System zur Verwendung von Mobilkränen für die Durchführung von Belastungsversuchen an Straßenbrücken kleinerer Stützweite

Übersicht

Projektleitung	Gutermann, Marc, Prof. Dr.-Ing.
Durchführende Organisation	Hochschule Bremen, Fakultät 2
Projekttyp	Drittmittelprojekt (Zuwendung)
Mittel- bzw. Auftragsgeber	Bund, Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)
Förder- bzw. Auftragssumme	78.980,16 €
Laufzeit	07/2019 - 12/2020

Die Erfindung „Belastungsversuche an Straßenbrücken“ wurde im Sommer 2018 unter der Nummer 10 2017 118 041.9 zum Patent angemeldet. Es besteht im Wesentlichen aus der Beschreibung der technischen Voraussetzungen (Belastungstraverse) und dem dazugehörigen Verfahren, um die Tragsicherheitsbewertung von Brücken, risikofrei durchführen zu können. Während der ersten Tests mit einem Prototyp, veröffentlicht in der Ausgabe 7/2018 der Bautechnik wurden Erfahrungen mit dem System gesammelt, die weiteren Entwicklungsbedarf aufgezeigt haben. In diesem Forschungsprojekt werden diese bearbeitet, um einen marktreifen Prototypen aufzubauen. Das Gesamtziel gliedert sich in drei grobe Unterpunkte • Detaillierte wissenschaftliche Auswertung von Tastversuchen, um das Verfahren der risikofreien Durchführung zu verbessern • Entwurf, Konstruktion, Ausführungsplanung, Bau und Erprobung eines marktreifen Prototyps der Belastungstraverse, die der Verwertung zugeführt werden kann • Ausloten, ob die Erfindung auf weitere Einsatzgebiete angewendet werden kann, um die Verwertungschancen zu erhöhen. Für den letzten Punkt ist zum Zeitpunkt der Antragsstellung der Test von Dachtragwerken und von Winkelstützbauwerken angedacht.

Problemstellung/Ausgangspunkt

Neben den Brückenbauwerken in der Baulast des Bundes bereitet der Erhaltungszustand von kommunalen Brückenbauwerken ebenfalls Sorge, wenn auch mit weniger medialer Aufmerksamkeit. Mit einem Ersatzneubaubedarf von 15 % bei kommunalen Straßenbrücken liegt deutlicher Handlungsbedarf vor. Ein Großteil davon sind kleinere Brückenbauwerke [1].

Die Erfahrungen aus bislang durchgeführten Untersuchungen mit dem BELFA zeigen, dass besonders Brücken kleinerer Stützweite enorme Tragreserven aufweisen [2], welche durch Belastungsversuche erschlossen werden können. Jedoch ist der zeitliche und wirtschaftliche Aufwand für Belastungsversuche an Straßenbrücken aufgrund der Komplexität der Lasterzeugung mit den bisher möglichen Methoden sehr hoch [3]. Zur Kostenreduzierung solcher Untersuchungen wurde am Institut für Experimentelle Statik der Hochschule Bremen ein neues Verfahren entwickelt und mit dem Patent Nr. 10 2017 118 041 geschützt. In einem Wipano‑Forschungsprojekt konnte anhand einer detaillierten wissenschaftlichen Auswertung der durchgeführten Tastversuche ein überarbeiteter Prototyp entworfen und gebaut werden. Anhand weiterer Pilotprojekte wurden Verfahren und Prototyp hinsichtlich einer risikoarmen sowie wirtschaftlichen Durchführung weiter verfeinert.

Das System

Durch eine eigens konstruierte Lasttraverse, welche an der hinteren Abstützvorrichtung eines Mobilkrans befestigt werden kann, sowie integrierte Prüfhydraulik und Kraftmessdosen, können Versuchslasten bis 300 kN fein regelbar und präzise in das zu untersuchende Bauwerk eingeleitet werden. Für eine risikoarme Durchführung wird das zu untersuchende Bauwerk zuvor messtechnisch ausgestattet. Gemessen werden z.B. Dehnungen und Durchbiegungen an markanten Stellen. Die Messwerte werden während der schrittweisen Belastung in Echtzeit dargestellt. Kommt es zu kritischen Werten, kann sofort entlastet werden.

Einsatzmöglichkeiten und Grenzen

Mit einer max. erzeugbaren Versuchslast von F_ext = 300 kN je Mobilkran können Brückenbauwerke bis zur Brückenklasse BK30 getestet werden. Der primäre Einsatzbereich des Systems liegt bei Brücken mit Spannweiten, für die der Lastfall der schweren Einzelachse maßgebend ist. Oberhalb dieser Lastniveaus besteht die Möglichkeit, die Versuchslasten durch einen weiteren ausgestatteten Mobilkran sowie durch die Ablage von Ballast zu erhöhen (Abb. 1).

Fazit

An bislang 17 Bauwerken konnte das System erfolgreich eingesetzt und die zulässige Verkehrslast angehoben werden. Sowohl der zeitliche als auch der wirtschaftliche Aufwand wurde im Vergleich zu Einsätzen mit den bisherigen Belastungstechniken deutlich reduziert. Zudem können aufgrund der Geländetauglichkeit der Mobilkrane auch Bauwerke an schwer zugänglichen Wegen getestet werden. Das Verfahren eignet sich für Straßen- und Wegebrücken mit einer Spannweite bis etwa 8 m und einer Brückenklasse 30/30. Es trägt zur Ressourcenschonung bei, indem es hilft, Bausubstanz zu erhalten, statt Bauwerke abzureißen und neu zu bauen.

Quellen

[1] Deutsches Institut für Urbanistik gGmbH (DIfU) [Hrsg.], 2013: Ersatzneubau Kommunale Straßenbrücken.

[2] Gutermann, M., Schröder, C.: 10 Jahre Belastungsfahrzeug BELFA. Entstehung, Erfahrungen und Ausblick. In: Bautechnik, 88. Jahrgang, Heft 3, Ernst & Sohn, März 2011, S. 199-204

[3] Bretschneider, N.; Fiedler, L.; Kapphahn, G.; Slowik, V., 2012: Technische Möglichkeiten der Probebelastung von Massivbrücken in: Bautechnik 89, H. 2, S. 102-110.