results - compared to the old national codes (ÖNORM, DIN) - are found.
Based on this fact, nonlinear calculations were done to compare the ultimate plate buckling load with the design in the Eurocode. The results of the study are presented in this paper as well as an improved rule to get better results with the Eurocode. At the beginning the design rules of the Eurocode are briefly summarised and the differences compared to the existing national codes are presented. After that the studied stiffened web panels and their plate buckling capacity - based on the nonlinear calculations as well as on the rules of the Eurocode - are summed up. Finally the improved rules are presented and some recommendations for practical design are given.

Der Beitrag behandelt verschiedene Variantenstudien zum Tragsystem einer mehrfeldrigen Straßendeckbrücke in Verbundbauweise mit Stützweiten von etwa 70 m im Zuge der notwendigen Verstärkung einer bestehenden Brücke. Ursprünglich handelt es sich um eine Autobahnbrücke mit zwei getrennten Tragwerken mit jeweils zwei Hauptträgern, die einen einzelligen Kastenquerschnitt bilden. Neben dieser Ausbildung wird eine Verbindung beider Tragwerke mit zusätzlichen Querverbänden und eine Ergänzung zu einem dreizelligen Kastenquerschnitt untersucht. Zu Vergleichszwecken erfolgt eine Berechnung für zwei isolierte Tragwerke mit offenem Querschnitt sowie deren Ergänzung mit durchlaufenden Querverbänden zu einem offenen Trägerrost. Weiterhin wird die Variation von Steifigkeit und Anzahl der Verbände für alle Systeme untersucht. Die Ergebnisse werden in Form von vertikalen Durchbiegungen sowie Einflußlinien und Beanspruchungen in repräsentativen Hauptträger- und Verbandsquerschnitten vergleichend dargestellt. Daraus ist die Effizienz der Queraussteifungen und unteren Verbände direkt ablesbar. Damit lassen sich für die sinnvolle Verstärkung von Autobahnbrücken mit zwei getrennten Tragwerken (offener Querschnitt oder Kastenquerschnitt) sowie auch für die sinnvollste Systemwahl bei Neubauten im Falle großer Fahrbahnbreiten, generelle Hinweise ableiten.

Mit der Einführung der Eurocodes ist nunmehr auch bei Verbundbrücken eine gewisse Ausnutzung plastischer Querschnittstragfähigkeiten sowie plastischer Systemreserven bei mehrfeldrigen Tragwerken möglich. Dies erlaubt eine höhere Wirtschaftlichkeit gegenüber der bisher üblichen weitgehend elastischen Auslegung. Insbesondere bei bestehenden Brückentragwerken könnte damit bei Ansatz der aktuellen höheren Verkehrslasten nach Eurocode oder aber bei Brückenverbreiterungen mitunter eine aufwändige Tragwerksverstärkung entfallen oder zumindest reduziert werden.
Während bei Brücken mit kürzerer Stützweite und damit meist kompakten Querschnitten die plastischen Tragreserven gut einschätzbar sind, wird in diesem Beitrag der Fokus auf mehrfeldrige Brücken mit größerer Stützweite gelegt, deren Querschnitte zusätzliche Längssteifen aufweisen und damit - unter Voraussetzung elastischer Spannungsverteilung - beulgefährdet sind. Zuerst wird die alleinige Querschnittstragfähigkeit betrachtet. Dies erfolgt unter Voraussetzung hoher Beanspruchungsanteile vor Verbund, wie sie infolge der üblichen Montage ohne Rüstung und Hilfsjoche vielfach vorliegt. Nachfolgend wird auf die Auswirkungen bei Ausnutzung der plastischen Querschnittstragfähigkeit eingegangen, welche sich in Form der Umlagerung der elastisch ermittelten Schnittkräfte bei Durchlaufträgern ergeben.
Aus den Berechnungsergebnissen für ein genauer untersuchtes, bestehendes Verbundtragwerk sind gewisse Einschränkungen bei der Ausnutzung der plastischen Querschnittstragfähigkeit erkennbar. Weiterhin werden mitunter zusätzliche, über die elastische Schnittkraftberechnung hinausgehende Berechnungsschritte erforderlich. Die diesbezüglichen Hinweise für eine praktische Vorgehensweise werden dargestellt.

Plastic load bearing capacity of composite highway bridges with stiffened webs.
The introduction of the Eurocodes made plastic design criteria available also for composite bridges, leading to more economical solutions compared with the previously elastic design rules. Particularly for old bridges with higher actual traffic loads, strengthening should therefore be avoidable or at least be necessary to a minor extent. For bridges with smaller spans and compact cross sections, the plastic load bearing capacity is clearly identified.
In this paper the focus is placed on longer bridges with higher, stiffened girders, susceptible to local buckling. In a first step, the cross section capacity in bending is studied as an isolated case, based on high preloads acting on the steel girder only, due to the common assembling procedure without framework. In a second step, the effects on the whole structure are studied, because utilising the plastic section capacity leads to a redistribution of internal forces.
Based on the comprehensive study of an old, actual strengthened composite bridge, some limitations for plastic design are noticed. Moreover, plastic design sometimes needs additional global analysis. Details of practical recommendations are given.

m Hoch- und Industriebau werden oft Fachwerk- bzw. Verbandsstäbe mit Hohlprofilquerschnitten ausgeführt, die an beiden Stabenden eingeschlitzte Knotenbleche aufweisen. Diese schließen mittels einer einfachen Baustellenschweiß- bzw. Schraubverbindung an ebene - nicht weiter ausgesteifte - Bleche der weiterführenden Konstruktion an. Dabei wird in der Praxis mitunter ein quasi-zentrischer Anschluss ausgeführt, indem das eingeschlitzte Knotenblech zur Stabachse eine Exzentrizität im Ausmaß der halben Knotenblechdicke aufweist, so dass die Stabexzentrizität minimiert wird.
Nachfolgend wird das Tragverhalten und die Traglast derartiger Verbandsstäbe unter Zug- und Drucknormalkräften anhand numerischer Traglastberechnungen analysiert und mit einfachen Berechnungsmodellen der Ingenieurpraxis, auf Basis des Eurocodes - mit und ohne Erfassung der Exzentrizitäten, verglichen.
Die geometrischen Parameter und Randbedingungen werden derart variiert, dass übliche praktische Fälle abgedeckt sind. Trotz der beschränkten Anzahl an untersuchten Einzelstabausführungen ist durch gezielte Variation der Haupteinflussgrößen eine allgemeine Beurteilung des Tragverhaltens möglich. Darauf aufbauend wird ein verbessertes Ingenieurmodell vorgestellt, das eine zutreffende Bemessung erlaubt.

Load bearing capacity of bracing members with almost centric joints
In building constructions for bracing members often hollow sections are used with slotted gusset plates at the ends. These plates are attached to unstiffened plates of the adjacent construction. In practice sometimes a nearly centred joint is designed, by arranging the slotted gusset plate with an eccentricity of half the plate thickness to the member axis, so that the member eccentricity is minimised.
In the paper the load carrying behaviour of such members under compression and tension is discussed based on numerical analyses with nonlinear FE models including imperfections. The results are also compared with simplified engineering models, based on the Eurocode.
The geometric parameters and boundary conditions are varied in such a way that practical cases are covered and that the typical load carrying behaviour can be seen. Based on these results an improved engineering model for the design is represented.

Der Beitrag behandelt die ungewöhnliche Verstärkung einer bestehenden Straßenbrücke, die als dreifeldrige Balkenbrücke mit offenem Querschnitt und obenliegender Betonfahrbahnplatte ausgebildet ist. Das im Jahre 1938 errichtete Tragwerk mit zwei Hauptträgern ist als reines Stahltragwerk ausgelegt. Infolge erhöhter Verkehrsbeanspruchungen und unplanmäßiger Werkstoffeigenschaften (zu geringe Festigkeit) wurde eine Tragwerksverstärkung notwendig. Eine übliche Verstärkung der Ober- und Untergurte der Hauptträger schied jedoch aus wirtschaft-lichen und fertigungstechnischen Gründen aus (stark eingeschränkte Schweißeignung des Alt-bestandes), so daß eine über der Fahrbahn liegende eigenständige Verstärkungskonstruktion in Form von zusätzlichen Hauptträgern angeordnet wurde. Einleitend werden die im Zuge einer Vorstudie untersuchten möglichen Ausbildungsformen dargestellt und anschließend die gewählte Ausführung in Form von zwei durchlaufenden Bogenreihen in der Ebene der bestehenden Hauptträger detailliert erläutert. Dieser Beitrag behandelt das Auslegungskonzept, die Berechnung und die Bemessung sowie konstruktive Besonderheiten bei der Herstellung und Montage.

An einer im Jahr 1960 erbauten und in Betrieb genommenen stählernen Eisenbahnbrücke zeigten sich an einigen Quersteifenanschlussdetails zum Hauptträgeruntergurt Ermüdungsrisse im Stegblech. Dies, obwohl das Anschlussdetail den damaligen Empfehlungen der nationalen Norm zum Ermüdungsnachweis entsprechend ausgeführt wurde. Im Beitrag werden die umfangreichen Dehnungsmessungen unter Bahnbetrieb dargestellt, die eine eindeutige Analyse des lokalen Spannungsfelds am kritischen Detailpunkt erlauben, mit einer möglichen Zuordnung zum Phänomen des distortion-induced fatigue cracking, jedoch mit unerwartet hohen resonanzartigen Biegebeanspruchungen im Stegblech. Mittels bruchmechanischer Analyse und Einbindung der Messwerte für die globalen und lokalen Spannungsfelder aus Bahnbetrieb sowie der bruchmechanischen Kennwerte aus entnommenen Materialproben erfolgte eine Beurteilung der noch verbleibenden Restlebensdauer. Dabei zeigten sich positive Ergebnisse, die auch in Zukunft einen uneingeschränkten Bahnbetrieb erlauben. Es zeigte sich jedoch auch, dass die komplexe Mixed-Mode-Beanspruchung am Riss erfasst werden muss und eine alleinige Erfassung des sog. Mode I, der alleinigen Querzugbeanspruchung an der Rissspitze, mitunter unsichere Ergebnisse liefern würde.

Unexpected fatigue cracks at main girders of a railway bridge - strain measurements under service and analyses based on fracture mechanics
At a steel railway bridge, erected and taken into service in 1960, fatigue cracks were detected at some transverse stiffener to web connections at the lower flange of the main girder. These findings were surprising, because this specific connection detail was suggested in previous national design standards for fatigue. The paper presents the comprehensive strain measurements under service to show the local stress field at the critical detail within the web plate of the main girder, indicating the well-known phenomenon of distortion-induced fatigue, but with unexpectedly high resonance-like bending stresses in the web. Based on fracture mechanics analyses, with implementation of the measured strain/stress data due to local and global effects at the transverse stiffener connection, as well as the measured material properties (fracture toughness and crack growth parameters) the remaining fatigue life was analysed. The positive results allow an unrestricted train operation in the future. It also turned out, that the mixed-mode effects must be taken into account and considering only mode I at the crack tip may lead to unsafe results.

Eine konventionelle Restlebensdauerbeurteilung, auf Basis von Ermüdungs-Festigkeitslinien (Wöhlerlinien), führt bei historischen genieteten Eisenbahnbrücken meist zu konservativen und unwägbaren Ergebnissen wegen des großen Einflusses der Ermüdungsschädigung aus der Vergangenheit, für die die Betriebszüge meist nur unzureichend bekannt sind. Für eine repräsentative einfeldrige Fachwerkbrücke erfolgte eine alternative Vorgehensweise auf Basis der Bruchmechanik, mit vorheriger Kalibrierung eines zutreffenden Bruchmechanikmodells anhand von Schwingversuchen an ausgebauten historischen und künstlich gekerbten Fahrbahnträgern sowie Betriebskollektiven aus simulierten Betriebszugsüberfahrten. Darauf wurde in Teil 1 dieses Beitrags eingegangen. Bei vorausgesetzten Anfangsrisslängen, die im Zuge einer konventionellen Brückenprüfung feststellbar sind, lassen sich Restlebensdauern für die einzelnen Bauteile - bis zur Gefahr eines plötzlichen Sprödbruchs - ermitteln und daraus sinnvolle Inspektionsintervalle ableiten. Dies ist nun der Inhalt von Teil 2 dieses Beitrags, wobei umfangreiche Parametervariationen im Zuge dieser Untersuchung eine Verallgemeinerung der Ergebnisse für andere historische genietete Eisenbahnbrücken erlauben.

Reasonable periods of inspection for crack detection on historical riveted railway bridges based on fracture mechanics - part 2
An assessment of the remaining fatigue life based on SN-curves often leads to conservative and imponderable results, because of the high effect of the fatigue damage in the past with minor knowledge of the associated service trains. For a representative single span truss bridge an alternative assessment based on fracture mechanics was done, with calibrated models based on fatigue tests on dismounted historical girders and stress spectra based on numerical simulations of the crossing of the individual service trains. This was the content of part 1 of this paper. Based on the assumption of a starting crack length detectable at regular inspections, remaining fatigue life are calculated for the individual bridge members, leading to a proposal of accurate time periods for inspection. This topic is the content of this part 2 of the paper, including also comprehensive parameter variations to allow a generalization for other historical riveted railway bridges.

Eine konventionelle Restlebensdauerbeurteilung, auf Basis von Ermüdungs-Festigkeitslinien (Wöhlerlinien), führt bei historischen genieteten Eisenbahnbrücken meist zu konservativen und unwägbaren Ergebnissen wegen des großen Einflusses der Ermüdungsschädigung aus der Vergangenheit, für die die Betriebszüge meist nur unzureichend bekannt sind. Für eine repräsentative einfeldrige Fachwerkbrücke erfolgte eine alternative Vorgehensweise auf Basis der Bruchmechanik, mit vorheriger Kalibrierung eines zutreffenden Bruchmechanikmodells anhand von Schwingversuchen an ausgebauten historischen und künstlich gekerbten Fahrbahnträgern sowie Betriebskollektiven aus simulierten Betriebszugsüberfahrten. Darauf wird in Teil 1 des Beitrags eingegangen. Bei vorausgesetzten Anfangsrisslängen, die im Zuge einer konventionellen Brückenprüfung feststellbar sind, lassen sich Restlebensdauern für die einzelnen Bauteile - bis zur Gefahr eines plötzlichen Sprödbruchs - ermitteln und daraus sinnvolle Inspektionsintervalle ableiten. Dies ist der Inhalt von Teil 2 des Beitrags.

Reasonable periods of inspection for crack detection on historical riveted railway bridges based on fracture mechanics - part 1
An assessment of the remaining fatigue life based on SN-curves often leads to conservative and imponderable results, because of the high effect of the fatigue damage in the past with minor knowledge of the associated service trains. For a representative single span truss bridge an alternative assessment based on fracture mechanics was done, with calibrated models based on fatigue tests on dismounted historical girders and stress spectra based on numerical simulations of the crossing of the individual service trains. This is the content of part 1 of the paper. Based on the assumption of a starting crack length detectable at regular inspections, remaining fatigue life are calculated for the individual bridge members, leading to a proposal of accurate time periods for inspection. This is the content of part 2 of the paper.

Stabförmige Bauteile aus Stahl weisen bei planmäßiger Torsionsbelastung häufig einen einzelligen Kastenquerschnitt auf. Da diese Querschnitte i. d. R. nicht wölbfrei sind, stellen sich, außer den für das Gleichgewicht alleine ausreichenden St. Venant'schen Schubspannungen, im Lagerungs- und Lasteinleitungsbereich zusätzliche Wölbspannungen ein, mit komplexem Spannungsverlauf. Ziel der Arbeit ist abzuklären, inwiefern bei beulgefährdeten Querschnitten ein alleiniger Beulnachweis am isolierten Querschnittsteil (Steg oder Gurt) mit alleinigen St. Venant'schen Schubspannungen eine ausreichende Tragsicherheit liefert. Einleitend erfolgt in dieser Arbeit eine Analyse der Wölbspannungen (&sgr;&ohgr;, &tgr;&ohgr;) für verschiedene Querschnittsgeometrien (Höhen-zu-Breiten-Verhältnis), Querschnittstypen (idente oder unterschiedliche Wanddicke) und Stablängen. Anhand einer Vorstudie zum Beultragverhalten, mit und ohne Wölbspannungen, werden repräsentative Einzelfälle herausgearbeitet, die dann detailliert untersucht werden. Dabei erfolgen GMNIA-Analysen zur Ermittlung der Beultragfähigkeit einerseits am Gesamtstab (inkl. Wölbspannungen) und andererseits am isolierten Querschnittsteil, unter alleiniger St. Venant'scher Torsionsbeanspruchung &tgr;sv. Ergänzend erfolgen auch Ergebnisdarstellungen für Traglastberechnungen mit zusätzlicher Normalkraft- oder Biegebeanspruchung.

Warping torsion on slender box sections - buckling analyses and simplified design verification
Steel members subjected in torsion often have box sections. In general, such sections show warping effects and therefore also local warping stresses (&sgr;&ohgr;, &tgr;&ohgr;) arise, beside torsional shear stresses &tgr;sv. The main object of this work is to clarify, whether for slender sections a buckling verification of an isolated section member (web or chord) with torsional shear stresses &tgr;sv only, gives accurate results. First an analysis of the warping stress fields of different box sections (variation of geometry, thicknesses of web and chord and member length) is presented. Based on a preliminary buckling verification, with and without warping stresses, representative cases are selected. For this individual box section members comprehensive GMNIA-analysis were done, on the overall system (including all warping effects) as well as on the isolated web plate without warping effects. In addition, also members with torsion and additional axial forces or bending moments are analysed.

Schubringe von Druckschachtpanzerungen dienen zur Längskraftübertragung zwischen Rohr und Gebirge und werden primär aus der Deckeldruckkraft beansprucht. In diesem Aufsatz wird auf das realitätsnahe Tragverhalten von mehreren hintereinanderliegenden Schubringen bei zusätzlichen Zwangsbeanspruchungen aus Innendruck und Temperatur für repräsentative Ausführungsfälle eingegangen, wobei auch die Rohrreibung mit einbezogen wird. Dazu dienen numerische FE-Berechnungen. Des Weiteren wird ein 1D-Stabmodell (Bemessungsmodell) dargestellt, das von den Autoren entwickelt wurde. Die Ergebnisse am 1D-Stabmodell werden jenen am FE-Modell gegenübergestellt. Es kann gezeigt werden, dass auch für maßgebende Einwirkungskombinationen mit dem 1D-Stabmodell ausreichend zutreffende Schubringkräfte erhalten werden. Die FE-Berechnungen zeigen auch, dass Einwirkungskombinationen nur zutreffend als Gesamtbelastung analysiert werden können, eine Superposition von Einzellastfallergebnissen führt hier mitunter zu groben Fehleinschätzungen.

Penstocks with multiple thrust rings - accurate forces at thrust rings due to constraining effects and comparison with a simple design model
Thrust rings are a component of penstocks and have to transfer the longitudinal forces of the steel pipe to the surrounding rock mass. Longitudinal forces occur primarily due the pressure loads at valves or at pipe covers. Within this paper, the realistic load bearing behaviour of different penstocks geometries with multiple thrust rings is presented, including constraining effects due to internal pressure and temperature. Results are shown with and without friction effects between steel pipe and surrounding concrete and are based on numerical FE analyses. In addition, a simple 1D beam model (design model), developed by the authors, is presented. The forces at the thrust rings are compared between both models. It is shown that also for different load combinations the simple 1D beam model gives accurate results for practical application. The FE study also shows, that always the load combinations with the constraining effects due to internal pressure and temperature must be analysed - a superposition of the results of the individual load cases leads to misleading results.

Unserem geschätzten Lehrer Herrn em. Univ.-Prof. Richard Greiner zur Vollendung seines 80. Lebensjahres gewidmet.
Für Rohrkonstruktionen im Stahlwasserbau und im Mastbau sind häufig Ermüdungsnachweise erforderlich. Für die sehr häufigen Konstruktionsdetails, i) Wanddickensprung an der Umfangsnaht mit variabler Fasenneigung und ii) Ringsteifenanschluss (außen liegend) bzw. Rohrflanschanschluss, werden nachfolgend aufbereitete Strukturspannungen zur Verfügung gestellt sowie die zutreffende Vorgehensweise beim Ermüdungsnachweis erläutert. Die aufbereiteten Strukturspannungen können auch für elastische Spannungsnachweise im Grenzzustand der Tragfähigkeit dienen. Der Hintergrund zu den dargestellten Nomogrammen, die sowohl die Längskraftbeanspruchung &Dgr;nx als auch die Umfangsbeanspruchung &Dgr;&sgr;&phgr; infolge Innendruckänderungen &Dgr;pi abdecken, wird erläutert. Zwei Anwendungsbeispiele verdeutlichen die Vorgehensweise mit den Nomogrammen in der Praxis und belegen die Treffsicherheit gegenüber den angeführten numerischen FE-Berechnungen.

Tabulated hot spot stresses for thickness transition and ring stiffener joints of pipe structures
Pipe structures for steel hydraulic engineering and steel masts are often susceptible to fatigue. For two very common constructional details, i) thickness transitions at circumferential butt weld with varying bevel angle and ii) ring stiffener joints (outside stiffeners) and pipe flange joints, tabulated hot spot stresses are presented and the accurate fatigue verification is shown. The tabulated hot spot stresses are also suitable for an elastic verification in the ultimate limit state. The background for the presented nomograms to determine the hot spot stresses, available for axial loads &Dgr;nx and also for circumferential stresses &Dgr;&sgr;&phgr; due to internal pressure &agr;pi, is presented. Two examples show the procedure with the developed nomograms in practice and also show the accuracy compared with the presented numerical FE-results.

During inspection work, when the pipe is empty, a thin-walled steel pipe is susceptible to shell buckling due to external pressure. Comprehensive research activities, including tests, began in the 1960s, and analytical and empirical formulae were developed for design.
Some of these different analytical design concepts are presented in the first part of the paper, and their results are compared for the whole range of pipe slenderness in practice.
Afterwards, the results of extensive numerical calculations are shown. These deal with different imperfections in practice and are not considered in the current design solutions. In addition, the effect of the radial flexibility of the surrounding rock mass has been studied - an issue ignored up to now. All these results are compared with the design formulae in practice.
It is therefore possible to conclude the paper with an appraisal of the individual solutions in practice and sum up appropriate design rules for external pressure.

siehe Stahlbau 79 (2010), H. 11, S. 844-853