Einfluss temporärer Lehrgerüste auf Biegemomentverläufe bei Verbundtragwerken

Einleitung

Es stellt sich die Frage, warum das Biegemoment am Zwischenauflager beim Verbinden zweier Fertigteilträger durch eine Ortbetonplatte und Querträger so rasch ansteigt. Das erwartete Verhalten war, dass das Biegemoment am Zwischenauflager erst nach einiger Zeit infolge von Kriechen des Betons auftritt, jedoch nicht unmittelbar nach dem Verbund der Fertigteilträger mit den Ortbetonteilen. Betrachten wir dieses Problem genauer und berücksichtigen die verschiedenen Anordnungen temporärer Lehrgerüste sowie deren Einfluss auf die Verteilung der Schnittgrößen.

Beschreibung der Struktur

Um das Auftreten hoher Biegemomente am Auflager eines Durchlaufträgers zu erklären, wurden zwei Fälle in der Software IDEA StatiCa Beam und midas Civil analysiert. Betrachtet werden zwei Fertigteilträger im Verbund mit einer Ortbeton-Stahlbetonplatte und einem Querträger am Auflager. Die Betonklasse ist für beide Teile des Verbundquerschnitts identisch: C45/55. Die Querschnittsformen sind wie folgt:

Verbundquerschnitt:

Querträger am Auflager:

Das statische System ändert sich im Laufe der Zeit. Für jeden Fall wird eine unterschiedliche Lehrgerüstanordnung betrachtet. Der Bauprozess ist jedoch identisch: Herstellung der Fertigteilträger, Lagerplatz, Montage der Fertigteilträger auf den temporären Lehrgerüsten auf der Baustelle und anschließender Verbund mit der Ortbetonplatte und dem Querträger. Die Position der Endauflager ist für beide Fälle gleich, ebenso wie die Lastgeschichte.

Die Lastgeschichte für beide Fälle:

Bauphasen für Fall A (temporäre Lehrgerüste beim Betonieren der Platte):

Bauphasen für Fall B (ohne zusätzliche temporäre Lehrgerüste beim Betonieren der Platte):

Vergleich von midas Civil & IDEA StatiCa Beam

Beim Vergleich wurden insbesondere die Biegemomente am Auflager und in Feldmitte für die jeweilige Bauphase beider Fälle untersucht.

Fall A

Bauphase 3: 

Fertigteilträger auf temporären Lehrgerüsten gelagert, belastet durch Eigengewicht und Frischbeton der Stahlbetonplatte, einschließlich Kriechen und Schwinden. 

Biegemomentenverlauf – IDEA StatiCa Beam

Biegemomentenverlauf – midas Civil

Bauphase 4: 

Fertigteilträger sind mit der Platte verbunden, der Verbundquerschnitt trägt nur das Eigengewicht ab, Endzustand der Auflager, einschließlich Kriechen und Schwinden.

Biegemomentenverlauf – IDEA StatiCa Beam

Biegemomentenverlauf – midas Civil

Bauphase 6: 

Struktur zum Zeitpunkt 100 Jahre, belastet durch Eigengewicht, einschließlich Kriechen und Schwinden.

Biegemomentenverlauf – IDEA StatiCa Beam

Biegemomentenverlauf – midas Civil

Fall B

Bauphase 3: 

Der Fertigteilträger ist auf den Endauflagern gelagert, belastet durch Eigengewicht und Frischbeton der Stahlbetonplatte, einschließlich Kriechen und Schwinden. 

Biegemomentenverlauf – IDEA StatiCa Beam

Biegemomentenverlauf – midas Civil

Bauphase 4: 

Fertigteilträger sind mit der Platte verbunden, der Verbundquerschnitt trägt nur das Eigengewicht ab, Endzustand der Auflager, einschließlich Kriechen und Schwinden.

Biegemomentenverlauf – IDEA StatiCa Beam

Biegemomentenverlauf – midas Civil

Bauphase 6: 

Struktur zum Zeitpunkt 100 Jahre, belastet durch Eigengewicht, einschließlich Kriechen und Schwinden.

Biegemomentenverlauf – IDEA StatiCa Beam

Biegemomentenverlauf – midas Civil

Die Ergebnisse aus IDEA StatiCa Beam und midas Civil wurden übersichtlich in einer Tabelle zusammengefasst:

Schlussfolgerung

Die obige Tabelle zeigt, dass die Ergebnisse der verschiedenen Softwareprogramme mehr oder weniger übereinstimmen. Die Abweichungen in den Ergebnissen sind darauf zurückzuführen, dass in midas Civil die rechnerische Bauteilhöhe h₀ vor und nach dem Verbund der Struktur nicht unterschieden wird. 

Der Anwender muss die Querschnittsparameter entsprechend dem Zustand vor oder nach dem Verbund der Fertigteilbetonträger mit der Ortbeton-Stahlbetonplatte für jeden Teil des Querschnitts separat festlegen. In IDEA StatiCa Beam hingegen wird der Zustand vor dem Verbund berücksichtigt, d. h. der Umfang des trocknenden Querschnittsanteils entspricht dem Umfang des gesamten Querschnitts des Fertigteilträgers, sowie der Zustand nach dem Verbund, d. h. der Umfang des trocknenden Anteils des Fertigteilträgers wird um die Länge der Arbeitsfuge zwischen dem Fertigteilträger und der Ortbetonplatte reduziert. Der rasche Anstieg des Biegemoments über dem mittleren (End-)Auflager ist auf die gewählte Anordnung der temporären Lehrgerüste zurückzuführen. Es sind die temporären Lehrgerüste, die die Auswirkungen der Bauphasen eliminieren, sodass Biegemomentverläufe erzielt werden, die denen einer im vollständigen Lehrgerüstverfahren errichteten Struktur nahekommen.

In Fall B, bei dem kein zwischenliegendes temporäres Lehrgerüst berücksichtigt wird, ist der negative Einfluss der Bauphasen erkennbar, da das statische System mehrfach geändert wurde und sich dadurch unterschiedliche Momentenverläufe ergeben.

Ziel dieser Untersuchung war es, die Genauigkeit der von IDEA StatiCa Beam und midas Civil gelieferten Ergebnisse zu überprüfen. Da in beiden unabhängigen Softwareprogrammen dasselbe Tragwerksverhalten bestätigt wurde, können die Ergebnisse in IDEA StatiCa Beam als korrekt angesehen werden.

Anhänge zum Download

• Composite beams - comparison with midas Civil.zip (ZIP, 9,1 MB)