Studie analysiert Belastungen von Bogenfundamenten bei Langspannbrücken

International: Mechanische Reaktion von Bogenfundamenten bei Langspannbrücken unter komplexen Verkehrslasten

Nach Angaben von PLOS ONE zeigt eine aktuelle Untersuchung, dass die maximale Zugspannung im Fundament von Langspannbogenbrücken in der Verbindungszone zwischen dem Kapitelfuß des Bogens und dem Bogensprung lokalisiert ist. Zugkräfte konzentrieren sich besonders an der Oberseite der senkrechten Pfähle, während das höchste Biegemoment an den Pfahlköpfen auftritt. Zusätzlich sind plastische Verformungen und Setzungen des Boden‑Fels‑Massenverbunds in den Bereichen um den Bogensprung, das Kapitelfuß und den Hauptträger konzentriert.

Methodik und Modellierung

Die Autoren entwickelten ein feldmaßstabsgerechtes dreidimensionales Finite‑Element‑Modell (3D‑FEM) basierend auf einem realen Großspannbogenbrückenprojekt in China. Das Modell berücksichtigt komplexe Verkehrslasten, einschließlich longitudinaler und transversaler Temperaturgradienten, Bremskräfte sowie Windlasten, um ein umfassendes Bild der Belastungszustände zu erhalten.

Ergebnisse zur Spannungsverteilung

Die Analyse ergab, dass die maximale Zugspannung im Fundament im Verbindungsbereich zwischen dem Bogenkappen‑Element und dem Bogensprung auftritt. An den oberen Enden der vertikalen Pfähle wurden die stärksten Zugkräfte gemessen, während das maximale Biegemoment an den Pfahlköpfen festgestellt wurde.

Verformungen und Setzungen

Plastische Dehnungen und Setzungen des umgebenden Boden‑Fels‑Massenverbunds konzentrieren sich in den miteinander verbundenen Bereichen des Bogensprungs, der Kapitelfuß‑Konstruktion und des Hauptträgers. Diese lokalen Verformungen können die strukturelle Integrität langfristig beeinträchtigen.

Empfehlungen für die Praxis

Die Studie empfiehlt, die Verstärkungsplanung an den identifizierten kritischen Stellen zu optimieren, ein langfristiges Monitoring von Spannungen und Verformungen zu implementieren und Maßnahmen zur Verhinderung der Entstehung und Ausbreitung von Mikrorissen zu ergreifen.

Bedeutung für den Brückenbau

Die gewonnenen Erkenntnisse liefern wertvolle Hinweise für die Auslegung und Wartung von extra‑langen Spannbogenbrücken, insbesondere hinsichtlich der Lastübertragung über vertikale und schräg verlaufende Pfähle sowie der Interaktion mit dem umgebenden Gestein.

Dieser Bericht basiert auf Informationen von PLOS ONE, lizenziert unter Creative Commons BY 4.0 (Open Access). Wissenschaftliche Inhalte, offen zugänglich.