Der aktuell im Rahmen der Nachrechnungsrichtlinie geforderte Nachweis von Tragfähigkeit, Gebrauchstauglichkeit und Ermüdung der Brückenbauwerke im Bestand der Länder und des Bundes stellt eine enorme Herausforderung dar. Insbesondere bei unvollständigen oder fehlenden Bestandsplänen der Bauwerke sind Maßnahmen erforderlich, um die erforderlichen Informationen zu beschaffen. Ein wirkgungsvolles Instrument könne hierfür die zerstörungsfreien Prüfverfahren des Bauwesens sein. In dem präsentierten Forschungsprojekt erfolgte die Rekonstruktion eines Bestandsplanes direkt auf die Anforderungen des mit der Nachrechnung beauftragten Ingenieurbüros. Darüber hinaus wurde der Entwurf eines Leitfadens erstellt, der im Falle von unvollständigen oder fehlenden Bestandsplänen die Grundlagen für die Beauftragung und Durchführung der Nachrechnung schafft.

Im Dezember 2015 wurde die A1-Änderung zum deutschen Nationalen Anhang von DIN EN 1992-1-1 veröffentlicht. Die Änderungen betreffen u. a. den Ansatz der wirksamen Betonzugfestigkeit bei der Ermittlung der Mindestbewehrung zur Begrenzung der Rissbreiten bei frühem Zwang. Der nachfolgende Beitrag erläutert die Hintergründe, warum eine entsprechende A1-Änderung zu DIN EN 1992-2/NA nicht erfolgt. Als Begründung für diese unterschiedliche Vorgehensweise werden die wesentlichen Unterschiede zwischen dem Hochbau und dem Brückenbau dargestellt.

The case study "Digital Test Area Autobahn" is presented. A new built (September 2016) pre-stressed concrete bridge is equipped with different monitoring systems for the detection of traffic load, climatic influence and the reaction of the bridge. Possibilities for the implementation of a VoI (Value of Information) analyses are presented.

Durch die in den letzten Jahren enorm gestiegenen Verkehrsbelastungen und damit einhergehenden gestiegenen lokalen Beanspruchungen im Deckblech kommt es bei bestehenden Stahlbrücken mit orthotropen Fahrbahnplatten vermehrt zu Ermüdungsschäden im Bereich der geschweißten Anschlüsse der Längsrippen an das Deckblech (Kategorie-1-Schäden). Der vorliegende Beitrag gibt einen Übernblick über existierende Verstärkungsmaßnahmen, die bereits in Pilotprojekten erprobt wurden sowie aktuelle Forschungsarbeiten zur Verstärkung von orthotropen Fahrbahnplatten mit Kategorie-1-Schaeden.

Die in den vergangenen Jahrzehnten extrem gestiegene Verkehrsbelastung und die weiterhin als steigend prognostizierte Verkehrsentwicklung führt in der Kombination mit altersbedingten Defiziten in der Bauwerkssubstanz zu der Erfordernis einer eingehenden Überprüfung des Brückenbestandes des deutschen Fernstraßennetzes. Seit einigen Jahren steht mit der Nachrechnungsrichtlinie ein Instrument zur einheitlichen Vorgehensweise bei der Nachrechnung und Bewertung von bestehenden Brückenbauwerken zur Verfügung. Mittlerweile liegen erste Erfahrungen zur Anwendung der Nachrechnungsrichtlinie vor, die im Zuge einer Datenauswertung der Nachrechnungsergebnisse bewertet werden können. Durch die Datenauswertung bereits nachgerechneter Bauwerke soll eine Optimierung des bisherigen Vorgehens in Bezug auf die Nachrechnung von Stahl- und Verbundbrücken erreicht werden. Es werden in Abhängigkeit der Häufigkeit und der Größe der rechnerisch ermittelten Defizite kritische Nachweise bzw. Nachweisstellen herausgearbeitet, die vor dem Hintergrund der historischen Entwicklung der Regelwerke im Brückenbau in Verbindung mit der Bauzeit ein erstes Indiz zur Beurteilung des jeweiligen Brückenbauwerks liefern. Zusätzlich werden in einem gesonderten Kapitel am Beispiel von ausgewählten, vom Auftragnehmer selbst nachgerechneten Brückenbauwerken Besonderheiten und spezielle Erkenntnisse bei der Nachrechnung von Stahl- und Verbundbrücken detailliert beschrieben und Erfahrungswerte dargelegt. Die gewonnenen Erkenntnisse sind in einen Leitfaden zur vereinfachten Tragwerksbeurteilung im Vorfeld einer Nachrechnung eingeflossen. Dieser soll als weiteres Hilfsmittel dienen, um besonders kritische Bauwerke besser identifizieren zu können, und möglicherweise mit gezielten Untersuchungen von Detailpunkten erste Grundlagen für eine Bewertung der Bauwerke schneller zur Verfügung stellen zu können. Abschließend werden auf Grundlage der durchgeführten Untersuchungen Verbesserungsmöglichkeiten im Hinblick auf die Ergebnisdarstellung sowie inhaltliche Verbesserungspotentiale in der Nachrechnungsrichtlinie aufgezeigt und Vorschläge zur Ergänzung und Erweiterung der Nachrechnungsrichtlinie beschrieben.

Die ZTV-ING, Teil 3, Abschnitt 4 "Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen" beinhaltet technische und vertragliche Regelungen für Erhaltungsmaßnahmen, mit denen positive Erfahrungen in den Straßenbauverwaltungen gesammelt wurden. Grundsätzlich wird Kompatibilität zur Richtlinie des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton (DAfStb) "Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen", zur DIN EN 1504 "Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken" und ihren nationalen Anwendungsdokumenten angestrebt. Im Bericht wird erläutert, welche Schritte für den Schutz und die Instandsetzung von Betonbauteilen im Regelungsbereich der ZTV-ING erforderlich sind und wie das Regelwerk im Zuge der europäischen Harmonisierung weiterentwickelt wird.

Die Bemessung schlanker plattenförmiger Bauteile, die sich aus ebenen, unversteiften oder versteiften Blechen zusammensetzen und die in ihrer Ebene beansprucht sind, erfolgt nach DIN EN 1993-1-5:2010. Diese Beulnachweise können nach DIN EN 1993-1-5 mittels zweier Nachweiskonzepte, die Methode der wirksamen Breiten in Abschnitt 4-7 und die Methode der reduzierten Spannungen in Abschnitt 10, durchgeführt werden. Die Methode der reduzierten Spannungen ist im Eurocode sehr kurz dargestellt und mit vielen Querverweisen auf andere Abschnitte beschrieben, so dass die Gefahr besteht, diese falsch zu interpretieren. Deshalb ist es notwendig, Abs. 10 deutlicher und klarer zu strukturieren. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden Beispiele mit beiden Methoden untersucht und die Ergebnisse verglichen. Aus der Vergleichsuntersuchung wurden Empfehlungen für die Auswahl des geeigneten Berechnungsverfahrens zusammengestellt. Zu allen wesentlichen Punkten der Nachweisführung wurden Hinweise und Klarstellungen gegeben, die den aktuellen Stand der Technik wiedergeben. Außerdem wurde eine verbesserte Version von DIN EN 1993-1-5 Abs. 10 so ausgearbeitet, dass dieser anwendungsfreundlicher und klarer wird. Mit den Ergebnissen wurden Handlungsempfehlungen in Form eines Flussdiagramms für die Praxis entwickelt und ein Vorschlag für die aktuell stattfindende Weiterentwicklung des EC 3 in Englisch.

Das Bauwesen durchläuft derzeit einen tiefgreifenden technologischen Wandel. Während Bauwerke traditionell mit Hilfe von 2D-Zeichnungen geplant werden, setzt Building Information Modeling (BIM) auf einen vollständig digitalisierten Planungsprozess. Im Mittelpunkt steht dabei ein virtuelles 3D-Bauwerksmodell, welches neben geometrischen und topologischen auch semantische Informationen beinhaltet. Insbesondere für die Betreiber von Bauwerken ergeben sich enorme Vorteile aufgrund der gut strukturierten, durchsuch- und analysierbaren Datenbasis, die durch die digitalen Bauwerksmodelle bereitgestellt werden. Notwendige Voraussetzung dafür sind allerdings Modelle, welche eine saubere Aufgliederung in eine sinnvolle Bauteilstruktur und die Definition bzw. Erfassung relevanter Eigenschaften und Elementattribute ermöglichen. Im Rahmen des Forschungsprojektes galt es zu klären, in welchen Grenzen der Einsatz von Building Information Modeling für Bestandsbrücken zur Unterstützung der Erhaltungsplanung geeignet und mit welchem Aufwand dabei zu rechnen ist. Dazu wurde eine umfassende Literaturstudie durchgeführt und bereits vorhandene Ansätze im In- und Ausland dokumentiert. Weiter wurden Anforderungen bezüglich der geometrischen und semantischen Detaillierung der digitalen Bauwerksmodelle definiert. Es war zu klären, welche Informationen zusätzlich zu den bereits vorhandenen digitalen Informationen über Brücken in Verbindung mit vorhandenen nicht-digitalen Informationen aus früheren Planungsphasen bereitgestellt werden müssen. Nach Ermittlung der Anforderungen wurden entsprechende BASt-Attributkataloge für das Erhaltungsmanagement von Brückenbauwerken ausgearbeitet. Schließlich wurde die Fragestellung geklärt, mit welchen Methoden fehlende Informationen bei Bestandsbrücken erlangt werden können. Dazu waren im Besonderen die Grenzen der verschiedenen Verfahren zu identifizieren und der Aufwand abzuschätzen.

Teil 1: Gewölbebrücken stellen mit einer Anzahl von etwa 32 Prozent und einer Brückennutzfläche von 19 Prozent einen beachtlichen Anteil des Straßenbrückenbestandes der neuen Bundesländer dar. Für diese bestehenden Brücken sind Tragfähigkeitseinstufungen nach DIN 1072 erforderlich. Zielstellung der vorliegenden Untersuchung ist es, Besonderheiten der Nachrechnung bestehender Gewölbebrücken Anforderungen einer Neuplanung gegenüberzustellen. Hieraus sollen Vereinfachungen in der Nachweisführung abgeleitet werden. Im einzelnen werden die für die Nachrechnung maßgebenden Regelungen der Technischen Güte- und Lieferbedingungen (TGL) mit den entsprechenden jetzt gültigen DIN-Vorschriften verglichen. Weitere Betrachtungen gelten der Verteilung der Verkehrslasten sowie der mitwirkenden Gewölbebreite, zu denen Regelungen in den DIN-Vorschriften fehlen. Es wird nachgewiesen, dass sich unterschiedliche Annahmen der Lastverteilung und Mitwirkung nur unwesentlich auf die für die Nachweisführung des Gewölbestreifens maßgebende Lastintensität auswirken. Weitere Angaben zur Nachrechnung behandeln: - Hinweise zur statischen Modellierung, - mögliche Nachweisvereinfachungen, - vorhandene Hilfsmittel (Tabellenwerke, Rechenprogramme) und ihren rationellen Einsatz sowie - einzuhaltende Grundsätze und Bedingungen. rnTeil 2: In den letzten 30 Jahren wurde in den neuen Bundesländern eine Vielzahl von Fertigteilbrücken errichtet. Zwischenzeitliche Vorschriftenänderungen sind somit bei den Fertigteilträgern der Serien BT 70 und BT 50, die zwischen 1966 und 1979 verwendet wurden, nicht berücksichtigt worden. Es wurden Untersuchungen zur Schubsicherung an repräsentativ ausgewählten Fertigteilbauwerken vorgenommen. Weitergehende Betrachtungen dienten dazu, Tragreserven zu erschließen und damit auch die Anforderungen nach DIN 4227 zu erfüllen. Aufgrund der Ergebnisse wird vorgeschlagen, die Tragfähigkeitsangaben für die Fertigteilträger BT 70 und BT 50 entsprechend den vorliegenden Typenkatalogen und der BMV-Richtlinie zur Tragfähigkeitseinstufung beizubehalten, ohne dass ein Nachweis der schiefen Hauptzugspannungen erbracht werden muss. Voraussetzung dafür ist, dass bauwerksseitig alle angegebenen Bedingungen eingehalten sind und keine Nutzungserweiterung durch Erhöhung der ständigen Lasten oder der Verkehrslasten vorgesehen ist.

Ziel des vorliegenden Forschungsprojektes war das Bewertungsverfahren aus FE 15.494/2010/FRB "Entwicklung einheitlicher Bewertungskriterien für Infrastrukturbauwerke in Hinblick auf Nachhaltigkeit" an fertiggestellten Bauwerken in der Praxis erstmalig anzuwenden und kritisch zu überprüfen. Die Bearbeitung erfolgte durch ein Konsortium von Forschungseinrichtungen der TU Darmstadt, der TU München und der Universität Stuttgart, sowie den Ingenieurbüros Büchting+Streit AG, SSF Ingenieure AG und der LCEE GmbH. Als Ergebnis wird die Anwendbarkeit des Bewertungssystems festgestellt und es werden Empfehlungen zur Verbesserung des Bewertungsschemas und der Bewertungskriterien im Schlußbericht zusammengefasst. Das vorliegende Projekt wurde im Rahmen der Arbeitsgruppe Nachhaltige Straßeninfrastruktur im BMVBS im Auftrag der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) im Zeitraum September 2011 bis Juli 2012 bearbeitet. Die Grundlage für das Forschungsvorhaben bildet das bereits angesprochene FE-Vorhaben 15.494/2010/FRB.

Ziel des Forschungsvorhabens war es, den Verbesserungsbedarf für Ermüdungsnachweise gemäß Nachrechnungsrichtlinie zu identifizieren und darauf aufbauend Anpassungs- und Ergänzungsvorschläge zu formulieren sowie weiteren Forschungsbedarf zu benennen. Da die Gesamtheit aller für den Ermüdungsnachweis an Stahl- und Verbundbrücken in Frage kommenden Nachweisverfahren und Anwendungsfälle sehr umfangreich ist, wurden Untersuchungen zu den verschiedenen Nachweiskonzepten an einer repräsentativen Auswahl vorhandener Straßenbrücken durchgeführt und hieraus entsprechende Verbesserungsvorschläge für die Regelungen der Nachrechnungsrichtlinie abgeleitet. Nachfolgend werden die wesentlichen Ergebnisse stichpunktartig zusammengefasst: 1) Die Verwendung von bauwerksspezifischen Daten (z.B. Daten aus Verkehrszählungen) kann die Nachweisgenauigkeit erheblich verbessern. Jedoch bleiben folgende Fragen bisher unbeantwortet: - Wie kann das zukünftig steigende Verkehrsaufkommen bzw. das gegenüber der Zählung geringere Verkehrsaufkommen vergangener Jahrzehnte berücksichtigt werden? - Wie können die Daten einer Verkehrszählung auch im Zusammenhang mit dem bisherigen Konzept des modifizierten ELM 4 der Nachrechnungsrichtlinie verwendet werden? 2) Um das Nachweiskonzept der Nachrechnungsrichtlinie in Stufe 3 nachhaltig zu verbessern, wird die Einführung eines messdatenbasierten Schadensäquivalenzfaktors lambda meas vorgeschlagen. Mit Hilfe dieses Faktors könnten bauwerksspezifische Daten aus einfachen Dehnungsmessungen am Bauwerk unter Berücksichtigung des prognostizierten Verkehrszuwachses in den Nachweis eingehen und erheblich zur Verbesserung der Nachweisgenauigkeit beitragen. 3) Die Anwendung des Strukturspannungskonzeptes ist nur zu empfehlen, wenn folgende Punkte berücksichtigt werden: - Das Strukturspannungskonzept sollte aufgrund des hohen Modellierungsaufwandes nur zur Anwendung kommen, wenn keine eindeutige Kerbfallzuordnung nach dem gängigen Nennspannungskonzept möglich ist. - Für die Ermittlung der Hot-Spot-Spannungen ist die Art der Elementierung von entscheidender Bedeutung. Somit sollte die Nachrechnungsrichtlinie grundsätzliche Regelungen zur Elementierung und zur Spannungsextrapolation enthalten oder zumindest auf entsprechende Regelwerke verweisen. - Sind die Spannungspunkte bzw. Stützstellen über die Blechdicke (entlang von Blechkanten) oder entlang nicht flächiger Bauteile (wie z.B. Rundstahlhänger) anzuordnen, sollten Volumenmodelle mit feiner Elementierung und einem quadratischen Extrapolationsansatz (mit 3 Parametern) zur Anwendung kommen. - Bei einer Anordnung der Stützstellen über die Blechbreite / oder -länge können die Hot-spot-Spannungen auch anhand eines Flächenmodels sowie auf Grundlage eines groben FE-Netzes bestimmt werden. Zur Unterscheidung zwischen grober und feiner Elementierung. - Bei tragenden und nicht voll durchgeschweißten Nähten ist ergänzend zum Nachweis des Grundmaterials stets der Ermüdungsnachweis für ein Versagen der Schweißnaht selbst zu führen, da dieser Fall nicht mit dem Strukturspannungskonzept abgedeckt wird. 4) Da Stahlbrücken im Straßenbrückenbau häufig große Stützweiten aufweisen, erscheint es lohnenswert, mit Hilfe von Vergleichsrechnungen für verschiedene Systeme und Stützweiten eine einfache Ausschlussregelung auf Grundlage der Brückenklassen 60 und 60/30 zu entwickeln, bei welcher der Ermüdungsnachweis in Haupttragrichtung generell entfallen kann. Für Neubauten existiert eine derartige Regelung bereits im DIN Fachbericht 103 für Hauptträger von Straßenbrücken mit Einflusslinienlängen von L ≥ 45 m und mit Kerbfällen von ΔσC ≥71 N/mmÌ£2. 5) Bezüglich probabilistischer Nachweismethoden enthält die Nachrechnungsrichtlinie bisher weder nähere Angaben zum Ansatz von Lastkollektiven auf Basis von Verteilungen, noch finden sich Angaben zu statistischen Parametern auf der Widerstandsseite wie zum Beispiel der Streuung der Wöhlerlinien oder der Grenzschadensumme. Gerade um eine Vergleichbarkeit und Prüfbarkeit für probabilistische Nachweise zu ermöglichen, ist die Festlegung bestimmter Eingangsgrößen in der Richtlinie unabdingbar.

Bei der Nachrechnung bestehender Spannbetonbrücken auf Grundlage aktueller Normen zeigen sich i.A. erhebliche Defizite bei der erforderlichen Querkraftbewehrung. Dies ist zum einen auf höhere Verkehrslasten infolge des kontinuierlich gestiegenen Schwerverkehrs und zum anderen auf die Weiterentwicklung der Verfahren zum Nachweis der Querkrafttragfähigkeit zurückzuführen. Zudem erfolgte in Deutschland erst im Jahr 1966 die Festlegung einer erforderlichen Mindestquerkraftbewehrungsmenge. Die Nachweisverfahren für die Querkrafttragfähigkeit von Spannbetonbalken beruhen im Wesentlichen auf Versuchen an Einfeldträgern und sind bekanntlich sehr konservativ. Daher wurden am Lehrstuhl Betonbau der TU Dortmund in einem Großversuch experimentelle Untersuchungen zur Querkrafttragfähigkeit an einem vorgespannten Zweifeldträger durchgeführt, mit dem Ziel, Grundlagen für ein genaueres Nachweisverfahren zu schaffen. Von besonderem Interesse war das Tragverhalten im Bereich der Innenstütze. Die Gesamtlänge des Versuchsträgers betrug 12,0 m, die Stützweiten ergaben sich zu 5,75 m. Die Querkraftbewehrung des Balkens entsprach der rechnerisch erforderlichen Mindestquerkraftbewehrung nach DIN-Fachbericht 102. Lediglich in einem begrenzten Bereich unmittelbar neben der Innenstütze eines Feldes entsprach sie der doppelten Mindestquerkraftbewehrung. Da bisher kaum experimentelle Untersuchungen zum Querkrafttragverhalten an Innenstützen durchgeführt wurden, wurden die Verformungen in diesem Bereich während der Versuchsdurchführung zusätzlich mit einem optischen Messverfahren aufgezeichnet. Zur kontinuierlichen Erfassung des Tragverhaltens des gesamten Bauteils wurden zudem an der Querkraft- und Längsbewehrung des Versuchsträgers über 250 Dehnungsmessstreifen aufgebracht. Die Versuchsauswertung enthält eine umfangreiche Darstellung der Messwerte und zusätzlich Versuchsnachrechnungen unter Anwendung des Druckbogenmodells sowie mittels numerischer Simulationen.

Brückenbauwerke werden für eine sehr lange Lebensdauer geplant und errichtet. Vor allem für Straßenbrücken ist bei der Beurteilung eine Abkehr von den reinen Herstellungskosten in Richtung einer lebenszyklusorientierten, ganzheitlichen Bewertung voranzutreiben. Durch die Bottom-Up-Analysen an Realbauwerken, die typische Autobahnbrücken mittlerer Spannweite repräsentieren, wurden detaillierte Untersuchungen durchgeführt. Die Resultate von Lebenszykluskostenrechnungen, Ökobilanzierung und Berechnungen von externen Effekten werden hier für drei Varianten von Autobahnbrücken dargestellt und analysiert.