Querkraftermuedung von Spannbetontraegern ohne Querkraftbewehrung / Fatigue of prestressed beams without web reinforcement under cyclic shear

Brueckenbauwerke aus den 1960er und 1970er Jahren verfuegen aufgrund der damaligen Normenlage haeufig ueber eine nach den heutigen Normen zu geringe Querkraftbewehrung. Ein Querkraftversagen bei diesen Bruecken wurde aber bisher nicht festgestellt. Die derzeitige Normenlage sieht einen Nachweis der Querkrafttragfaehigkeit auf der Basis der Fachwerkanalogie statt des bei den damaligen Bruecken ueblichen Hauptzugspannungskriteriums vor. Im Beitrag wird zu dieser Problematik der Querkraftnachweis nach dem Hauptzugspannungskriterium um einen Anteil fuer Ermuedungsbeanspruchung erweitert. Seit Einfuehrung des DIN-Fachberichtes 102 wird ein Nachweis der Querkrafttragfaehigkeit bei zyklischen Einwirkungen der Verkehrslasten gefordert. Zur Vorbereitung eines entsprechenden Berechnungsmodells wurden am Institut fuer Massivbau der RWTH Aachen University Versuche an Spannbetontraegern ohne Querkraftbewehrung sowie mit geringen Graden der Querkraftbewehrung durchgefuehrt. Das Versuchsprogramm umfasste experimentelle Untersuchungen an profilierten doppeltsymmetrischen I-Traegern und Probekoerper mit Plattenbalkenquerschnitten mit einer Hoehe von jeweils 70 Zentimetern. Die Spannbetontraeger wurden zunaechst in einem Vier-Punkt-Biegeversuch unter zyklischer Einwirkung bis zum Versagen einer Traegerhaelfte belastet. Nach Umbau des Versuchsstands erfolgte die Belastung der zweiten Traegerhaelfte in einem Drei-Punkt-Biegeversuch mit reduzierter Spannweite. Alle beschaedigten Traegerhaelften wurden zuvor durch Stahlprofile und Stahlstangen verstaerkt. Die I-Traeger versagten sowohl bei statischer als auch bei zyklischer Belastung durch ein Schubzugversagen mit diagonaler Rissbildung im Steg. Bei den Traegern mit Plattenbalkenquerschnitt entstanden Biegerisse in Traegermitte und geneigte Schubrisse zwischen Lasteintragung und Auflagerung. Die Schubrissbildungen und das Ankuendigungsverhalten weichen deutlich von denen bei I-Traegern ab. Eine Nachrechnung der Versuchsergebnisse nach dem DIN-Fachbericht 102 ergab, dass nach dem Ansatz des DIN-Fachberichts die ertragbare Lastpielzahl bei beiden Typen der Versuchstraeger unterschaetzt wird. Mit den Versuchsergebnissen wurden zwei modifizierte Ansaetze zur Ermittlung der Querkrafttragfaehigkeit von ermuedungsbeanspruchten Spannbetontraegern ohne Querkraftbewehrung erarbeitet. Es zeigte sich, dass der Nachweis der zulaessigen Querkraftschwingbreite nach dem DIN-Fachbericht ungeeignet ist. Als Verbesserung wird eine Begrenzung der Querkraftschwingbreite vorgeschlagen, die auf das Hauptzugspannungskriterium zurueckgeht. Dieses Verfahren wird im Einzelnen beschrieben. Alternativ kann der Nachweis gegen Querkraftermuedung auch ueber eine Begrenzung der Hauptzugspannungsschwingbreite in Anlehnung an den Nachweis der statischen Querkrafttragfaehigkeit nach DIN 4227 erfolgen. Abschliessend wird auf die in Bearbeitung befindlichen Bemessungsmodelle mit den vorgestellten modifizierten Ansaetzen unter Beruecksichtigung von Teilsicherheitsbeiwerten eingegangen. Um ein abschliessendes Bemessungsmodell zu formulieren sind weitere Untersuchungen zu den ermuedungswirksamen Einwirkungen, den massgebenden Einwirkungskombinationen zur Begrenzung der Biegespannungen und zur anrechenbaren Betonzugfestigkeit erforderlich. ABSTRACT IN ENGLISH: Many existing bridge structures built in the 1960s and 1970s typically feature a high degree of prestressing. They often contain less web reinforcement than the actually required minimum web reinforcement. Therefore, their shear bearing capacity, originally determined based on the principal tensile strength criterion, cannot be verified with the strut and tie models of DIN Fachbericht 102. Within a research programme, the shear design based on the principal tensile strength criterion has been modified for cyclic shear load (shear fatigue). The article describes the performed fatigue tests on six I-shaped and seven T-shaped prestressed beams without web reinforcement. Based on the resisted load cycles until failure, modified approaches for shear fatigue in terms of Goodman diagrams based on the principal tensile strength criterion have been developed. (A)