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Erfolgreiche Dauerbiegeversuche an DYNA Grip<sup>®</sup> Systemen

Erfolgreiche Dauerbiegeversuche an DYNA Grip® Systemen

Schwingungen können bei Schrägseilen auf unterschiedliche Weise entstehen. So lange keine wirkungsvollen Maßnahmen zur Dämpfung ergriffen werden, können Schrägseilschwingungen hohe Amplituden mit großen Schrägseilrotationen an der Verankerungszone hervorrufen. Es existieren nur wenige Informationen über die Schädigung von Schrägseilen, die einer erheblichen Dauerbelastung ausgesetzt waren.

Die derzeitige Norm EN 1993-1-11 legt für Bauwerke mit Zuggliedern aus Stahl eine Untersuchung der Biegeeffekte in der Ermüdungsbemessung fest. Es sollen konstruktive Schutzmaßnahmen getroffen werden, um die Biegebeanspruchung innerhalb der Verankerungszonen zu minimieren, und die tatsächlich eingesetzte Anordnung sollte wenn möglich getestet werden. Es gibt jedoch keine klaren Regelungen, wie diese Effizienz nachgewiesen und wie die Biegebeanspruchung minimiert werden soll. Auch fib Bulletin 30 und die Empfehlungen der Setra enthalten keinerlei Werte bezüglich der Einschränkung der Biegebeanspruchung.

1) Test des DYNA Grip® Systems mit 2 Millionen Lastwechseln an der Technischen Universität von Dänemark (DTU)

Die DTU hat einen neuen Prüfaufbau für Biegebeanspruchungstests an Einzellitzen entworfen. Man entschied sich für einen Testaufbau mit statischer Schiefstellung der Verankerung, um die Ablenkung der Litzen innerhalb einer Schrägseil-Verankerung im Maßstab 1:1 zu simulieren. Hierbei wurden sowohl die Umlenkung aus Bündelung als auch die statische Schiefstellung der Verankerung infolge Bauwerkstoleranzen berücksichtigt. In Übereinstimmung mit dem in fib Bulletin 30 empfohlenen Testaufbau wurde ein S-förmiges Profil verwendet. Die Querlast in der Mitte des Schrägseils wurde mit einem hydraulischen Zylinder erzeugt, um die durch Schrägseilschwingung oder strukturelle Verformung hervorgerufene veränderliche Verdrehung des Schrägseils zu simulieren. Abb. 1 zeigt ein vereinfachtes Modell des neuen Testaufbaus. Es wurden zwei Reihen von Dauerbiegeversuchen an verzinkten, gewachsten und PE-ummantelten Litzen des Typs 0,62" mit sieben Drähten und einer Bruchfestigkeit von 1860 MPa durchgeführt. Die erste Testreihe wurde mit Einzellitzen und ohne zusätzliche Elemente zur Verringerung der Biegebeanspruchung wie z.B. Dichtungsscheiben oder Abstandhalter durchgeführt (vgl. Abb. 2). In einer zweiten Testreihe wurde eine Verankerung verwendet, die dem aktuellen Aufbau des DYNA Grip® Systems der DSI entsprach (Abb. 3). An der Verankerung wurden am Prüfstand statische Schiefstellungen von bis zu 3° aufgebracht, und die einlitzigen Prüfkörper wurden auf eine axiale Kraft vorgespannt, die 45%-60% der garantierten Bruchlast (GUTS) entsprach. Nach dem Spannen der Litze und dem Nachverkeilen beider Keile wurde die zusätzliche Winkelabweichung in Dauerschwingversuchen von bis zu 2x106 Lastwechseln von +/- 10 mrad auf +/- 25 mrad variiert. Die Testergebnisse waren eindeutig. In der ersten Testreihe mit der einfachen Verankerung, die normalerweise in der Vorspannung verwendet wird, kam es bereits sehr früh zu Drahtbrüchen – meist zwischen 10.000 und 20.000 Lastwechseln. Zu Ermüdungsversagen kam es in den meisten Fällen an der Keilspitze. Dieser Bereich ist den höchsten Biegebeanspruchungen unterworfen und hat Kerben durch den Keilbiss. Die Einzellitzen mit der Verankerung, die dem DYNA Grip® System entsprach, bestanden die 2x106 Lastwechsel hingegen mühelos ohne Drahtbrüche.

2) Dauerschwingversuch am DYNA Grip® System mit 10 Millionen Lastwechseln an der DTU

Im weiteren Verlauf wurde am Prüfstand der DTU ein Test mit 10x106 Lastwechseln an Einzellitzen mit DYNA Grip® Verankerung inklusive Dichtung ohne jegliche Brüche durchgeführt. Die statische Neigung der Auflagerplatten betrug 3°, die axiale Kraft entsprach 45% der garantierten Bruchlast (GUTS), und die zusätzliche Winkelabweichung betrug +/- 10 mrad. Alle Resultate an der DTU zeigen, wie die Dichtung des DYNA Grip® Systems das Dauerschwingverhalten von 7-drahtigen Litzen beeinflusst. Dabei ist zu beachten, dass Tests ohne Dichtung auf Grund von Drahtbrüchen zu einem sehr frühen Zeitpunkt abgebrochen werden mussten. Litzen mit Dichtung zeigten hingegen während des gesamten Tests keinerlei Probleme. Zudem bestanden die Litzen viel höhere Lastwechsel. Die Tests zeigten, dass die Dichtungseinheit des DYNA Grip® Systems, die aus einem HDPEAbstandhalter, Dichtungsscheiben und einer Andruckplatte besteht, sehr effizient den durch Biegungen hervorgerufenen Materialermüdungen vorbeugt. Eine zusätzliche Führungskonstruktion ist nicht notwendig.

3) Dauerschwingversuch am DYNA Grip® System mit 10 Millionen Lastwechseln an der Universität Wien

Das DYNA Grip® System des Typs DG P12 wurde auch an einem neuen Prüfstand der Universität Wien getestet. Im Gegensatz zu herkömmlichen, hydraulisch betriebenen und energieintensiven Testsystemen nutzt der neue Prüfstand die Eigenfrequenz der Systeme, um mit einem sehr niedrigen Energieniveau eine sehr hohe Testfrequenz zu erreichen. Die erreichte Testfrequenz von 20,6 Hz führte für 10 Millionen Lastwechsel zu einer Testzeit von nur 5,6 Tagen im Vergleich zu den sonst nötigen 6 Monaten. Die statische Neigung der montierten Ausgleichsscheiben betrug 0,6°, und der Prüfkörper wurde auf eine axiale Kraft vorgespannt, die 45% der garantierten Bruchlast (GUTS) entsprach. Der Beanspruchungsbereich zwischen oberer und unterer Last entsprach 200 N/mm². Das DYNA Grip® System des Typs DG P12 erreichte die 10 Millionen Lastwechsel ohne jegliche Litzenbrüche.

Insgesamt konnte durch die Tests gezeigt werden, dass das DYNA Grip® System auch bei Dauerbiegebeanspruchung eine langfristige Haltbarkeit garantiert.

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