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Detailergebnis zu DOK-Nr. 42043

Temperaturbeanspruchung von Betondecken (Orig. engl.: Temperature effects on rigid pavements)

Autoren	I.E. Harik P. Jianping H. Southgate
Sachgebiete	11.1 Berechnung, Dimensionierung, Lebensdauer 11.3 Betonstraßen

Journal of Transportation Engineering 120 (1994) Nr. 1, S. 127-143, 9 B, 2 T, zahlr. Q

Neben der Verkehrsbelastung sind Straßenbefestigungen den klimatischen Beanspruchungen, insbesondere Temperaturänderungen ausgesetzt. Für Abkühlung und Erwärmung von Betondecken werden die jeweiligen Spannungszustände analysiert. Grundlage der Spannungsermittlung sind die tatsächliche, nichtlineare Temperaturverteilung (TV) und der lineare Gradient, der sich aus der Temperaturdifferenz zwischen Oberfläche und Unterseite der Befestigung ergibt. Zur Berechnung dient ein FE-Programm (ANSYS), das zweidimensionale Systeme und damit nur lineare TV verarbeiten kann. Zunächst wird eine lineare TV bestimmt, die der tatsächlichen, nichtlinearen TV hinsichtlich der resultierenden Normalkräfte und Momente äquivalent ist. Die Betondecke wird als dünne, elastische und isotrope Platte idealisiert. Sie steht mit dem elastischen Untergrund (nach Winkler) in Verbund. Das Eigengewicht erzeugt eine gleichmäßige Einsenkung und keine Biegespannungen. Der Spannungsverlauf aus Temperturbelastung innerhalb des Querschnitts wird durch Überlagerung der Spannungen aus nichtlinearer TV bei behinderter Verformung Sigma = 1:(1-v)*E*Alpha(Index t)*Delta T und den nach FE berechneten Spannungen bestimmt. Sind alle Plattenränder frei beweglich, so ergibt sich eine gute Übereinstimmung für lineare Temperaturgradienten mit dem Verfahren nach Westergaard und für nichtlineare TV mit den Berechnungen durch 3D-FE-Programme. Die Ansätze von linearen und nichtlinearen TV führen zu unterschiedlichen Ergebnissen. Bei Behinderung der Längenänderung und Verdrehung entlang der Plattenränder können die Spannungen an der Ober- und Unterseite der Befestigung, nicht aber ihr Verlauf über den Querschnitt mit dem linearen Gradienten angenähert werden. Die Temperaturspannungen sind bei Überlagerung mit anderen Belastungen und hinsichtlich der täglichen Spannungswechsel infolge Erwärmung und Abkühlung zu berücksichtigen.