Brückenklassifizierung

Brückenklassifizierung


 

SCHNELLBESTIMMUNG DER TRAGFÄHIGKEIT VON GESCHÄDIGTEN BRÜCKEN BEI GERINGER DATENBASIS

 

Kritische Verkehrsinfrastruktur:


 

 

Die Verkehrsinfrastruktur ist ein zentraler Baustein für die Versorgung und Mobilität unserer Gesellschaft. Vom Zustand der Verkehrswege hängt es u. a. ab, ob Märkte zuverlässig mit Ver-sorgungsgütern beliefert bzw. für Industrie und Kraftwerke zeitgerecht Rohstoffe und Betriebsmittel bereitgestellt werden können. Für die Einsatzbereitschaft von Rettungs- und Sicherheitskräften ist insbesondere bei außergewöhnlichen Ereignissen eine ausfallsichere Verkehrsinfrastruktur von entscheidender Bedeutung. Innerhalb von Verkehrsnetzen bilden Tunnel und Brücken wichtige Knotenpunkte, deren Standsicherheit nach extremen Einwirkungen wie Anprall, Explosion oder Brand überprüft werden muss. Einer schnellen und trotzdem zuverlässigen Begutachtung kommt dabei eine besondere Bedeutung zu, um Verkehrswege nicht unnötig zu beeinträchtigen oder zu blockieren.

 

Schnellklassifizierung:

 

Schnelle Tragfähigkeitsanalysen von Brücken basieren auf einer vor Ort-Aufnahme der Brückengeometrie, der Konstruktionsmerkmale und einiger Materialparameter, weil Bauunterlagen kurzfristig oder in besonderen Situationen generell nicht verfügbar sind. Die erfassten Brückendaten werden in ein mobiles Analysesystem übernommen und mit einer Wissensbasis auf Plausibilität geprüft und ggf. ergänzt.

 

 

Aufnahme der Brückendaten:


 

 

Spannweiten und Abmessungen von Brückenträgern werden mit Laserdistanzmesser oder Tachymeter aufgenommen, wobei ggf. erschwerend hinzukommt, dass das Gelände unterhalb einer Brücke nicht begehbar ist. Für eine zerstörungsfreie Material-erkundung werden ein Schmidthammer zur Bestimmung der Druckfestigkeit von Beton (linkes Bild), sowie ein Stahlhärtemessgerät für die Bestimmung der Streckgrenze von Stahlbauteilen eingesetzt. Der Bewehrungsgehalt von Stahlbetonbauteilen kann in vielen Fällen mit einem elektromagnetischen Verfahren bestimmt werden (rechtes Bild). Ist die Bewehrung nicht detektierbar, wird der Bewehrungsgehalt durch Erfahrungswerte aus einer Brückendatenbank abgeschätzt.

 

Numerische Simulation:


 

 

 

 

 

Die aufgenommenen Geometrie- und Materialdaten bilden die Basis für ein Berechnungsmodell mit dem unmittelbar vor Ort statische und dynamische Analysen vorgenommen werden können. Gängige Brückentypen wie Platten-, Plattenbalken- und Verbundbrücken werden als Ein- oder Mehrfeldbrücken automatisch vom Programm generiert und visualisiert. In allen Eingabe- und Analysefunktionen kann das Programm ohne besonderen Einarbeitungsaufwand bedient werden.

Verschiedene Schädigungsursachen wie Impakt, Explosion oder Feuer können im Tragwerksmodell bzw. in den Simulationen durch entsprechende Schadensmodelle berücksichtigt werden.

 

Validierung:


 

 

Eine Einstufung der Brückentragfähigkeit erfolgt wahlweise nach zivilen oder militärischen Lastenklassen (Bild oben).

Pioniere der Bundeswehr nutzen das System in Auslandseinsätzen, wobei bis zu sechs Brücken pro Tag klassifiziert werden können.


 

PROJEKTLEITUNG:

  • Univ.-Prof. Dr.-Ing. N. Gebbeken (Baustatik) 
  • Univ.-Prof. Dr.-Ing. M. Keuser (Massivbau)
  • Univ.-Prof. Dr.-Ing. I. Mangerig (Stahlbau)
     

BEARBEITUNG:

  • N.N. (Baustatik)
  • A. Hess (Stahlbau)
  • M. Niederwald (Massivbau)

 

FÖRDERUNGEN UND KOOPERATIONEN:    

 

Das Vorhaben wird vom BAAINBw (Bundesamt für Ausrüstung, Nutzung und Informationstechnik der Bundeswehr, vormals BWB) gefördert und begleitend betreut.

Die Bearbeitung erfolgt in enger Zusammenarbeit mit der Pionierschule Ingoldstadt PiS/FSHBauT (GrpWE PiTrp) und dem Bautechnischen Unterstützungszentrum (BUZ).

Weiterhin erfolgt im Rahmen eines Data Exchange Agreements ein Informationsaustausch mit dem U.S. Army Engineer Research and Development Center (ERDC), Vicksburg, Mississippi.

 

ZIEL:

Ziel des Vorschungsvorhabens ist die Entwicklung einer systematischen Vorgehensweise, die es der Pioniertruppe der Bundeswehr in friedensfördernden Einsätzen erlaubt, die Infrastruktur im Einsatzgebiet zu evaluieren. Von herausragendem Interesse ist dabei die (Rest-) Tragfähigkeit von Brücken.

Trotz evtl. fehlender Bauunterlagen und Beschädigungen der Baustruktur muss die Einstufung der Brücke in die militärischen Lastenklassen nach dem Nato Standardisation Agreement(STANAG) in maximal drei Tagen erfolgen. Die notwendigen Maßnahmen sollen dabei „in situ“ durchgeführt werden.
 

VORGEHEN:

Zur Lösung der komplexen Problemstellung wurde ein dreistufiges Konzept umgesetzt. Es besteht aus den Teilgebieten: Datenerfassung, automatische Berechnung und Verifikation (Überblick.pdf (in Arbeit)).

Die Datenerfassung umfasst sowohl messtechnische Geräte zur Ermittlung der wichtigsten Berechnungsparameter einer Brücke (Geometrie, Materialeigenschaften, Bewehrung, Lager, usw.) sondern auch ein Datenbanksystem zur Datenergänzung und zur Durchführung von Plausibilitätskontrollen der Messwerte.

Die gemessenen Bauwerksdaten werden vor Ort in hochmobile Pocket PCs eingegeben. Die Pocket PCs und ein zentraler Laptop sind in einem Intranet verbunden und ermöglichen die asynchrone Verarbeitung der Messdaten. Auf dem Laptop wird nach Beendigung der Bauwerksaufnahme automatisch die mechanische Modellierung der eingegeben Struktur und die Bestimmung der Tragfähigkeit durchgeführt (Dateneingabe und Berechnung.pdf(in Arbeit)).

Mit Hilfe moderner Monitoringmethoden wird die Qualität der Eingangsdaten und des numerischen Modells überprüft. Durch Vergleich des rechnerisch ermittelten Systemverhaltens und der messtechnisch verfolgten Bauwerksantworten wird sichergestellt, dass die Berechnungsgrundlagen in ausreichendem Masse mit dem realen Bauwerk übereinstimmen.
 

KONFERENZ:

MBACIm Rahmen dieses Forschungsschwerpunktes findet alle zwei Jahre die Munich Bridge Assessment Conference (MBAC) statt. LINK

 

PROJEKTE:

Neue Berechnungsverfahren zur Brückenbelastbarkeit (BWB): 01.07.2007-31.12.2012

Schnellinstandsetzungsverfahren beschädigter ziviler Brücken (BWB): 01.02.2002-30.06.2007

US/GER Integrated Technology Team on Bridge Assessment, Repair and Upgrade Technology. Bilaterale (US-GER) Forschungsgruppe, Engineering Research and Development Center, Vicksburg, MS und Universität der Bundeswehr, Gründung: Juni 2002

Konsequenzen des überarbeiteten neuen STANAG 2021 im Hinblick auf die Einstufung von Brücken. Bundesamt für Wehrtechnik und Beschaffung (BWB), Bearbeitungszeit: 01.08. 2001-31.12. 2003

Expertensystem zur Brückenklassifikation. Gruppe Weiterentwicklung Pionierwesen, München, Bearbeitungszeit: 01.02. 2000-30.06.2007