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Dipl.-Ing. Winfried Neumann, Homertstr. 10, 58091 Hagen Fahrbahnübergänge 1

Übergangskonstruktionen

Systeme, technische Regeln, Bemessung, Anwendungsbeispiele, Schäden, Instandsetzungsmöglichkeiten

Seminar „Bauwerkserhaltung“ - Brückenausstattung -

02. Juli 2013


Systeme

Wasserdurchlässige Fahrbahnübergänge mit Entwässerung Rollverschluss Fingerübergang

Wasserdichte Fahrbahnübergänge mit direkt befahrenem Dichtungsprofil Fahrbahnübergang aus Asphalt nach ZTV-ING Teil 8, Abschnitt 2

Mattenübergang Wasserdichte Fahrbahnübergänge mit nicht direkt befahrenem Dichtungsprofil

Fahrbahnübergang mit einem Dichtungsprofil Fahrbahnübergang in Lamellenbauweise


Rollverschluss

• Plattendicke ≥ 50 mm mit verschleissfester Auftragsschweißung • Verschiebewege ≥ 800 mm

Quelle: RW – Solinger Hütte


Rollverschluss

Quelle: RW – Solinger Hütte


Auskragender Fingerübergang

• Fingerplatten t ≥ 50 mm • Schlitzbreite ≤ 45 mm • Finger II Bewegungsrichtung • Verschiebewege ≥ 200 mm

Dichtungsebene


Auskragender Fingerübergang

• Fingerplatten t ≥ 50 mm • Schlitzbreite ≤ 45 mm • Finger II Bewegungsrichtung • Verschiebewege ≥ 200 mm


Oberflächenbearbeitung


Aufliegender Fingerübergang

Quelle: mageba


Aufliegender Fingerübergang

• Führungselement mit Elastomer ummantelt • Sicherstellung der Vorspannung • Finger II Bewegungsrichtung • Verschiebewege ≤ 700 mm

VV

TENSAFLEX-Finger


TENSAFLEX-Finger


Systeme

Wasserdurchlässige Fahrbahnübergänge mit Entwässerung Rollverschluss Fingerübergang

Wasserdichte Fahrbahnübergänge mit direkt befahrenem Dichtungsprofil Fahrbahnübergang aus Asphalt nach ZTV-ING Teil 8, Abschnitt 2 Mattenübergang Wasserdichte Fahrbahnübergänge mit nicht direkt befahrenem Dichtungsprofil Fahrbahnübergang mit einem Dichtungsprofil Fahrbahnübergang in Lamellenbauweise


Fahrbahnübergang aus Asphalt nach ZTV-ING Teil 8, Abschnitt 2

• Dehnweg ≤ 25 mm • Stauchweg ≤ 12,5 mm


Fahrbahnübergang aus Asphalt Beschränkte Einsatzbedingungen


Mattenübergang Beispiel: RW Sollinger Hütte, Typ T

• Einvulkanisierte Randprofile • Dehnkörper aus Elastomer • Verschiebewege ≤ 260 mm • Zweiteilig ab > 130 mm


Mattenübergang Stog Typ 80 DB


Systeme Wasserdurchlässige Fahrbahnübergänge mit Entwässerung

Rollverschluss Fingerübergang

Wasserdichte Fahrbahnübergänge mit direkt befahrenem Dichtungsprofil

Fahrbahnübergang aus Asphalt nach ZTV-ING Teil 8, Abschnitt 2 Mattenübergang

Wasserdichte Fahrbahnübergänge mit nicht direkt befahrenem Dichtungsprofil

Fahrbahnübergang mit einem Dichtungsprofil Fahrbahnübergang in Lamellenbauweise


Fahrbahnübergang mit einem Dichtprofil Beispiel: Stalko, ST 75

• Ausführung nach Übe 1 • Verschiebewege ≤ 65 mm II ≤ 75 mm


Hybrid-Randprofil

( Lamelle in der Versuchsphase )


Fahrbahnübergang mit einem Dichtprofil, geräuschgemindert

• Verschiebewege ≤ 95 mm bzw. ≤ 105 mm

Quelle: Mageba

Dipl.-Ing. Winfried Neumann, Homertstr. 10, 58091 Hagen

Fahrbahnübergang mit einem Dichtprofil Wellenfuge

Fahrbahnübergänge 20

Quelle: Maurer Söhne


Fahrbahnübergang mit einem Dichtprofil Wellenfuge



Regelgeprüfte Fahrbahnübergänge in Lamellenbauweise

wahlweise mit/ohne Geräuschminderung

RW Sollinger Hütte, Typ WSG Mageba SA, Typ LR Maurer, Schwenktraversen Typ STW und Typ STP Maurer, Trägerrost-Dehnfuge Typ TRO


Fahrbahnübergang in Lamellenbauweise

• Lastabtragung: - Traversen - Scheren

• Steuerung der Spaltbreiten:

- Steuerfedern - Traversen ( sog. Zwangssteuerung ) - Scheren


Stalko Steuerung u. Lastabtragung über Scheren


• Querfestes Lager notwendig • Verschiebewege ≤ 520 mm (n=8) • Elastische Steuerung

Maurer, Trägerrost - Dehnfuge







Maurer, Schwenktraverse STP





- Verschiebewege ┴ ≤ 975mm (n = 15) - Zul. Abweichung von der Haupt- Bewegungsrichtung 15

- Zwangssteuerung


Maurer, Schwenktraverse STW

• Verschiebewege ≤ 520 mm (n=8) II ≤ 640 mm • Zwangssteuerung


Maurer, Schwenktraverse STW


RW Sollinger Hütte, Typ WSG


RW Sollinger Hütte, Typ WSG

Verschiebewege ┴ ≤ 975mm (n=15) Querfestes Lager Traversenabstand ≤ 2000mm Elastische Steuerung


Mageba, Typ LR

• Verschiebeweg ≤ 975 mm (n ≤ 15) • Bewegungsrichtung im Winkel bis 56° zur Fuge zulässig • Traversenabstand ≤ 1800 mm • Elastische Steuerung über Dichtprofile und Steuerfeder


Mageba, Typ LR


Stalko, Typ ST

Elastische Scherensteuerung mittig zwischen den Traversen


Gehwegsteuerung


Baustellenstoß der Lamellen


Geräuschmindernde Maßnahme Geschraubte Rautenelemente


Geräuschmindernde Maßnahme Geschweißte Rautenelemente


Trägerrostfuge mit Rautenelementen



Maßnahmen zur Geräuschminderung


Nachträgliche Ergänzung von Rautenelementen zur Geräuschminderung




Stützrippen im Belag


Stützrippen im Belag

Quelle: Mageba



Technische Regeln

ZTV-ING Teil 8 Regelungen für Fahrbahnübergänge nach Richtzeichnung Übe 1 TL/TP FÜ ( Fassung 2005 )

Neufassung in Bearbeitung auf Grundlage der ETAG


Vorgaben der ZTV-ING Teil 8 Abschnitt 1

• Lasten nach TL/TP FÜ • Entlastend wirkende Reibungskräfte unzulässig • Begrenzung der Spaltweite für die Dehnprofile auf 5 mm < s < 70mm • Konstruktive Festlegungen • Begrenzung der max. Spaltweite bei Fahrbahnübergängen mit einem

Dichtprofil auf 80 mm bei sogenannter elastischer Lagerung des Bauwerkes

• Begrenzung des/der Fugenspalte bei Konstuktionen mit Sinus-/ Rautenelementen auf max. 100 mm

• Beschränkung der Gefälleänderung auf 2 % • Reduzierung der Geräuschemission


ZTV-ING Teil 8, Abschnitt 2

Fahrbahnübergänge aus Asphalt • Begriffsbestimmungen • Anwendungen • Baugrundsätze • Baustoffe • Ausführung • Prüfungen • Abnahme • Gewährleistung • Abrechnung • Anhänge

- Beispielskizzen - Eigenüberwachungsprüfungen - Formblätter - Normen und sonstige Technische Regelwerke - Beispiel einer Verformungsberechnung für horizontale Verschiebungen


Regelungen für Fahrbahnübergänge nach Richtzeichnung Übe 1

Anforderungen nach ZTV-ING, Teil 8, Abschnitt 1, Pkt.5.1

ansonsten Sondermaßnahmen z.B. bei Instandsetzungsmaßnahmen

- Qualitätssicherung der Dichtprofile bzgl. Herst. und Einbau nach TL/TP FÜ

- Anforderungen an das Schweißpersonal

- Anforderungen hinsichtlich der Bewehrungsführung und Anordnung der Ankerschlaufen


Verankerung der Randprofile

HL

<70°

ZAnker >> HL

HL

>70°


TL/TP FÜ Technische Lieferbedingungen und Prüfvorschriften für wasserdichte Fahrbahnübergänge in Lamellenbauweise und Fingerübergänge mit

Entwässerung von Straßen- und Wegbrücken

Inhalt:

• Verfahren der Prüfung • Funktionsweise • Tragsicherheitsnachweis • Versuche • Nachweis der Dauerhaftigkeit und Funktion • Regelheft • Verwendung von Fahrbahnübergängen mit Regelprüfvermerk • Gütesicherung

Dipl.-Ing. Winfried Neumann, Homertstr. 10, 58091 Hagen Anwendungsbeispiele 55

Regelgeprüfte Fahrbahnübergänge

• Fahrbahnübergänge in Lamellenbauweise • Fahrbahnübergänge mit einem Dichtprofil und oben liegender

Geräuschminderung

Regelprüfung in Bearbeitung • Auskragende Fingerübergänge ( RW-Sollinger Hütte )

Typenstatik in Bearbeitung • Rollverschluss ( RW-Sollinger Hütte )


Regelgeprüfte Fahrbahnübergänge

• Lamellenübergänge • Übergänge mit einem Dichtprofil und Geräuschminderung


Regelgeprüfte Fahrbahnübergänge BASt-Liste ( nicht aktuell )


Abzufragende Kriterien bei der Anwendung regelgeprüfter Fahrbahnübergänge

• Neigung senkrecht zur Fuge • Neigung parallel zur Fuge • Lagerungskonzept der Brücke • Trassierung im Bereich des Fahrbahnüberganges • Abknickungen im Fugenverlauf • Winkel zwischen Fugenachse und Bewegungsrichtung • Einschränkungen in der Anwendung gemäß Angabe im Regelheft • Checkliste innerhalb des Regelheftes


Anforderungen an die Ausführungsunterlagen

• Tabellarischer Vergleich der Soll-Ist-Werte (Checkliste )

• Erklärung des Herstellers zur Einhaltung der Regelprüfung (Meldepflicht)

• Maßstabsgerechte Darstellung der Anschlussbauteile einschl. evt.

Besonderheiten zur Verankerung der Konstruktionselemente


Regelgeprüfte Fahrbahnübergänge ( Nachweise zur Tragfähigkeit u. Ermüdung sind erbracht )

• Traversenabstände • Lage der Stöße


Begrenzung der Konstruktionslänge für die Fahrbahnübergänge


Aussparungsmaße zur Aufnahme der Verankerungskonstruktion


Checkliste


Bemessung

Geometrische Bemessung Statische und dynamische Bemessung Bemessung der Anschlussteile


Geometrische Bemessung der Fahrbahnübergänge

Ermittlung der einwirkenden Bewegungen nach DIN-Fachbericht 101, Anhang O infolge: • Ständiger Lasten • Verkehrslasten • Temperaturschwankungen • Temperaturunterschiede zwischen Ober- und Unterkante Überbau

(Temperaturgradient) • Kriechen und Schwinden • Bremsen und Lagerreibung ( Kopfverschiebung des Festpfeilers

bzw. der Festpfeilergruppe ) • Verformungen der Unterbauten ( z.B. Erddruck ) • Einwirkungen aus Bergbau


Geometrische Bemessung der Fahrbahnübergänge

Horizontalbewegungen infolge Auflagerverdrehung

Vertikalbewegungen inf. Hebung des Tragwerks

Bewegungen inf. Längsneigung der Fahrbahn

Vertikalbewegungen inf. Auflagerverdrehung


Spaltweiten senkrecht zur Fuge

Regelungen gemäß ZTV-ING bzw. TL/TP FÜ Lamellenbauweise o. Geräuschminderung 5mm ≤ e ≤ 70mm Lamellenbauweise m. Geräuschminderung 5mm ≤ e ≤ 100mm FÜ nach Übe1 o. Geräuschminderung 5mm ≤ e ≤ 70mm bei elastischer Lagerung 5mm ≤ e ≤ 80mm m. Geräuschminderung 5mm ≤ e ≤ 100mm bei elastischer Lagerung 5mm ≤ e ≤ 110mm Fingerübergang Mindestübergreifungslänge ü ≥ 10mm Mindestspaltbreite e ≥ 5mm


Statische und dynamische Bemessung

• Radlasten

• Spaltweiten

• Steifigkeiten des Systems

• Eigenfrequenzen


Belastungsversuch 140 KN Radlast


Belastungsversuch 65 KN Radlast


Verteilung der Radlasten Nachweis der Tragsicherheit

28 kN

∑ Hq = 0,15 HL ∑ HL = 39 kN ∑ V = 140 kN

Lastverteilung 20,0% - 60% - 20,0% 200 KN-Achse 12,5% - 75% - 12,5% 100 KN-Achse

2 x 19,5 kN

84 kN 28 kN


Trägerrostsystem für Lamellenübergang Räumliches, hochgradig statisch unbestimmtes System mit

folgenden Variationen: 3 Verschiebungszuständen (min., mittlere u. max. Öffnung) 2 Lastgrößen (Tragfähigkeit u. Ermüdung) ? Laststellungen


Spaltbreiten, Statische Systeme

CV = f (Δ L)

CH1

CH2 = f (Δ L)

• Hochgradig statisch unbestimmt mit Variationsfaktoren: - Verschiebungen Δ L (n = 3) - Lasten (n = 2) - Federsteifigkeiten (n = 3) - Laststellungen (n = ?)


Nachweise gegen Materialermüdung

αV = 0,60 ; κ = - 0,3 αH = 0,25 ; κ = - 1,0

16,8 kN 2 x 4,9 kN

16,8 kN 50,4 kN


Stoßwirkung und Nachschwingverhalten

Belastung mit 100kN , v = 80 km/h

80 km/h

100 kN

100 kN

100 kN

1,5m 1,5m


Vergleich des dynamischen Verhaltens Finger- / Lamellenkonstruktionen

Mz,statisch 100%

Mz,statisch 100%

Finger 800mm

- L krag = 800mm / L e = 200mm / t = 120mm

- 1. Eigenfrequenz = 275 Hz (T = 0.00364 s)

- Dämpfungsdekrement 0.022 (1.EF)

[Versuch RW-SH]

- Radlast nach TL/TP FÜ - 90km/h

- = 1,35 / = -0,30

- Schadensakkumulation je Radüberfahrt: n ~ 3

=> für Dauerfestigkeit auslegen

Lamelle

- L = 7*1460mm

- 1. Eigenfrequenz = 129 Hz (T = 0.0078 s)

(vertikal)

- Dämpfungsdekrement 0.05 (alle EF)

[Dr. Pattis: Werratalbrücke Dv = 0,071]

- Radlast nach TL/TP FÜ - 90km/h

- = 1,41 / = -0,24

- Schadensakkumulation je Radüberfahrt: n ~ 1+1


Abhängigkeit Lastspielzahl/ Schwingbreite

gE ≈ 1,25


Verbindungsstück Lamelle/Traverse Entwicklungsschritte


Lamellenübergang mit geschweißten Sinusblechen


Bemessung der Anschlussbauteile


ETAG Harmonisierung der europäischen

Bemessungsvorschriften • Umstellung der Bemessungsvorschriften unter

Berücksichtigung von Teilsicherheitsbeiwerten • Änderung der Radlasten von 140 KN auf 150 KN • Änderung der Radaufstandsfläche von

200 mm x 600 mm auf 400 mm x 400 mm (ursprünglicher Vorschlag)

• Radlastverteilung auf theoretischer Grundlage ohne Berücksichtigung der Eigensteifigkeit des Reifens


Versuch zur Bestimmung der Latschflächen

Ersatzfläche 43,5 x 19,6 cm²


Vergleich der Beanspruchungen TL/TP FÜ - ETAG


Gegenüberstellung der Vergleichswerte ETAG zur TL/TP FÜ - vertikale Einwirkungen -

Empfehlungen: • Berücksichtigung lokaler Spannungsspitzen

1: Fingerübergang, frei auskragend, rautenförmig 2: Fingerübergang, frei auskragend 3: FÜ in Lamellenbauweise 4: FÜ in Lamellenbauweise, geräuschgem., Spaltbr. 70mm 5: FÜ in Lamellenbauweise, geräuschgem., Spaltbr. 100mm

0

20

40

60

80

100

120

140

160

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44

[%]

ETAG ULS

1 2a 3 4 52b 6 7 8


-101030507090

110130150170190210230250270290310330350

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 111213 141516 171819 202122 232425 262728 293031 323334 353637 383940 414243 44

[%] ETAG proposal 250/100/250 x 300

# ULS

1 2a 3 4 52b 6 7 8

not relevant for final

Gegenüberstellung der Vergleichswerte ETAG,mod zur TL/TP FÜ - vertikale Einwirkungen -

1: Fingerübergang, frei auskragend, rautenförmig 2: Fingerübergang, frei auskragend 3: FÜ in Lamellenbauweise 4: FÜ in Lamellenbauweise, geräuschgem., Spaltbr. 70mm 5: FÜ in Lamellenbauweise, geräuschgem., Spaltbr. 100mm


Besonderheiten bei der Ermittlung der

Einwirkungen bei Fahrbahnübergängen



DTN DT0

DDT0

u1 u1

u1 = 1 * hu

u2 = 2* ho

hu

u1 u2

u2 = 2* ho

hu

u1 u2 uFÜ

UFÜ

uLag

UZ



Horizontalbewegung infolge Auflagerverdrehung

( Bauwerke mit großer Bauhöhe )

Beispiel: längsfestes Lager



Vertikalbewegung infolge Auflagerverdrehung

( Bauwerke mit großem Überstand )

Beispiel: längsfestes Lager



Vertikalbewegung infolge Längsneigung der Fahrbahn

( Bauwerke mit großer Längsneigung )



Vertikalbewegung infolge Anheben des Überbaues ( Lagerwechsel )



Vertikalbewegung infolge lastbedingter Durchbiegung des Endquerträgers

Beschränkung nach ZTV-ING auf ≤ 5mm



Lagerungsbedingte Verschiebungen in Fugenachse

Überbaukrümmung und Enddrehwinkel um die lotrechte Achse

uq



Bewegungskapazität der Fingerübergänge in Längsrichtung der Fuge



Zulässige Spaltweiten für die regelgeprüften Lamellenübergänge ohne obenliegende

Geräuschminderung



Bewegungskapazität bei Lamellenübergängen in Längsrichtung der

Fuge


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