Zuverlässigkeitstheoretisch begründete Dauerfestigkeit des Schubverbundes mit Kopfbolzendübeln bei ein- und mehrachsiger Ermüdungsbeanspruchung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Karsten Geißler; Professor Dr.-Ing. Martin Mensinger
• Fachliche Zuordnung: Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 512645468

In den Bauweisen der in den nächsten Jahrzehnten vielfach neu zu errichtenden Stahlverbund-Großbrücken sind die Verbundfugen mit Kopfbolzendübeln nicht nur wie bisher in Haupttragrichtung, sondern auch in Querrichtung auf Ermüdung beansprucht. Die Lastspielzahl für die in Querrichtung tragenden Bauteile beträgt bei Brücken im Zuge von Autobahnen viele Hundert Millionen, allerdings sind die Spannungsdifferenzen bei Straßenbrücken nicht sehr hoch. Damit ist eine wissenschaftliche Bearbeitung folgender zwei Punkte zwingend erforderlich: - Theoretische und experimentelle Begründung einer bisher völlig unerforschten Dauerfestigkeitsgrenze für ermüdungsbeanspruchten Schubverbund mit Kopfbolzendübeln einschließlich des erforderlichen Sicherheitsabstandes für die Bemessung, - Analyse der Beanspruchungszustände bei mehrachsiger Ermüdungsbeanspruchung für die Kopfbolzendübel und Konsequenzen für die Bemessung. Da international nahezu keine experimentellen Ergebnisse zur Dauerfestigkeitsgrenze bei Schubbeanspruchung von Kopfbolzendübeln existieren, sind derartige Ermüdungsversuche mit bis zu 30 Mio Lastwechseln zwingend durchzuführen. Wegen der hohen Lastspielzahlen und des resultierenden Versuchsaufwandes kann das für statistisch verwertbare Ergebnisse erforderliche Versuchsprogramm nur an zwei Universitäten vernünftig umgesetzt werden. Zur Vermeidung von Nachteilen der bisher üblichen Push-Out-Versuche wird parallel ein neuartiger Versuchsstand konzipiert und getestet, der auch eine mehrachsige Ermüdungsbeanspruchung für Dübelgruppen erlaubt. Weiterhin wird mit PAUT-TFM eine für das Bauwesen neue Methode zur zerstörungsfreien Prüfung so weiterentwickelt, dass die von der Schweißwulst der Kopfbolzendübel ausgehenden Risse frühzeitig detektiert und hinsichtlich der Abgrenzung von Rissentstehungs- und Risswachstumsphase, die sich für die hier untersuchten niedrigen Spannungsdifferenzen ganz anders als bisher bekannt darstellen wird, theoretisch ausgewertet werden können. Die Versuche werden durch numerische Untersuchungen ergänzt, die aufbauend auf bisherigen Untersuchungen auf das bei Straßenbrücken typische relativ niedrige Lastniveau fokussiert sind. Besonderes Augenmerk liegt auf den auf diesem Lastniveau auftretenden lokalen Beanspruchungen des Betons und ihren Auswirkungen auf die an den am äußeren und inneren Schweißwulstrand auftretenden rissinitiierenden Spannungsspitzen.Über probabilistische Ermüdungsanalysen wird unter Berücksichtigung der Verteilungen der Eingangsparameter der erforderliche Sicherheitsabstand in der Bemessung, d. h. der Bemessungswert der Dauerfestigkeitsgrenze, begründet. An drei Großbrücken in aktueller Bauweise soll – das Projekt abrundend – rechnerisch und messtechnisch überprüft werden, auf welchem Niveau die globalen und lokalen Ermüdungsbeanspruchungen der Kopfbolzendübel im Vergleich zum begründeten Bemessungswert der Dauerfestigkeit liegen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen