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Report (Bericht) zugänglich unter
URL: http://bast.opus.hbz-nrw.de/volltexte/2012/595/


Anpralllasten an Schutzeinrichtungen auf Brücken : Anpassung der DIN-Fachberichte "Stahlbrücken" und Verbundbrücken" an endgültige Eurocodes und nationale Anhänge einschließlich Vergleichsrechnungen

Impact loads on safety barriers on bridges

Kuhlmann, Ulrike ; Zizza, Antonio ; Günther, Hans-Peter

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Collection 1: BASt-Beiträge / ITRD Sachgebiete / 24 Brückenentwurf
Collection 2: BASt-Beiträge / ITRD Sachgebiete / 85 Sicherh.-Einrichtg. in der Verkehrsinfrastruktur
Institut: Sonstige
DDC-Sachgruppe: Ingenieurwissenschaften
Sonstige beteiligte Institution: Institut für Konstruktion und Entwurf <Stuttgart>
Dokumentart: Report (Bericht)
Schriftenreihe: Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe B: Brücken- und Ingenieurbau
Bandnummer: 88
ISBN: 978-3-86918-254-4
Sprache: Deutsch
Erstellungsjahr: 2012
Publikationsdatum: 18.10.2012
Bemerkung: Weiterhin beteiligt: Ingenieurbüro für Stahlbau und Schweißtechnik, Ostfildern
Kurzfassung auf Deutsch: Stahl- und Verbundbrücken werden in Deutschland derzeit mit Hilfe der DIN-Fachberichte bemessen. Die DIN-Fachberichte enthalten zusammengefasst Regelungen der Eurocodes unter Berücksichtigung der nationalen Regelungen in einem Dokument. Dabei gilt für Stahlbrücken DIN-FB 103:2009 und für Verbundbrücken DIN-FB 104:2009. Die Einwirkungen auf Brücken sind im DIN-FB 101:2009 geregelt, der den bis dato gültigen DIN-FB 101:2003 ersetzt. Die DIN-Fachberichte wurden mit dem Allgemeinen Rundschreiben Straßenbau Nr. 6/2009 eingeführt. Im Zuge der Überarbeitung des DIN-FB 101 (Einwirkungen) und dessen Anpassung an die endgültigen Eurocodes haben sich im Bereich der Anpralllasten auf Schutzeinrichtungen (Kapitel IV Absatz 4.7.3.3) gegenüber der Ausgabe DIN-FB 101:2003 wesentliche Änderungen ergeben, die nun in der aktuellen Ausgabe DIN-FB 101:2009 enthalten sind. Diese Änderungen ergeben sich aus den allgemein gestiegenen Sicherheitsanforderungen an Schutzeinrichtungen gemäß den aktuellen Normen und Richtlinien DIN EN 1317-2:2010 und RPS 2009 sowie aus den Ergebnissen durchgeführter Anprallprüfungen der BASt an unterschiedlichen Schutzsystemen. Während die bisher angesetzten Lasten aus DIN 1072:1985 auf der Basis von Anprallversuchen aus den 60er Jahren beruhen und in der Regel auf deutschen Brücken die einfache Distanzschutzplanke (EDSP) eingesetzt wird, wird in Zukunft für jede Schutzeinrichtung eine positive Prüfung nach den Anforderungen der neuen europäischen Norm DIN EN 1317 gefordert. Im Zusammenhang mit der Überarbeitung des DIN-Fachberichts 101 wurden von der BASt zahlreiche Anprallversuche durchgeführt und im Anschluss daran ein Verfahren entwickelt, das eine Einstufung der geprüften Fahrzeugrückhaltesysteme in die Lastklassen A-D nach DIN-FB 101:2009 ermöglicht. Dadurch existiert erstmalig ein standardisiertes und einheitliches Vorgehen für die Einstufung unterschiedlicher Fahrzeugrückhaltesysteme auf Grundlage von Anprallversuchen. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde die Anprallversuche und das Einstufungsverfahren zusammengefasst, stichprobenhaft durch Vergleichsrechnungen geprüft und beurteilt. Auf Grundlage der Durchsicht der Unterlagen wird empfohlen, die bisher der Einstufung zugrunde gelegten statischen Gleichgewichtsansätze durch weitergehende dynamische Untersuchungen zu überprüfen. Weiterhin wird empfohlen, bei der Auswertung der Versuchsergebnisse und der Einstufung in die Lastklassen nach DIN-FB 101:2009 explizit ein definiertes Sicherheitselement anzuwenden. Anhand eines auf typische Querschnitte für Autobahnbrücken mit Betonfahrbahn erarbeiteten Musterkragarms wurden unterschiedliche Wege der Schnittgrößenermittlung miteinander verglichen. Verschiedene Handrechenansätze wurden dabei einer Lösung mittels eines FEM-Modells gegenübergestellt. Die Schnittgrößen die sich dabei aus den Handrechnungen ergaben waren im Großen und Ganzen mit der FEM-Lösung vergleichbar. Größere Unterschiede ergaben sich bei den Querkräften an der Einspannstelle. Hier liegt DAfStb 1991 sehr auf der sicheren Seite, während ein Lastausbreitungswinkel von 45°, wie in der Praxis häufig üblich, zu unsicheren Ergebnissen führt. Für den Musterkragarm wurde die erforderliche Bewehrung nach DIN-FB 104:2009 für die unterschiedlichen Lastansätze berechnet. Durch die systematische Variation einzelner Parameter des Musterkragarms wurde deren Einfluss auf die resultierenden Schnittgrößen an der Einspannstelle untersucht. Es ergab sich, dass mit länger werdendem Kragarm der Einfluss der Anpralllast abnimmt, während der des Eigengewichts zunimmt. Sämtliche Prüfungen von Schutzeinrichtungen wurden bisher nach DIN EN 1317-2:2007 und aus Kostengründen an Betonkragarmen durchgeführt. Im Rahmen dieses Forschungsprojekts wurden Voraussetzungen hergeleitet, unter denen eine Übertragung des Systemverhaltens auf Stahlbrücken möglich ist. Am Beispiel des in (BASt H4b) mit "System E" bezeichneten Systems wurden die auf ein FEM-Modell des Gehwegausschnitts für den lokalen Nachweis anzusetzenden Lasten ermittelt. Die Übertragung der an Betonkragarmen ermittelten Lasten auf Stahlkragarmen sollte aufgrund des unterschiedlichen Tragmechanismus im Rahmen ergänzender Untersuchungen numerisch und gegebenenfalls experimentell zu untersuchen. Schließlich wurden vier konkrete Anwendungsbeispiele betrachtet mit Ansatz des beispielhaft gewählten Schutzsystems. Es wurden zwei Brücken mit Betonkragarm und zwei Stahlbrücken gerechnet, wobei jeweils eine bestehende und eine neue Brücke betrachtet wurden. Bei den beiden Betonkragarmen konnte der Nachweis am Kragarmschnitt erbracht werden, ebenso für die neue Stahlbrücke. Bei der bestehenden Stahlbrücke traten rechnerisch Plastizierungen unter den angenommenen Lasten auf, die ggf. durch entsprechende Verstärkungsmaßnahmen verhindert werden müssten. Es ergaben sich für den Kappenanschluss bei den betrachteten Betonkragarmen eine erforderliche Zulage von Bewehrungsstäben.
Kurzfassung auf Englisch: The design of steel and composite bridges in Germany follows the DIN-Fachberichte. They consist of a summary of Eurocode rules from the including also the national regulation within one document. DIN-FB 103:2009 is used for steel bridges, while DIN-FB 104:2009 is used for composite bridges. The loadings on bridges are considered by DIN-FB 101:2009, which replaces former DIN-FB 101:2003. DIN-Fachberichte were introduced in Germany by “Allgemeine Rundschreiben Strassenbau Nr.6/2009”. In the course of revision of DIN-Fachbericht 101 (loadings) and the adaption to the final version of Eurocodes, some essential changes regarding impact loading to safety barriers (see chapter IV, 4.7.3.3) came out, which are now included in DIN-FB 101:2009. These changes result from a higher safety requirement for safety barriers nowadays according to current standards and guidelines DIN EN 1317-2:2010 and RPS 2009 as well as from the results of vehicle impact tests conducted on different safety barriers by BASt. While the loadings of DIN 1072:1985 are based on impact tests from the sixties and in Germany usually a so called EDSP (single distance road barrier) is used, for the future it is necessary that each safety system has to fulfill the requirements of DIN EN 1317. In the context of the revision of DIN-Fachbericht 101 BASt has carried out numerous vehicle impact tests. Subsequently a method has been developed to classify the tested crash barrier in one of the category A-D according to DIN-FB 101:2009. By this there is for the first time a standardized and uniform procedure for the classification of different systems based on impact tests. In the frame of this project the tests and the classification method was summarized, checked and evaluated by example calculations. Based on the review of the documents it is recommended to check the classification based on only static equilibrium by further dynamic analyses. In addition to this it is recommended to use an explicitly defined safety element for the evaluation of tests in order to classify according to DIN-FB 101:2009. Different ways for the determination of the internal forces have been compared using a typical concrete cantilevers bridges. For this, different methods of hand-calculations were compared with results from FE-calculations. The resulting internal forces were in general similar. Bigger differences were notable for shear forces, where DAfStb 1991 is far on the safe side and a typically assumed angle of 45° for load distribution may lead to unsafe results. For the example cantilever the required reinforcement has been calculated according to DIN-FB 104:2009. By the systematic variation of single parameters of the example cantilever their influence on the internal forces was investigated. It has been shown, that the longer the cantilever is, the smaller the influence from vehicle impact, while the influence from self load increases. All vehicle impact tests until now have been conducted according to DIN EN 1317-2:2007 and on concrete cantilevers. In the frame of this project some requirements have been deduced for transferring the system behavior to steel bridges. Using the example of the safety “system E” from (BASt H4b) the loadings for the local design have been derived for the application in a FE-model of the curb. The transfer of the loads deducted from tests on concrete cantilevers to a steel cantilever should in future be analyzed numerically and if necessary experimentally because of the different load bearing behavior. Four practical bridge examples have been examined using the chosen safety barrier. Two bridges with concrete cantilever and two steel bridges have been regarded, one of each was an existing one and the other a new one. The two concrete bridges could be proofed, as well as the new steel bridge. For the existing steel bridge plastification would occur under the assumed loadings, which might lead to strengthening. For the cap anchorage an extra reinforcement is needed for the concrete constructions.