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Projekt
Messwertgestützte Zustandserfassung von Spannbetonbrücken mit geringem Querkraftbewehrungsgrad unter Betriebsbeanspruchung zur Lebensdauerprognose am digitalen Zwilling
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Martin Claßen; Professor Dr.-Ing. Josef Hegger
Fachliche Zuordnung
Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
Förderung
Förderung seit 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 501771082
Ältere Spannbetonbrücken wurden für eine kombinierte Beanspruchung aus Querkraft, Torsion und Biegung auf Basis von Hauptspannungen dimensioniert und weisen hohe Vorspanngrade aber nur wenig Betonstahlbewehrung auf. Werden bei Nachrechnungen und visuellen Inspektionen Defizite festgestellt, haben sie die Herabstufung in eine niedrigere Brückenklasse, Verstärkungen zur temporären Weiternutzung oder die Außerbetriebnahme zur Folge. Aus eigenen Vorarbeiten und der Literatur zur Querkraftermüdung ist bekannt, dass derartige Bauwerke auch nach der Entstehung eines ermüdungsinduzierten Makrorisses noch erhebliche Tragreserven aufweisen. Faseroptische Dehnungsmessungen sind ein geeignetes Mittel für ein Langzeitmonitoring und Schädigungsmodelle für Beton und Bewehrungsstahl unter zyklischer Beanspruchung ermöglichen eine theoretische Lebensdauerabschätzung. Trotzdem können die bestehenden Tragreserven bisher nicht quantifiziert und zum Weiterbetrieb des Bauwerks genutzt werden. Es fehlen Methoden zur systematischen Aufbereitung der Messdaten, Aggregation mit Vorinformationen, zentralen Bereitstellung in einer digitalen Repräsentanz und systematischen Verknüpfung mit physikalischen Prognosemodellen, die eine zielsichere Bestimmung der Restlebensdauer erlauben.Ziele des Vorhabens sind daher (a) die Identifizierung und Überwachung des Dehnungs- und Schädigungszustandes infolge Mikro- und Makrorissbildung von Infrastrukturbauwerken aus Stahl- und Spannbeton mit geringem Querkraftbewehrungsgrad unter kombinierter Beanspruchung aus Querkraft, Torsion und Biegung, (b) die Interpretation der zeitvarianten Zustandsinformationen und ihre Verknüpfung mit einem erweiterten BIM-Modell zum digitalen Bauwerkszwilling, an dem (c) eine messwertgestützte Prognose der Restlebensdauer anhand physikalischer Modelle durchgeführt werden kann. 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 die Forschungsziele zu erreichen, wird ein koordiniertes Arbeitsprogramm aus aufeinander abgestimmten experimentellen und theoretischen Untersuchungsmethoden vorgeschlagen: (AP 1) Messkonzeptentwicklung, (AP 2) Auswertemethodik am digitalen Zwilling, (AP 3) Datenaggregation und Implementierung in Restlebensdauerprognosemodell, (AP 4) Kalibrierung und Validierung mit Bauteilversuchen.Die geplanten Arbeiten sind eindeutig dem Forschungsbereich der „Digitalen Verknüpfung“ zuzuordnen. Die Generierung des geometrischen Bauwerksmodells ist nicht Bestandteil der Forschungsaufgabe. Aufbauend auf den Erkenntnissen der ersten Förderperiode wird das Konzept der Lebensdauerprognose in der zweiten Periode durch höherwertige physikalische Modelle erweitert und durch reale Messungen am Demonstratorbauwerk verifiziert und validiert.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
