Geringe Stabilität alter Betonbrücken
Aufwendige Messungen zeigen die Querkraftbelastung der massiven Strukturen.
Lange hatten die Forscher der Technischen Universität München TUM nach dieser Brücke gesucht. Die Anforderungen waren klar: Vor 1966 erbaut, möglichst viele Brückenfelder zwischen den Pfeilern, gut zugänglich und natürlich bereits stillgelegt. Die 60 Jahre alte Saalebrücke Hammelburg in Unterfranken entspricht diesem Profil perfekt. Sie wies im Laufe der Jahre immer mehr Schäden auf, eine Sanierung wäre unwirtschaftlich gewesen. Seit Dezember 2016 fließt der Verkehr daher über eine neue Brücke. An der alten Konstruktion wollen TUM-Ingenieure nun das Tragverhalten von realen Brücken testen und damit einem Widerspruch zwischen Theorie und Praxis auf den Grund gehen. Im Vergleich zu den vor 50 Jahre geltenden Normen schreiben die aktuellen, auf europäischer Ebene erarbeiteten Standards eine stark erhöhte Querkrafttragfähigkeit vor. Grund für diese Änderung ist, dass viel mehr Schwerverkehr über die Brücken fließt, denn vor allem die Schwerlastfahrzeuge beanspruchen die Bauwerke.
Abb.: Vorbereitung der Belastungsmessungen an der Saalebrücke Hammelburg. (Bild: TUM)
„Brücken, die vor 1966 gebaut wurden, haben so gut wie keine vertikale Bewehrung, um die Querkräfte aufzunehmen“, erklärt Oliver Fischer vom Lehrstuhl für Massivbau. Werden diese Brücken nach den neuen Regeln beurteilt, weisen sie massive Defizite auf. Die Konsequenz daraus ist, dass diese Brücken verstärkt, die Verkehrslasten verringert oder im Extremfall ganze Bauwerke abgerissen und erneuert werden müssen. Allerdings gibt es eine Diskrepanz zwischen der nach aktuellen Normen ermittelten theoretischen und der tatsächlichen Tragfähigkeit. „Es gibt viele Brücken mit einem errechneten Defizit, aber man sieht an den Bauwerken keine Schäden, die dies bestätigen“, sagt Fischer.
Das Querkrafttragverhalten ist sehr komplex, weshalb verschiedene theoretische Ansätze existieren, die es beschreiben. „Ein Problem ist, dass die experimentellen Untersuchungen dazu fast ausschließlich im Labor durchgeführt wurden“, erklärt Fischer. „Im kleinen Maßstab verhalten sich viele Tragsysteme anders als im Realzustand.“ Auch der Einfluss, den die natürliche Witterung und die jahrzehntelange Alterung auf die Brücken haben, kann im Labor nicht realitätsgetreu abgebildet werden. Die geplanten Versuche an der Saalebrücke sollen diese Lücke schließen.
Die 163 Meter lange Brücke besteht aus sieben Einzelfeldern. „Die Querkraft ist in der Nähe der Pfeiler beziehungsweise Stützen am größten", sagt Fischer. Daher sind die Messungen an diesen Stellen besonders interessant. Die Versuche finden an fünf der sieben Felder und jeweils im Bereich der Stützen statt. Die Querkraftbelastung wird bei den einzelnen Versuchen mit einem extra für diese Großversuche gebauten Belastungsträger durchgeführt. Der Belastungsträger ist etwa 32 Meter lang, 1,80 Meter hoch und wiegt etwa 40 Tonnen. Die Gesamtbelastung kann auf bis zu 400 Tonnen gesteigert werden. Das entspricht der Last von zehn 40-Tonnen-Lkw oder 400 Kleinwagen.
Die Messtechnik ist aufwändig: Mithilfe von Glasfasern können die Wissenschaftler etwa feststellen, wie sich der Beton dehnt und wo Risse entstehen. Der Lehrstuhl für Geodäsie unterstützt die Versuche durch den Einsatz von hochauflösenden Kameras. Diese dokumentieren die Rissbildung und die Bilder werden anschließend mit spezieller Software ausgewertet. Ergänzend zu dem Freifeldversuch führen die Forscher umfangreiche numerische Simulationen sowie Untersuchungen im Labor durch. Sie haben dafür einen neuartigen Versuchsaufbau entwickelt, in den sie einen Teil einer Brücke einspannen und realitätsnah testen können. Fischer: „Unser klares Ziel ist, neue Ansätze zum Umgang mit älteren Brücken zu formulieren und die Tragreserven noch besser aber dennoch sicher auszunutzen. Hierdurch können im Einzelfall Ressourcen und Geld gespart werden.“
TUM / JOL