Querkrafttragfähigkeit von Fahrbahnplatten

Anpassung des DIN-Fachberichtes "Betonbrücken" an endgültige Eurocodes und nationale Anhänge einschließlich Vergleichsrechnungen

Im von der Bundesanstalt für Straßenwesen geförderten und am Institut für Massivbau der RWTH Aachen durchgeführten Forschungsvorhaben wurde das Querkrafttragverhalten von Platten ohne Querkraftbewehrung durch experimentelle und theoretische Untersuchungen genauer analysiert. Auf Grundlage der Untersuchungen wurden modifizierte Ansätze zur Bestimmung der effektiven Plattenbreite bereitgestellt und anhand von Versuchen aus der Literatur überprüft.
Veranlassung
Die Anforderungen an Brückenbauwerke haben sich in den vergangenen Jahren infolge der steigenden Verkehrszahlen deutlich erhöht (NAUMANN, 2010). Gleichzeitig hat sich mit der Umstellung der Normen der rechnerische Querkraftwiderstand von Bauteilen ohne Querkraftbewehrung verringert (DIN 1045, 1988; DIN 1045-1, 2008; DIN Fachbericht 102, 2009). Daher lässt sich für Brückenbauwerke im Bestand mit Fahrbahnplatten ohne Querkraftbewehrung nach derzeitigen technischen Regeln oft nicht eine ausreichende Querkrafttragfähigkeit nachweisen. Da ein Querkraftversagen unter den derzeit einwirkenden Verkehrslasten bislang nicht beobachtet wurde, sind die Brücken offensichtlich noch in der Lage, die gestiegenen Lasten trotz rechnerisch zu geringer Querkraftbewehrung abzutragen. Nach der Erhöhung der Beanspruchung im Zuge der Umstellung auf DIN Fachbericht 101 (2003) (HEGGER, 2009) wird sich mit der Einführung von DIN EN 1991-2 (2010) und DIN EN 1991-2/NA die Querkraftbeanspruchung von Fahrbahnplatten weiter erhöhen. Damit ist eine genauere Bestimmung des Querkraftwiderstandes von Fahrbahnplatten im Sinne einer wirtschaftlichen Bemessung von besonderer Bedeutung.
Der derzeit gültige Ansatz zur Berechnung der Querkrafttragfähigkeit ohne Querkraftbewehrung nach DIN Fachbericht 102 (2009) basiert auf einer empirischen Beziehung mit mechanischem Hintergrund:

V_Rd,ct = [c_d ∙  ∙ (100 ∙ _l ∙ f_ck)^1/3 - 0,12 ∙ _cd] ∙ b_w ∙ d

Der Vorfaktor cd = 0,10 = 0,15/c mit c = 1,5 wurde empirisch anhand einer Querkraftdatenbank ermittelt, die hauptsächlich aus Versuchen an Balken besteht. Bisher wurden nur wenige Versuche zur Querkrafttragfähigkeit von Platten unter punktförmiger Belastung durchgeführt. Bei der Bemessung in der Praxis werden die mitwirkenden Plattenbreiten für Querkraft und Biegung entweder dem DAfStb Heft 240 (1991) entnommen oder mit einer linear-elastischen FE-Berechnung näherungsweise ermittelt. Die Angaben in Heft 240, abgeleitet auf Grundlage der Elastizitätstheorie, liegen im Regelfall auf der sicheren Seite. Die Fragestellung der Lastausbreitung im Zustand II ist demnach bisher unbeantwortet.
Bei Bauteilen mit veränderlicher Nutzhöhe wird nach DIN Fachbericht 102 (2009) der Bemessungswert der Querkraft unter Berücksichtigung der Kraftkomponenten des Druck- und Zuggurtes rechtwinklig zur Bauteilachse berechnet. Hieraus resultiert für gevoutete Kragarme, wie sie bei Fahrbahnplatten im Brückenbau üblich sind, eine Abminderung der einwirkenden Querkraft um den Vertikalanteil der geneigten Biegedruckkraft V_ccd nach Gleichung

V_Ed = V_Ed,0 – V_ccd

Untersuchungen von ROMBACH (2011) zeigen jedoch, dass dieser Ansatz teilweise auf der unsicheren Seite liegende Ergebnisse liefert und weiterer Forschungsbedarf besteht.

inkl. CD als Anhang

BASt - B - 0093