Torsionstragverhalten einzelliger Strassenbruecken in Betonbauweise und Systemberechnung auf Basis verbesserter Stabmodelle

Die aktuelle Entwicklung im Betonbrueckenbau sieht bei einzelligen Kastenquerschnitten zunehmend duennwandigere Querschnitte und mittlerweile in der Regel den gaenzlichen Entfall von zusaetzlichen Queraussteifungen zwischen den Lagerachsen vor. Damit ergeben sich bei Torsionsbelastung, primaer aus vertikalen Verkehrslasten, erhoehte Biegebeanspruchungen beziehungsweise Laengsnormalspannungen sigma x am Brueckenquerschnitt aus den Effekten der Woelbkrafttorsion und der Querschnittsverformung sowie aus erhoehter Querbiegebeanspruchung in den Querschnittswandungen aus der Querrahmenwirkung des Brueckenquerschnitts. Anhand von insgesamt vier repraesentativen Beispielen einer dreifeldrigen Balkenbruecke mit konstanter Bauhoehe und an die aktuellen Tendenzen angepassten sehr schlanken Querschnitten wird das komplexe Torsionstragverhalten exemplarisch dargestellt. Des Weiteren werden die Effekte aus Torsion fuer die unguenstigste Verkehrslaststellung des Innenstuetzbereichs dargestellt, wobei deren Auswirkungen dem Fall der alleinigen globalen Biegebeanspruchung am Brueckenquerschnitt gegenuebergestellt werden. Die Berechnung erfolgt dabei an einem raeumlichen FEM-Modell, wobei die einzelnen Querschnittswandungen mit Volumenelementen abgebildet werden. Ergaenzend wird ein verbessertes Stabmodell vorgestellt, das das vorliegende komplexe Torsionstragverhalten - einschliesslich der Querbiegebeanspruchung der Querschnittswandungen - mit fuer die Praxis hinreichender Genauigkeit abbilden kann. Die mit diesem Stabmodell ermittelten Beanspruchungen werden mit jenen des FEM-Modells verglichen. Die aus den Ergebnissen ableitbaren Auswirkungen auf die Bemessungspraxis werden dargestellt. (A) ABSTRACT IN ENGLISH: Up-to-date developments in the design of concrete bridges lead to thin-walled boxed sections and to the elimination of diaphragms between the bearings on abutments and piers. Therefore additional warping stresses Delta x appear due to torsional effects - primary as a result of vertical traffic loads. In addition, due to deformation of the individual sections, bending effects lead to bending moments and stresses Delta z in the section walls. On the basis of four representative examples for a continuous boxed girder bridge with three spans, constant depth and thin walled sections the complex torsional behavior will be shown. For the relevant bridge section near the internal bearings the stresses for the relevant traffic load case are presented and compared with the traditional design concept of ignoring warping and the effects of section deformation. The calculations were done on a three dimensional FEM model of the bridge, using volume elements for the individual thin walled sections. In addition a modified beam model (grillage model) is presented, which allows representing the complex torsional behaviour in a simplified form with sufficient accuracy for practice. The results based on these simple models are compared with those of the FEM model. Finally some conclusions are given for the design of single boxed girder bridges. (A)