Nachrechnung von Gewölbebrücken
Inhaltsverzeichnis
Projektdaten
| Titel | Title Nachrechnung von Gewölbebrücken | Recalculation of arched bridges Förderer | Funding |
Bericht aus dem Jahrbuch 2024/25
Belastungsversuche an Eisenbahngewölbebrücken
Zugüberfahrt während des Belastungstests
Gewölbebrücken gehören zu den ältesten Bauwerken im Netz der Deutschen Bahn und sind auch heute noch ein wichtiger Bestandteil der Schieneninfrastruktur. Sie sind durch ihre Dauerhaftigkeit, Robustheit und Gutmütigkeit gegenüber Lasterhöhungen und äußeren Einflüssen bekannt und werden dennoch häufig aufgrund von rechnerischen Tragfähigkeitsdefiziten abgebrochen und durch Rahmenbrücken aus Stahlbeton ersetzt. Der Grund dafür sind aktuelle Nachweiskonzepte, welche das Tragverhalten von Gewölbebrücken nicht ausreichend realistisch abbilden, obwohl bisherige experimentelle Untersuchungen auf hohe Tragreserven deuten. Um den Erhalt dieser Bauwerke zu vereinfachen und so Kosten und Emissionen zu senken, werden in einem gemeinsamen Forschungsprojekt von DB InfraGO AG und TU Dresden eine Reihe von Belastungsversuchen an Gewölbebrücken durchgeführt. Ziel ist es, Kenntnisse zum Tragverhalten zu gewinnen, um anschließend numerische Modelle mit Messwerten zu kalibrieren und vereinfachte Nachweiskonzepte abzuleiten. Grundlage für die Auswahl der Gewölbebrücken für die Belastungsversuche ist eine umfassende Bestandsauswertung. Dadurch können repräsentative Bauwerke ausgewählt und die Ergebnisse auf den Brückenbestand übertragen werden.
Aufbau der Messtechnik für den Belastungsversuch einer Gewölbebrücke aus Ziegelmauerwerk
Für die Tests wird eine 95 t schwere Diesellokomotive verwendet. Es werden statische Belastungen sowie dynamische Überfahrten und Bremsversuche mit unterschiedlicher Geschwindigkeit durchgeführt. Die Bauwerksreaktionen werden mit zwei unabhängigen Messkonzepten erfasst. Mit einem elektromechanischen Konzept, basierend auf induktiven Wegaufnehmern, und einem optischen Messsystem mit Lasertracker und Feinnivellier können die ausgewählten Messwerte in maßgebenden Bereichen erfasst werden. Gemessen werden die Verformungen in Scheitel, Viertelpunkten und Kämpfern sowie die Widerlagerneigung, Rissöffnungen und die Setzung des angrenzenden Baugrunds. Im nächsten Schritt werden die Belastungsversuche numerisch abgebildet und anhand der Messwerte realitätsnah kalibriert. Durch Parameterstudien zu maßgebenden Einflüssen auf das Tragverhalten von Gewölbebrücken sowie vergleichende Auswertungen können allgemeingültige und übertragbare Erkenntnisse erhalten werden.
Bericht aus dem Jahrbuch 2023
Tragverhalten von Eisenbahn-Gewölbebrücken
Probebelastung der Eisenbahnüberführung Schöninger Straße in Helmstedt
Brücken aus steinernen Bögen werden bereits seit Jahrhunderten gebaut und gehören damit zu den ältesten Brückenbauformen. Das vergleichsweise hohe Durchschnittsalter der Gewölbebrücken spricht für die Dauerhaftigkeit dieser Konstruktionsart. Sie macht auch heute noch einen großen Anteil am Brückenbestand der Deutschen Bahn aus: etwa ein Viertel der 26.000 Brückenbauwerke der DB sind Gewölbebrücken. Obwohl diese Tragwerke teils noch über eine große Resttragfähigkeit verfügen, werden sie häufig trotzdem durch Rahmenbauwerke aus Stahlbeton ersetzt. Grund dafür ist meist ein schlechter Zustand aufgrund äußerer Schäden.
Auch wenn die Bauwerke für weitaus geringere Verkehrslasten bemessen wurden, können sie auch den Anforderungen des heutigen und zukünftigen Verkehrs gerecht werden. Dazu sind häufig konstruktive Maßnahmen, wie die Vergrößerung des Sicherheitsraums, und auch statische Nachweise der Tragfähigkeit erforderlich. Aufgrund der Vielzahl der Bauwerke kann ein maximaler Substanzerhalt nicht in Einzellösungen für jedes Bauwerk liegen. Deswegen ist das Ziel des Forschungsprojektes die Ableitung standardisierter Nachrechnungskonzepte für Eisenbahngewölbebrücken, sodass der Erhalt dieser Bauwerke vereinfacht werden kann. So können einerseits Baukultur erhalten und Kosten reduziert sowie andererseits ein Beitrag zum Klimaschutz geleistet werden.
Dazu erfolgte im ersten Schritt die Auswertung des Bestandes, um Bauwerkstypen, welche besonders häufig vorkommen, identifizieren zu können. Im Zuge einer geometrischen Klassifizierung anhand von Bestandsplänen konnte eine starke Abhängigkeit der Geometrie einer Gewölbebrücke vom Verhältnis Bogenstich zu lichter Weite nachgewiesen werden. Auf dieser Grundlage können die Bauwerke in drei Cluster mit zugehörigen geometrischen Parametern eingeteilt werden. Eine Validierung anhand aufgetretener Schäden bestätigte unterschiedliche Schadensmechanismen je Cluster, welche wiederum auf verschiedene Arten des Tragverhaltens deuten.
Im nächsten Schritt soll das Tragverhalten von typischen Gewölbebrücken analysiert werden. Dazu erfolgen komplexe Finite-Elemente-Simulationen, welche mit Belastungstests an realen Bauwerken kalibriert werden können.