Tragverhalten längsversteifter Blechträger unter quergerichteter Krafteinleitung

Abstract

Beim Längseinschieben von Stahl- und Stahlverbundbrücken treten insbesondere am vordersten Verschublager hohe Auflägerkräfte auf, die als quergerichtete Kräfte in die Trägerstegbleche einzuleiten sind. In vielen Fällen wird der Nachweis der Tragfähigkeit für diese quergerichtete Krafteinleitung bemessungsrelevant, so dass die für den Endzustand dimensionierten Querschnitte für diesen Montagelastfall zu verstärken sind. Infolge des sich beim Einschubvorgang ständig verändernden Angriffspunkts der Krafteinleitung kann allerdings keine örtliche Verstärkung mittels Quersteifen durchgeführt werden, so dass sich hier die Verstärkung mittels Längssteifen anbietet.

Die bisherigen Untersuchungen zum Tragverhalten längsversteifter Blechträger unter quergerichteter Krafteinleitung beschränken sich vorwiegend auf kurze Krafteinleitungslängen und offene Längssteifenquerschnitte, während dagegen für das Längseinschieben von Stahl- und Stahlverbundbrücken große Krafteinleitungslängen sowie die heutzutage gebräuchlichen geschlossenen Längssteifenquerschnitte mit hoher Torsionssteifigkeit kennzeichnend sind.

Diese Arbeit hat zum Ziel das Tragverhalten längsversteifter Blechträger unter quergerichteter Krafteinleitung umfassend zu untersuchen, insbesondere hinsichtlich großer Krafteinleitungslängen und geschlossener Längssteifenquerschnitte. Dazu werden die bisherigen experimentellen und theoretischen Untersuchungen analysiert und der Parameterbereich bekannter Versuche gezielt mit ergänzenden experimentellen Untersuchungen erweitert. Ein numerisches Modell auf Grundlage der Methode der Finiten Elemente wird anhand der Versuchsergebnisse verifiziert, um darauf aufbauend den Einfluss weiterer Parametervariationen zu untersuchen. Mithilfe umfangreicher numerischer Untersuchungen wird ein Bemessungsvorschlag entwickelt, mit dem - unter Berücksichtigung des Stabilitätsverhaltens der Einzelfelder und der Längssteifen - eine zutreffende Beschreibung der Beanspruchbarkeiten für die quergerichtete Krafteinleitung ermöglicht wird.

During the longitudinal launching of steel and composite bridges large support reactions occur at the foremost launching device, which have to be introduced into the webs of the steel girders. This load introduction into the webs often becomes relevant for the design of the slender web plates, so that the cross section, designed for the final state, has to be strengthened for this temporary load situation. As the position of the load introduction changes continuously during the launching of the bridge, transverse stiffeners cannot be used efficiently for the strengthening of the girders, therefore strengthening by means of longitudinal stiffeners is appropriate.

The present investigations on the behaviour of patch loaded longitudinally stiffened plate girders are predominantly focussed on short loading lengths and open section stiffeners, whereby the construction of steel and composite bridges by means of launching is characterised by large loading lengths as well as by closed section stiffeners with a high torsional rigidity.

The aim of this work is to study thoroughly the behaviour of longitudinally stiffened plate girders subjected to patch loading, especially under consideration of large loading lengths and closed section stiffeners. For this purpose, firstly the existing experimental and theoretical research is analysed and thereafter additional experimental investigations are used to extend the parameter range of the existing results. A numerical model by means of Finite Elements is verified on the basis of test results, to study subsequently the influence of the variation of the main parameters. A design approach is developed on the basis of extensive numerical investigations, which allows an appropriate determination of the resistance of patch loaded plated structures under consideration of the stability phenomena of the individual subpanels and the longitudinal stiffener.