Zur Tragfähigkeit von Stahlbeton-Fahrbahnplatten ohne Querkraftbewehrung

Mit Einführung der neuen, auf dem Teilsicherheitskonzept basierenden, Normengeneration zeigte sich, dass die Tragfähigkeit von Brückenfahrbahnplatten aus Stahlbeton häufig nicht mehr ohne Querkraftbewehrung nachgewiesen werden kann. Dies steht im Widerspruch zur langjährigen Praxis, nach der die Platten von Brücken meist ohne eine Bügelbewehrung im stegnahen Bereich ausgeführt wurden. Eine Untersuchung dieser Diskrepanz ist für die Baupraxis dringend notwendig. Die vorliegende Arbeit leistet daher einen Beitrag zum besseren Verständnis des Tragverhaltens von Platten unter örtlich konzentrierten Einwirkungen, wie Radlasten, und damit zur Weiterentwicklung der Bemessung von Fahrbahnplatten ohne Querkraftbewehrung. Hierzu werden die wesentlichen Einflussfaktoren analysiert, die in Bemessungskonzepten zu integrieren sind. Die Tragfähigkeit von Stahlbetonplatten ohne Querkraftbewehrung unter Punktlasten wird durch Versuche und numerische Berechnungen untersucht. Weiterhin werden die wesentlichen Rechenmodelle für die Anwendung bei Fahrbahnplatten erörtert und mit einer Gegenüberstellung zu Versuchsergebnissen überprüft.
Der erste Abschnitt der Arbeit befasst sich mit dem Studium des Tragverhaltens von Stahlbetonbauteilen unter Querkraftbelastung anhand von veröffentlichten Forschungsergebnissen. Eine umfangreiche Datenbank mit Versuchsergebnissen zur Querkrafttragfähigkeit von Stahlbetonbalken und verschiedene Querkraftmodelle aus der Literatur werden diskutiert. Mittels Regressionsanalysen wird ein neues Rechenmodell entwickelt, dass mechanisch durch die bestehende Theorie des kritischen Biegeschubrisses und der Anwendung der Bruchmechanik begründet ist. Anschließend erfolgt eine Überprüfung verschiedener Rechenansätze durch eine Gegenüberstellung der Rechenergebnisse mit den Versuchswerten der Versuchsdatenbank. Insbesondere wird das Sicherheitsniveau bei Versuchen mit für Fahrbahnplatten typischen Parametern betrachtet. Die Auswertung zeigt, dass der hier entwickelte Ansatz bessere Ergebnisse in diesen Parameterbereichen liefert als die DIN 1045-1. Des Weiteren werden Einflüsse typischer bei Fahrbahnplatten auftretender Bauteilgeometrien und Belastungsanordnungen auf die Querkrafttragfähigkeit untersucht. Es zeigt sich, dass eine Abminderung der bemessungsrelevanten Querkraft durch Anwendung des Abzugswertes Vcc bei Vouten widersprüchlich ist.
Der zweite Abschnitt widmet sich zunächst den verschiedenen Ansätzen zur Schnittgrößenberechnung von Brückenfahrbahnplatten. Es folgt eine Darstellung speziell auf diese Bauteile zugeschnittener Versuche an Platten unter Einzellasten. Hieraus wird ein Modell zur Berechnung der Tragfähigkeit von Fahrbahnplatten ohne Querkraftbewehrung mit Berücksichtigung abweichender Momenten-, Querkraft- und Bewehrungsrichtung entwickelt und dieses mit Versuchsergebnissen verglichen. Es zeigt sich, dass die bekannten Rechenansätze die Tragfähigkeit auf der sicheren Seite abschätzen. Während die Abweichungen unterschiedlicher Querkraftmodelle relativ gering sind, ergeben sich aus der Systembildung zur rechnerischen Lastausbreitung und Schnittgrößenermittlung, sowie bei Berücksichtigung des Abzugswertes Vcc bei Vouten wesentliche Differenzen der berechneten Tragfähigkeiten. Aufbauend auf den Erkenntnissen dieser Arbeit werden weitere experimentelle Untersuchungen empfohlen.