Beton-Brückendesign mit AASHTO unter Verwendung von Detail

In Ländern, die nach AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials) arbeiten, wie den Vereinigten Staaten, von US-Projekten geprägten Regionen sowie Märkten, die US-Normen übernehmen (Lateinamerika, Naher Osten und Teile Asiens), müssen Tragwerksplaner strenge Anforderungen und Bemessungsmethoden für Verkehrsinfrastruktur einhalten. AASHTO stellt die Spezifikationen, Handbücher und Leitlinien bereit, die für die normkonforme Bemessung von Brücken, Autobahnen, Schienenbauwerken und Fundamenten erforderlich sind.

IDEA StatiCa integriert nun die AASHTO LRFD Bridge Design Specifications in seine Beton-Apps (Detail 3D und 2D). Damit haben Tragwerksplaner weltweit die Möglichkeit, Projekte in Multi-Code-Umgebungen durch flexibles Code-Switching und eine einheitliche Rechenmaschine zu bemessen.

Die AASHTO LRFD Bridge Design Specifications verwenden, wie andere Bemessungsnormen, die Strebe-und-Zugband-Methode für Bereiche, in denen die Balkentheorie nicht angewendet werden kann (Diskontinuitätsbereiche, auch D-Bereiche genannt). Die Detail-Anwendung aus dem IDEA StatiCa-Paket wird zur Bemessung dieser D-Bereiche mit dem Kompatiblen Spannungsfeldverfahren (CSFM) eingesetzt, das Spannungen und Dehnungen in Stahlbetonstruktur durch Durchsetzung von Gleichgewicht und Kompatibilität über die gesamte Struktur bestimmt.

Detail gibt die Spannungen, Dehnungen, Durchbiegungen und Risse in Stahlbetonstruktur unter aufgebrachten Lasten und Lastkombinationen aus. Auf Basis dieser Ergebnisse führt die Anwendung anschließend den Normnachweis der D-Bereiche unter Verwendung der in den jeweiligen Bemessungsnormen definierten Materialfaktoren durch.

Was ist aus AASHTO implementiert?

• Beispielprojekte: Eine Reihe von sofort einsatzbereiten Projektvorlagen, darunter Brückenrahmenknoten, Trägerenden, Brückenquerträger, Brückenwiederlager, Stützmauern und Pfeilerköpfe.

• Materialmodelle: Das CSFM-Modell erfordert definierte Materialverhaltenskurven, die in der Regel von jeder Bemessungsnorm festgelegt werden. In diesem Fall werden AASHTO-Materialmodelle für Beton und Stahlbewehrung verwendet. Weitere Details sind im theoretischen Hintergrund der Detail-Anwendung verfügbar.

• Spannung-Dehnung-Diagramme für die Gebrauchstauglichkeit: Lang- und Kurzzeiteffekte der Gebrauchstauglichkeit werden anhand der AASHTO-Formeln berücksichtigt. 

• Widerstandslastfaktoren (allgemeiner Ansatz für D-Bereiche): Sobald die Spannungen, Dehnungen und Durchbiegungen in Detail berechnet sind, vergleicht die Software diese mit der Festigkeit der Materialien, multipliziert mit einem Widerstandsfaktor. Durch die Verwendung der Normfaktoren unterstützt die Anwendung den Normnachweis der D-Bereiche gemäß AASHTO-Bestimmungen.
  • ϕ_c =0.7   Widerstandsfaktor für Beton - Artikel   5.5.4.2
  • ϕ_s =0.9   Widerstandsfaktor für Bewehrung - Artikel   5.5.4.2
  • ϕ_p =1.0   Widerstandsfaktor für Spannbewehrung - Artikel   5.5.4.2 ​
• Nachweise im Grenzzustand der Tragfähigkeit (Materialausnutzungsgrad, Verbundfestigkeit): Nach der Analyse der Spannungen im Beton, in der Bewehrung und in den Verankerungszonen bewertet die Software deren Ausnutzung durch Vergleich der Beanspruchung mit den entsprechenden Materialtragfähigkeiten.
  • Betonfestigkeit - f_c /f_c,lim
  • Bewehrungsfestigkeit - f_s /f_y,lim
  • Verankerung (Verbundschubspannung) - τ_b /f_bu 
• Nachweise im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit: Auf Basis der Analyseergebnisse bewertet die Software die Gebrauchstauglichkeit durch Überprüfung der Spannungsbegrenzung in vorgespannten Modellen, der Kurz- und Langzeitdurchbiegung sowie der Rissbreite.
  • Spannungsbegrenzung - σ_p /σ_p,lim 
  • Durchbiegung - u_z,tot 
  • Rissbreite -w /w_lim 

Die AASHTO LRFD Bridge Design Specifications enthalten ein Kapitel zur Verankerung in Beton (5.13 – Anker), das festlegt, dass nach AASHTO bemessene Anker den Bestimmungen von ACI 318 entsprechen müssen.

IDEA StatiCa Detail 3D ist eine Lösung für die Bemessung von Verankerungen und Stahlbetonstruktur, mit der Ingenieure analysieren, visualisieren und nachweisen können, wie Lasten von den Ankern durch den Stahlbeton übertragen werden. Weitere Informationen zu diesen Nachweisen finden Sie im folgenden Artikel: Vollständiger Normnachweis von Ankern und Betonblock in Detail 3D (ACI)

Zusammenfassung

Ab sofort können Tragwerksplaner, die Verkehrsinfrastrukturprojekte wie Brücken, verschiedene Bauwerke entlang von Autobahnen, Schienenwegen, öffentlichen Verkehrsmitteln und Fundamenten bemessen, IDEA StatiCa Detail nutzen, um Zeit zu sparen. Es ermöglicht ihnen, die Strebe-und-Zugband-Methode durch eine optimiertere Bemessung zu ersetzen. Hier sind die wichtigsten Gründe, warum Ingenieure bei ihren Projekten auf die IDEA StatiCa Detail-App vertrauen: 

1. Flexibilität bei der Modellierung beliebiger Geometrien: Modellieren Sie jeden D-Bereich, den Ihr Projekt erfordert, einschließlich individueller Bewehrung
2. Sichtbarkeit des Lastpfads: Visualisieren Sie den tatsächlichen Spannungsfluss in der Struktur unter Berücksichtigung von Stahlbeton
3. Konformität mit internationalen Normen: ACI, AASHTO, Eurocode
4. Berechnung von Durchbiegung und Rissbreite
5. Erstellen detaillierter Nachweisdokumente: Erzeugen Sie klare Dokumentation zur Unterstützung einer schnelleren Genehmigung

Erfahren Sie mehr über AASHTO-Normnachweise im theoretischen Hintergrund und erkunden Sie die in der Anwendung verfügbaren Beispielprojekte, um noch heute mit der Bemessung nach AASHTO zu beginnen.