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D. Djukic:
"Optimierung des Bogenaufbaus eines Prototyps einer integralen Brücke mit Bogen-Zugband-Tragwirkung";
Supervisor: J. Kollegger, G. Gaßner; Institut für Tragkonstruktionen, 2021; final examination: 2021-03-16.

Conventional bridge construction has high life cycle costs due to its maintenance-intensive as well as costly wearing parts. In order to optimize the life cycle costs of conventional bridges, the trend is moving towards integral bridge construction. Due to the specific monolithic integral construction method, the superstructure and substructure are made without joints and deck transitions. However, integral bridges lead to long spans of up to more than 70 m, which can only be realized to a limited extent due to temperature and material-related long-term influences such as shrinkage and creep. In order to compensate for the above-mentioned disadvantages of the integral bridge construction method, the Institute of Structural Engineering at the Vienna University of Technology - Institute of Structural Engineering - is conducting in-depth research in the direction of infinitely long integral arch bridges. The main advantage of this approach is the activated arch tension-tie load-bearing effect, where a tension-tie is used for asymmetric loads, thus improving the load-bearing behavior of each individual arch. This reduces the bending loads on the piers and thus allows slender and visually very attractive bridges to be realized. Another advantage is the tension-tie, which ensures the stability of the overall structure in the event of failure of an arch, thus preventing total collapse.At the storage yard of the company Franz Oberndorfer GmbH & Co KG in Gars am Kamp, large-scale tests have been carried out on a 28 m long prototype since May 2018. The prototype is seen as a section of an infinitely long integral arch bridge. The measured variables induced by temperature effects are horizontal and vertical deformations, horizontal shear at the abutment, and cracks in the structure.The large-scale test was used to verify numerical models. The ATENA software was used to optimize the temperature-dependent simulations and variant studies were carried out for further optimization. Using different materials for different applications, taking into account the non-linear material properties, an optimal solution is investigated. In addition, for linear-elastic models, their application limits are shown and compared with non-linear calculation models. The consequences of possible cracking on the structure can be quantified.

Der konventionelle Brückenbau weist aufgrund seiner wartungsintensiven sowie kostspieligen Verschleißteile, wie Lager und Fahrbahnübergangskonstruktionen, hohe Lebenszykluskosten auf. Um diese Kosten von konventionellen Brücken zu optimieren, geht der Trend in Richtung der integralen Brückenbauweise. Durch die spezifische monolithische integrale Bauweise erfolgt die Ausführung des Ober- und Unterbaus ohne Fugen und Fahrbahnübergänge. Integrale Brücken sind jedoch bei langen Spannweiten über 70m, aufgrund von temperatur- und materialbedingten Langzeiteinflüssen, wie Schwinden und Kriechen, nur bedingt realisierbar. Um die genannten Nachteile der integralen Brückenbauweise zu kompensieren, wird am Institut für Tragkonstruktion der Technischen Universität Wien - Forschungsbereich für Stahlbeton- und Massivbau - vertiefend in Richtung unendlich langer integraler Bogenbrücken geforscht. Der wesentliche Vorteil dieser neuen Betrachtungsweise ist die aktivierte Bogen-Zugband-Tragwirkung, wo bei asymmetrischen Belastungen ein Zugband zum Einsatz kommt und somit das Tragverhalten jedes einzelnen Bogens verbessert wird. Dadurch werden die Biegebelastungen verringert und es lassen sich somit schlanke und optisch sehr ansprechende Brücken realisieren. Ein weiterer Vorteil des Zugbands ist, dass die Standsicherheit der Gesamtkonstruktion bei einem Ausfall eines Bogens gewährleistet wird und so einen Totaleinsturz verhindert.Am Lagerplatz der Firma Franz Oberndorfer GmbH & Co KG in Gars am Kamp werden, seit Mai 2018 an einem 28 m langen Prototyp, Großversuche durchgeführt. Der Prototyp wird als ein Ausschnitt aus einer unendlich langen integralen Bogenbrücke gesehen. Die durch Temperatureinflüsse induzierten Messgrößen sind horizontale und vertikale Verformungen, Horizontalschub am Widerlager sowie Rissbildungen im Tragwerk.Anhand des Großversuches erfolgte die Verifizierung von numerischen Modellen. Zur Optimierung der temperaturabhängigen Simulationen der Überbauten wurde die Software ATENA herangezogen, sowie Variantenstudien zur weiteren Optimierung der Bogenaufbauten durchgeführt. Unter Verwendung verschiedener Materialien für verschiedene Anwendungen wird, unter Beachtung der nicht-linearen Materialeigenschaften, eine optimale Lösung untersucht. Darüber hinaus werden bei linear-elastischen Modellen deren Anwendungsgrenzen aufgezeigt und mit nicht-linearen Berechnungsmodellen verglichen. Die Folgen einer möglichen Rissbildung auf das Tragwerk können quantifiziert werden.

Bogenaufbau; integrale Brücken; Bogen-Zugband-Tragwirkung arch construction; integral bridge; arch-tension tie-action