Bemessung eines Vorbauschnabels aus Stahl für einen Brückenüberbau auf der Autobahn D35

Der Vorbauschnabel aus Stahl wurde für eine bestimmte Baustelle entworfen, wobei die mögliche spätere Verwendung an ähnlichen Strukturen berücksichtigt wurde. Die Konstruktion ist so ausgelegt, dass in Zukunft Maßänderungen möglich sind (z.B. Verkürzung des Vorbauschnabels durch Weglassen des mittleren Teils). Der Vorbauschnabel ist für die Befestigung am Betonprofil mit Spannstäben ausgelegt.

Statische Lösung des Vorbauschnabels

Der Brückenüberbau überspannt die Straße I/35 und den Mikuleč-Bach mit einer Spannweite von bis zu 62 m. Um einen effizienten Bauprozess zu gewährleisten, war es notwendig, einen Vorbauschnabel zu entwerfen, der eine sichere und kontrollierte Bewegung der Betonkonstruktion ermöglicht. Der Vorbau wurde als demontierbares Element konzipiert, das in seiner Länge an die jeweiligen baulichen Gegebenheiten angepasst und bei weiteren Projekten wiederverwendet werden kann.

Die Tragstruktur des Vorbauschnabels besteht aus zwei Hauptträgern, die durch einen räumlichen Verband verbunden sind, der eine ausreichende Steifigkeit des gesamten Systems gewährleistet. Die Verankerung der Nase an der Betonkastenstruktur wurde mit Hilfe von Spannstäben gelöst, bei deren Bemessung nicht nur die strukturellen Lasten, sondern auch die während des Vorbaus auftretenden dynamischen Effekte berücksichtigt werden mussten. Die maximale Last pro Ankerstab betrug 1567 kN, was eine sorgfältige Analyse des Materialverhaltens und der Interaktion zwischen den Stahl- und Betonelementen erforderte.

Berechnungsmodelle und ihre Bedeutung

Für die statische Analyse wurden mehrere Analysemodelle erstellt, alle im Statikprogramm RFEM von Dlubal Software.

Für die grundlegende Analyse der Struktur wurde ein räumliches Stabmodell erstellt. Alle Teile der Struktur (Vorbauschnabelträger, Quer- und Längsverbände) bestehen aus Stäben. Der segmentierte Querschnitt des Vorbauschnabels wurde in dem eigenständigen Programm DUENQ 8 erstellt und berücksichtigt alle Längssteifen und die variable Höhe des Trägers. Die Steifen sind starr mit dem Träger verbunden. Beide Träger sind am Anfang des Vorbauschnabels, am Anschluss an den Brückenkasten, punktförmig gelagert (eingespannt). Die Gesamtschnittgrößen des Trägers ergeben sich aus dem Modell.

Für eine detailliertere Analyse der Struktur wurde ein räumliches Wand-Träger-Modell erstellt. Die Trägerwand wurde mit einer Wand modelliert; alle anderen Teile der Struktur (Ober- und Untergurte, Quer- und Längssteifen des Trägers, Quer- und Längssteifen) wurden mit Stäben modelliert.

Die Steifen sind starr mit dem Träger verbunden. Beide Träger sind am Anfang des Vorbauschnabels, am Anschluss an den Brückenkasten, punktförmig gelagert (eingespannt). Alle Stabilitätsprobleme wurden am Modell gelöst und genauere nichtlineare Berechnungen wurden durchgeführt.

Wesentliche Schlussfolgerungen und Projektnutzen

Eine detaillierte numerische Analyse ermöglichte die Optimierung der Bemessung des Vorbauschnabels und die sichere Übertragung aller Lasten beim Vorbau des Überbaus. Die Stabilitätsanalyse zeigte, dass die anfänglichen Imperfektionen im oberen Flansch und in den Trägerwänden die Gesamtstabilität der Struktur erheblich beeinträchtigen können, was zu einer Optimierung der Form und Bemessung der einzelnen Elemente führte. Geometrisch nichtlineare Berechnungen lieferten ein genaueres Bild des Verhaltens des Schnabels beim Vorbau und ermöglichten die Identifizierung kritischer Punkte mit dem höchsten Risiko für lokale Verformungen.

Mithilfe fortschrittlicher Berechnungsmodelle konnte eine strukturelle Lösung entworfen werden, die nicht nur die Anforderungen an Sicherheit und Zuverlässigkeit erfüllt, sondern auch zur Effizienz und Wirtschaftlichkeit der Struktur beiträgt. Diese Analyse zeigt auch die wichtige Rolle, die moderne Berechnungssoftware bei der Planung komplexer technischer Strukturen und ihrer Optimierung für realistische Baubedingungen spielt.