Methode zur Beurteilung der Restnutzung und zur Ermittlung sicherer Betriebszeitintervalle älterer geschweißter Stahlbrücken

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Martin Mensinger
• Fachliche Zuordnung: Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 506471463

Für die Beurteilung bestehender geschweißter Stahlbauteile unter zyklischen Beanspruchungen existiert bislang kein probabilistisch abgesichertes Nachweiskonzept auf bruchmechanischer Basis. Dieses ist allerdings dringend erforderlich um für die Vielzahl an historischen Stahlkonstruktionen zuverlässige Aussagen zu Restnutzungsdauern und sicheren Inspektionsintervallen treffen zu können. Nur so kann ein wirtschaftlicher und sicherer Betrieb der Bauwerke mit entsprechend kritischen konstruktiven Details sichergestellt werden. Der existierende Nachweis auf Basis des Nennspannungskonzeptes ist hierfür i.d.R. nicht ausreichend. Bei Brücken führen allein diverse Unschärfen bei den Eingangsparametern, z.B. hinsichtlich vergangenem Verkehr oder Material, zu ungenauen Ergebnissen. Auch der aktuelle Zustand der Konstruktion geht nicht mit in den Nachweis ein. Ziel des geplanten Vorhabens ist es daher eine abgesicherte Methode zur Bestimmung sicherer Betriebszeitintervalle und der Restnutzungsdauer mithilfe von Rissfortschrittssimulationen zu entwickeln. Hierbei sollen auch der aktuelle Bauwerkszustand und die Streubänder der Eingangsparameter berücksichtigt werden. Es soll bzgl. des erforderlichen Sicherheitsniveaus für die Bestimmung der Restnutzungsdauer und den sicherheitsrelevanten Betriebszeitintervallen unterschieden werden. Die zu entwickelnde Methodik soll einfach und schnell anwendbar sein, ohne dass aufwändige Rissfortschrittsberechnungen notwendig sind. Sie basiert auf bruchmechanischen Analysen und zeichnet sich durch ein probabilistisch abgesichertes Nachweiskonzept aus und wird im Rahmen des Projektes exemplarisch für Bahnbrücken entwickelt. Sie ist darüber hinaus aber auch für eine Vielzahl anderer ermüdungsbeanspruchter Stahlbaukonstruktionen anwendbar. Im Rahmen des Projekts sind passende Eingangsparameter mit zugehörigen statistischen Verteilungsfunktionen zu definieren. Dazu gehören u.a. angemessene Anfangsrissgrößen und Rissausbreitungsrichtungen, abgesicherte Materialkennwerte und der Einfluss der Beanspruchung inklusive möglicher Eigenspannungen. Zudem gilt es relevante konstruktive Details in idealisierte bruchmechanische Referenzmodelle zu überführen. Auf dieser Basis wird ein allgemein angelegtes Konzept für ältere Stahlkonstruktionen erarbeitet. Zu diesem Zweck sind bruchmechanische Simulationen geplant, deren Ergebnisse im Anschluss über Regressionsanalysen und probabilistische Betrachtungen in entsprechend sichere Inspektionsintervalle überführt werden können. Um eine Absicherung des Konzepts zu erreichen, sollen Monte-Carlo Simulationen durchgeführt und eine intensive wissenschaftliche Beschäftigung mit den anzustrebenden Sicherheitsniveaus und Zielsicherheiten erfolgen. Resultat des Forschungsvorhabens ist demnach ein sicherheitstheoretisch begründetes Nachweisverfahren auf bruchmechanischer Basis, mithilfe dessen die weitere Verwendung von Stahlkonstruktionen im Bestand zuverlässig beurteilt werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich(e): Dr.-Ing. Christina Radlbeck