G integrale Brücken

Begriffsbestimmung

typischer Stahlverbundquerschnitt

Unter integralen Brücken versteht man solche Bauwerke, bei denen der Überbau mit allen Unterbauten monolithisch verbunden ist. Es gibt also weder Lager noch Fugen.

Bei semiintegralen Bauwerken sind überlichweise nur die Pfeiler, nicht aber die Widerlager, monolitisch mit dem Überbau verbunden. Diese Brücken werden sowohl Straßen- als auch im Bahnbrückenbau eingesetzt. Auch Fußgängerbrücken kann man integral gestalten...gibt aber kaum Sinn.

Literatur und Norm

• Roman Geier; integrale Brücken
• Schiefer, Fuchs, Brandt, Maggauer, Egerer; Besonderheiten beim Entwurf semi-integraler Spannbetonbrücken, Sonderdruck Beton- und Stahlbetonbau, Heft 10-2006
• Dr. M. Fuchs; Massivbaukolloquium WS 2009/10, Autobahndirektion Nordbayern, Besonderheiten beim Entwurf (semi-) integraler Straßenbrücken
• RWTH Aachen University: Handbuch INTAB - Wirtschaftliche und dauerhafte Bemessung von Verbundbrücken mit Integralen Widerlagern
• Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur: Richtlinien für den Entwurf, die konstruktive Ausbildung und Ausstattung von Ingenieurbauten RE-ING Teil 2 Brücken Abschnitt 5 Integrale Bauwerke - 2017
• RiL 804.4501

Details

Bodengutachten

Das Bodengutachten (geotechnischer Entwurfsbericht) legt die geotechnische Kategorie des Bauwerks fest. Integrale Brücken sollten der geotechnischen Kategorie 2 zugeordnet werden. Entsprechend der "Richtlinien für den Entwurf und die Ausbildung von Ingenieurbauwerken RE-ING Teil XX Ingenieurbau Abschnitt XX Integrale Bauwerke (Entwurf 15.04.2011)" Abschn. 2.2, sind durch den Bodengutachter untere, obere und mittlere Bodensteifigkeiten anzugeben. Vor allem muss der Gutachter aber auch wissen, dass er ein Gutachten für eine integrale Brücke zu erarbeiten hat! 🙄

Lasten

Die Besonderheit integraler Brücken ist der Zusammenhang von Temperaturlasten und Erddrücken. Auch die Abtragung der Horizontallasten über alle Gründungen ist ein Spezifikum dieser Brückentypen.

Temperaturlasten

Ein möglicher Lastansatz für die Temperaturbeanspruchung findet sich in der ZTV-ING Teil 5 Abschn. 2 Kap. 3.2.6.

Temperatur

Erddrücke

Bei integralen Brücken werden die sich einstellenden Erddrücke der jeweiligen Jahreszeit zugeordnet. s.a. "Richtlinien... Abschn. 3.2 In der Sommerzeit stellt sich "mobilisierte Erddruck" ein, im Winter soll nur der halbe aktive Erddruck angesetzt werden. Weiterhin muss auch der Erdruhedruck untersucht werden. Dabei ist zwischen Widerlagerwand und Flügeln zu unterscheiden.

Die Umsetzung erfolgt über drei Lastfälle:

1. Erwärmung und mobilisierter passiver Erddruck

2. nur Erdruhedruck sowie

3. Abkühlung und halber aktiver Erddruck

Diese drei Lastfälle werden einer Einwirkung "ERDT" zugewiesen. Für die Überlagerung gilt die Regel "alex".

Nur wenn die Gründung relativ nachgiebig ist, treten auch nennenswerte Unterschiede (der Verformungen) zwischen den drei Varianten auf.

Konstruktionsdetails

Gelegentlich ist es vorteilhaft, den Pfahlkopf gelenkig (Betongelenk) mit dem Widerlager zu verbinden. Die Details sind zwar etwas unüblich, aber es lässt sich realistisch umsetzen.(s. Handbuch INTAB)

Die Ortbetonplatte der Stahlverbundfahrbahn sollte wenigstens 25cm dick sein (s. RE-ING "Integrale Bauwerke" Abschn. 4.3.1).

In der ZTV-ING werden im Teil 8, Abschn. 3, Kapitel 3 ungeschützte Betongelenke behandelt. Diese sind im Erdreich bzw. in korrosionsgefährdeten Bereichen nicht zulässig.

Dann muss es eben Edelstahl sein: aber Vorsicht, so teure Eisen bekommen ganz schnell flicke Füße!

Berechnung

Vorgehensweise

Hier ist es erforderlich, eine Grenzwertbetrachtung der Baugrundsteifigkeiten (Parametrisierung) durchzuführen. Wesentlich sind neben den horizontalen Verkehrslasten die Zwangsschnittgrößen. Dazu muss man sich im Vorfeld mit dem Prüfingenieur verständigen. Vor allem muss aber der Bodengutachter die dazu erforderlichen Werte liefern.

Falls der AG den Schwierigkeitsgrad einer solchen Planung nicht erkennt bzw. honoriert, so sind die Probleme vorprogrammiert. Dann lässt man an besten die Finger von dem Projekt. Der Auftrag für die Begutachtung der Mängel kommt später? Auch hier genügt es, die Anschnittmomente nachzuweisen.

Umsetzung mit der SOFiSTiK

In der SOFiSTiK gibt es mehrer Möglichkeiten, die unterschiedlichen Bettungen zu berücksichtigen:

Variante 1

Im Modul SOFiMSHC kann man nach einem "STEU RSET" über negative Nummer der Strukturflächen (oder über PROP) die Bettung dieser Strukturflächen ändern.

Variante 2

Wie man das im SOFiMSHA macht:

kopf Modifizierung der Bettung mit prop und mod syst rest steu rest 2 let#bohr 2 stab prop np #bohr mod typ stab von 110001 bis 110296 delt 1 ende

Variante 3

Im AQUA kann man über bmat Bettungen (auch ganz raffiniert) definieren. Diese Variante scheidet hier aber aus.

Variante 4

Die Vorzugsvariante besteht darin, über den Satz GRUP und FAKB im Modul ASE die Bettungen bei der Ermittlung der Schnittgrößen zu modifizieren. Das geht auch bei Pfahlbettungen.