G Lager und FÜK im Brückenbau

Vorbemerkungen

Lager sind ein weites Betätigungsfeld für Statiker. Die Norm (Handbuch EC1 Bd. 3 S. 44 ff.) fordert eine enorme Datenmenge ab. Auch gilt es die Richtzeichnungen zu beachten.

Normen und Literatur

Normen

• DIN EN 1990/NA/A1 dort NA.E.3.3
• DIN 1337
• DIN EN 1994-2 Abschn. 5.4.2.5(3)
• und für die Bahnbrücken: RiL 804.5101 - Brückenlager: Planung, Einbau und Gütesicherung
• Modul 804.5202 „Fahrbahnübergangskonstruktion aus Stahl Anforderungen, Qualitätssicherung und Güteprüfung“
• Modul 804.3401 "Längskraftabtragung"

Literatur

Folgende Literatur ist recht lesenswert:

• Handbuch Eisenbahnbrücken, S. 135ff. sowie S. 222
• Handbuch Brücken, S. 476ff und S. 698ff.
• Handbuch Entwerfen von Bahnanlagen, S. 492ff
• Braun, Hanswille, Porsch, Schürmann; Lager im Bauwesen nach DIN EN 1337; Stahlbau, Heft 11/2009

normative Vorgaben

Die aktuelle ZTV-ING (03/2012 Abschn. 2.3) fordert, dass für die Lagerreibung wenigstens 3% der Vertikalkraft einzurechnen sind. Für die "wirksame Lagertemperatur" werden -24°C bzw. +37°C benannt.

Für die Berechnung der Lager und FÜK wird ein erhöhter Lastansatz für die Temperatur (Sicherheitselement ΔT0) gefordert. Überlicherweise benennen Normen den charakteristischen Wert: hier wird der Bemessungswert vorgegeben.

Weiterhin ist das Kriechen und Schwinden mit γ=1,35 zu belegen.

Berechnung der Lagerreaktionen

Mit den heute zur Verfügung stehenden Computerprogrammen ist es möglich, die Lagerung recht wirklichkeitsnah zu generieren. Klassischerweise befindet sich das Lager unter dem Träger und hat gegenüber Verschiebungen und Verdrehungen eine kleinen Widerstand. Dies führt oft zu etwas ungewöhnlichen Ergebnissen.

Die Aufgabe unterteilt sich ggf. in zwei Teile:

Angaben für den Lagerhersteller

Natürlich sind die Lagerkräfte und Lagerverformungen für jedes Lager zusammenzustellen. Diese Angaben benötigt der Lagerhersteller für die Nachweise seiner Lager. Dabei ist zwischen den beiden Grenzzuständen zu unterscheiden. Weiterhin müssen zu den jeweiligen Extremwerten auch noch die restlichen zugehörigen Werte ermittelt werden. Außerdem sind für jede Einwirkung die charakteristischen Werte zu dokumentieren. Bei der Überlagerung werden Wind und Temperatur angesetzt!

Belastung der Unterbauten

Weiterhin sind die Lagerkräfte (klassicherweise nur die charakteristischen Werte) für die Berechnung der Unterbauten zusammenzustellen. Dabei ist zwischen den verschieden Einwirkungen zu unterscheiden. Auch hier muss der Kollege natürlich die Extremwerte des einen Lagers zusammen mit den dazugehörigen Werten der anderen Lager bekommen.

Bei Bahnbrücken ist unbedingt zu beachten, daß die 804.3401 die Abschn. 6.5.4.5 und 6.5.4.6 des EC 1 ersetzt! Demzufolge gibt es in Deutschland nicht die Kraft F_Qk= ± 20 x L. Diese gibt es nur im EC. Im DIN FB gab es diese Kraft auch schon nicht.

programmtechnische Umsetzung

Für die Zusammenstellung der gesuchten Werte benutze ich die RSET's (SOFiMSHA) und das MAXiMA. Diese RSET's müssen entsprechend der o.g. Teilaufgaben angepasst werden.

Abstimmung mit dem AG

Wenn die Dinge etwas komplexer werden, muss man die gesamte Technologie mit dem AG abstimmen! Da geht es um Fragen wie:

• überhöhte Herstellung des Überbaus (Stabilisierung)
• Teilvorspannung...volle Vorspannung
• Absenken auf Lager oder Absenkkeile?
• nächster Bauabschnitt
• weitere Verschiebungen aus den nachfolgenden Lasten (ggf. nochmals Anheben)

Vordimensionierung von Elastomerlagern

Recht hilfreich ist die Möglichkeit, Lager vorzudimensionieren. Dazu hat Gumba eine Software zur Verfügung gestellt. Nach der Vordimensionierung kann man die entsprechende Lagersteifigkeit gleich im statische Model berücksichtigen.

weitere Hersteller:

• Maurer Söhne
• Gumba
• Sollinger Hütte
• Speba
• Calenberg (Hochbau)

Natürlich muss immer wieder geprüft werden, ob die angebotenen Lager den aktuellen Forderungen entsprechen und eine gültige Zulassung vorliegt.

Fahrbahnübergangskonstruktionen

Die neue ZTV-ING (12/2012) bringt keine Veränderung der Forderung bezüglich der Spaltbreite bei wasserdichten FÜK: 70mm im Standartfall, 80mm bei bewehrten Elastomerlagern.

   ZTV-ING: Teil 8, Abschn. 1, Kapitel 5.1 (2)

Auch das Anhebemaß bleibt bei mindestens 10mm.

Dehnwegberechnung Bei der Berechnung des Dehnweges der Fahrbahnübergangskonstruktion ist neuerdings viel zu beachten.

Zu einem ist das eine Verformung, die im GZT berechnet wird! Dann sind modifizierte Lastansätze für die Temperatur zu berücksichtigen. Diese sind aber bereits Bemessungswerte und dürfen dann nicht nochmals mit einer Sicherheit belegt werden. Außerdem ist das K+S hier mit einer Sicherheit von 1,00...1,35 zu einzurechnen.

act typ part sup bez gamu gamf gama psi0 psi1 psi2 ps1s=-

       LAG     q        excl    'Lager+FÜK'            1.00            0       1               0.8     0.79    0.78

komb nr #tausend extr desi base #tausend*1000+#hundert*100 bez 'Verformungen X'

       act typ 'G_1'
               #include maxactg_1
       act typ 'G_2'
               #include maxactg_2
       act typ 'P'
               #include max_act_p
       act typ 'C' gamu 1.35 gamf 1 psi0 1 1 1 1    $ zur abweichenden Festlegung der Sicherheit=1.35
               #include max_act_c
       act typ 'GW'
               lf 0
       act typ 'BRE'
               lf 0
       act typ 'WIN'
               lf 0
       act typ 'SMOE'
               lf 0
       act typ 'L_U'
               lf 64,65 $ hier werden nur die LF mit ux ausgewählt
       act typ 'L_T'
               lf 114,115
       act typ 'LAG'   $ Lager
               lf 0

Bei den Fahrbahnübergangskonstruktionen (FÜK) gibt es Forderungen bzgl. der vertikalen Durchbiegungen:

• zu einem: ZTV-ING Teil 4, Abschnitt 1 3(6) und dann noch:
• ZTV-ING Teil 8, Abschnitt 3 1 (5).

schwimmende Lagerung

Die schwimmende Lagerung bietet einige unschlagbare Vorteile bei Bahnbrücken. Die Vorteile liegen in der wesentlich günstigeren Längskraftabtragung. Geregelt wird das in der RiL 804.3401 Abschn. 3 (2). Um diese Lagerung auszuführen, müssen aber einige Randbedingungen erfüllt sein:

• L<=30m, danach ist Schluss
• das Gleis muss mindestens 40m durchgehen (RiL 804.5101 Abschn. 2.2 (16)), s. dort auch Lagerschema
• alle bauartunabhängigen Nachweise müssen eingehalten sein

Für die Unterbauten des schwimmend gelagerten Überbaus ergibt sich die H-Last aus dem Bremsen / Anfahren nach RiL 804.5101 Abschn. 2.2 (16) aus einer Verschiebung des Überbaus um 4mm. Demzufolge muss man schon möglichst genau Angaben zu den Rückstellkräften der Elastomerlager haben.

Befestigungseinrichtungen und Unterfütterung von Lagerplatten

In der ZTV - ING werden die Mörtelfugen geregelt. Zwischen 15 mm und 50 mm Fugendicke ist das recht unkompliziert. Mehr als 50 mm sollten ohnehin nicht ausgeführt werden.

Literatur

Prof. Geißler Handbuch... S. 296 ff. sowie S. 1119

C:\Glossar\N\Normen\Deutsche Bahn\RiL-804\804-2015\804.5101_Brückenlager_mit_Markierungen.pdf