Bemessung von Wellstahlbauwerken : Vergleich nach den bisherigen und den neuen Richtlinien

Bei Wellstahlbauwerken handelt es sich um wirtschaftliche und dauerhafte Ingenieurbauwerke fur die Unterfuhrung von Verkehrswegen, die sich seit Jahrzehnten in der Anwendung bewahrt haben. Hierbei werden wellprofilierte biegeweiche Stahlrohre in den Boden eingebettet und als Unterfuhrungsbauwerke benutzt. Die Lastabtragung der eingebetteten biegeweichen Stahlrohre basiert auf einer Interaktion der Rohrschale mit dem umgebenden Boden und erfolgt deshalb hauptsachlich in Ringrichtung. Die Bemessung von Wellstahlbauwerken erfolgt in Deutschland derzeit gemas den Allgemeinen Rundschreiben Strasenbau (ARS) Nr. 20/1997 und Nr. 12/1998. Die darin aufgefuhrten Bemessungsregeln stammen aus den 70iger Jahren und basieren auf der Veroffentlichung (KLOPPEL & GLOCK, 1970). Diese Bemessungsregeln beruhen jedoch noch auf dem damals ublichen Globalsicherheitskonzepts fur die Nachweisfuhrung und genugen nicht mehr den Anforderungen der neuen europaischen Normengenerationen deren Sicherheitsphilosophie auf dem Teilsicherheitskonzept beruht. Im Zuge der nationalen Einfuhrung der europaischen Bemessungsnormen (Eurocodes) im Strasenbau in Form der DIN-Fachberichte werden derzeit auch die bestehenden Bemessungsrichtlinien fur Wellstahlbauwerke uberarbeitet und sollen zukunftig in die Zusatzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien fur Ingenieurbauten (ZTV ING, Teil 9, Abschnitt 4) aufgenommen werden. Neben allgemeinen Anderungen und Anpassungen der Einwirkungen wird bei der Uberarbeitung hinsichtlich der Bemessung hauptsachlich die Umstellung der Nachweise vom Globalsicherheitskonzept auf das Teilsicherheitskonzept vollzogen. Durch diese Uberarbeitung der bestehenden Richtlinien fur Wellstahlbauwerke werden im Hinblick auf die Bemessung von Wellstahlbauwerken wesentliche Anderungen herbeigefuhrt, die eine genauere Betrachtung und ggf. Anpassung der Bemessungsrichtlinien erfordern. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurde daher auf Grundlage von vergleichenden Betrachtungen die Anwendung der neuen Bemessungsrichtlinien fuer Wellstahlbauwerke erprobt, sowie das vorliegende Sicherheitsniveau im Vergleich zu den bisher bestehenden Bemessungsrichtlinien fur Wellstahlbauwerke uberpruft. Der Schwerpunkt der durchgefuhrten Untersuchungen lag daher auf der Durchfuhrung von umfangreichen Vergleichsberechnungen an unterschiedlichen Einbausituationen von Wellstahlbauwerken, anhand derer die Auswirkungen der Regelwerksumstellung aufgezeigt wurden. Erganzend zu diesen Vergleichsberechnungen wurden separate Untersuchungen zum Nachweis der Schraubenverbindung und zum Nachweis am Schragschnitt durchgefuhrt. Ferner wurde in Form von Stabwerksberechnungen nach Theorie II. Ordnung noch das Stabilitats- und Beanspruchungsverhalten von Wellstahlbauwerken mit grosen Spannweiten untersucht. Auf Grundlage der durchgefuhrten Untersuchungen und Vergleichsberechungen konnten fur Wellbauwerke nachfolgende wesentliche Erkenntnisse und Empfehlungen fur die weitere Uberarbeitung des Regelwerks abgeleitet werden: - Mit Ausnahme des Nachweises "Durchschlagen des Bauwerksscheitel fur h/s < 0,7" fuhrt die vorgenommen Umstellung des Nachweiskonzepts zu keinen wesentlichen Anderungen des Sicherheitsniveaus. Fur diesen Nachweis wird empfohlen, auch zukunftig das hohere Sicherheitsniveau fur gedrungene Querschnittsformen mit h/s < 0,7 aufrecht zu erhalten. - Die Anpassung bzw. Erhohung der Verkehrslast von 45 kN/m2 auf 65 kN/m2 fuhrt mit Ausnahme des Nachweises "Grundbruch im Scheitel" lediglich zu einer effektiven Vergroserung der Beanspruchung von max. 13%. Dies begrundet sich in erster Linie durch den Wegfall des Schwingbeiwertes im neuen Regelwerk. - Bezuglich der Schraubenverbindung wird empfohlen, die Festlegung der Tragfahigkeit gemas den europaisch harmonisierten Regeln in DIN EN 1990:2002 durchzufuhren. - Beim Nachweis "Grundbruch im Scheitel" kommt es infolge der Umstellung des Regelwerks zu groseren Anderungen des Sicherheitsniveaus, das in erster Linie das Ergebnis der Nachweisfuhrung selbst und der Lastanpassung ist. Will man wie bei allen anderen Nachweisen, das bestehende Sicherheitsniveau beim Ubergang vom alten ins neue Regelwerk weitestgehend aufrecht erhalten, so sind weitere Masnahmen erforderlich. - Es wird empfohlen den im alten Regelwerk festgelegten Anwendungsbereich bzgl. der Spannweite und der Uberdeckung auch im neuen Regelwerk bei zu behalten.