Projektbeschreibung
Das Projekt umfasste die Bewertung eines bestehenden Rohrbrückensegments im Hinblick auf seine Tragfähigkeit unter aktuellen Betriebseinwirkungen.
Die Rohrbrücke weist eine Gesamtlänge von über 100 m auf. Aufgrund der modularen Wiederholung war die detaillierte Untersuchung eines repräsentativen Segments ausreichend.
Da keine Planunterlagen vorhanden waren, wurden geometrische und materialtechnische Grundlagen durch Bestandsuntersuchungen ermittelt:
- 3D-Laserscan zur Erfassung der Ist-Geometrie
- Bewehrungsscanner zur Lokalisierung und Abschätzung der Bewehrungsführung
- Rückprallhammer zur Abschätzung der Beton-Druckfestigkeit
- Einstufung der Bewehrungsstahlqualität auf Grundlage der zur Bauzeit gültigen Normen, vergleichbarer Bauwerke sowie ingenieurmäßiger Erfahrung
Auf dieser Basis wurde ein globales 3D-Modell in AxisVM erstellt.
Durch die Kombination von Scantechnologie und IDEA StatiCa konnten wir unsere Analyse mit bemerkenswerter Genauigkeit auf eine nicht dokumentierte Struktur übertragen. Trotz des Fehlens von Originalzeichnungen konnten wir die Tragfähigkeit der Bewehrung sicher beurteilen.
Dávid Sadrinia
Hochbauingenieur – BASE-Engineer Kft.
Ingenieurtechnische Herausforderungen
Das Tragwerk besteht aus vorgefertigten, vorgespannten Stahlbeton-T-Trägern, die auf Stützen lagern. Die Stützen sind in Köcherfundamente eingebettet und werden über monolithische Blockfundamente gegründet.
Ein zentrales Element ist eine mittig angeordnete Vierendeel-Stütze. Diese gewährleistet die Längsaussteifung des Systems und nimmt horizontale Einwirkungen aus Rohrleitungsbewegungen sowie aus Umwelteinwirkungen auf.
Die übrigen Stützen wirken in Längsrichtung als gelenkige Auflager und werden über das zentrale, aussteifende Element stabilisiert.
Tragverhalten
Querrichtung
Sowohl die eingespannten als auch die gelenkig gelagerten Stützen verhalten sich in Querrichtung als Kragstützen mit Einspannung im Fundament.
Die Möglichkeit, Schnittgrößen aus globalen Modellen zu extrahieren und direkt in IDEA StatiCa anzuwenden, gab uns ein zuverlässiges Mittel an die Hand, um das örtliche Verhalten zu beurteilen, wo Stabelemente versagen. In diesem Fall konnten wir die Scherübertragung durch die Querelemente einer Vierendeel-Stütze nachweisen, was mit herkömmlichen Werkzeugen und der Balkentheorie nicht möglich war.
Dávid Sadrinia
Hochbauingenieur – BASE-Engineer Kft.
Längsrichtung
Die gelenkig angeschlossenen Stützen können näherungsweise als unten eingespannte Stützen mit horizontaler Abstützung am Kopf modelliert werden.
Die Vierendeel-Stütze wurde alternativ als Kragstütze oder als vertikales Rahmenelement zwischen den Trägern abgebildet.
Thermische Längenänderungen waren aufgrund der gemischten Lagerungsbedingungen vernachlässigbar.
Während die Anforderungen unter Querwind eingehalten wurden, stellten horizontale Längskräfte eine maßgebende Beanspruchung dar. Diese führten zu komplexen Schubübertragungsmechanismen innerhalb der Träger, die mit konventionellen Stabelement-Modellen nicht zutreffend erfasst werden konnten.
Modellierung und Nachweis
Die Hüllkurve der Schnittgrößen aus dem globalen Modell ergab die maßgebende Lastkombination. Diese Schnittgrößen wurden in IDEA StatiCa Detail überführt, um das lokale Tragverhalten realitätsnah zu untersuchen.
Die Topologie-Optimierung von IDEA StatiCa bot eine schnelle, intuitive Möglichkeit, unsere Annahmen bezüglich der Verstrebungen und Verankerungen zu überprüfen, insbesondere angesichts der Tiefe der Verbindungsbalken. Sie ersparte uns stundenlanges manuelles Modellieren und ermöglichte es, den Längslastpfad und die Angemessenheit der Stützen mit Präzision zu bestätigen.
Dávid Sadrinia
Hochbauingenieur – BASE-Engineer Kft.
Zur Abbildung der inneren Kraftverteilung in den Verbindungsträgern wurde ein Zug-/ Druckstrebenmodell gewählt, da dieses für diskontinuierliche Bereiche (D-Bereiche) gemäß EN 1992-1-1 geeignet ist.
Eine manuelle Entwicklung eines solchen Modells wäre aufgrund der komplexen Kraftpfade sehr aufwendig und fehleranfällig gewesen. Daher wurde die Topologie-Optimierung eingesetzt, um wahrscheinliche Druck- und Zugpfade zu identifizieren und den Kraftfluss zu visualisieren.
Die ermittelte Topologie bestätigte die erwartete Kraftumlagerung. Anschließend wurde die tatsächlich vorhandene Bewehrung in das Modell eingebracht und im Grenzzustand der Tragfähigkeit überprüft.
Zusätzlich wurden Betonspannungen, Bewehrungsspannungen, Rissbreiten sowie Verformungen im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit bewertet.
Ergebnisse
Die Nachweise zeigten, dass die Tragfähigkeit der eingespannten Vierendeel-Stütze bei vorhandener Detaillierung ausreichend ist.
Die Detailanalyse ergab zudem signifikante Unterschiede im Verformungsverhalten gegenüber vereinfachten Stabmodellen, was für die Beurteilung der Gebrauchstauglichkeit von Bedeutung war.
Durch die Kombination aus globaler Systemanalyse und lokaler Untersuchung mit IDEA StatiCa Detail konnte der Längskraftabtrag im System nachvollziehbar dargestellt und die Tragfähigkeit des maßgebenden Elements nachgewiesen werden.
Dieser Fall bestätigte erneut die Leistungsfähigkeit der Software bei der Bewältigung von Nachrüstungsproblemen in der Praxis, insbesondere wenn Standardwerkzeuge nicht die volle Aussagekraft haben. Die nachgewiesene Kapazität der Vierendeel-Säule und die Visualisierung des internen Kraftflusses verschafften uns Klarheit, die wir sonst nicht erreicht hätten.
Dávid Sadrinia
Hochbauingenieur – BASE-Engineer Kft.
Über BASE-Engineer Kft.
BASE-Engineer Kft. mit Sitz in Pécs, Ungarn, ist auf die Tragwerksplanung von großen Industrieanlagen sowie von Wohn- und Geschäftsgebäuden spezialisiert. Das Unternehmen kombiniert traditionelle Ingenieurserfahrung mit modernsten digitalen Werkzeugen, um technisch solide und konstruktive Lösungen zu liefern. Weitere Informationen finden Sie unter base.hu.
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