Genauigkeitsgrenzen von Lebensdauerprognosen – Experimentelle und numerische Untersuchung einer Spannbetonhochstraße unter Ermüdungsbeanspruchung

Abstract

Eine der größten Herausforderungen für Bauingenieure unserer Zeit stellen die Beurteilung, der Erhalt und die Instandsetzung von Ingenieurbauwerken im Zuge von Straßen und Schienen dar. Zuständigkeiten, Prioritäten, vertretbare Handlungsreihenfolgen im Verkehrs-netz, häufigste Arten von Defiziten und deren wahrscheinliche Ursachen sind inzwischen weitgehend bekannt. Dennoch müssen verantwortliche Akteure, trotz aller Anstrengungen zur Beobachtung und Prognose von restlichen Nutzungsdauern, noch immer darauf gefasst sein, dass unvermutet und ohne große Ankündigung vorab, Schadensfälle auftreten. Dies trifft für Schadensmechanismen wie die Spannungsrisskorrosion aber auch für die Ermüdung von Spannstählen zu, die im Gebrauch weitgehend verborgen voranschreiten und plötzlich, ggfs. verheerende Konsequenzen zeigen. Übliches Monitoring ist bei der Beobachtung passiv. Die Erfahrung lehrt jedoch, dass Aktivität im eigenen Handeln oft neue Lösungen bringen kann. Genau hier setzt das Projekt in seiner 3. Förderphase an, und zwar mit zwei Instrumenten der aktiven Beeinflussung. Erstens, mit der aktiven Induktion von Temperaturgradienten in Brücken werden die realen Temperatur-beanspruchungen geregelt und reduziert. Dies wird an einem maßstäblich skalierten Demonstrator und der Referenzbrücke, der Hochstraße am Nordfriedhof in Düsseldorf, gezeigt. Die Regelung erfolgt unter Berücksichtigung der thermischen Trägheit des massigen Bauwerks und gestützt auf numerisch prognostizierte Temperaturverteilungen am Querschnitt im Abgleich zu experimentell faseroptisch und mit Thermoelementen aufgenommenen Verteilungen. Der Eintrag bleibt örtlich begrenzt und schädigt nachweislich nicht das Bauwerk. Zweites Handlungsinstrument ist ein aktiver Lebensdauerindikator als ein vor Ort eingebautes, austauschbares Überwachungselement zur Quantifizierung des Ermüdungsfortschritts mit dem Bestand vergleichbaren, externen Vorspanndrähten. Sein Nachweis gelingt hier nur im Labor, da Kriecheffekte des die Spanndrähte fixierenden Klebers eine zeitstabile Vorspannung verhindern. Das Zwischenziel der Quantifizierung von Restlebensdauerpotentialen verbauter Spannstähle bei Nutzung individueller Wöhlerlinien unter Übertragung abweichender Randbedingungen von Bestand und Indikator wird dennoch erreicht. Ein Konzept, solche individuellen Wöhlerlinien z.B. auf Basis von Zulassungsdaten in Bauwerksakten aufzunehmen, ist erarbeitet und in die Diskussion eingebracht.