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TU Berlin

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Forschungsgebiete

Sicherheitskonzepte für hybride Konstruktionen

a) Durchbiegung und b) Dehnungszustand eines Verbundträgers abhängig von der Nachgiebigkeit der Verbundfuge
Lupe [1]

Förderung durch DFG
Im Bauwesen ist seit einigen Jahren ein Trend zu hybriden Konstruktionen vorhanden. Diese bestehen aus verschiedenen, auf die Belastung abgestimmten Materialien. Bisher wird das Sicherheitsniveau durch die Wahl von Sicherheitsbeiwerten für die unabhängige Tragwirkung der einzelnen Materialien erreicht. Da aber Spannungszustände und Versagensmodi stark mit der Kombination der verwendeten Verbundmaterialien innerhalb des Bauteils und insbesondere den Eigenschaften der Verbundfuge (nachgiebig oder starr) zusammenhängen, wird ein für hybride Konstruktionen allgemeingültiges Sicherheitskonzept entwickelt. In Zusammenarbeit mit der TU Kaiserslautern werden ergänzend mit Hilfe von Push-Out- und Verbundträgerversuchen die komplexen FE-Modelle für Verbundträger kalibriert. Mit den so gewonnen Daten werden probabilistische Berechnungen durchgeführt und die Bemessungswerte bestimmt. Es werden die Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit und Tragfähigkeit (elastisch bzw. plastisch) betrachtet.

Ansprechpartner
Gregor Korpas, M.Sc. [2]

Rissbreitenerfassung bei durchlaufenden Verbundträgern mit Teil- und Ganzfertigteilen

Lupe [3]
Lupe [4]

Förderung durch AiF
Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines geeigneten Modells zur Erfassung der Rissbreiten durchlaufender Verbundträger mit Teil-und Ganzfertigteilen. Die Verwendung von Fertigteilen bei Stahlverbundträgern führt aufgrund der werksseitigen Herstellung und der Trennung der Bauvorgänge zur Verbesserung von Qualität und Materialeigenschaften sowie zur Verringerung der Bauzeiten und Baukosten. Es gibt bisher keine allgemein gültigen Untersuchungen, ob und in welcher Form sich die Fertigteilbauweise im Innenstützenbereich insbesondere an den Querfugen hinsichtlich der Gebrauchstauglichkeit unterscheidet und ob die Rissbildung mit den heute üblichen Rechenmodellen ausreichend sicher beschrieben werden kann. Ausgehend von Großversuchen an Verbundträgern und unter Anwendung von Bauwerksmessungen sollen die bekannten Rechenansätze für Verbundträger mit reinem Ortbetongurt erweitert und für Verbundträger mit beliebiger Ausbildung des Betongurtes verallgemeinert und als praxistauglicher Bemessungsvorschlag formuliert werden.

Dr. Mathias Mager Kontakt [5]

Probabilistische Lebensdauervorhersage von Schweißverbindungen

Lupe [6]

Förderung durch DFG
Die rechnerische Ermüdungsanalyse hängt nicht nur stark von der Streuung der (für Einstufenbeanspruchungen ermittelten) Wöhlerlinie, sondern insbesondere auch von der Schadensakkumulationshypothese ab. Für Konstruktionen des Bauingenieurwesens ist jedoch die Betrachtung von Mehrstufenbeanspruchungen besonders wichtig. Die Konstruktionen werden durch Kollektive beansprucht, deren Höchstwerte häufig nur wenig oberhalb der Dauerfestigkeit liegen und deren Lasten in unbekannter Abfolge auftreten.

Experimentelle Ergebnisse zu Lebensdauer und Dauerfestigkeit sind für eine solche Beanspruchung in Datensammlungen kaum zu finden, hier aber von besonderem Interesse. Die hohen ertragbaren Lastwechsel bei derartigen Kollektiven führen zu sehr langen Versuchsdauern und damit einem großen Aufwand. Die aktuell durchgeführten Betriebsfestigkeitsversuche repräsentieren die umfangreichen Charakteristika ermüdungsgefährdeter Baukonstruktionen (z.B. Straßen-/Eisenbahnbrücken, Windenergieanlagen).

Eine lineare Schadensakkumulation, z. B. Miner-original, kann bei niedrigen Kollektivhöchstwerten zu großen Unsicherheiten und einer geringen Treffsicherheit führen. Mit den experimentell ermittelten Lebensdauerwerten wird die Treffsicherheit von Lebensdauervorhersagen analysiert und systematisch ausgewertet.

Ansprechpartner
Raphael Erlemann, M.Sc. [7]

Windingenieurwesen - Winderregte Querschwingungen

Lupe [8]

Finanzierung durch individuelle Bauherren
Anhand von Windkanalversuchen und Bauwerksmessungen wird das Schwingungsverhalten schlanker windbeanspruchter Bauteile untersucht. Im Mittelpunkt stehen dabei winderregte Querschwingungen von schlanken Zugstäben, wobei insbesondere Dämpfung und Normal- bzw. Vorspannkräfte einer vertieften Betrachtung unterzogen werden. Diese Untersuchungen sind insbersondere für große Brücken mit entsprechend langen Hängern aufgrund ihrer ungünstigen dynamischen Eigenschaften relevant.
Ansprechpartner
Prof. Dr.-Ing. Karsten Geißler [9]            

Modifizierte Nachweisführung bei der Nachrechnung bestehender Brücken durch Bauwerksmonitoring

Lupe [10]

Förderung teilweise durch HBM
Die wirtschaftliche Bedeutung realitätsnaher Erkenntnisse zur Sicherheit bzw. Dauerhaftigkeit des Brückenbestandes ist als sehr hoch einzuschätzen. Aus Kostengründen ist es nicht möglich, alle älteren bzw. nicht mehr ausreichend tragfähigen Straßen- als auch Eisenbahnbrücken kurzfristig zu erneuern. Durch Bauwerksmessungen an Brückenbauwerken werden Stahl- und Betondehnungen bzw. Rissbewegungen unter laufendem Verkehr sowie Querschnittstemperaturen über einen längeren Zeitraum aufgezeichnet, was für eine realitätsnahe Bewertung der Beanspruchungen sehr hilfreich ist. Dadurch stehen zusätzliche Informationen zur Verfügung, die eine genauere Bewertung des Bauwerks ermöglichen und im Sicherheitskonzept berücksichtigt werden sollten. Allerdings sind die für den Neubau zu berücksichtigenden Sicherheitselemente für die Bewertung viel zu weit auf der sicheren Seite. Durch messtechnisch abgesicherte und probabilistisch begründete modifizierte Sicherheitselemente sowie objektspezifische Anpassungsfaktoren für das Lastmodell können deutliche rechnerische Reserven in den meisten Bauwerken aufgedeckt werden.

Ansprechpartner
Dipl.-Ing. Nico Steffens [11]      

Verkehrslastbeanspruchungen für Brücken im Zuge von Autobahnen, Bundesstraßen und kommunalen Straßen

Extremwertverteilungen der Verkehrsbeanspruchung
Lupe [12]
Zufällige Verkehrsbänder zur Simulation der Einwirkungen
Lupe [13]
Hohlkastenbrücke
Lupe [14]

Förderung durch verschiedene Baulastträger und AiF

Die Verkehrsstärke im kommunalen Bereich liegt heute und in den Prognosen für 2050 weitaus unter der des überregionalen Bereichs. Dennoch liefert die aktuelle "Richtlinie zur Nachrechnung von Straßenbrücken im Bestand" nur unzureichende Lastmodelle für schwach befahrene Straßen.

Zur Ermittlung realistischer Verkehrslasten wird der Verkehrsstrom einer Brücke über einen ausreichend langen Zeitraum simuliert. Grundlagen der Simulation sind probabilistische Größen, wie etwa zur Abbildung der Fahrzeugkollektive, der Stauwahrscheinlichkeit und des Überholverkehrs. Aus den Ergebnissen lassen sich Extremwertverteilungen und daraus Bemessungslasten über die voraussichtliche Nutzungsdauer der Brücke ableiten.

Mit den zumeist günstigeren Bemessungslasten soll künftig ein gezielterer Einsatz der Investitionsmittel für den Bereich der Straßenbrücken erreicht werden.


Ansprechpartner
Josef Karl Kraus, M.Sc. [15]

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