Bauwerksmessungen versus Rechenkonzepte zur Beurteilung von Spannstahlermüdung in Betonbrücken

Viele Bestandsbrücken sind hinsichtlich ihrer Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit neu zu bewerten. Seinerzeit nicht für die heutigen Anforderungen bemessen, nutzen etwa die verfeinerten Rechenansätze der Stufe 2 der Nachrechnungsrichtlinie Traglastreserven aus. Allerdings werden dabei auch rechnerische Defizite festgestellt, die nicht den optischen Zustand des Bauwerks widerspiegeln. In diesen Fällen können Messungen (Monitoring) zusätzliche Tragreserven identifizieren und so die Restnutzungsdauer wesentlich verlängern. Insbesondere die Ermüdung von Spann- und Betonstahl sowie die Gebrauchstauglichkeitsnachweise hängen wesentlich vom realen Tragverhalten ab und können durch ein zielgerichtetes Monitoring genauer bewertet werden. Dieses Vorgehen entspricht der - nur selten angewendeten - Stufe 3 der Nachrechnungsrichtlinie, die Messungen explizit erlaubt.
Der Beitrag identifiziert maßgebende Berechnungsgrößen des Ermüdungsnachweises und bewertet deren Einfluss. Die Vielzahl möglicher Messverfahren unterscheidet sich nach Aufwand und möglichem Erkenntnisgewinn. Zur Abwägung von Aufwand und Nutzen dient eine tabellierte Zusammenstellung als Entscheidungshilfe für den bearbeitenden Ingenieur. Sie unterstützt die Auswahl geeigneter Messverfahren und kann als Ausgangspunkt wirtschaftlicher, messwertgestützter Zustandsbewertungen des Tragwerks genutzt werden.
Mit der zielgerichteten Messung ist eine erhebliche Genauigkeitssteigerung möglich und damit verbunden eine Verlängerung der Nutzungsdauer. Mit verschiedenen Monitoringverfahren ließ sich etwa die Nutzungsdauer eines Referenzbauwerks um etwa ein 14-Faches verlängern. Dies wird an Beispielen gezeigt.

Measurements vs. analytical methods to evaluate fatigue of tendons in concrete bridges
Many existing bridges have to be reassessed with respect to their actual bearing capacities and serviceability. They exhibit conceptual aging and thus require elaborate recalculation methods like the ones at stage two of the recalculation guideline. Often, calculative deficits are determined that contradict to the visible state of a building. Then, measurements at vulnerable structural elements become meaningful to identify actual reserves and thus elongate a residual lifetime. This complies with the third stage of the recalculation guideline - although hardly used in practice. Measurements make sense e. g. for fatigue damages of tendons or rebar as well as parameters of the serviceability state that pronouncedly depend on a realistic modelling of the structural behaviour and loadings.
The contribution starts from the analytical methods, namely the numerical fatigue evaluation with its sensitive parameters and their particular influence. A variety of possible measurements for geometries, material properties, loadings, strain states or environmental conditions are briefly presented and summarised with their basic properties in a table to support the decision making of practical engineers.
Two examples of geometry measures and strain measures at tendons coupled to additional data show the potential of monitoring for lifetime oriented preservations. Calculative lifetimes could be elongated up to a factor of 14.