Verstärkung des Deckblechs orthotroper Fahrbahnplatten durch Aufkleben von Stahlblechen

Reinforcement of orthotropic steel bridge decks by gluing steel plates

  • Ein Großteil der heute vorhandenen Stahlbrücken wurde in den 1960er Jahren errichtet, als man der Problematik der Materialermüdung noch nicht den notwendigen Stellenwert eingeräumt hatte. Seit Ende der 1990er Jahre ist bei diesen Bauwerken eine stetige Zunahme von Schäden zu verzeichnen, die durch die geringe Ermüdungsfestigkeit einzelner Konstruktionsdetails in Kombination mit erhöhten Beanspruchungen durch den zunehmenden Schwerverkehr verursacht werden. Da Ersatzneubaumaßnahmen sowohl mit hohen Kosten als auch mit langwierigen Genehmigungsverfahren verbunden sind, gilt es, den Bestand der vorhandenen Bauwerke ausreichend lange zu erhalten. Um auch bei weiter ansteigenden Ermüdungsbeanspruchungen eine hinreichende Restlebensdauer sicherzustellen, werden wirksame Konzepte und neue Lösungen für die Erhaltung von Stahlbrücken erforderlich. Mit der „Verstärkung des Deckblechs orthotroper Fahrbahnplatten durch Aufkleben von Stahlblechen“ wird ein spezieller, jedoch vielversprechender Lösungsansatz verfolgt und eingehend untersucht. Die erforderlichen Untersuchungen sind so umfangreich, dass die folgenden vier aufeinander bezogenen Projekte initiiert wurden, um eine angemessene Abwicklung zu gewährleisten: • Numerische Untersuchungen • Klebtechnologie • Dauerfestigkeitsuntersuchungen • Fugen- und Randausbildung Im Projekt „Numerische Untersuchungen“ wird am Beispiel der orthotropen Platte der Rheinbrücke Duisburg-Neuenkamp mithilfe eines numerischen Modells gezeigt, dass die Verstärkung des Deckblechs eine sinnvolle Maßnahme ist, um Spannungen in der Platte und örtliche Durchbiegungen des Deckblechs wirkungsvoll zu vermindern. Das Projekt „Klebtechnologie“ beschreibt die Entwicklung eines praxistauglichen Klebverfahrens, das auf die speziellen Rahmenbedingungen abgestimmt wurde, die bei der Erhaltung von orthotropen Fahrbahnplatten bestehen. Kern des Projekts „Dauerfestigkeitsuntersuchungen“ bildet ein aufwändiges Versuchsprogramm mit praxisnahen Dauer-Schwell-Biege-Prüfungen. Als wesentliches Ergebnis wurde der Nachweis erbracht, dass die Klebverbindungen den dynamischen Beanspruchungen aufgrund der herkömmlichen Verkehrsbelastung dauerhaft widerstehen können. Im Projekt „Fugen- und Randausbildung“ wurde die Anordnung von Fugen und die Gestaltung von Randabschlüssen konzipiert und deren Tauglichkeit untersucht. In Anlehnung an das Projekt „Dauerfestigkeitsuntersuchungen“ wurde anhand von Versuchen eine ausreichende Ermüdungsfestigkeit nachgewiesen. Die im Rahmen dieser vier Projekte durchgeführten Untersuchungen werden erläutert und die erzielten Ergebnisse dargestellt. Damit sind die labortechnischen Untersuchungen zur „Verstärkung des Deckblechs orthotroper Fahrbahnplatten durch Aufkleben von Stahlblechen“ erfolgreich abgeschlossen. Die gewonnenen Erkenntnisse bilden eine wesentliche Grundlage für erste Pilotanwendungen in der Praxis. Anhang A enthält alle wesentlichen Parameter, Ergebnisse, Einzelwerte und Fotos. Bei der vorliegenden Veröffentlichung handelt es sich um eine von der „Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Abteilung Bauwissenschaften der Universität Duisburg-Essen“ genehmigte Dissertation zum Erwerb des Doktorgrades. Die mündliche Prüfung fand am 04.11.2022 statt. Gutachterin und Gutachter waren Frau Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Natalie Stranghöner und Herr Univ.-Prof. Dr.-Ing. Markus Feldmann. Herzlich bedanke ich mich an dieser Stelle bei Frau Prof. Stranghöner sowohl für die perfekte Betreuung aber insbesondere auch für den entscheidenden Impuls, die Arbeiten in einer Dissertation zu bündeln, bei Herrn Prof. Feldmann für die Begutachtung sowie bei zahlreichen Kolleginnen und Kollegen aus der Abteilung Brücken- und Ingenieurbau der BASt für die Unterstützung auf vielfältige Art und Weise und dabei ganz besonders bei Herrn Bert Quaas und Herrn Michael Staeck für den engagierten Einsatz im Labor und an der Hydropulsanlage.
  • The majority of the steel bridges standing today were built in the 1960s, when the problem of material fatigue was not yet given the importance it deserved. Since the end of the 1990s, there has been a steady increase in damage to these structures, which is caused by the low fatigue strength of individual structural details in combination with increased stresses due to increasing heavy traffic. Since renewal measures, such as replacement construction, are associated with both high costs and lengthy approval procedures, it is important to preserve the existing structures for a sufficiently long time. Effective concepts and new solutions for the maintenance of steel bridges are required to ensure sufficient residual service life even under further increasing fatigue loads. With the „reinforcement of the cover plate of orthotropic deck slabs by bonding steel plates“, a special but promising solution approach is being pursued and investigated in detail. The required investigations are so extensive that the following four interrelated projects have been initiated to ensure appropriate handling: • Numerical analysis • Gluing technology • Fatigue tests • Joint and edge design By means of numerical calculations the project “Numerical analysis” demonstrates that the strengthening of deckplates is an expedient method in order to reduce the local strain and stress effectively. The project “Gluing technology“ describes the development of a practical method of glue fixing what has been adjusted to the special conditions occurring by the repair of orthotropic steel bridge decks. Within the project “Fatigue tests” the fatigue limit of glued joints has been determined by special fatigue bending tests. As an elemental result it is proved that the glued joints can permanently withstand the dynamic stresses caused by conventional traffic loads. In the project „Joint and edge design“, the arrangement of joints and the design of edge terminations were conceived and their suitability investigated. Sufficient fatigue strength was demonstrated by means of tests similar to those in the project “Fatigue tests”. The investigations carried out within the framework of these four projects are explained and the results obtained are presented. The laboratory tests on „Reinforcement of orthotropic steel bridge decks by gluing steel plates“ have thus been successfully completed. The findings obtained provide a sound basis for application in practice. Appendix A contains all essential parameters, results, single values and photos. The present paper concerns a dissertation authorized by the “faculty of engineering, department civil engineering of the Universität Duisburg- Essen” in order to acquire a doctoral degree. The oral interview has been conducted on 04.11.2022. As evaluators appeared Mrs. Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Natalie Stranghöner and Mr. Univ.-Prof. Dr.-Ing. Markus Feldmann. I would like to take this opportunity to thank Mrs. Prof. Stranghöner for her perfect supervision and, in particular, for the decisive impetus to bundle the work into a dissertation, Prof. Feldmann for his supervision, and numerous colleagues from the BASt‘s “Bridges and Structural Technology” Depart-ment for their support in a variety of ways, and especially Mr. Bert Quaas and Mr. Michael Staeck for their dedicated work in the laboratory and on the testing machine.

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Verfasserangaben:Heinz Friedrich
URN:urn:nbn:de:hbz:opus-bast-27547
ISBN:978-3-95606-719-8
ISSN:0943-9293
Schriftenreihe (Bandnummer):Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe B: Brücken- und Ingenieurbau (187)
Verlag:Fachverlag NW in der Carl Ed. Schünemann KG
Verlagsort:Bremen
Dokumentart:Buch (Monographie)
Sprache:Deutsch
Datum der Veröffentlichung (online):15.03.2023
Datum der Erstveröffentlichung:15.03.2023
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
Datum der Freischaltung:15.03.2023
Freies Schlagwort / Tag:Brücke; Dauerfestigkeit; Fuge; Hochschulschrift; Klebetechnologie
Adhesive technology; Bridge; Fatigue resistance; Joint; Thesis
Seitenzahl:88
Bemerkung:
Bericht zu den Forschungsprojekten
03 226/B2, 03 227/B2, 2214000, 2217004
Verstärkung des Deckblechs orthotroper
Fahrbahnplatten durch Aufkleben von Stahlblechen

Referat
Stahlbau, Korrosionsschutz, Brückenausstattung
DDC-Klassifikation:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Lizenz (Deutsch):License LogoBASt / Link zum Urhebergesetz

$Rev: 13581 $