Neuartige Sandwichfahrbahnplatte für Eisenbahnbrücken - Analyse des Ermüdungsverhaltens der Lochdübelleiste anhand des Kerbdehnungskonzeptes

An der Technischen Universität Wien wird am Institut für Tragkonstruktionen im Forschungsbereich für Stahlbau eine neue, extrem schlanke Steel-Concrete-Steel-Composite (SCSC)-Platte untersucht, mit der wesentliche Randbedingungen (niedrige Bauhöhe, Reduktion Lärmemission durch Schotteroberbau) bei Ersatzneubauten von Eisenbahnbrücken älterer Bauart befriedigt werden. Der mehrschichtige Aufbau der Platte besteht aus zwei außenliegenden Stahlblechen mit unbewehrtem Betonkern, daher der Name Sandwichplatte. Lochdübelleisten, wechselweise nur am oberen und nur am unteren Blech angeschweißt, dienen der Schubübertragung zwischen den äußeren Blechen durch die Aktivierung von diagonal liegenden, horizontalen Betondruckstreben zwischen benachbarten Dübelleisten. Zusätzlich zur Weiterleitung der Vertikallasten in Querrichtung zu den Hauptträgern wirkt die SCSC-Platte als Untergurt der Brückenhauptträger. Untersuchungen zur Tragfähigkeit ohne Ermüdung sowie die Erläuterung des Tragmechanismus der SCSC-Platte erfolgten in ([1], [2] und [3]). Die rechnerische Beurteilung des Tragverhaltens bei Ermüdungsbeanspruchungen wird in dieser Arbeit vorgestellt, wobei der Fokus auf das Ermüdungsverhalten der Lochdübelleiste der SCSC-Platte gerichtet ist.
Die Ermüdungsanalysen wurden anhand eines nichtlinearen, dreidimensionalen Finite-Elemente-Modells als Grundlage für die Lebensdauerberechnung mithilfe der Kerbdehnungsmethode durchgeführt [4]. Ziel ist es, die Beziehung zwischen dem Niveau der Verkehrslast (Lastmodell LM71) und der ertragbaren Anzahl der Schwingspiele bis Rissbildung in den Dübelleisten entsteht, zu bestimmen. Dieser Beitrag gibt einen Überblick über die Ansätze und Ergebnisse zur Berechnung der Lebensdauer der Lochdübelleiste als Konstruktionselement mit Schlüsselfunktion (Schubübertragung durch Betondruckstreben) für die Tragwirkung der SCSC-Platte und eine kurze Zusammenfassung der signifikanten Ergebnisse.

Innovative composite deck slab for railway bridges - Analysis of the fatigue behaviour of the shear connectors using the strain-life method.
At the Technischen Universität Wien (Vienna University of Technology), Institut für Tragkonstruktionen (Institute of Structural Engineering), Research Centre of Steel Structures, a new, extremely slender steel-concrete-steel composite (SCSC) plate is under investigation to meet the requirements of today's standards related to the geometric conditions and noise emission in the substitution of old railway bridges. The multi-layer structure of the plate consists of two steel cover plates with an unreinforced concrete core, hence the name of sandwich plate. Perforated shear connectors, welded alternately to only one of the outer steel plates, work together to ensure the transmission of the shear flow between the outer plates, by the activation of diagonal, horizontal concrete compression struts between neighboring dowel bars. In addition to the distribution of the vertical loads in cross direction to the main girders, the SCSC deck slab also acts as main girder bottom flanges. Investigations on the static load-bearing capacity as well as an explanation of the load-carrying mechanism of the SCSC plate were made in ([1] [2] and [3]). Evaluation of the fatigue behaviour is presented in this work, focusing on the fatigue behavior of shear connectors of the SCSC plate.
In the course of research a nonlinear, three-dimensional finite element model served as the basis for a lifetime calculation using the local strain-life method [4]. The aim was to investigate the relation between the range of traffic load (Load Model 71) and the bearable number of load cycles of the SCSC plate till crack initiation in the shear connectors. This paper provides an overview of the approaches used to calculate fatigue life of the shear connectors and gives a brief summary of the results.