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Report (Bericht) zugänglich unter
URL: http://bast.opus.hbz-nrw.de/volltexte/2012/356/


Instandsetzung und Verstärkung von Stahlbrücken unter Berücksichtigung des Belagssystems

Repair and retrofitting methods for steel road bridges with consideration of the asphalt layer

Sedlacek, Gerhard ; Paschen, Michael ; Feldmann, Markus ; Geßler, Achim ; Möller, Sebastian ; Steinauer, Bernhard ; Scharnigg, Karen

pdf-Format:
Dokument 1.pdf (2.415 KB) ((barrierefrei)) Dokument 2.pdf (1.733 KB) (Berechnungsansätze)

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Freie Schlagwörter (Deutsch): Brückenbelag , Dauerhaftigkeit , Deutschland , Entwicklung , Faserbewehrter Beton , Forschungsbericht , Instandsetzung , Orthotrope Fahrbahntafel , Platte , Stahlbrücke
Freie Schlagwörter (Englisch): Bridge surfacing , Development , Durability , Fiber reinforced concrete , Germany , Metal bridge , Orthotropic plate , Repair , Research report , Slab
Collection 1: BASt-Beiträge / ITRD Sachgebiete / 53 Brückenbau
Collection 2: BASt-Beiträge / ITRD Sachgebiete / 61 Unterhaltung und Instandsetzung
Institut: Sonstige
DDC-Sachgruppe: Ingenieurwissenschaften
Sonstige beteiligte Institution: Ingenieurbüro Professor Sedlacek & Partner <Aachen>
Dokumentart: Report (Bericht)
Schriftenreihe: Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe B: Brücken- und Ingenieurbau
Bandnummer: 76
ISBN: 978-3-86918-079-3
Sprache: Deutsch
Erstellungsjahr: 2011
Publikationsdatum: 10.05.2012
Bemerkung: Weitere beteiligte Körperschaften: Lehrstuhl für Stahlbau und Leichtmetallbau der RTWH Aachen; Institut für Straßenwesen der RWRH Aachen
Kurzfassung auf Deutsch: Der Bericht liefert einen Überblick über die Gefährdung von stählernen Fahrbahnplatten hinsichtlich Ermüdungsschäden, ordnet diese Gefährdungen in Gefährdungskategorien ein und gibt Strategien und Verfahren zu einer nachhaltigen Instandsetzung vor allem von Deckblechschäden und Schäden an der Verbindung zwischen Längsrippe und Deckblech an. Im Einzelnen geht der Bericht auf die Entwicklung stählerner Fahrbahnplatten bis zur heutigen Standardlösung ein, auf deren Weg sich einige Konstruktionen als besonders schadensanfällig erwiesen haben. Eine Aufgabe ist es daher, bestehende Brücken und die heutige Standardlösung zukunftssicher zu machen. Für die Zukunftssicherung ist besonders die Dauerhaftigkeit des Deckblechs und seiner Verbindungen zu Rippen und Querträgern wichtig. Zur Verringerung der Ermüdungsbelastung des Deckblechs gibt es Verfahren zur direkten Deckblechverstärkung und zur Effizienzsteigerung des Fahrbahnbelags zur Verbesserung der Verbundwirkung mit dem Deckblech. Die vorgestellten und untersuchten Verfahren zur direkten Deckblechverstärkung sind: - Aufbringen einer Elastomersandwichstruktur mit einem neuen zusätzlichen Stahldeckblech (Sandwich Plate System (SPS) , Pilotprojekt in NRW), - Stahlfaserbewehrter hochfester Beton mit Stahlbewehrungseinlagen (Pilotprojekte in den Niederlanden), - Aufkleben von Zusatzblechen (Versuchsstadium). Zur Effizienzsteigerung des Fahrbahnbelags ist es nötig, eine Optimierung zwischen zwei sich widersprechenden Zielsetzungen zu erreichen: 1. Dauerhaftigkeit des Belages durch ausreichende Elastizität des Belags und Reduktion der Verbundwirkung, 2. Dauerhaftigkeit des Stahlblechs und der Verbindungsnaht mit der Längsrippe durch höhere Steifigkeit des Belags und Verbesserung der Verbundwirkung. Dazu sind Versuche mit Belägen mit modifiziertem Bitumen (PmB25A) und mit hohlraumreichem Asphalttraggerüst mit nachträglichem Verguss (HANV) durchgeführt worden, die Tendenzen zu Verbesserungen erkennen lassen. Für eine weitere Optimierung der beiden Varianten sind gezielte Kleinteilversuche zur Bestimmung von temperatur- und frequenzabhängigen Stoffeigenschaften, die sich für Grenzzustandsberechnungen eignen, erforderlich. Die Berechnungsmodelle müssten an bauteilähnlichen Prüfkörpern überprüft werden. Der Bericht gibt Empfehlungen wie eine Verbesserung der Verbundeigenschaften zwischen Stahldeckblech Asphaltbelag erreicht werden kann.
Kurzfassung auf Englisch: The report gives an overview on the cracking hazard of orthotropic plates of roadbridges caused by fatigue. It presents a chart for hazard classification and gives strategies and methods for sustainable repair and retrofitting in particular in view of category 1 hazards. Category 1 refers to fatigue damages in the steel deckplate and at the welded connection between the longitudinal stiffeners and the deckplate. The report describes the development of orthotropic plates on their way from the first application to the present standard solution. On this way some variants that have been built have proved to be particularly sensitive to fatigue. An important task is therefore to make the existing bridge decks and the standard solution fit for the future. For the fitness in future the durability of the deckplate and of its connections to the stiffeners is important. To reduce the fatigue loading of the deckplate there are two basic possibilities: - to reinforce the deckplate directly; - to enhance the efficiency of the asphalt layer to improve its composite action with the deckplate. The reinforcement methods of the deckplate studied and presented are: - strengthening the deckplate with an additional steel-plate resulting in an elastomer sandwich structure (SPS - Sandwich Plate System, pilot project in NRW); strengthening by steel fibre reinforced high performance concrete layer, with additional reinforcing bars (pilot projects in the Netherlands); strengthening by gluing additional steel plates (recent research project). For enhancing the efficiency of the asphalt layer, an optimization has to be achieved for meeting two conflicting targets: - the improvement of the durability of the asphalt layer by increasing the flexibility of the asphalt layer through reducing its stiffness and the composite action with the flexible deckplate; - the improvement of the durability of the steel deckplate and of its connections to the stiffeners by enhancing the stiffness of the asphalt layer and hence by improving the composite action. To this end tests have been carried out with two asphalt layers: one composed of modified bitumen (PmB 25A) the other with an open course asphalt concrete skeleton filled with a flexible epoxy resin. These tests reveal tendencies for improvements. For the further optimization of the two variants tests with small scale components are necessary to determine the material-properties dependant on the temperature and the frequencies that can be used for limit state calculations. The calculation models should be calibrated to large-scale tests. The report gives recommendations how the improvement of the efficiency of that composite system steel plate - asphalt layers can be achieved.