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Lagerwege von Brücken

Thermal elongation of bridges

  • Der ständige Wechsel der klimatischen Einflüsse verursacht in Brücken instationäre Temperaturverteilungen. Dadurch entstehen Dehnungen im Bauwerk, die Verformungen und ggfs. Zwangsbeanspruchungen hervorrufen. Durch die Anwendung von Berechnungsmethoden und Eingangsparameter nach aktuellen Normen sollen die berechneten Lagerwege ausreichende Reserven gegenüber den tatsächlichen aufweisen. Um diese Reserven zu quantifizieren, werden Messungen an verschiedenen Brücken mit unterschiedlichen Bauweisen und Längen durchgeführt. Die an vier Brücken über 19 Monate gemessenen Temperaturen und Lagerwege sind deutlich geringer als die Kapazität der Lager sowie der nach aktuellen Normen berechneten temperaturinduzierten Verschiebungen. Umwelt- und Standorteinflüsse, wie einseitige Sonneneinstrahlung oder querende Gewässer unterhalb des Bauwerks, beeinflussen die oberflächliche Bauwerkstemperatur und somit die Lagerverdrehung, haben jedoch keinen nennenswerten Einfluss auf die Lagerverschiebung. Die ermittelten Wärmeausdehnungskoeffizienten weichen zwischen -6 % und +17 % von den normativen Werten ab. Eine Berechnung der Lagerwege mit dem Berechnungsmodell nach DIN EN 1991-1-5 und gemessenen Bauwerkstemperaturen bestätigt eine gute Übereinstimmung. Mithilfe der Lufttemperaturen naheliegender Wetterstationen des Deutschen Wetterdiensts wurden standortbezogene Bemessungswerte der Luftschattentemperatur ermittelt. Diese Maximaltemperaturen sind um ca. 2 °C größer, während die Minimaltemperaturen um ca. -4,5 °C kleiner sind. Eine Berechnung nach DIN EN 1991-1-5 mit diesen Bemessungstemperaturen führt zu ca. 8 % größeren Lagerwegen. Es wird empfohlen, die Bemessungswerte der Außenlufttemperatur für Deutschland kleinskaliger und mit den Klimadaten der letzten drei Jahrzehnte auszuwerten, um Abweichungen zu den gültigen Werten zu identifizieren. Auch sollten die Wärmeausdehnungskoeffizienten von weiteren Brücken anhand von Messdaten ermittelt werden, um die normativen Werte zu prüfen.
  • The permanent change of climatic influences causes transient temperature distributions in bridges. This causes strains in the structure, which cause deformations and, in same cases, constraining forces. By applying calculation methods and input parameters according to current standards, the calculated bridge elongation should have sufficient reserves compared to the actual ones. In order to quantify these reserves, measurements are made on different bridges of different designs and lengths. The temperatures and bearing displacements measured on four bridges over 19 months are significantly lower than the displacement capacity of the bearings and the temperature-induced displacements calculated according to current standards. Environmental and site influences, such as unilateral solar radiation or crossing waters below the structure, influence the temperature at the structure’s surface and thus the bearing rotation, but have no measurable influence on the bearing displacement. The determined coefficients of thermal expansion deviate between -6% and +17% from the normative values. A calculation of the bridge elongation with the calculation model according to DIN EN 1991-1-5 and measured bridge temperatures confirms a good agreement. Based on the shade air temperatures of nearby weather stations of the German Weather Service, site-specific characteristic values of the shade air temperature were determined. These maximum temperatures are higher by about 2 °C, while the minimum temperatures are lower by about -4.5 °C. A calculation according to DIN EN 1991-1-5 with these design temperatures leads to approx. 8% larger bridge elongations. It is recommended to evaluate the design values of the shade air temperature for Germany on a smaller scale and with the climate data of the last three decades in order to identify deviations from the valid values. Also, the coefficients of thermal expansion of other bridges should be determined using measurement data to check the normative values.

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Metadaten
Author:Christiane Butz, Thomas Mack, Alexander Krawtschuk, Eduardo Maldonado
URN:urn:nbn:de:hbz:opus-bast-24769
ISBN:978-3-95606-553-8
Series (Serial Number):Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe B: Brücken- und Ingenieurbau (161)
Publisher:Fachverlag NW in der Carl Ed. Schünemann KG
Place of publication:Bremen
Document Type:Book
Language:German
Date of Publication (online):2021/01/21
Date of first publication:2021/01/26
Publishing institution:Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
Contributing corporation:Maurer Engineering GmbH München und Schimetta Consult ZT GmbH Wien
Release Date:2021/01/26
Number of pages:55
Institutes:Abteilung Brücken- und Ingenieurbau
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Licence (German):License LogoBASt

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