Was ist eine orthotrope Stahlbrückenfahrbahn?
Eine orthotrope Stahlfahrbahn (OSD) ist eine Brückenfahrbahn, bei der eine dünne Stahlplatte durch Rippen und Querträger ausgesteift ist. Die Fahrbahnplatte bildet zugleich den oberen Gurt der Querträger und der Längsträger. Die FHWA beschreibt dies als effizientes System, weil es Material spart und Steifigkeit bringt.
Name und Herkunft
Das Wort ist eine Kurzform von orthogonal-anisotrop. Die Rippen und Querträger sind orthogonal angeordnet, und die Fahrbahn hat in beiden Richtungen unterschiedliche Steifigkeit. Deutsche Ingenieure entwickelten die erste OSD-Brücke in den 1930er Jahren, und die erste Fahrbahn wurde 1936 gebaut.
Bestandteile
- Fahrbahnplatte. Die ebene Stahlplatte, die die Radlasten trägt und oben einen Belag hat.
- Rippen. Sie verlaufen längs der Brücke und sind an die Unterseite der Platte geschweißt.
- Querträger. Sie verlaufen quer zur Brücke und leiten die Lasten der Rippen an die Hauptträger weiter. Andere Bezeichnungen sind Querbalken und Diaphragma.
Offene Rippen sind Flachstäbe, Wulstprofile, umgekehrte T-Profile oder Winkelprofile. Geschlossene Rippen sind trapezförmig, U-förmig oder V-förmig, wobei die trapezförmige Rippe am häufigsten ist. Eine geschlossene Rippe widersteht Verdrehung besser und verteilt daher eine Radlast auf die nächsten Rippen. Offene Rippen ermöglichen von unten einen einfachen Zugang für Inspektion und Wartung.
Einsatz
Die FHWA nennt drei Einsatzbereiche in den Vereinigten Staaten:
- lange Spannweiten, bei denen die geringe Eigenlast wichtig ist
- Hohlkästen mit schlanken Platten, die ausgesteift werden müssen
- die Erneuerung der Fahrbahn bestehender großer Brücken
Fahrbahnbelag
Der Belag auf einer Stahlfahrbahn ist bituminös oder polymer. Bituminöse Systeme umfassen Gussasphalt und Epoxidasphalt. Polymersysteme umfassen Epoxidharze, Methacrylate und Polyurethane.
Ermüdung und Inspektion
Ermüdung ist die wichtigste Bemessungsfrage. Verkehrslasten einzelner Räder bestimmen die Bemessung, und die Schweißnähte sind schwer zu analysieren. Die Schweißnaht Rippe-Platte und die Verbindung Rippe-Querträger sind ermüdungsempfindlich. Die FHWA nennt diese Prüfverfahren zusätzlich zur Sichtprüfung:
- Farbeindringprüfung
- Magnetpulverprüfung
- Ultraschallprüfung, einschließlich Phased Array
- Durchstrahlungsprüfung
- Impuls-Wirbelstrom
- Schallemissionsprüfung
Ein Prüfer benötigt unter Umständen Zugangsausrüstung, um die Rippendetails zu erreichen.
Hinweis zu Flugplätzen
Flugplatzbefestigungen sind keine orthotropen Fahrbahnen. Die FAA- und EASA-Quellen für Flugplätze, die für dieses Glossar verwendet wurden, erwähnen den Begriff nicht. Er steht auf dieser Seite nur als Eintrag im Fachwortschatz des Bauwesens.
Häufig gestellte Fragen
- Was bedeutet orthotrop?
- Orthotrop ist eine Kurzform von orthogonal-anisotrop. Die Rippen und die Querträger stehen rechtwinklig zueinander, und die Fahrbahn hat in beiden Richtungen unterschiedliche Steifigkeit. Deutsche Ingenieure haben das Wort geprägt, und 1948 wurde ein Patent eingetragen.
- Welcher Rippentyp ist bei modernen orthotropen Fahrbahnen üblich?
- Geschlossene Rippen, am häufigsten die trapezförmige Rippe. Sie widerstehen Verdrehung besser als offene Rippen und verteilen daher eine Radlast auf die nächsten Rippen. Moderne Konstruktionen verwenden unter direkter Verkehrsbelastung in der Regel keine offenen Rippen.
- Warum bekommen orthotrope Stahlfahrbahnen Risse?
- Ermüdung verursacht die Risse. Wiederholte Radlasten bestimmen die Bemessung, und die geschweißten Details sind schwer zu analysieren. Die Schweißnaht Rippe-Platte und die Verbindung Rippe-Querträger sind die Details, die die FHWA als ermüdungsempfindlich bezeichnet.
Referenzen
- fhwa-if-12-027
- Manual for Design, Construction, and Maintenance of Orthotropic Steel Deck Bridges (FHWA-IF-12-027) Federal Highway Administration
- fhwa-focus-2012-osd
- FHWA Focus, April 2012: Manual for Design, Construction, and Maintenance of Orthotropic Steel Deck Bridges Federal Highway Administration
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