Genauigkeitsgrenzen von Lebensdauerprognosen - Experimentelle und numerische Untersuchungen einer Spannbetonhochstraße unter Ermüdungsbeanspruchung

• Antragsteller: Dr.-Ing. Mark Alexander Ahrens
• Fachliche Zuordnung: Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 221282822

Noch immer sind Zustandsprognosen von Infrastrukturbauten, insbesondere von Brücken, und ihre Beurteilung verbunden mit einer rationellen Entscheidung über die Durchführung und Planung verantwortbarer Instandhaltungs- und Ersatzmaßnahmen Tätigkeitsschwerpunkte zahlreicher Ingenieure der Praxis. Neben den bundeseigenen Verkehrswegen sowie den Trassen der deutschen Bahn stehen mittlerweile verstärkt Bauwerke in kommunaler Verantwortung im Fokus. Allen gemein ist ein Handlungsbeginn wenn Schäden aufgetreten sind und Einschränkungen in der Nutzung mit ihren gesamtwirtschaftlichen Konsequenzen drohen. Dann werden Ursachen gesucht, Messungen unternommen, Konzepte geplant und Gegenmaßnahmen abgestimmt und ergriffen. Diese Handlungsweise erscheint unnötig passiv und soll zukünftig in eine proaktive gewandelt werden. Notwendige Werkzeuge werden mit diesem Projekt bereitgestellt.Aufbauend auf den Erkenntnissen und Weiterentwicklungen der Voranträge auf den Gebieten der Ermüdung, der Temperatursteuerung und der Lebensdauerprognose soll das gewonnene Wissen nun konsequent genutzt werden, um zukünftig durch gezielte und überwachte Maßnahmen die Ermüdungslebensdauer von Großbrücken nicht nur präzise beurteilen, sondern sogar aktiv verlängern zu können. Durch gezielte Temperatureinleitung mit adaptierten Technologien zur Temperierung und Regelung können Ingenieure nicht länger nur passiv beobachtend durch Temperatur erhöhte Amplituden (z.B. durch Monitoring) im Auge behalten, sondern aktiv Spannungen in Tragwerke einbringen und zum Nutzen der Allgemeinheit steuern. Der konzeptionierte Lebensdauerindikator versetzt Entscheidungsträger in die Lage den Erfolg von Maßnahmen bei Bedarf zu prüfen und Lebensdauergewinne zu quantifizieren. Es steht damit ein Werkzeug zur Verfügung, um fundierte Entscheidungen zur Aufrechterhaltung unserer Infrastruktur frühzeitig zu unterstützen. In diesem Projekt soll nun erstmals eine reale Großbrücke, die vom Kooperationspartner Landeshauptstadt Düsseldorf gestellte „Hochstraße am Nordfriedhof“, derart ausgerüstet werden, um einerseits die praktische Umsetzbarkeit zu beweisen und andererseits einen ersten Referenzfall zu gewinnen. Damit dies in optimaler Weise mit hoher Ergebnisqualität geschehen kann, sind zuvor letzte Untersuchungen im Labor geplant. Potentielle Einflussfaktoren der Ermüdungslebensdauer von freischwingenden Einzeldrähten als wesentliche Komponente des Lebensdauerindikators (Krafteinleitung, Frequenz, Kerberzeugung) werden separat aufgeklärt und über Wöhlerlinien nach dem Interaktiven Verfahren einzeln quantifiziert. Die Temperatureinleitung und -steuerung wird unter Realbedingungen im Modell (Maßstab 1:2) erprobt und optimal auf die Anforderungen vor Ort eingestellt. Der Einbau und mehrmonatige Betrieb belegt ihre Wirkung, welche durch Messung und Aufzeichnung der temperaturreduzierten Spannungsschwingbreiten unter Realverkehr im Vergleich zur ursprünglichen Wöhlerlinie der Spanndrähte nachgewiesen wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen