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09.03.2018 | Brückenbau | Im Fokus | Onlineartikel

Tragreserven älterer Brücken

Autor:
Christoph Berger

Wie groß ist das tatsächliche Tragverhalten älterer Brücken – trotz zunehmender Belastungen sind an ihnen oft kaum Schäden zu sehen? An einer stillgelegten Spannbetonbrücke wurden 2017 Tests durchgeführt. Nun liegen erste Ergebnisse vor.

Um das tatsächliche Tragverhalten einer älteren Spannbetonbrücke zu testen, war es Forschern der Technischen Universität München (TUM) wichtig, eine Brücke zu finden, die über mehrere Stützen läuft. Denn speziell bei diesen Brücken sei das Tragverhalten in der Nähe der Auflager hochkomplex, so der Gedanke. Und: Im kleinen Maßstab, also in Laborversuchen, verhalten sich viele Tragsysteme anders als im Realzustand.

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Berechnung


Die Brücke fanden die Wissenschaftler in der über 60 Jahre alten und stillgelegten Saalebrücke im fränkischen Hammelburg. An ihr wurden im Sommer 2017 die ersten Versuche weltweit durchgeführt, bei denen die Grenztragfähigkeit einer realen, mehrfeldrigen Brücke, sie besteht aus sieben Feldern, in der Nähe der Pfeiler getestet wurde. Und dies deshalb, um zu prüfen, ob ältere Brücken mehr Tragreserven haben als bisher angenommen. Denn trotz des Alters der Brücken und der in den letzten Jahrzehnten zunehmenden Belastungen – bei den Planungen der Brücken ging man noch von ganz anderen Belastungen aus, sind an vielen dieser Brücken kaum Schäden zu sehen.

Wirklichkeitsnahe Ergründung des Tragverhaltens

Rechnet man die alten Brücken allerdings mit neuen Regelwerken nach, erkenne man bei vielen Bauwerken ein teilweise erhebliches rechnerisches Defizit, insbesondere in Bezug auf die Querkrafttragfähigkeit, erklärt Prof. Oliver Fischer, Ordinarius am Lehrstuhl für Massivbau der TUM. Wie Querkräfte verlaufen und zu berechnen sind, wird im Kapitel "Berechnung" des Springer-Fachbuchs "Handbuch Brücken" erläutert – es handelt sich um eine Beanspruchung, die senkrecht zur Längsrichtung der Brücke wirken. In der Realität gehe man allerdings davon aus, dass die Bauwerke mehr aushalten, als die aktuellen Modelle vorhersagen. Daher, so Fischer: "Unser Ziel ist es, das Tragverhalten möglichst wirklichkeitsnah zu ergründen, um unsere Ingenieurmodelle weiter zu verbessern."

Um diese Erkenntnisse zu erhalten, wurde ein etwa 32 Meter langer, 1,80 Meter hoher und fast 40 Tonnen schwerer Stahlträger auf der Brücke installiert und an den jeweiligen Pfeilerachsen verankert. Der Träger diente als Widerlager für insgesamt sechs Hydraulikpressen. Beim Ausfahren der Kolben drückten die Pressen mit der gleichen Kraft gegen den obenliegenden Träger wie gegen die Brücke. Theoretisch war somit eine maximale Belastung der Brücke mit 1.400 Tonnen möglich. Das entspricht laut den Forschern umgerechnet etwa 1.000 Pkw oder 35 vollbeladenen Sattelschleppern.

Berechnungsmodelle können verbessert werden

Mithilfe von Glasfasern konnten die Wissenschaftler dann etwa feststellen, wie sich der Beton dehnt und wo Risse entstehen. Hochauflösende Kameras dokumentierten die Rissbildung, ausgewertet werden die Bilder mit einer speziellen Software. Ergänzend zu dem Freifeldversuch führten die TUM-Experten umfangreiche numerische Simulationen sowie Untersuchungen im Labor durch. Dafür hatten sie einen neuartigen Versuchsaufbau entwickelt, in den sie einen Teil einer Brücke einspannen und realitätsnah testen können. "Durch den innovativen Versuchsaufbau ist es möglich, mit relativ kurzen Abschnitten zu arbeiten und damit trotzdem das Verhalten einer nahezu beliebig langen durchlaufenden Brücke zu simulieren", erklärt Fischer.

Bisherige Zwischenergebnisse der Versuche zeigen zum einen, dass die Laborversuche die Realität gut abbilden, andererseits, dass die aktuellen Berechnungsmodelle noch verbessert werden können. Dies könnte den Schluss zulassen, dass einige der älteren Brücken noch länger erhalten bleiben und auch nötige Verstärkungsmaßnahmen reduziert werden könnten. Die endgültige Auswertung der gesammelten Daten wird allerdings noch bis Ende 2018 dauern.

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