HANV als Verstärkung von Stahlbrücken mit Kategorie-1-Schäden

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Durch die in den letzten Jahren enorm gestiegenen Verkehrsbelastungen und damit einhergehenden gestiegenen lokalen Beanspruchungen im Deckblech kommt es bei bestehenden Stahlbrücken mit orthotropen Fahrbahnplatten vermehrt zu Ermüdungsschäden im Bereich der geschweißten Anschlüsse der Längsrippen an das Deckblech (Kategorie-1-Schäden). Ziel des Forschungsprojekts war es zu untersuchen, ob sich durch eine erhöhte mittragende Wirkung des Fahrbahnbelags die lokalen Radlasten besser verteilen lassen und die Spannungen im Bereich der Anschlüsse Längsrippe – Deckblech somit reduziert werden können. Zum Nachweis einer erhöhten mittragenden Wirkung wurden numerische und experimentelle Unter-suchungen durchgeführt. Untersucht wurden die folgenden Asphaltvarianten: Guss¬asphalt als Referenzsystem, sowie hohlraumreiche Asphaltgerüste mit nachträglicher Verfüllung (HANV, verfüllt mit Epoxidharz und mit Bioharz). Zusätzlich wurde untersucht, ob es möglich ist, auf den Einsatz der Pufferschicht zu verzichten, um damit die mittragende Wirkung des Fahrbahnbelags zusätzlich zu erhöhen. Die experimentellen Untersuchungen umfassten sowohl statische als auch dynamische 5-Punkt-Biegeversuche, die bei unterschied¬li¬chen Temperaturen durchgeführt wurden. Die Prüfkörper bestanden aus einem Stahlblech mit Asphaltbelag und Pufferschicht nach ZTV-ING Teil 7, Abschnitt 4 und einer Abdichtung nach Bauart 1. Während der Versuchsdurchführung wurden die Verformungen an der Unterkante des Stahlblechs gemessen. Aus den aufgezeichneten Versuchsdaten wurden zunächst Kraft-Verformung-Kurven erstellt, aus denen anschließend Verformungsmodule abgeleitet wurden, um die mittragende Wirkung der einzelnen Belagsvarianten zu bewerten. Auf Grundlage der experimentellen Untersuchungen ließen sich lediglich erste Tendenzen zur Erhöhung der mittragenden Wirkung ableiten. Der geringe Prüfumfang von zwei Prüfkörpern je Variante und die teilweise starken Streuungen in den Versuchsergebnissen ließen keine quantitative Bewertung der Ergebnisse zu. Die numerischen Untersuchungen an einem 3D-Finite Elemente-Modell ergaben, dass sich durch eine höhere Asphaltsteifigkeit die Spannungen im Deckblech um bis zu 40 % reduzieren lassen. Der Verzicht auf die Pufferschicht kann bei niedrigen Asphaltsteifigkeiten, so wie sie beim derzeit einge¬setzten Gussasphalt vorliegen, ebenfalls eine Reduktion der Spannungen um ca. 25% bewirken. Für eine quantitative Bewertung der untersuchten Varianten sind Großbauteilversuche unverzichtbar. Hierdurch ließen sich herstellungsbedingte Streuungsfaktoren minimieren und die Auswirkungen der Verwendung von verfüllten Asphaltmaterialien am tatsächlichen Detail Längsrippe – Deckblech untersuchen.

BASt - B - 136