Josef Hegger, Christian Dommes, Viviane Adam, Oliver Fischer, Sebastian Lamatsch, Sebastian Thoma, Reinhard Maurer, Vladimir Lavrentyev, Eva Stakalies, Naceur Kerkeni, Frederik Teworte, Ehsan Sharei, Christian Stettner, Konrad Zilch, Remus Tecusan

• Das Projekt "Experimentelle und theoretische Untersuchungen zur Querkraft- und Torsionstragfähigkeit von Betonbrücken im Bestand" hatte zum Ziel, auf der Grundlage experimenteller und theoretischer Untersuchungen Möglichkeiten für eine zutreffendere Abschätzung der Querkraft- und Torsionstragfähigkeit von Spannbetonbrücken im Bestand mit geringen Querkraftbewehrungsgraden zu entwickeln. Dabei erfolgte einerseits die Weiterentwicklung der bestehenden Bemessungsverfahren auf Stufe 2 der BEM-ING Teil 2. Andererseits wurden Handlungsempfehlungen für vertiefte Berechnungsmodelle, die in Stufe 4 der BEM-ING Teil 2 Anwendung finden können, erarbeitet, um eine Entscheidungs- und Anwendungshilfe zur Bewertung der Standsicherheit für Querkraft und Torsion der betreffenden Brücken-bauwerke bereitzustellen. Um die realen Systemeigenschaften der Brückenüberbauten hinsichtlich der Biege- und Schubschlankheit sowie der Belastungsart möglichst repräsentativ abzubilden, wurden großformatige nachträglich vorgespannte Versuchskörper an drei verschiedenen Forschungseinrichtungen getestet. Während an der RWTH Aachen University an 16,5 m langen Durchlaufträgern und an der TU München an 4,5 m langen Substrukturen Querkraftversuche mit den Einflussparametern Querschnittsform, Querkraftbewehrungsgrad, Vorspanngrad, Durchlaufwirkung, Belastungsart und Verbundbedingung der Längsbewehrung durchgeführt wurden, sind an der TU Dortmund Querkraftversuche mit zusätzlicher Torsion an 12 m langen Durchlaufträgern unter Variation der Querschnittsform, der Interaktion von Momenten-, Querkraft- und Torsionsbeanspruchung, der Druckstrebenneigung und der Bügelformen untersucht worden. Im Schlussbericht wurden die Ergebnisse der experimentellen und theoretischen Untersuchungen dar-gestellt. Dazu wurde zunächst eine Zusammenfassung der Bemessung von Spannbetonbauteilen für Querkraft sowie Querkraft mit zusätzlicher Torsion nach aktueller Norm sowie der verfeinerten Bemessungsansätze auf Stufe 2 der BEM-ING Teil 2 gegeben und das Sicherheitskonzept der Bemessung im Bauwesen erläutert. Im darauffolgenden Abschnitt wurden die experimentellen Untersuchungspro-gramme der drei teilnehmenden Universitäten in Aachen, München und Dortmund dargestellt. Um die analytischen und numerischen Verfahren auf Stufe 2 und Stufe 4 der BEM-ING Teil 2 anzuwenden und zu vergleichen, wurden anschließend weitere experimentelle Untersuchungen aus der Literatur und ausgewählten Bauwerke dokumentiert, die anschließend zur Nachrechnung mit verschiedenen Modellen herangezogen wurden. Auf Grundlage der umfangreichen experimentellen Untersuchungen sowie einer Datenbankauswertung mit knapp 1300 Querkraftversuchen an Stahl- und Spannbetonträgern mit und ohne Querkraftbewehrung erfolgte eine Erweiterung der Querkraft- und Torsionsmodelle der Stufe 2 der BEM-ING Teil 2. Dadurch konnte eine realistischere Erfassung der günstigen Einflüsse gegliederter Querschnittsformen (bV,eff), einer Beanspruchung infolge verteilten Lasten (ΔVEd) und einer Vorspannung samt Spannungszuwachs (P+ΔP) ermöglicht werden. Anhand der durchgeführten Versuche mit Querkraft und zusätzlicher Torsion konnte gezeigt werden, dass durch Umlagerungen der inne-ren Kräfte eine Rotation der Druckstrebe im Bereich 1,75 ≤ cotθ ≤ 2,5 möglich und die freie Wahl der Druckstrebenneigung cotθ daher gerechtfertigt ist. Weiterhin dürfen unterschiedliche θ für die Nach-weise für Querkraft sowie Querkraft und Torsion angesetzt werden. Allerdings wird empfohlen, den Beiwert der Betondruckfestigkeit ν abhängig vom Überbauquerschnitt abzumindern. Der Nachweis gegen Betondruckversagen bei kombinierter Beanspruchung erfolgt dann auf Basis einer linearen Interaktion aus Querkraft und Torsion (V + T). Die Anwendung der vorgeschlagenen Weiterentwicklung der Querkraft- und Torsionsbemessung auf vier bestehende Brücken verdeutlicht den in der Praxis dringend benötigten Mehrwert des verfeinerten Bemessungsansatzes auf Stufe 2 der BEM-ING Teil 2. Neben der Vorstellung in Stufe 4 der BEM-ING Teil 2 gängiger Verfahren zur Brückennachrechnung wurden jeweils die wesentlichen Schritte der Berechnung bzw. Modellierung erläutert. Auf Basis einer anschließenden Bewertung der wissenschaftlichen Verfahren wurden Empfehlungen für eine breitere und trotzdem ausreichend sichere Anwendung für die Praxis gegeben. Hierbei wurden u.a. die Art der Modellierung, der Ansatz der Materialkennwerte, ein angepasstes Sicherheitskonzept für nichtlineare Verfahren einschließlich der Modellunsicherheit, der Umgang mit nicht normkonformer Bügel- und Längsbewehrung sowie die Vergleichbarkeit mit den anderen Stufe 4-Verfahren berücksichtigt. Für eine Auswahl der betrachteten Verfahren wurden durch vertiefte Untersuchungen Handlungsempfehlungen erarbeitet, die im Format und Wording an die BEM-ING Teil 2 angepasst wurden. In einem abschließenden Benchmark-Test wurde eine Auswahl an Versuchen und deren Nachrechnung dokumentiert, sodass in Zukunft die Eignung weiterer wissenschaftlicher Verfahren zur Nachrechnung von Betonbrücken bewertet werden kann.
• The project "Experimental and theoretical investigations on the shear and torsion capacity of existing concrete bridges" aimed at developing possibilities for a more accurate calculation of the shear and torsion capacity of prestressed concrete bridges with low amounts stirrup reinforcement ratios in existing structures based on experimental and theoretical investigations. On the one hand, existing methods on level 2 of the BEM-ING Part 2 were further developed. On the other hand, recommendations for refined calculation models, which can be applied in level 4 of the BEM-ING Part 2, were developed in order to provide a decision and application support for the evaluation of the stability for shear and torsion of the bridge structures. In order to reproduce the real properties of bridge superstructures as representatively as possible with regard to bending and shear slenderness as well as the type of loading (line and point loads), large-scale post-tensioned test specimens were tested at three different research institutions. While shear test with the investigation parameters cross-sectional shape, amount of shear reinforcement, degree of pre-stressing, influence of the structural system of multi-span beams, loading type and bond condition of the longitudinal reinforcement were carried out at RWTH Aachen University on 16.5 m continuous beams and at TU Munich on 4.5 m substructures, shear test with additional torsion with variation of the cross-sectional shape, the interaction of moment, shear and torsion loading, the compression strut inclination and the stirrup shapes were investigated at the TU Dortmund on 12 m continuous beams. The final report presents the results of the experimental and theoretical investigations. First, a summary of the design of prestressed concrete structures for shear and shear with additional torsion according to the current standard as well as the refined design approaches at level 2 of the BEM-ING Part 2 were given and the safety concept of the design in civil engineering was explained. In the following section, the experimental investigation programmes of the three universities in Aachen, Munich and Dortmund were presented. In order to apply and compare the analytical and numerical methods to level 2 and level 4 of the BEM-ING Part 2, further experimental investigations from the literature and selected tests were documented, which were then used for recalculation with various design models. Based on the extensive experimental investigations and a database evaluation with almost 1,300 shear tests on rein-forced and prestressed concrete girders with and without shear reinforcement, an extension of the shear and torsion models of level 2 of the BEM-ING Part 2 was carried out. This enabled a more realistic recording of the favourable influences of complex cross-sectional shapes (bV,eff), a stress due to distrib-uted loads (ΔVEd) and a prestressing including stress increase (P+ΔP). Based on the tests carried out with shear and additional torsion, it could be shown that a rotation of the compression strut in the range 1.75 ≤ cotθ ≤ 2.5 is possible through rearrangements of the internal forces, therefore the free choice of the compression strut inclination cotθ is justified. Furthermore, different θ may be applied for the verifi-cations of shear and shear and torsion. However, it is recommended to reduce the coefficient of the concrete compressive strength ν depending on the superstructure cross-section. The verification against concrete compression failure under combined loading is then based on a linear interaction of shear and torsion (V + T). The application of the proposed development of the shear and torsion design to four bridges illustrates the urgently needed added value of the refined design approach at level 2 of the BEM-ING Part 2 in practice. In addition to the presentation of common procedures for bridge recalculation in level 4 of the BEM-ING Part 2, the essential steps of the calculation or modelling were explained in each case. On the basis of a subsequent evaluation of the scientific procedures, recommendations were given for a broader and yet sufficiently safe application in practice. Among other things, the type of modelling, the approach of the material parameters, an adapted safety concept for non-linear procedures including the model un-certainty, the handling of non-standard stirrup and longitudinal reinforcement as well as the comparabil-ity with the other level 4 procedures were considered. For a selection of the considered procedures, recommendations for practice were developed by more detailed investigations, which were adapted to the BEM-ING Part 2 in format and wording. In a final benchmark test, a selection of tests and their recalculation was documented so that the suitability of further scientific procedures for the recalculation of concrete bridges can be evaluated in the future.