Längskraftabtragung bei Eisenbahnbrücken unter Temperatureinwirkung (E-Book)

Brücken sowie Trog- und Tunnelbauwerke sind wichtige Bestandteile unserer Verkehrswege. Damit diese Bauwerke für viele Jahrzehnte ihrer Funktion gerecht werden, müssen sie durch sichere und möglichst dauerhafte Fahrbahnbeläge geschützt werden. Am besten bewährt haben sich Beläge mit Gussasphalt als Deckschicht und einer Abdichtung aus einer Dichtungsschicht und Gussasphalt als Schutzschicht. Die Technische Information führt die geltenden Regelwerke auf und beschreibt die unterschiedlichen geregelten Bauweisen für die Fahrbahnbeläge. Die Baustoffe werden aufgeführt und die besonderen Anforderungen und Baugrundsätze ausführlich erläutert.

Das Merkblatt umfasst das Monitoring von Brücken, kann aber auch auf andere Ingenieurbauwerke und Hochbauten übertragen werden. Unter Monitoring wird ein Gesamtprozess verstanden, der mit der Definition der Überwachungsaufgabe beginnt, die Auswahl des Messsystems und der Datenerfassung umfasst und mit der Auswertung der Messergebnisse endet. Das Merkblatt beschreibt die Anwendungsmöglichkeiten im Lebenszyklus von Brückenbauwerken. Es konzentriert sich auf den Monitoringprozess, der aus mehreren Phasen besteht. Nach der Definition der Fragestellung und Überprüfung der Machbarkeit ist die Erstellung eines qualifizierten Monitoringkonzeptes erforderlich. Die Umsetzung des Monitoringkonzeptes erfordert eine detaillierte Planung. Die Ausführungsphase (Installation, Betrieb und Datenerhebung) sowie die Datenaufbereitungs- und Auswertungsphase können ebenfalls in Basis- und weiterführende Leistungen unterteilt werden. Ziel der anschließenden Bewertungsphase ist die Interpretation der Messergebnisse unterstutzt durch ergänzende Analysen und Berechnungen zur Beantwortung der Frage, die das Monitoring ausgelost hat. Da Monitoring noch keine gängige bzw. standardisierte Dienstleistung im Bauingenieurwesen darstellt, werden zudem Überlegungen zur Wirtschaftlichkeit von Monitoringmaßnahmen herangezogen.

Der Titel beschreibt die Planungsarbeiten für die Sanierung des über 100 Jahre alten denkmalgeschützten Laufenmühle-Viadukts von der Bestandserfassung und Bestandsbewertung bis zur statischen Nachweisführung und Ausführungsplanung. Ein interdisziplinäres Team aus Bauingenieuren, Bauwerksprüfern, Geophysikern, Bauchemikern und Baustoffingenieuren entwickelte ein Instandsetzungskonzept, das neben einer nicht unerheblichen Kostenreduzierung den Erhalt der ursprünglichen Substanz, der Funktion und des äußeren Erscheinungsbildes dieses technischen Denkmals ermöglicht. Durch den flächigen Einsatz von Bauradar konnten geschädigte und ungeschädigte Bogenbereiche auskartiert und über gezielte Materialproben verifiziert werden. Auf dieser Basis war eine innovative Herangehensweise bei der statischen Nachweisführung möglich. Für die nur noch lokal auszuführenden Verpressarbeiten wurde das geeignete Verpressmaterial konzipiert und am Objekt dessen Praktikabilität getestet. Der Erfolg der Verpressungen wurde mit Bauradar kontrolliert und dokumentiert. Mit dieser bestandsorientierten und auf das wirklich notwendige Ausmaß an Eingriffen erfolgten Ertüchtigung werden auch die bisherigen Alterungsspuren aus der Bau- und Lebensgeschichte des Viaduktes sichtbar bleiben.

Der Zusammenhang zwischen der Sicherheit eines Bauwerks auf der einen und der Überprüfung seines Zustandes und Messung seiner Beanspruchung auf der anderen Seite ist nicht neu. In vielen Bereichen des Bauwesens finden dafür entsprechende Untersuchungen statt. Diese verfolgen einerseits das Ziel, die auf das Bauwerk wirkenden Einwirkungen genauer einschätzen zu können. Aus diesem Grund werden einige Einwirkungen unmittelbar mit Sensoren erfasst (z. B. Temperatur), andere hingegen nur indirekt z. B. über Bauteilreaktionen (z. B. Gewichts- und Verkehrslasten). Andererseits sollen mit einer Überprüfung frühzeitig Schäden oder Überbeanspruchungen festgestellt werden, um eine Schadensbehebung oder im Extremfall den Schutz von Personen und Sachmitteln zu ermöglichen. Sobald die Öffentlichkeit durch ein katastrophales Bauwerkversagen schockiert wird, reagiert die Fachwelt z. T. mit innovativen, oftmals jedoch mit lange bekannten und in Vergessenheit geratenen Ansätzen. Die Gründe des Bauwerkversagens stehen dabei nicht immer im Fokus der Entwicklungen. Dies wurde wieder einmal z. B. nach dem tragischen Einsturz der Eissporthalle in Bad Reichenhall deutlich. In diesem Fall führten - wie im Regelfall - verschiedene Einflüsse und Randbedingungen zum Unglück und "neue" Messverfahren können nur begrenzt dienlich sein. Eine kostenverträgliche Erhaltung der Infrastruktur steht weltweit im Fokus der Untersuchungen. Nachdem bereits einige katastrophale Brückeneinstürze zu verzeichnen sind, werden auch die Politik und die Bevölkerung auf dieses Problem aufmerksam. Ein vorrangiges Ziel der bisherigen und aktuellen Forschungsarbeiten ist es, aus dem Gesamt- bestand der Infrastrukturbauwerke eine klassifizierte Übersicht zu erstellen. Damit soll eine prioritätenorientierte, kostenoptimierte Instandhaltungsstrategie entwickelt werden. Für diese Aufgabe stehen bspw. bei Brückentragwerken Datenbanksysteme bereit, in denen die aus den Brückenprüfungen zusammengetragenen Erkenntnisse über den Zustand einer Brücke formuliert sind. Aufgrund der im Regelfall nur unzureichend vorliegenden Informationen sind die darauf basierenden Erhaltungsstrategien noch sehr anfällig.Mit Prognosen über den Zustand wird versucht, den Erhaltungsaufwand abzuschätzen und zu planen. Die dafür erforderlichen Eingangswerte können mit statistischen Mitteln aus Messreihen und Simulationen abgeleitet werden. Ein weiterer Schritt besteht nun darin, diese statistischen Daten numerisch weiter zu bearbeiten und auf wahrscheinlichkeitstheoretischer Grundlage Prognosen zu formulieren. Für diese Arbeitsschritte bestehen sowohl national als auch international erste Ansätze. Ob damit genauere Vorhersagen möglich werden, hängt letztlich von der Verfügbarkeit und Qualität der relevanten Eingangswerte sowie den durch Modelle vorausgesetzten Abhängigkeiten ab.In dieser Arbeit werden die vielfältigen Abhängigkeiten der zuvor genannten Größen be- nannt und Zusammenhänge dargestellt. Durch praxisnahe Anwendungen an Brücken, Windenergieanlagen und Hochbauten wird der Umgang mit der Messtechnik sowie den probabilistischen Ansätzen veranschaulicht.

Das ständig steigende Güterverkehrsaufkommen auf deutschen Fernstraßen macht die Frage immer dringlicher, inwieweit die Belastungen der Brückenbauwerke durch den Schwerverkehr mit den jetzt gültigen Normlastansätzen noch zutreffend zu beschreiben sind. Gleichzeitig werden neue Fahrzeugkonzepte diskutiert und in Pilotprojekten geprüft. Dabei erhöht man versuchsweise die zulässigen Gesamtgewichte und verändert die Fahrzeuggeometrie. Gemeinsames Ziel solcher Projekte ist es, die wachsende Gütermenge effizient transportieren zu können.Die vorliegende Arbeit stellt ein Messsystem am Kastentragwerk einer Autobahnbrücke vor. Mit dieser Versuchseinrichtung werden Beanspruchungen erfasst, durch welche sich die derzeitigen Verkehrseinwirkungen beschreiben lassen. Die Messsignale der 90 Sensoren des Messsystems, die in einer Dauermessung über den Zeitraum eines Jahres aufgezeichnet wurden, werden in eigenständigen Programmen als Erweiterung zur Messsoftware aufbereitet und ausgewertet. Nach der Installation musste das Messsystem kalibriert werden. Dabei fuhren drei verschiedene Lastkraftwagen mit zuvor bestimmten Achslasten nach einem vorbereiteten Ablauf-Programm mehrmals über die Brücke.Die Ergebnisse der Kalibrierung erlauben es, die an der Brücke unter laufendem Verkehr gemessenen Beanspruchungen den zugehörigen Einwirkungen zuordnen zu können. Der Kalibriervorgang ist durch ingenieur-geodätische Messungen ergänzt und erweitert worden. Mit der Berücksichtigung der Kalibrier- Daten ist ein Finite-Elemente-Modell erstellt worden, das die Beanspruchungen des Tragwerks realitätsnah beschreiben kann. Dieses Modell schafft die Möglichkeit dafür, die Untersuchungen auch auf Stellen der Brücke auszudehnen, die messtechnisch nicht erreicht werden können. Gleichzeitig lassen sich auch Veränderungen in den Verkehrseinwirkungen untersuchen. Die Ergebnisse der Messdatenauswertung und der auf diese Weise erweiterten numerischen Berechnungen werden den derzeit gültigen Lastmodellen gegenübergestellt. Bei der Untersuchung des Lastmodells für die Tragfähigkeit wurden Stellen des Kastenträgers identifiziert, an denen Extremwerte der Beanspruchungen durch den aktuellen Verkehr die Grenzwerte des Lastmodells überschreiten. Außerdem kann die Zunahme der Beanspruchung für den Fall nachgewiesen werden, dass Fahrzeuge von größerem Gesamtgewicht die Brücke benutzen sollten. Bei den Untersuchungen zur Ermüdung wird deutlich, dass durch zunehmende Gesamtlasten im Schwerverkehr insbesondere die globalen Beanspruchungen ansteigen.

Anhand von umfangreichem Datenmaterial, u. a. zur Verkehrsentwicklung auf Bundesfernstraßen, beschreibt der Autor den Zustand der deutschen Brücken und leitet den Bedarf für die dringend notwendigen Sanierungsmaßnahmen her. Dabei wird ebenso auf Lösungsmöglichkeiten durch ein Ertüchtigungsprogramm eingegangen wie auch ein Ausblick auf die hierzu benötigten Mittel gegeben. Die Studie schließt mit einer "Vision 2025/2050" zur Sicherung der Mobilität auf Bundesfernstraßen.

Die vorliegende Forschungsarbeit befasst sich mit der geschichtlichen Entwicklung und den Berechnungsmodellen von Betongelenken. Zunächst wurden die verschiedenen in der Baupraxis existierenden Gelenktypen nach ihrer Wirkungsweise klassifiziert und ihre Anwendungsbedingungen dargestellt. Ziel des Vorhabens war eine Übertragung des in Deutschland gebräuchlichen Berechnungsmodells nach Leonhardt auf die heutige Normengeneration. Damit ist die Anwendung unbewehrter Betongelenke im modernen Brückenbau auf Basis eines anerkannten Bemessungsmodells möglich. Ergänzend wurden die international verwendeten Berechnungsmodelle von unbewehrten Betongelenken nach Freyssinet analysiert. Außerdem wurden die vorhandenen Erfahrungswerte von Betongelenken im Brückenbau in Deutschland und verschiedenen Ländern in Europa recherchiert und zusammengefasst, um die zukünftige Anwendung zu erleichtern. Die Anwendung der übertragenen Berechnungsregeln wurde abschließend anhand von zwei realen Berechnungsbeispielen demonstriert.

Mit den im Jahre 2003 veröffentlichten DIN-Fachberichten 101 "Einwirkungen auf Brücken", 102 "Betonbrücken", 103 "Stahlbrücken" und 104 "Verbundbrücken" wurde ein modernes, auf die zukünftige europäische Harmonisierung ausgerichtetes Regelwerk im Brückenbau in Deutschland eingeführt. Dabei wurde neben der Aufnahme von neuen Konzepten, wie beispielsweise dem Sicherheitskonzept und der Klassenbildung für die Bemessung und für Bauprodukteigenschaften auch Bewährtes aus Jahrzehnten erfolgreichen Brückenbaus beibehalten. Der Deutsche Beton- und Bautechnik-Verein e.V. hat die Autoren der in Leitfäden erschienen Erläuterungen zu den DIN-Fachberichten für DBV-Arbeitstagungen gewonnen, die sich mit den Beton- und Verbundbrücken beschäftigen. Neben praxisnahen Berechnungsbeispielen wird natürlich auch auf die Einwirkungen und auf die ZTV-ING eingegangen. Auf Basis der Referate ist dieses Heft entstanden.