1 Einleitung Vor dem Hintergrund stetig zunehmender Verkehrsbelastungen wurden die Regelwerke in den letzten 50 Jahren stetig an die neuen und künftigen Erfordernisse angepasst. Dies führt dazu, dass eine Vielzahl bestehender Brücken -seinerzeit für eine Standzeit von 100 Jahren konzipiert -schon nach wenigen Jahrzehnten den heutigen Anforderungen nicht mehr standhält. Das spiegelt sich in einer tatsächlichen Schädigung der Bauwerke wider, aber auch in der konzeptionellen Alterung. Konzeptionelle Alterung bezeichnet dabei die allen technischen Systemen inhärente Eigenschaft, gegenüber einem sich fortentwickelnden Stand der Technik zurückzufallen -was nichts mit Degradationen oder Fehlern zu tun hat, sondern mit dem stetigen technischen Fortschritt, gegenüber dem ein Bestand quasi "stillsteht". Konzeptionelle Alterung wird oft bei Nachrechnungen deutlich. Auch für visuell schadensfreie Brücken werden dann Verstärkungsmaßnahmen oder Ersatzneubauten erforderlich. Hier können Messungen genauere Aussagen über das Tragverhalten liefern. Obwohl die Stufe 3 der
In statisch unbestimmten Systemen erzeugen ungleichmäßige Erwärmungen Zwangsspannungen. Für die Berechnung und Bemessung von Brücken werden diese üblicherweise durch lineare Temperaturgradienten berücksichtigt. Neben dem ver tikalen Gradienten gilt die mittlere Querschnittstemperatur als bemessungsrelevant. Gängige Regelwerke geben für beide feste Einzelwerte bzw. vereinfachte Verteilungen für die Nachrechnung vor. Diese basieren auf Untersuchungen grundlegender Bauwerkstypen, die als repräsentativ für die Gesamtheit der Brücken angesehen werden. Die daraus abgeleiteten Kennwerte erfassen daher lokale, bauwerksspezifische – und ggf. beanspruchungsmindernde – Besonderheiten, regionale klimatische Unterschiede, Beschattungssituationen sowie die Ausrichtung des Bauwerks nicht. Werden die relevanten Temperaturanteile aus einem Zeitverlauf des Temperaturfelds ermittelt, können die allgemeinen Kennwerte der Regelwerke durch bauwerksspezifische diskrete Verteilungen der Temperaturbeanspruchungen ersetzt werden. Im Beitrag wird gezeigt, wie die instationären Temperaturfelder mittels eines Tabellenkalkulationsprogramms unter Verwendung langzeitiger, lokaler Klimadaten berechnet werden können. Dazu wird die Fourier'sche Differenzialgleichung der Wärmeübertragung mit einem Finite‐Elemente‐Ansatz gelöst und um Randbedingungen der Wärmeübertragung durch äußere Einflüsse ergänzt. Besonderheiten und Eigenschaften des Verfahrens werden diskutiert und die Berechnungsergebnisse mit Messdaten eines Temperaturmonitorings an einer Spannbetonbrücke verglichen. Es zeigen sich gute Übereinstimmungen für das Temperaturfeld sowie die daraus abgeleiteten Größen wie die rechnerischen Temperaturgradienten.
EinleitungSeit Mitte des letzten Jahrhunderts ist die Verkehrsbelastung unserer Infrastruktur stetig gestiegen. Im Laufe der Zeit haben neben der Verkehrsdichte, der Frequenz der Lastereignisse und der Häufigkeit von Sondertransporten auch die zulässigen Verkehrslasten zugenommen, was sich heute in den gestiegenen Anforderungen moderner Regelwerke widerspiegelt. Eine Brücke, die zum heutigen Zeitpunkt gebaut wird, muss für wesentlich größere Lasten mit größerer Häufigkeit ausgelegt werden, als dies noch vor 50 Jahren der Fall war. Allerdings entstammt der Großteil der deutschen Brücken ebendieser Zeit, den 1960er-und 1970er-Jahren (vgl. [1] Increasing the accuracy of lifetime prediction by structural monitoring of a 50-year old pre-stressed concrete bridge Demands on the existent infrastructure are continuously rising. Today, structures, especially bridges, have to resist significantly increased loads compared to the ones scheduled during projection and erection. In course of inspections and reassessments fatigue turned out to be of high-relevance and even led to cases of severe damage in the past. In the DFG-funded research project "Precision limits of lifetime prognoses -experimental and numerical investigation of an existent bridge structure subjected to fatigue" focus has been set on substantial structural monitoring of a 50-year old pre-stressed concrete bridge located in Düsseldorf. The measures comprise among others long-time recording of strains (concrete and tendons), material testing and trial loading. It is shown how to capture and systematically reduce inherent uncertainty of lifetime predictions. Thereby the computed structural lifetime considerably increases. In a "best case scenario", where comprehensive experimental input data is at hand, single parameters (e.g.: material, traffic loads, and structural model) impact on the prognosis as well as on its belonging precision has been quantified. Therefore both, the existent as well as the newly erected structure in the context of Heerdter Dreieck in Düsseldorf which demands for specific projection measures are elucidated.
Die Theodor‐Heuss‐Brücke in Düsseldorf ist die älteste Schrägseilbrücke Deutschlands und die weltweit erste mit harfenförmig angeordneten Seilen. Seit ihrer Fertigstellung 1957 ist die Verkehrsbelastung stetig gestiegen. Wie bei vielen anderen älteren Brücken mit orthotropen Fahrbahnplatten führte dies mit der Zeit zu Schäden – u. a. in Form von Rissen. Eine Nachrechnung des Bauwerks zeigt deutliche Defizite – insbesondere hinsichtlich der Ermüdung in der orthotropen Fahrbahnplatte. Daher wurde 2019 ein Monitoringsystem aus über 80 Sensoren am Bauwerk installiert und über ein Jahr betrieben. Der Beitrag zeigt die Entwicklung des Monitoringkonzepts, seine Umsetzung und Auswertung. Aus den Messdaten werden Erkenntnisse zum Tragverhalten abgeleitet. So zeigt sich ein signifikanter Zusammenhang zwischen den ermüdungswirksamen Beanspruchungen und der Temperatur. Einerseits wirkt die steife Asphaltschicht beim Lastabtrag mit, andererseits bewirkt sie eine größere Lastverteilung. Auch zeigt das Monitoring, dass der Einfluss von Radlasten dominiert und eine Ablastung über das zulässige Fahrzeuggesamtgewicht nur geringen Nutzen hat. Vielmehr sind die Radlasten zu begrenzen, um die Bauteile der Fahrbahnplatte zu entlasten.
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