Orthotrope Fahrbahnplatte für stählerne Strassenbrücken Die Erfindung bezieht sich auf eine orthotrope Fahrbahnplatte für stählerne Strassenbrücken mit unter halb eines Deckbleches in Scharen zwischen Hauptträ gern angeordneten kastenförmigen Längslippen und die Lasten der Fahrbahnplatte auf die Hauptträger übertra genden, zwischen diesen angeordneten Querträgern, bei der quer zu den kastenförmigen Längsrippen unterhalb des Deckbleches in jeweils einer Ebene liegende Quer schotten angeordnet sind.
Die der Besprechung zugrunde liegende Differential gleichung der orthotropen Platte zeigt, dass die Tragfä higkeit der Platte abhängig von a) der Biegesteifigkeit der Längsrippen mit dem zugehörigen Anteil des Deckbleches, b) der Biegesteifigkeit des Deckbleches allein in Querrichtung, c) der Torsionssteifigkeit der Platte, die der Verdre- hungssteifigkeit der Längsrippen proportional ist.
Die Biegesteifigkeit des Deckbleches in Querrichtung ist gegenüber der Biegesteifigkeit der Längsrippen vernachlässigbar klein. Die Tragfähigkeit der Platte hängt daher überwiegend von der Biegesteifigkeit der Längsrippen und der Torsionssteifigkeit der Platte ab. Bei einer Brückenfahrbahn treten stark konzentrierte Einzellasten auf. Die Berechnung zeigt, dass es notwen dig ist, so zu konstruieren, dass das Verhältnis der Torsionssteifigkeit der Platte zur Biegesteifigkeit der Längsrippen möglichst hoch wird.
Dadurch erzielt man den Vorteil, dass die der unmittelbar belasteten Längsrip pe benachbarten Rippen weitgehend zur Lastaufnahme herangezogen werden, so dass die für die Dimensionie- rung massgebende belastete Rippe erheblich entlastet wird. Dieses Ziel wird bei dieser Fahrbahnplatte (Köln Mülheimer Brücke) noch nicht erreicht, weil dort die Längsrippen (Flachwulststähle) nur eine sehr geringe Torsionssteifigkeit haben.
Durch den Vorschlag, die Längsrippen als in voller Höhe nach oben offene Kastenprofile auszubilden und deren Abstand etwa gleich der Weite der oberen Profilöffnung zu bemessen, wird erreicht, dass die Torsionssteifigkeit der Nachbarrippen stärker zur Entla stung der örtlich belasteten Längsrippen herangezogen wird. Die ausgezeichneten Erfahrungen bei der im Jahre 1954 dem Verkehr übergebenen Rheinbrücke Duisburg - Homberg aufgrund der erstmalig verwendeten Kasten profile veranlassten die Fachwelt, diese Konstruktion der Fahrbahn in fast unveränderter Form in aller Welt bei grossen Brücken anzuwenden.
Bei der Konstruktion der Rheinbrücke Duisburg - Homberg hatte sich aus Versuchen und Berechnungen ergeben, dass man die Verdrehungssteifigkeit der kasten- förmigen Längsrippen nicht in voller Höhe einsetzen darf, sondern dass vielmehr wegen der im Deckblech auftretenden Verbiegungen die Torsionssteifigkeit der Platte reduziert werden muss.
Diese Erkenntnis führte zu dem weiteren Vorschlag, parallel zu den im wesentlichen die Lasten der Fahrbahnplatte auf die Hauptträger übertragenden Querträger zwischen den benachbarten Längsrippen oder einem Teil derselben jeweils in einer Ebene liegende Querrippen (Querschotten) anzuordnen, welche die Längsrippen zwecks weitgehender Verteilung örtlicher Lasten auf die seitlich anschliessenden Rippen untereinander verbinden.
Die erstmalige Anwendung dieser Massnahme bei der Rheinbrücke Ludwigshafen - Mannheim 1958 erbrachte hervorragende Ergebnisse. Durch die Anordnung der Querrippen, auch Querschotte genannt, wurden die maximale Durchbiegung der Platte und damit die für die Dimensionierung der Platte massgebenden Biegemomen te auf 50% bis 64% verringert, wie sich aus den mit der Theorie völlig übereinstimmenden Versuchen ergeben hat.
Ausgehend von den früheren Berechnungen und Versuchen, die zur Anwendung von kastenförmigen Längsrippen geführt hatten, bestand stets das Problem, dass im Deckblech am Ansatz der Rippen erhebliche Querbiegespannungen wechselnden Vorzeichens auftre ten, die die Dauerfestigkeit des Blechs herabsetzen, besonders im Hinblick darauf, dass im Deckblech stets ein zweiachsiger Spannungszustand herrscht.
Bei weite ren Versuchen zeigte es sich, dass auch bei kastenförmi- gen Längsrippen zusätzliche Verformungen im Deck blech auftreten können, die zwar die Torsionssteifigkeit der Platte nicht herabsetzen, jedoch erkennen lassen, dass auch die nunmehr erreichte Konstruktion mit Rücksicht auf ihre Dauerfestigkeit noch verbesserungsfähig ist. An diese Erkenntnis knüpft die Aufgabe der Erfin dung an, die darin besteht, ohne Verringerung der Torsionssteifigkeit der Platte der Sekundär- oder Quer spannungen im Deckblech auf ein Minimum zu verrin gern.
Dies wird dadurch erreicht, dass die Querschotten nur mit den Seitenwänden der Längsrippen verbunden sind und in einem Abstand vom Deckblech verlaufen, und dass auf der Oberseite des Deckbleches aufrechtste- hend angeschweisste stegartige Flachstahlrippen im Wir kungsbereich eines jeden Querschotts angeordnet sind.
Durch diese Ausbildungsweise kann eine ausseror- dentlich hohe Torsionssteifigkeit der Platte und dadurch eine sehr gute Querverteilung der konzentrierten Einzel lasten ermöglicht werden, insbesondere kann auch ein Nachteil vermieden werden, der beim Verschweissen der Querschotten mit dem Deckblech unvermeidlicherweise in Form von erheblichen Zwängungsspannungen auftritt, die darauf zurückzuführen sind, dass das Deckblech in den mit den Querschotten verschweissten Bereichen als unendlich steif gegenüber den unverschweissten Teilen des Deckbleches anzusehen ist.
Verzichtet man dagegen nach der Erfindung auf das Anschweissen der Querschot ten am Deckblech, so können die Zwängungsspannungen auf einen Bruchteil verringert werden.
Eine Beschränkung auf die Loslösung der Querschot te vom Deckblech würde jedoch zu einer Verminderung der Torsionssteifigkeit der Platte führen, wenn man nicht zugleich auf dem Deckblech hochkantstehende Flach stähle anbringt.
Neu ist die Erkenntnis, dass man die Flachstähle (auch als Querrippen bezeichnet) auf der Fahrbahnplatte zur Erhöhung der Torsionssteifigkeit der Platte ausnutzen kann, wobei gleichzeitig der bisherige Nachteil der Flachblechfahrbahn behoben wird, nämlich die bei Brücken mit Flachblechfahrbahn wiederholt eingetretene Verschiebung des Asphaltbelages in Brük- kenlängsrichtung.
Voraussetzung ist jedoch, dass diese Flachstähle nicht nur durch Heftung mit dem Deckblech verbunden, sondern entweder in voller Länge oder mindestens soweit an das Deckblech angeschweisst werden, dass sie den in den kastenförmigen Längsrippen vorhandenen Schub- fluss übernehmen können. Wieviel Querrippen man anordnet, ergibt sich aus wirtschaftlichen Erwägungen; man kann sie entweder geradlinig durchlaufen lassen oder in leichter Zickzackform ausführen.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnung an einem Beispiel näher erläutert, und zwar zeigen: Fig. la die Verformung des Deckbleches bei der bekannten Fahrbahnplatte, wenn die Querschotte auf dem Deckblech angeschweisst sind, Fig. lb die Verformung des Deckbleches bei einer Fahrbahnplatte nach der Erfindung, Fig.2 einen Querschnitt durch die Fahrbahnplatte nach Fig. 1b zwischen zwei Querträgern, Fig.2a einen Schnitt in der Ebene A und B der Fig. 2, Fig. 3a die Untersicht auf die Fahrbahnplatte nach Fig. 2,
Fig. 3b die Draufsicht auf die Fahrbahnplatte.
Da das Deckblech, soweit es mit den Querschotten verschweisst ist, als unendlich steif gegenüber den unverschweissten Teilen des Deckbleches betrachtet werden kann, muss, wie aus Fig. la hervorgeht, die ganze Verformung im Bereich des ersten, unbelasteten Kastens stattfinden. Dabei treten namentlich im Punkte A erhebliche Zwängungsspannungen auf.
Wird dagegen auf das Anschweissen der Querschot ten am Deckblech verzichtet, so entsteht die in Fig. lb dargestellte Querbiegelinie, bei der die Zängungsspan- nungen im Deckblech auf einen Bruchteil verringert sind.
Die folgenden Ausführungen beziehen sich auf ein Ausführungsbeispiel der Fahrbahnplatte gemäss der Erfindung nach den Figuren 2 bis 3b.
Mit 1 sind zwei Hauptlängsträger, hier in Kastenform gezeichnet, benannt, zwischen denen ein Deckblech 2 der orthotropen Platte als Obergurt verläuft. Unter das Deckblech sind im Ausführungsbeispiel Kastenprofile 3 als Längsrippen angeschweisst, die durch das Deckblech verschlossen werden und - wie bekannt eine hohe Drehsteifigkeit haben.
In grösseren Abständen sind die Querträger 4 vorgesehen, an die die Rippen 3 drehfest angeschlossen sind.
Zwischen je zwei Längsrippen 3 sind Querschotte 5 angeschweisst, deren obere Kante in einem Abstand a vom Deckblech 1 verläuft. Wie aus Fig.2a ersichtlich, liegen die Qkerschotte 5 in einer Ebene. In gleicher Ebene der Querrippen sind beim Beispiel auf der oberen Seite des Deckbleches 1 aufrechtstehende stegartige Flachstahlrippen 6 (siehe Fig.2a und 3b) ange- schweisst.