Messwertgestützte Zustandserfassung, Belastungsidentifikation und Lebensdauerprognose von Spannbetonbrücken mit geringem Querkraftbewehrungsgrad anhand der 2D-FOS-Methode

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Martin Claßen
• Fachliche Zuordnung: Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 501771082

Deutschlands Infrastruktur ist alt und kontinuierlich steigenden Verkehrsbelastungen ausgesetzt. Da der schnelle Neubau von Tausenden Brücken eine enorme Herausforderung darstellt, ist der Erhalt bestehender Bauwerke von entscheidender Bedeutung. Ein Großteil der älteren Brücken besteht aus Spannbeton, wurde für eine kombinierte Beanspruchung aus Querkraft, Torsion und Biegung auf Basis von Hauptspannungen dimensioniert und weist damit hohe Vorspanngrade, aber nur wenig Betonstahlbewehrung auf. Werden bei Nachrechnungen und visuellen Inspektionen Defizite festgestellt, haben sie die Herabstufung in eine niedrigere Brückenklasse oder die Außerbetriebnahme zur Folge. Aus eigenen Vorarbeiten und dem Stand der Technik ist bekannt, dass derartige Bauwerke auch nach der Entstehung eines ermüdungsinduzierten Makrorisses noch erhebliche Tragreserven aufweisen. Um diese Reserven sicher für einen Streckbetrieb der Brücke ausnutzen zu können, beschäftigt sich das Vorhaben mit der Entwicklung einer autonom agierenden Methode zur kontinuierlichen Überwachung und Bewertung des Dehnungs- und Schädigungszustandes einschließlich Mikro- und Makrorissbildung in stark querkraftbeanspruchten Bauwerksabschnitten. In der ersten Förderphase wurde hierzu das Messkonzept 2D-FOS entwickelt. In der zweiten Förderphase verschiebt sich der Fokus von der Messwerterfassung und -aufbereitung auf die Messwertnutzung. Die zu entwickelnde Methode soll den zeitvarianten Zustand des Bauwerks identifizieren, einwirkende Belastungen analysieren, die Restnutzungsdauer prognostizieren und alle relevanten Informationen in einer digitalen Umgebung darstellen. Zur Umsetzung des Forschungsziels ist im Rahmen der zweiten Förderphase ein koordiniertes Arbeitsprogramm aus vier aufeinander abgestimmten Arbeitspaketen vorgesehen. Die Komplexität der Aufgabe erfordert die enge Verzahnung messtechnischer Kenntnisse zur Generierung der zeitvarianten Zustandsinformationen, eine effiziente Datenorganisation, die mathematisch-graphische Aufbereitung in einer digitalen Repräsentanz sowie vertieftes Know-how zur physikalisch-ingenieurmäßigen Lastidentifikation und Restnutzungsdauerprognose. Durch die koordinierte Entwicklung innovativer Mess-, Auswerte- und Prognosemethoden sowie ihre Verknüpfung im digitalen Bauwerkszwilling werden hochverdichtete Informationen für ein prädiktives, intelligentes Bauwerksmanagement bereitgestellt, das eine wesentliche Verlängerung der Bauwerksnutzungsdauer ermöglicht. Um 2D-FOS und die entwickelten Methoden unter realen Einsatzbedingungen zu erproben, ist die Installation des Systems an der Nibelungenbrücke in Worms und der Forschungsbrücke openLAB vorgesehen. Das geplante Vorhaben gliedert sich durch seine klare Ausrichtung ideal in die ausgeschriebenen Forschungsbereiche der zweiten Förderphase des SPP2388 ein und leistet einen methodischen Beitrag zur Entschärfung der aktuellen Infrastrukturkrise.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2388: Hundert plus - Verlängerung der Lebensdauer komplexer Baustrukturen durch intelligente Digitalisierung
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Josef Hegger