Konzeptionelle Ansätze zur Nachhaltigkeitsbewertung im Lebenszyklus von Elementen der Straßeninfrastruktur
C.-A. Graubner, T. Mielecke, C. Roth
B 123: Nachrechnung bestehender Stahl- und Verbundbrücken – Restnutzung
K. Geißler, S. Krohn
52 S., 40 Abb., 29 Tab., ISBN 978-3-95606-222-3, 2016, EUR 15,50
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 λmeas 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/mm².
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.
