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Für die Bemessung von schlaff bewehrten Straßenbrücken aus Stahlbeton nach DIN EN 1991-2 und DIN EN 1992-2 inkl. NA ist für MicroFe das Modul M370.de erhältlich.
Die Eingabe der Positionen und Lasten unterscheidet sich dabei nicht von dem bisher bekannten. Lediglich die Typisierung der Einwirkungen erfolgt gemäß DIN EN 1991-2.
Am Beispiel einer Zweifeld-Brücke soll exemplarisch gezeigt werden, wie die speziellen Lastmodelle der DIN EN 1991-2 in MicroFe eingegeben werden können und wie die Typisierung erfolgt, die die Grundlage für die automatische Kombinatorik ist.
Standardlasten für DIN EN 1991-2
Standardlasten für DIN-Fachberichte
Zweifeld-Brücke, zwängungsfrei gelagert
Länge: 30,0 m
Breite: 11,0 m
Anzahl Fahrspuren: 2
Breite Fahrspuren: 3,50 m
Anzahl Geh- und Radwege: 2
Breite Geh- und Radw.: 1,50 m
Dicke Fahrbahnplatte: 50 cm
Unterzüge: b/d = 60/110 cm
Stützen: b/d = 100/60 cm
Beton C 35/45
Betonstahl BSt 500 (B)
Bild 1 System Zweifeld-Brücke
Die Systemeingabe erfolgt mit den bekannten Positionen aus MicroFe. Die Fahrbahnplatte wird als Position "Fläche" eingegeben, die Unterzüge über die Position "Unterzug".
Die Stützen sind "3D-Stäbe" und die Auflagerung an den Widerlagern erfolgt mit "Punktlagern".
Im folgenden wird hauptsächlich auf die Lasteingabe des Lastmodells 1 (LM1) der DIN EN 1991-2 eingegangen, da dieses aus mehreren Teillasten aufgebaut ist.
Das Lastmodell 1 besteht aus jeweils einer Doppelachse im Fahrstreifen 1 und einer Doppelachse in Fahrstreifen 2. Dazu kommen noch Flächenlasten in den Fahrstreifen sowie auf der Restfläche. Dieses Lastmodell ist für alle Nachweise ungünstig anzuordnen.
Im Beispiel werden die Fahrstreifen am oberen Rand der Fahrbahn ausgerichtet. Unten verbleibt eine Restfläche. Der Fahrstreifen 1 wird einmal in die obere Fläche gesetzt (Bild 2) und einmal in die untere (Bild 3). Auf die Ausrichtung der Fahrstreifen am unteren Fahrbahnrand wird aus Symmetriegründen verzichtet.
Bild 2 Einteilung in Fahrstreifen (1. Anordnung des Lastmodells 1)
Bild 3 Einteilung in Fahrstreifen (2. Anordnung des Lastmodells 1)
In MicroFe gibt es vorgefertigte Standardlasten für die Lastmodelle gemäß DIN EN 1991-2 inkl. NA:
· TS300_DIN_EN.flb:
Tandemsystem (Doppelachse) für Fahrspur 1
Das Lastbild entspricht der Doppelachse mit alphaQ1=1.0 gemäß DIN EN 1991-2,
4.3.2: 4 Flächenlasten auf je 40 cm x 40 cm mit je 937.5 kN/m². Einfügepunkt
ist die linke untere Ecke der linken unteren Flächenlast.
· TS200_DIN_EN.flb: Tandemsystem
(Doppelachse) für Fahrspur 2
Das Lastbild entspricht der Doppelachse mit alphaQ2=1.0 gemäß DIN EN 1991-2,
4.3.2: 4 Flächenlasten auf je 40 cm x 40 cm mit je 625 kN/m². Einfügepunkt
ist die linke untere Ecke der linken unteren Flächenlast.
· ELM3_DIN_EN.flb:
Ermüdungslastmodell 3
Das Lastbild entspricht der Abb. 4.8 der DIN EN 1991-2: 8 Flächenlasten
auf je 40 cm x 40 cm mit je 375 kN/m². Einfügepunkt ist die linke untere
Ecke der linken unteren Flächenlast.
· ACHSE200_DIN_EN.flb:
Außergewöhnliche Achslast gemäß DIN EN 1991-2, 4.7.3.1
Das Lastbild entspricht der Abb. 4.9 (linke Grafik) mit alphaQ2=1.0 gemäß
DIN EN 1991-2: 2 Flächenlasten auf je 40 cm x 40 cm mit je 625 kN/m².
Einfügepunkt ist die linke untere Ecke der unteren Flächenlast.
· ACHSE200-90GRAD_DIN_EN.flb:
Außergewöhnliche Achslast gemäß DIN EN 1991-2, 4.7.3.1
Das Lastbild entspricht der Abb. 4.9 (rechte Grafik) mit alphaQ2=1.0 gemäß
DIN EN 1991-2: 2 Flächenlasten auf je 40 cm x 40 cm mit je 625 kN/m².
Einfügepunkt ist die linke obere Ecke der linken Flächenlast.
Zusätzlich zu den Lastbildern für DIN EN 1991-2 sind im MicroFe vorgefertige Standardlasten für die Lastmodelle gemäß DIN-FB 101 enthalten:
· TS300.flb:
Tandemsystem (Doppelachse) für Fahrspur 1
Das Lastbild entspricht der oberen Doppelachse der Abb. 4.2 des DIN-FB
101, 4 Flächenlasten auf je 40 cm x 40 cm mit je 750 kN/m². Einfügepunkt
ist die linke untere Ecke der linken unteren Flächenlast.
· TS200.flb:
Tandemsystem (Doppelachse) für Fahrspur 2
Das Lastbild entspricht der unteren Doppelachse der Abb. 4.2 des DIN-FB
101, 4 Flächenlasten auf je 40 cm x 40 cm mit je 500 kN/m². Einfügepunkt
ist die linke untere Ecke der linken unteren Flächenlast.
· LM2.flb:
Lastmodell 2
Das Lastbild entspricht der Abb. 4.3 des DIN-FB 101, 2 Flächenlasten auf
je 40 cm x 40 cm mit je 600 kN/m². Einfügepunkt ist die linke untere Ecke
der unteren Flächenlast.
· ELM3.flb:
Ermüdungslastmodell 3
Das Lastbild entspricht der Abb. 4.10 des DIN-FB 101, 8 Flächenlasten auf
je 40 cm x 40 cm mit je 375 kN/m². Einfügepunkt ist die linke untere Ecke
der linken unteren Flächenlast.
· ACHSE160.flb:
Außergewöhnliche Achslast gemäß DIN-FB 101, 4.7.3.1
Das Lastbild entspricht der Abb. 4.11 (rechte Achse) des DIN-FB 101, 2
Flächenlasten auf je 40 cm x 40 cm mit je 500 kN/m². Einfügepunkt ist
die linke untere Ecke der unteren Flächenlast.
· ACHSE160_90GRAD.flb:
Außergewöhnliche Achslast gemäß DIN-FB 101, 4.7.3.1
Das Lastbild entspricht der Abb. 4.11 (linke Achse) des DIN-FB 101, 2 Flächenlasten
auf je 40 cm x 40 cm mit je 500 kN/m². Einfügepunkt ist die linke obere
Ecke der linken Flächenlast.
· RL40.flb:
Außergewöhnliche Radlast hinter Schutzeinrichtung gemäß DIN-FB 101, 4.7.3.1
Das Lastbild entspricht der Beschreibung des DIN-FB 101, 4.7.3.1(2), 1
Flächenlasten auf 20 cm x 20 cm mit 1000 kN/m². Einfügepunkt ist die linke
obere Ecke der linken Flächenlast.
Im jeweiligen Fahrstreifen 1 werden nun Wanderlasten für jede mögliche bzw. sinnvolle Fahrspur der Doppelachse gemäß DIN EN 1991-2, 4.3.2(1)(a), gesetzt (Bild 4 oben).
Zuerst werden die Lasten für die Anordnung des Lastmodells 1 gemäß Bild 2 eingegeben. Die erste Wanderlast wird mit der Standardlast "TS300_DIN_EN.flb" erzeugt, die das Lastmodell der Doppelachse mit 300 kN Achslast enthält. Sie wird am oberen Rand des Fahrstreifens 1 angeordnet und erhält die Lastfälle LF-2 bis LF-21 (20 Stellungen). Dabei ist auf die Definition der Standardlast "TS300_DIN_EN.flb" zu achten; der Einfügepunkt ist die linke untere Ecke der linken unteren Fläche (siehe Bild 4 oben), die Lastspur der Wanderlast muss dementsprechend im Abstand 2,40 m vom oberen Fahrbahnrand eingegeben werden.
Die beiden anderen Wanderlasten (Mitte Fahrstreifen, unterer Rand) werden durch Kopieren erzeugt. Diesen werden die Lastfälle LF-22 bis LF-41 bzw. LF-42 bis LF-61 zugeordnet.
Die parallel anzuordnenden Wanderlasten der Doppelachse im Fahrstreifen 2 (Bild 4 unten) werden durch Kopieren aus den zugehörigen Wanderlasten des Fahrstreifens 1 erzeugt. Statt der Standardlast "TS300_DIN_EN.flb" wird ihnen "TS200_DIN_EN.flb" zugeordnet. Die richtigen Lastfälle haben sie durch das Kopieren automatisch erhalten. Die Lastfälle LF-2 bis LF-61 müssen einer Lastgruppe (LG-1) zugewiesen werden, da sie sich gegenseitig ausschließen.
Als nächstes werden die Flächenlasten (UDL) gemäß DIN EN 1991-2, 4.3.2(1)(b), gesetzt. Diese werden auf je 4 Lastfälle verteilt, jeweils einer für die Kragarme links und rechts und einer für jedes Feld.
Die Felder des Fahrstreifens 1 werden mit 9 kN/m² belastet und erhalten die Lastfälle LF-62 bis LF-65. Die Felder des Fahrstreifens 2 und der Restfläche werden mit 2,5 kN/m² belastet und erhalten die Lastfälle LF-66 bis LF-69 bzw. LF-70 bis LF-73.
Bild 4 Laststellung der Doppelachsen für eine Anordnung des Lastmodells 1 (Doppelachse in Fahrstreifen 1 und zugehörige Doppelachse in Fahrstreifen 2)
Die Lasten für die Anordnung des Lastmodells 1 gemäß Bild 3 werden nun analog erzeugt und erhalten die Lastfälle
· LF-74 bis LF-133 (Doppelachse, zusammengefasst in Lastgruppe LG-2)
· LF-134 bis LF-137 (UDL Fahrstreifen 1)
· LF-138 bis LF-141 (UDL Fahrstreifen 2)
· LF-142 bis LF-145 (Restfläche)
Nun können weitere Lasten für andere Einwirkungen eingegeben werden. Im Beispiel sind dies:
· Flächenlasten auf den Geh- und Radwegen
· Linienlasten aus Bremsen und Anfahren
· Wanderlasten als Achslasten gemäß DIN EN 1991-2, 4.7.3.1(3)
· Linienlasten aus Wind ohne Verkehr
· Linienlasten aus Wind mit Verkehr
· Temperaturlasten auf der Platte und auf den Stützen
· Punktlasten auf die Stützen aus Anprall Pfeiler
Bild 5 Lastfallzuordnung und Typisierung für das Lastmodell 1
Das Anlegen und die Typisierung der Einwirkungen nach DIN EN 1990 erfolgt projektweit in der Verwaltung der Einwirkungen. Diese ist im Register "Projekt" des ProjektManagers zu finden.
Die Zuweisung der Lastfälle zu den einzelnen Einwirkungen erfolgt direkt bei der Eingabe von Lasten über die Eigenschaften der Lastpositionen. Es können vorhanden Lastgruppen ausgewählt oder neue angelegt werden.
Bild 6 Zuweisung eines Lastfalls zu einer Einwirkung
Eine nachträgliche Zuordnung der Lastfälle zu den Einwirkungen ist ebenso über die Positionseigenschaften oder über den Dialog "Einwirkungen" möglich. Dort werden alle im Modell vorhandenen Lastfälle verwaltet. Diesen Dialog erreicht man über das Register Einwirkungen, Gruppe "Einwirkungen".
Bild 7 Dialog "Einwirkungen"
Hinweis: Das Programm entscheidet selbstständig, ob eine Last des Lastmodells 1 TS oder UDL ist. Entscheidungskriterium ist dabei, ob die Last innerhalb der Einwirkung LM1 einer Lastgruppe (dann TS) zugeordnet ist oder nicht (dann UDL). Selbst wenn Sie nur eine Laststellung des TS verwenden, müssen Sie diese also in eine Lastgruppe einordnen, damit das Programm bei der Kombinatorik die unterschiedlichen Beiwerte berück-sichtigen kann.
Sollen veränderliche Einwirkungen, die nicht in eine gemeinsame Lastgruppe eingeordnet wurden, sich gegenseitig ausschließen, so kann dies über die Definition von Einwirkungsmustern erreicht werden. Damit kann zum Beispiel für das Lastmodel 1 gewährleistet werden, dass immer nur eine spezielle Anordnung innerhalb einer Lastkombination wirksam wird. Innerhalb der Einwirkung werden wiederum nur die Lastfälle oder Lastgruppen berücksichtigt, die sich ungünstig auswirken. Dabei wird aus einer Lastgruppe nur ein (maßgebender) Lastfall berücksichtigt. Die Einwirkungsmuster werden über den Dialog "Kombinationen" definiert, welcher über das Menübandregister "Nachweise", Gruppe "Kombinatorik" erreichbar ist.
"Wind ohne Verkehr" wird nur in Kombinationen verwendet, die keine Einwirkungen aus Verkehr enthalten, "Wind mit Verkehr" nur in Kombinationen, die mindestens eine Einwirkung aus Verkehr enthalten.
Wenn eine Einwirkung vom Typ "Anheben zum Auswechseln von Lagern" definiert ist, wird diese nur mit der Verkehrslastgruppe 6 gemäß DIN EN 1991-2/NA NCI zu 4.5.1 (1) kombiniert. Falls eine solche Einwirkung nicht definiert ist, werden keine Kombinationen mit der Verkehrslastgruppe 6 gebildet.
Erdbebenkombinationen und außergewöhnliche Kombinationen gibt es nur, wenn es auch eine Einwirkung aus Erdbeben bzw. außergewöhnlicher Last gibt.
Als Typ "Anprall an Pfeiler und Überbauten" werden Einwirkungen gemäß DIN EN 1991-2 4.7.2 typisiert. Diese werden mit den Verkehrslasten als vorherrschende Einwirkung gemäß DIN EN 1990 A2.2.5(2) kombiniert.
Der Typ "Fahrzeug auf Geh- und Radweg", entspricht dem Kapitel 4.7.3.1 aus DIN EN 1991-2. Diese Einwirkung wird gemäß 4.7.3.1(2) nicht mit anderen Verkehrslasten auf der Brücke kombiniert.
Der Typ "Sonstige außergewöhnliche Einwirkungen" ist für Einwirkungen gemäß DIN EN 1991-2, 4.7.3.2 bis 4.7.3.4.
Auf Grundlage dieser Typisierung kann MicroFe nach erfolgter Berechnung des Systems für die Bemessung der Bauteile automatisch Lastkombinationen bilden.
Vorsicht: Auf Verformungen, Schnittgrößen und Auflagerkräfte hat dies vorerst keinen Einfluss! Hierzu sind zunächst die lkm-Dateien der gebildeten Lastkombinationen im Lastkombinationsdialog zu laden.
Bild 8 Laden der lkm-Datei im Lastkombinationsdialog
Alle Vorschriften, die in den DIN EN 1991-2 und DIN EN 1992-2 inklusive der Nationalen Anhänge enthalten sind, werden hierbei berücksichtigt. Dazu gehören z. B. die Tabelle 4.4a mit den Verkehrslastgruppen "gr 1" bis "gr 6". Ebenso werden die Regelungen für Straßenbrücken aus dem Anhang A der DIN EN 1990 angewendet.
Im Kapitel "Nachweise (GZG)" der Positionseigenschaften kann neben dem Rissbreitennachweis (unter häufigen Kombinationen gemäß DIN EN 1992-2/NA, Tabelle 7.101DE) auch der Spannungsnachweis gemäß DIN EN 1992-2, 7 ausgewählt werden.