Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Verzinkungsgerechte Konstruktion integraler Rahmenbrücken mit mittlerer Spannweite mit fertigungsgerechtem Fügen durch Hochleistungs-Vergussmörtel

Feuerverzinkung als lebenslanger Korrosionsschutz wird neu bei Brücken eingesetzt. Dies bietet sich bei Verbundrahmenbrücken an, für die aktuell eine sehr große Nachfrage besteht. Jedoch fehlen Konstruktionsformen, die nach der Verzinkung auf Schweißarbeiten verzichten. Die nachträgliche Spritzverzinkung der Stöße stellt einen Nachteil bzgl. Wirtschaftlichkeit und Dauerhaftigkeit dar. Es sind daher verzinkungsgerechte Konstruktionen für den Brückenbau zu entwickeln, die durch einen Verzicht auf einen stählernen Obergurt und auf das Dichtschweissen der Kästen erhebliche wirtschaftliche Vorteile gegenüber heutigen Lösungen bieten.

Forschungsziel ist die Entwicklung eines Vergussstoßes zum Fügen feuerverzinkter Verbundträger im Brückenbau. Dieser wird als Überlappstoß ausgebildet, bei dem das hochfeste Vergussmaterial auf Druck und die Stahlteile auf Zug und Biegung beansprucht werden. Dies ermöglicht ein fertigungsfreundliches Fügen von verzinkten VFT-Trägern, wie sie für Rahmenbrücken typisch sind. Im Projekt wird an Kleinproben ein geeignetes Vergussmaterial entwickelt. Das Trag- und Ermüdungs- und Korrosionsverhalten der Stöße wird durch Versuche an Klein- sowie an Bauteilversuchen experimentell und durch begleitende numerische Berechnungen erforscht. Die Resultate werden in einem Bericht und einer Broschüre zusammengefasst.

Die Stahlbauteile von Rahmenbrücken werden von KMU der Stahlbaubranche ausgeführt. Durch die Feuerverzinkung wird durch die neu offene Ausführung der Hohlkästen, dem Verzicht auf eine Spritzverzinkung und die Feuerverzinkung die Wirtschaftlichkeit der Brücken deutlich erhöht. Zudem steigt durch den lebenslangen Korrosionsschutz die Attraktivität der Bauweise. Der Marktanteil von verzinkten Brücken bei Überführungsbauwerke über Autobahnen kann damit signifikant erhöht werden. Davon profitieren mittelständische Stahlbauunternehmen, Verzinkereien und Ingenieurbüros.

Ergebniszusammenfassung:

Mithilfe des entwickelten Vergussstoßes wurde die Grundlage geschaffen, integrale Rahmenbrücken in Verbundbauweise von kurzer und mittlerer Spannweiten feuerverzinkt, und damit über den gesamten Lebenszyklus des Bauwerks wartungsfrei, zu planen und herzustellen.

Die Ergebnisse der Ermüdungsversuche der feuerverzinkten T-Knaggen bestätigen die Empfehlungen des Forschungsberichts P835, dass für Kerbfälle 80 und kleiner für feuerverzinkte Stahlbauteile der Referenzkerbfall nach DIN EN 1993-1-9 verwendet werden kann. Der Detailkatalog für feuerverzinkte Stahlbauteile kann daher um das Konstruktionsdetail des T-Stoßes erweitert werden.

Unter Berücksichtigung der einschlägigen Literatur, eigener Erkenntnisse aus experimentellen Versuchen sowie ausführungsspezifischer Aspekte wurde ein geeignetes Vergussmaterial für den Brückenstoß festgelegt. Da sich entgegen den anfänglichen Erwartungen für das Vergussmaterial im Stoß kein ausgeprägter mehraxialer Spannungszustand einstellte, wurden die experimentellen Untersuchungen zur Ermüdungsfestigkeit des Vergussmaterials einaxial bzw. mit einer geringen Querbeanspruchung senkrecht zur Hauptbeanspruchungsrichtung durchgeführt.

Die grundsätzliche Ausführbarkeit sowie die hinreichende Tragfähigkeit der verzinkten Rahmenbrücken mit Vergussstoß wurde in zwei Großträgerversuchen nachgewiesen. Die Konstruktion des entwickelten Vergussstoßes kann als Grundlage für weitere Forschung im Bereich neuartiger Fügetechniken mit UHPC und UHPFRC dienen.

Weiterhin wurde das Wissen um die Fragestellungen zur Wasserstoffentwicklung in der Frischbetonphase bei UHPC-Varianten erweitert. Darüber hinaus wurden neue Erkenntnisse zum Einsatz vermessingter Fasern für die Rezepturen von UHPCs gewonnen und das System verzinkte Schalung/ vermessingte Faser/ UHPC erforscht. Dadurch ist ein sicherer industrieller Einsatz möglich.