Einsatz von Monitoringsystemen zur Bewertung des Schädigungszustands von Brückenbauwerken

Der Brückenbau in Deutschland kann auf eine lange Tradition in der Überwachung der Bauwerke verweisen und die Entwicklung der Rechentechnik gestattet in immer komplexeren Strukturen die Verwaltung der Bauwerksdaten in Datenbanken. Verfügbare Programmsysteme wie zum Beispiel das Bauwerks Management System erlauben die Erfassung, Verwaltung und Auswertung der Bauwerksdaten.

Die Entwicklung der Rechentechnik wird auch durch die Entwicklung der Messtechnik begleitet, so dass zunehmend intelligente Sensorik den Alltag begleitet. Eine automatisierte Messwerterfassung an Bauwerken und deren Auswertung wird Monitoring genannt. Heute existieren sowohl Monitoringsysteme, die sich durch die technische Ausstattung und entsprechende Auswerteverfahren auszeichnen, als auch jeweils getrennte Komponenten.

Da schließt das Projektziel an, welches die Analyse der Möglichkeiten des Einsatzes von Monitoringsystemen zur Bewertung des Schädigungszustandes von Brücken für die Tragfähigkeit und die Restnutzungsdauer beinhaltet.

Es wird eine Literaturanalyse hinsichtlich existierender Monitoringsysteme mit genannter Zielstellung angefertigt. Im Ergebnis wird festgestellt, dass es gegenwärtig keine Monitoringsysteme gibt, die explizite Aussagen zur Tragfähigkeit erlauben. Die gegenwärtigen Systeme zeigen globale Schädigungen auf und bewerten dann auf der Basis notenähnlicher Strukturen.

Im Rahmen des Projektes wird eine Konzept für ein Monitoringsystem entwickelt, welches für konkrete Versagensszenarien – dem Festigkeitsversagen und der Ermüdung – quantifizierte aber unscharfe Aussagen zur Tragfähigkeit und Restnutzungsdauer für die untersuchte Brücke erlaubt. Der Abstand zum Versagen durch Übergang des Tragwerks in einen Bruchzustand (Tragfähigkeit) wird im konzipierten Monitoringsystem durch den Zuverlässigkeitsindex β und die Versagenswahrscheinlichkeit P_f beschrieben. Die Restnutzungsdauer bei Tragfähigkeitsminderungen ist implizit bei den veränderlichen Basisvariablen und den Schädigungsverläufen abgebildet. Als Maß für Aussagen zur expliziten Restnutzungsdauer infolge Materialermüdung dienen die Schädigungssumme D und die zugehörige Nutzungsdauer t_zD. Zur Abgrenzung sicherer und unsicherer Bereiche werden diese Daten für verschiedene Zeitpunkte im Lebenszyklus des Bauwerkes ermittelt und in Relation betrachtet. Monitoringbasiert werden hierfür Kenndaten des Tragsystems ermittelt und Beanspruchungen durch ergänzende Simulationen des aktuellen Verkehrs abgeleitet. Das Monitoringkonzept sieht den Erkenntnissen der Literaturanalyse folgend dieses Vorgehen als Interaktion von Rechnung, Messung und Auswertung vor.

Die Untersuchungen werden in diesem Projekt theoretisch geführt, die empfohlenen Auswertealgorithmen zur monitoringbasierten Bewertung von Tragfähigkeit und Restnutzungsdauer für balkenartige Spannbetontragwerke auf Basis von Beispielen anderer Projekte rechnerisch erprobt.

BASt-Reihe Brücken- und Ingenieurbau Band 106