Brückenbau

Inhaltsverzeichnis

1. 1. 1. A – 76 Netzwerkbogenbrücken für den Hochgeschwindigkeitsverkehr
      2. A - 75 DFOS-Auswertung Forschungsbrücke
      3. A - 74 Aufgelöste Doppelpfeiler an Talbrücken
      4. A - 73 Optimierte Bauverfahren langer Talbrücken
      5. A - 72 Die Anfangsjahre des Spannbetons
      6. A - 71 Wechselwirkung Kopplung und Spannverfahren
      7. A - 70 Schadensbegutachtungen an Spannbetonbauwerken
      8. A - 69 Entwicklung der Spannverfahren
      9. A - 68 Ansätze für die Modellbildung von Bestandsbauwerken mithilfe von KI-Modellen
      10. A - 67 Vergleichende Nachhaltigkeitsbewertung von Brückenbauwerken
      11. A - 66 Hochwasserresilienz von Eisenbahnbrücken
      12. A - 65 Vergleichsstudie zu Spannbeton-Rahmenbrücken
      13. A - 61 Experimentelle Bestimmung der Spannungsverteilung in Betonbauwerken mit der Bohrloch- und Ringkern-Methode
      14. A - 58 Nachrechnung bestehender Brückentragwerke
      15. A - 57 Ermüdungsfestigkeit von Spanndrähten
      16. A - 55 Spannbetonbrücken der Hochmoderne
      17. A - 54 Rückdehnungsmessungen
      18. A - 51 Belastungsversuche an Gewölbebrücken
      19. A - 47 Numerische Simulation von Zugüberfahrten
      20. A - 46 Kraftbestimmung in Brückenhängern durch Schwingungsmessung
      21. A - 44 Brückenentwurf mit parametrischen BIM-Modellen
      22. A - 43 Datenbasierte Planung von Brücken
      23. A - 41 Segmentierte Bauwerke unter Torsionsbeanspruchung
      24. A - 38 Wiederverwendung von Betonbauteilen aus dem Rückbau von Talbrücken
      25. A - 33 Umnutzung einer historischen Eisenbahnbrücke
      26. A - 32 Nachrechnung von Gewölbebrücken
      27. A - 31 Ertüchtigung- und Instandsetzung denkmalgeschützter historischer Bahnbrücken
      28. A - 29 Reduktion von Teilsicherheitsbeiwerten im Bestand
      29. A - 28 Formgedächtnislegierungen zur Brückenverstärkung
      30. A - 27 Optimierte Einbringung von Rahmenbauwerken der DB
      31. A - 20 Herstellungsabhängige Entwurfsparameter für Brücken
      32. A - 7 Ersatzneubau eines Kreuzungsbauwerkes  
      33. A - 6 Variantenuntersuchung einer Eisenbahnüberführung
      34. A - 5 Variantenuntersuchung einer zweigleisigen Gewölbebrücke
      35. A - 4 Studie für einen Gesamt- oder Teilneubau eines Viaduktes  

A – 76 Netzwerkbogenbrücken für den Hochgeschwindigkeitsverkehr

Ausführlicher Titel: Numerische Untersuchung des dynamischen Verhaltens von Netzwerkbogenbrücke im Eisenbahn-Hochgeschwindigkeitsbetrieb

Brücken für den Hochgeschwindigkeitsverkehr (HSRB) werden vorwiegend als Stahlbeton-, Stahl- oder Stahlverbundsysteme ausgeführt. Aufgrund von Zugüberfahrtgeschwindigkeiten von mehr als 250 km/h bestehen deutlich erhöhte dynamische Anforderungen an das Tragwerk. Um diese zuverlässig zu bewerten, sind umfangreiche numerische Untersuchungen unerlässlich. Für mittlere Spannweiten haben sich Stabbogenbrücken als besonders geeignete Bauweise erwiesen. Eine effiziente Möglichkeit, die Steifigkeit solcher Systeme weiter zu steigern, bietet die diagonalkreuzende Anordnung der Hänger: Daraus entsteht die Netzwerkbogenbrücke – ein Konstruktionstyp mit hervorragenden Steifigkeits- und Dynamikeigenschaften.

Ziel dieser Arbeit ist es, das Trag- und Dynamikverhalten von Netzwerkbogenbrücken unter Hochgeschwindigkeitsverkehr genauer zu untersuchen und deren Eignung für den HSRB fundiert zu bewerten. Dazu soll ein Überblick zu aktuellen Brückenbauwerken auf HSR-Neubaustrecken herausgearbeitet werden. Anschließend soll eine Stabbogenbrücke mittels SOFiSTiK-Software modelliert und das Verhalten unter Zugüberfahrt untersucht werden. Darauf aufbauend wird unter gleichen Randbedingungen eine Netzwerkbogenbrücke modelliert und die Systemantwort mit der Stabbogenbrücke verglichen. Abschließend sind die Stahlhänger durch Carbonhänger zu ersetzen und die Eignung von Carbonnetzwerkbogenbrücken für HSR zu bewerten.

Die Untersuchung kann im Rahmen einer Projekt- oder Diplomarbeit durchgeführt werden. Der Umfang der Aufgabenstellung wird dementsprechend im Vorfeld der Bearbeitung konkretisiert.

Ansprechperson:
Dipl.-Ing. Lorenz Ostwald
+49 351 463-39564

A - 75 DFOS-Auswertung Forschungsbrücke

Ausführlicher Titel: Auswertung von DFOS-Daten an monolithisch angeschlossenen Stützen der Forschungsbrücke openBridgeLAB

Im Brückenbau ist die statisch bestimmte, zwängungsfreie Lagerung des Überbaus die etablierte Bauweise. Die Lebensdauer der Lager beträgt jedoch nur ein Teil der Gesamtlebensdauer des Brückenbauwerks und müssen daher während der Nutzungsdauer regelmäßig getauscht werden. Auch Fugen müssen regelmäßig gereinigt und gewartet werden, sind potentielle Schwachstellen der Struktur und tragen somit zu größeren Unterhaltungskosten bei. Als Alternative gewinnt die (semi-)integrale Bauweise, also die monolithische Verbindung zwischen Stütze und Überbau, zunehmend an Bedeutung. Durch den weitgehenden Verzicht auf Lager und Fugen werden alle Systemteile am Lastabtrag beteiligt, was eine größere Schlankheit, Materialeinsparungen und langfristig geringere Unterhaltungskosten ermöglicht. Gleichzeitig führen jedoch zeit- und temperaturabhängige Verformungen des Überbaus, zum Beispiel infolge von Temperaturänderungen, Kriechen, Schwinden und Relaxation, zu Verschiebungen am Pfeilerkopf, die als maßgebende Einwirkungen in der Bemessung der Pfeiler zu berücksichtigen sind.

An der Forschungsbrücke openBridgeLAB in Bautzen wurden in der Vergangenheit bereits statische, dynamische sowie Langzeitversuche an den monolithisch angeschlossenen Stützen durchgeführt. Die vorhandenen Messdaten ermöglichen einen einmaligen Einblick in das innere Tragverhalten der Stützen: Verteilte faseroptische Sensoren messen Dehnungen und können somit Grundlage für Untersuchungen zur Spannungsverteilung, zur Rissbildung und zur Verformung bilden. Ziel der Arbeit ist es, die vorhandenen Rohdaten entsprechend der Versuche zu sortieren und auszuwerten. Anhand der Ergebnisse sollen Aussagen zum Dehnungszustand im Querschnitt, zur Lasteinleitung im Stützen – Überbau- Bereich sowie zum Risszustand getroffen werden. Möglich Auswertungsbereich sind: statische Versuche aus Eigengewicht und Zugüberfahrt, dynamische Anregungen, Langzeitauswertungen zu Temperaturzyklen sowie Kriechen und Schwinden.

Die Untersuchung kann im Rahmen einer Projekt- oder Diplomarbeit durchgeführt werden. Der Umfang der Aufgabenstellung wird dementsprechend im Vorfeld der Bearbeitung konkretisiert.

Ansprechperson:
Dipl.-Ing. Lorenz Ostwald
+49 351 463-39564

A - 74 Aufgelöste Doppelpfeiler an Talbrücken

Ausführlicher Titel: Numerische Untersuchung zum Tragverhalten von aufgelösten Doppelpfeilern an semi-integralen Talbrücken

Im Brückenbau ist die statisch bestimmte, zwängungsfreie Lagerung des Überbaus die etablierte Bauweise. Die Lebensdauer der Lager beträgt jedoch nur ein Teil der Gesamtlebensdauer des Brückenbauwerks und müssen daher während der Nutzungsdauer regelmäßig getauscht werden. Auch Fugen müssen regelmäßig gereinigt und gewartet werden, sind potentielle Schwachstellen der Struktur und tragen somit zu größeren Unterhaltungskosten bei. Als Alternative gewinnt die (semi-)integrale Bauweise, also die monolithische Verbindung zwischen Stütze und Überbau, zunehmend an Bedeutung. Durch den weitgehenden Verzicht auf Lager und Fugen werden alle Systemteile am Lastabtrag beteiligt, was eine größere Schlankheit, Materialeinsparungen und langfristig geringere Unterhaltungskosten ermöglicht. Gleichzeitig führen jedoch zeit- und temperaturabhängige Verformungen des Überbaus, zum Beispiel infolge von Temperaturänderungen, Kriechen, Schwinden und Relaxation, zu Verschiebungen am Pfeilerkopf, die als maßgebende Einwirkungen in der Bemessung der Pfeiler zu berücksichtigen sind.

Ziel der Arbeit ist es, den Einfluss von aufgelösten Doppelpfeilern an semi-integralen Talbrücken zu untersuchen. Dabei soll zunächst in einer umfassenden Literaturrecherche eine Übersicht zu bestehenden Brücken mit Doppelpfeiler erarbeitet werden. Der Fokus liegt dabei auf dem Zusammenhang mit dem gewählten Bauverfahren sowie publizierten Erkenntnissen zum Langzeitverhalten dieser Brückensysteme. Weiterhin soll eine numerische Parameterstudie mithilfe der Software SOFiSTiK durchgeführt werden, bei der das Kurzzeit- und Langzeittragverhalten untersucht wird und mit dem von einfachen, monolithisch angeschlossenen Stützen verglichen wird. Final sollen Aussagen zu Anwendungsmöglichkeiten und Anwendungsgrenzen von Doppelpfeilern für semi-integrale Brücken getroffen werden.

Die Untersuchung kann im Rahmen einer Projekt- oder Diplomarbeit durchgeführt werden. Der Umfang der Aufgabenstellung wird dementsprechend im Vorfeld der Bearbeitung konkretisiert.

Ansprechperson:
Dipl.-Ing. Lorenz Ostwald
+49 351 463-39564

A - 73 Optimierte Bauverfahren langer Talbrücken

Ausführlicher Titel: Untersuchung optimierter Bauverfahren für lange, semi-integrale Talbrücken

Im Brückenbau ist die statisch bestimmte, zwängungsfreie Lagerung des Überbaus die etablierte Bauweise. Die Lebensdauer der Lager beträgt jedoch nur ein Teil der Gesamtlebensdauer des Brückenbauwerks und müssen daher während der Nutzungsdauer regelmäßig getauscht werden. Auch Fugen müssen regelmäßig gereinigt und gewartet werden, sind potentielle Schwachstellen der Struktur und tragen somit zu größeren Unterhaltungskosten bei. Als Alternative gewinnt die (semi-)integrale Bauweise, also die monolithische Verbindung zwischen Stütze und Überbau, zunehmend an Bedeutung. Durch den weitgehenden Verzicht auf Lager und Fugen werden alle Systemteile am Lastabtrag beteiligt, was eine größere Schlankheit, Materialeinsparungen und langfristig geringere Unterhaltungskosten ermöglicht. Gleichzeitig führen jedoch zeit- und temperaturabhängige Verformungen des Überbaus, zum Beispiel infolge von Temperaturänderungen, Kriechen, Schwinden und Relaxation, zu Verschiebungen am Pfeilerkopf, die als maßgebende Einwirkungen in der Bemessung der Pfeiler zu berücksichtigen sind.

Ziel der Arbeit ist es, konstruktive Lösungen und Bauverfahren zu untersuchen, die Kurz- und Langzeitverformungen semi-integraler Brücken entgegenwirken und somit die Baubarkeit langer Talbrücken begünstigen. Grundlage für diese Einteilung ist eine umfassende Literaturrecherche. Dabei liegt der Fokus auf der Anwendbarkeit von Betongelenken und Stahllamellen als biegesteife, verdrehbare Stützen – Überbau -Verbindungen. Weiterhin sollen Bauverfahren und -technologien identifiziert werden, die, zum Beispiel durch bauzeitlichen Festpunktwechsel, Zwangsschnittgrößen im System reduzieren. Anschließend soll mithilfe der Software SOFiSTiK eine semi-integrale Talbrücke mit einer Dehnlänge von über 500 m modelliert, und die Bau- und Umsetzbarkeit des Tragsystems mithilfe der oben genannten konstruktiven Lösungen und geeigneten Bauverfahren überprüft werden.

Die Untersuchung kann im Rahmen einer Projekt- oder Diplomarbeit durchgeführt werden. Der Umfang der Aufgabenstellung wird dementsprechend im Vorfeld der Bearbeitung konkretisiert.

Ansprechperson:
Dipl.-Ing. Lorenz Ostwald
+49 351 463-39564

A - 72 Die Anfangsjahre des Spannbetons

Ausführlicher Titel: Die Anfangsjahre des Spannbetons – Analyse und Bewertung einer frühen Auseinandersetzung

*** Projekt- oder Diplomarbeit ***

Das Spannverfahren ist ein entscheidendes Bauteil jedes Spannbetonbauwerks. Die ersten Verfahren mit nachträglichem Verbund entstanden Ende der 1940er und Anfang der 1950er Jahre – zu einer Zeit, in der das Wesen der Vorspannung und die daraus folgenden konstruktiven Anforderungen noch nicht vollständig verstanden waren. Gerade diese Anfangsphase ist aufschlussreich, wenn man frühe Fehlentwicklungen nachvollziehen will. Denn der Aufbau der Verfahren leitet sich unmittelbar aus den Vorstellungen und Annahmen der beteiligten Personen ab.

Eines der frühesten Dokumente ist der Beitrag von Willi Baur und Fritz Leonhardt aus dem Jahr 1950: Brücken aus Spannbeton – wirtschaftlich und einfach. Darin werden die Grundlagen des Spannbetons dargelegt und das von den Autoren entwickelte Spannverfahren vorgestellt. Die dort vertretenen Thesen blieben nicht unwidersprochen: Weitere Pioniere des Spannbetons – unter ihnen Ulrich Finsterwalder, Franz Dischinger und Gotthard Franz – antworteten öffentlich und stellten ihre gegenläufigen Annahmen zur Diskussion.

In dieser Auseinandersetzung werden zwei grundverschiedene Sichtweisen auf den jungen Baustoff greifbar: Spannbeton müsse neu gedacht und vom Stahlbeton gelöst werden – oder die Prinzipien des Stahlbetons seien beizubehalten. Der Streit ist keine Fußnote der Fachgeschichte, sondern hat die konstruktive Ausbildung der Verfahren und damit den heutigen Brückenbestand mitgeprägt.

Ziel der Arbeit ist es, die in dieser Debatte formulierten Thesen herauszuarbeiten, einander gegenüberzustellen und aus heutiger Sicht zu bewerten: Welche Annahmen haben sich als tragfähig erwiesen, welche nicht – und welche Spuren haben sie in den Spannverfahren hinterlassen?

Mögliche Schwerpunkte

• Erschließung des Beitrags von Baur und Leonhardt sowie der darauffolgenden Erwiderungen und Repliken
• Systematische Gegenüberstellung der vertretenen Thesen zu Vorspanngrad, Rissbildung, Verbund, Korrosionsschutz und konstruktiver Durchbildung
• Einordnung der Positionen in die jeweiligen beruflichen und institutionellen Zusammenhänge der Beteiligten
• Rückbindung an die tatsächliche Ausbildung der Spannverfahren jener Jahre
• Bewertung der Thesen vor dem heutigen Kenntnisstand

Bei Master- und Diplomarbeiten wird die Aufgabenstellung entsprechend dem erweiterten Umfang angepasst und ggf. thematisch vertieft.

Das zugrundeliegende Forschungsprojekt ist Teil des DFG-Schwerpunktprogramms 2255 "Kulturerbe Konstruktion".

Ansprechperson:
Dipl.-Ing. Jakob Vogt                                     
+49 351 463 45610                                     
 

A - 71 Wechselwirkung Kopplung und Spannverfahren

Ausführlicher Titel: Analyse von Bestandsdaten zur Wechselwirkung zwischen Kopplung und Spannverfahren

*** Projekt- oder Diplomarbeit ***

Das Spannverfahren ist eines der entscheidenden Bauteile einer Spannbetonbrücke. Bei langen Bauwerken lassen sich die Spannglieder nicht über die gesamte Bauteillänge durchführen – sie werden abschnittsweise eingebaut und mit Koppelankern verbunden. Die dabei entstehende Koppelfuge ist bis heute einer der kritischsten Bereiche im Spannbetonbrückenbau.

In den 1970er Jahren trat an der Hochstraße Prinzenallee der Fall ein, dass ein Spannglied im Koppelfugenbereich infolge zu hoher Ermüdungsbeanspruchung versagte. Weitere tatsächliche Schadensfälle dieser Art sind nicht aufgetreten – rechnerisch jedoch liegt die Problematik bei einer großen Zahl von Bestandsbrücken vor. Eine hohe Anzahl von Brücken wurde an der Stelle der Koppelfuge saniert möglicherweise aufgrund übermäßiger Rissbildung.

Ausgehend von dieser Prämisse geht die Arbeit der Frage nach, welche Parameter diese Lücke erklären könnten. Eine Vermutung ist, dass der konstruktive Aufbau der Kopplung selbst einen erheblichen Einfluss hat – insbesondere ihre Abmessungen. Weisen Kopplungen mit besonders großen Koppelankern ein höheres Schadensrisiko auf als kleinere? Und haben sich die Eigenschaften der Kopplungen nach dem Schadensfall verändert?

Mögliche Schwerpunkte

• Historische Aufarbeitung der Koppelfuge: Entwicklung der Kopplungstechnik, Zulassungssituation, Reaktion der Regelwerke auf den Schadensfall
• Systematische Erfassung der Kopplungen verschiedener Spannverfahren, insbesondere ihrer Abmessungen und konstruktiven Ausbildung
• Abgleich mit den Bestandsdaten der Bundesfernstraßen
• Statistische Auswertung mit Signifikanztest zur Bestätigung oder Widerlegung der Ausgangsthese
• Diskussion weiterer spannverfahrensspezifischer Einflussparameter

Interesse am Spannbetonbrückenbestand, Bereitschaft zur Arbeit mit historischen Quellen und Grundkenntnisse in Statistik – oder die Bereitschaft, sich in die erforderlichen Verfahren einzuarbeiten.

Das zugrundeliegende Forschungsprojekt ist Teil des DFG-Schwerpunktprogramms 2255 "Kulturerbe Konstruktion".

Ansprechperson:
Dipl.-Ing. Jakob Vogt                                     
+49 351 463 45610                                     
 

A - 70 Schadensbegutachtungen an Spannbetonbauwerken

Ausführlicher Titel: Analyse von Schadensbegutachtungen an Spannbetonbauwerken hinsichtlich des Zustands des Spannverfahrens

Ein großer Teil der Spannbetonbrücken im Netz der Bundesfernstraßen stammt aus den 1960er und 1970er Jahren – der Sturm-und-Drang-Phase des Spannbetons. Es wurde viel gebaut, während das Wissen über Langzeitverhalten, Korrosionsschutz und konstruktive Durchbildung noch unvollständig war. Aus heutiger Sicht wurden sowohl in der Berechnung als auch in der Konstruktion Annahmen getroffen, die sich später als unzutreffend erwiesen haben.

Das Spannverfahren ist dabei eines der entscheidenden Bauteile. Wegen seiner Bedeutung und der bekannten frühen Unzulänglichkeiten wurden ab den 1980er Jahren zahlreiche Bauwerke untersucht und hinsichtlich Schäden ausgewertet. Die Berichte betrachten Schäden jedoch meist als Einzelfall. Dass sich bestimmte Fehler an bestimmten Bauteilen – Spannglied, Verankerung, Kopplung – über verschiedene Bauwerke und Berichte hinweg wiederholen, tritt in dieser Einzelbetrachtung kaum hervor.

Die Arbeit wertet die vorliegenden Berichte deshalb erstmals verfahrens- und bauteilbezogen aus: Welche Spannverfahren kommen im Bestand vor? Welche Schadensbilder treten an welchen Bestandteilen auf? Und lassen sich Häufungen erkennen, die im Einzelbericht untergehen?

Dahinter steht eine Arbeitshypothese: Erkannte Schäden dürften innerhalb des betroffenen Spannverfahrens zu gezielten Verbesserungen geführt haben – der Schadensfall wäre damit selbst ein Entwicklungstreiber. Bauwerke, die nach einer solchen Anpassung entstanden sind, müssten heute einen besseren Zustand und eine höhere Zuverlässigkeit aufweisen. Ob sich das in den Berichten tatsächlich abbildet, soll die Untersuchung zeigen.

Mögliche Schwerpunkte

• Sichtung und Erschließung der verfügbaren Schadensberichte und Untersuchungsunterlagen
• Aufbau einer Datenbank mit einheitlicher Merkmalsstruktur (Bauwerk, Baujahr, Spannverfahren, betroffenes Bauteil, Schadensbild, Schadensursache)
• Auswertung auf Häufungen und Muster – verfahrensbezogen, bauteilbezogen, zeitbezogen
• Rekonstruktion von Verfahrensänderungen anhand von Zulassungen und Firmenunterlagen und zeitlicher Abgleich mit den dokumentierten Schadensfällen
• Prüfung, ob sich nach einer Anpassung errichtete Bauwerke im Befund tatsächlich günstiger darstellen
• Ableitung von Hinweisen für die heutige Bauwerksprüfung und Bestandsbewertung

Interesse am Spannbetonbrückenbestand, Sorgfalt im Umgang mit heterogenen Quellen und Freude daran, aus unstrukturiertem Material eine saubere Systematik zu entwickeln. Grundkenntnisse im Aufbau einfacher Datenbanken sind hilfreich, aber keine Voraussetzung.

Ansprechperson:
Dipl.-Ing. Jakob Vogt                                     
+49 351 463 45610                                     
 

A - 69 Entwicklung der Spannverfahren

Ausführlicher Titel: Analyse von Bauverfahren und deren Auswirkung auf die Entwicklung der Spannverfahren

*** Projekt- oder Diplomarbeit ***

Freivorbau, Vorschubrüstung und Taktschieben prägen bis heute den Großbrückenbau. Entwickelt wurden sie in den 1950er und 1960er Jahren mit dem Ziel, das kostentreibende Lehrgerüst abzulösen und Spannbetonbrücken gegenüber Stahlbrücken konkurrenzfähig zu machen.

Dabei entstand eine Wechselwirkung, die bislang kaum systematisch aufgearbeitet ist: Die Bauverfahren waren anfangs auf wenige Spannverfahren zugeschnitten – umgekehrt wurden die Spannverfahren gezielt an die Randbedingungen des Bauablaufs angepasst. Spanngliedführung, Kopplungen an Taktfugen, Verankerungstechnik und Verpressbedingungen änderten sich mit dem Bauverfahren.

Die Arbeit soll diese Entwicklung nachzeichnen und bewerten: Welche Änderungen wurden vorgenommen, welche gehen tatsächlich auf das Bauverfahren zurück – und führten sie am Ende zu robusteren oder eher zu schadensanfälligeren Konstruktionen? Das ist keine rein historische Frage, sondern eine für die heutige Bestandsbewertung.

Mögliche Schwerpunkte

• Rekonstruktion der Entwicklungsgeschichte eines Bauverfahrens anhand zeitgenössischer Fachliteratur, Firmenschriften, Zulassungen und Patente
• Systematisierung der im Zeitraum eingesetzten Spannverfahren
• Gegenüberstellung von Anforderungen des Bauablaufs und konstruktiven Änderungen am Spannverfahren
• Fallstudien an konkreten Bauwerken
• Einordnung der Ergebnisse in bekannte Schadensbilder am Spannbetonbrückenbestand

Grundsätzlich sind alle drei Bauverfahren bearbeitbar. Besonders interessant ist derzeit das Taktschieben, insbesondere im Zusammenhang mit dem Spannverfahren Baur-Leonhardt. Zu Freivorbau und Vorschubrüstung liegt am Institut bereits umfangreiches Vorwissen vor.

Ansprechperson:
Dipl.-Ing. Jakob Vogt                                     
+49 351 463 45610                                     
 

A - 68 Ansätze für die Modellbildung von Bestandsbauwerken mithilfe von KI-Modellen

Die Entwicklung großer Sprachmodelle (Large Language Models, LLMs) hat in den vergangenen Jahren erhebliche Fortschritte gemacht. Durch das Training auf umfangreichen Datenmengen sowie durch Fine-Tuning, Retrieval-Verfahren und die Erweiterung um domänenspezifische Werkzeuge lassen sich heute zunehmend komplexe Fachaufgaben automatisiert bearbeiten. Vor allem in der Softwareentwicklung werden KI-Systeme für die Erstellung von Code erfolgreich genutzt.

Es soll untersucht werden in welchen Anwendungsfällen der Tragwerksplanung/ Objektplanung KI bereits eingesetzt wird. Welche Modelle (ChatGPT, Claude, Gemini…) und welche Spezialisierung wird dabei verwendet, wo liegen die Grenzen der Anwendbarkeit. Welche Modelle werden in anderen Ingenieurbereichen bereits angewendet? Welche Potentiale bestehen für die Verwendung im Bauwesen?

Ziel der Arbeit ist die Untersuchung und Bewertung von Ansätzen zur KI-gestützten Modellbildung von Bestandsbauwerken für die Statiksoftware SOFiSTiK. Im Fokus steht die Frage, inwieweit moderne Sprachmodelle befähigt werden können für Nachrechnungen, Informationen aus Bestandsunterlagen zu interpretieren und daraus Berechnungsmodelle in der SOFiSTiK-Programmiersprache CADINP abzuleiten.

Wie können Large Language Models durch domänenspezifisches Wissen und softwarebezogene Erweiterungen befähigt werden, Informationen aus Bestandsunterlagen automatisiert in SOFiSTiK-Berechnungsmodelle (CADINP) zu überführen?

Untersuchung geeigneter Methoden zur Erweiterung von Sprachmodellen durch domänenspezifisches Wissen (z. B. RAG-Systeme, Skills oder Agentenarchitekturen). Entwicklung eines Konzepts zur Unterstützung der Modellbildung in SOFiSTiK.

Untersuchung der automatisierten Interpretation von:

• Bestandsplänen,
• Bauwerksgeometrien,
• Spanngliedverläufen,
• Spannsystemen,
• Verkehrslastansätzen,
• Bestandsdokumentationen und Berechnungsunterlagen.

Eine Konkretisierung, Detaillierung und Gliederung der Aufgabe erfolgt vor Bearbeitungsbeginn mit der/dem Studierenden in Abhängigkeit individueller Interessen und dem Umfang.

Ansprechpartner:
MKP GmbH, Dresden
Dipl.-Ing. Jan Wittstock
0351 315864115


MKP GmbH, Dresden
Dipl.-Ing. Florian Zeidler
0351315864114​‌

A - 67 Vergleichende Nachhaltigkeitsbewertung von Brückenbauwerken

Die Bewertung der Klimawirkung von Bauwerken gewinnt im Bauwesen zunehmend an Bedeutung. Im Brückenbau ist die Aufstellung einer Ökobilanz (Life Cycle Assessment) jedoch nicht trivial, da die Anforderungen an Tragfähigkeit, Dauerhaftigkeit und Gebrauchstauglichkeit die Auswahl geeigneter Baustoffe und Bauweisen einschränken.

Bei Brückenbauwerken entsteht ein großer Teil der Emissionen bereits in der Herstellungs- und Bauphase, während der spätere Unterhalt über die Nutzungsdauer gering ist. Je nach Spannweite der Brückenbauwerke steigt die Bedeutung der Unterbauten, da vor allem bei kurzen bis mittellangen Brücken die Unterbauten einen Signifikaten Anteil der CO₂e ausmachen. Zusätzlich zu den allgemeinen Anforderungen an das Aufstellen einer Ökobilanz können verkehrsbedingte Emissionen je nach Lage des Bauwerks an Bedeutung gewinnen, da durch Staus indirekt Emissionen entstehen. Daraus folgt, dass auch die Bauzeit einen nicht zu vernachlässigenden Einfluss auf die Nachhaltigkeitsbewertung von Brücken hat.

Ziel der Abschlussarbeit ist die Analyse bestehender Ansätze zur Durchführung einer Lebenszyklusanalyse für Brückenbauwerke sowie die Bewertung ihrer Anwendbarkeit auf unterschiedliche Konstruktions- und Erhaltungsstrategien.

Im Rahmen der Bearbeitung ist sich zunächst in die Grundlagen der Ökobilanzierung und der GWP-Bewertung von Ingenieurbauwerken einzuarbeiten. Darauf aufbauend sollen bestehende nationale und europäische Ansätze zur CO₂-Bilanzierung von Brückenbauwerken/Ingenieurbauwerken untersucht und gegenübergestellt werden. Neben der reinen Betrachtung der Herstellungs- und Entstehungsemissionen sollen auch sekundäre Effekte berücksichtigt werden, die durch Bauzeit, Verkehrsführung und baubedingte Einschränkungen entstehen. Inwieweit kann eine beschleunigte Bauausführung trotz gegebenenfalls höherer Herstellungsemissionen durch reduzierte verkehrsbedingte Emissionen vorteilhaft sein und an welchen Randbedingungen ergeben sich entsprechende Kipppunkte.

Welchen Einfluss haben Dauerhaftigkeit, Robustheit und Verstärkungsmaßnahmen auf die CO₂-Bilanz über die Lebensdauer eines Brückenbauwerks. Dabei sollen unterschiedliche Konstruktionsprinzipien und Erhaltungsstrategien hinsichtlich ihrer Emissionen in CO₂e über die Nutzungsdauer verglichen werden.

Eine Konkretisierung, Detaillierung und Gliederung der Aufgabe erfolgt vor Bearbeitungsbeginn mit der/dem Studierenden in Abhängigkeit individueller Interessen und dem Umfang.

Ansprechpartner:
MKP GmbH, Dresden
Dipl.-Ing. Jan Wittstock
0351 315864115

A - 66 Hochwasserresilienz von Eisenbahnbrücken

Ausführlicher Titel: Identifikation von Versagensprozessen und Maßnahmen zur Steigerung der Resilienz von Eisenbahnbrücken gegenüber Flusshochwasser

Eisenbahnbrücken sind zentrale Bestandteile der Verkehrsinfrastruktur. Im Falle ihres Versagens ergeben sich neben direkten (baulichen) Schäden ungleich größere indirekte (wirtschaftliche) Schäden. Bei Flusshochwassern wirken besondere Einwirkungen auf Brücken, die in der üblichen Bemessungspraxis noch unzureichend berücksichtigt werden. Dies wird durch zahlreiche Schadensfälle belegt, die in der Vergangenheit aufgetreten sind. Speziell vor dem Hintergrund des Klimawandels, der eine Zunahme der Intensität und Häufigkeit extremer Hochwasser erwarten lässt, ist es erforderlich, ein besseres Verständnis der auftretenden hydraulischen und mechanischen Interaktionen zu entwickeln.

Im Rahmen einer Diplomarbeit sollen potenzielle Einwirkungen und Widerstände sowie Wechselwirkungen und Versagensprozesse an Eisenbahnbrücken bei Flusshochwasser untersucht werden. Dabei sind insbesondere hydrodynamische Belastungen, konstruktive Charakteristika sowie bodenmechanische Prozesse (z. B. die Bildung von Pfeilerkolken) zu analysieren. Ziel ist es, wesentliche Schadensprozesse und Einflussfaktoren zu identifizieren sowie erste Vorschläge für die Entwicklung von Strategien zur Erhöhung der Hochwasserresilienz von Eisenbahnbrücken unter Einbeziehung von Hydraulik, Sedimentdynamik und Bauwerksreaktion zu erarbeiten.

Die Arbeit umfasst folgende Arbeitspakete:

• Systematische Recherche (national und international) hochwasserinduzierter Versagensfälle von Eisenbahnbrücken (inklusive Kategorisierung und statistischer Auswertung)
• Recherche zur Berücksichtigung hydraulischer Einwirkungen in der aktuellen Bemessungspraxis in Deutschland (normative Vorgaben)
• Datenbasierte Analyse und Klassifizierung primärer Belastungen (z. B. hydrodynamische Einwirkungen) und sekundärer Effekte (z. B. Kolkbildung) an Brückenbauwerken bei Hochwasser
• Identifikation bestehender analytischer und numerischer Berechnungs- und Bemessungsmöglichkeiten zur Erfassung der genannten Effekte und Wirkungen
• Recherche und Zusammenstellung konstruktiver Möglichkeiten des Wasser- und Brückenbaus (geometrische, ausführungstechnische und strukturelle Maßnahmen) zur Minderung der Versagenswahrscheinlichkeit
• Ableitung und beispielhafte Durchführung einer Brückenvorplanung mit verbesserter Berücksichtigung möglicher hochwasserinduzierter Einwirkungen

Die Diplomarbeit wird vom Institut für Wasserbau und Technische Hydromechanik (Professur Wasserbau) in Kooperation mit dem Institut für Massivbau, einschließlich der DB InfraGO AG-Stiftungsprofessur für Ingenieurbau, betreut.

Ansprechpartner:
Dr.-Ing. Torsten Heyer
+49 351 463-33874

Dr.-Ing. Chongjie Kang
+49 351 463-37305

A - 65 Vergleichsstudie zu Spannbeton-Rahmenbrücken

Ausführlicher Titel: Vergleichsstudie zum Entwurf von Spannbeton-Rahmenbrücken mit aufgelösten Rahmenstielen unter Berücksichtigung der Boden-Bauwerk-Interaktion

*** Diplomarbeit ***

Hintergrund und Zielstellung

In der historischen Entwicklung von Spannbetonbrücken spielen Rahmenbrücken aufgrund ihrer Effizienz eine besondere Rolle. Eine ungelöste Frage im Bereich der Baugeschichte ist, wie sich die vielfältige Typologie der Spannbeton-Rahmenbrücken der Hochmoderne (ca. 1880–1970) parallel zu den Berechnungsmethoden, Materialien, Spannsystemen und Bauweisen entwickelt hat. Ein besonderer Brückentyp ist die Rahmenbrücke mit aufgelösten Rahmenstielen, bei der das resultierende Einspannmoment des Überbaus über getrennte Druck- und Zugstreben auf das Fundament übertragen wird. Dieses System wurde besonders in den 1950er Jahren häufig verwendet, z. B. bei der Gänstorbrücke in Ulm (1950) oder der Dischingerbrücke in Berlin (1956). Während die Zug- und Druckstrebe bei den ersten Bauwerken zunächst direkt an der Oberseite des Fundaments zusammengeführt wurden (z. B. Gänstorbrücke), treffen sich die Wirklinien der Zug- und Druckstreben der Dischingerbrücke an einem imaginären Schnittpunkt unterhalb des Senkkastens, was zu unterschiedlichen Auflagerbedingungen führt.

Ziel dieser Arbeit ist, zu untersuchen, wie sich unterschiedliche Anordnungen des aufgelösten Rahmens auf das Tragverhalten einer Brücke auswirken, wobei insbesondere Spannungen und Verformungen innerhalb der Rahmenstiele, des Überbaus und des Fundaments berücksichtigt werden sollen. Anhand einer Vergleichsstudie sollen die Vor- und Nachteile zweier unterschiedlicher Layouts sowie mögliche Schwachstellen ermittelt werden, was zum Verständnis der Konstruktionsentscheidungen der Vergangenheit beitragen könnte.

Aufgaben

• Literaturrecherche (aufgelöste Rahmenbrücken, übliche Fundamenttypen, Modellierungsmethoden für das 2D-Längstragverhalten von aufgelösten Spannbeton-Rahmenbrücken mit Boden-Bauwerks-Interaktion)
• Erstellung eines 2D-FE-Modells zur Simulation einer aufgelösten Spannbeton-Rahmenbrücke unter Eigenlast und Temperaturdehnung für verschiedene Konfigurationen, d. h. Querschnittsmaße, Neigungswinkel, Strebenanordnung und Bodenparameter.
• Vergleichsstudie zur Analyse der Gänstorbrücke und der Dischingerbrücke hinsichtlich Spannungen und Verformungen innerhalb der Rahmenstiele, des Überbaus und des Fundaments. Erläuterung der Vor- und Nachteile der beiden Konfigurationen sowie möglicher Schwachstellen.

Kontakt:
Dipl.-Ing. Johannes Reimer
+49 351 463 39677

A - 61 Experimentelle Bestimmung der Spannungsverteilung in Betonbauwerken mit der Bohrloch- und Ringkern-Methode

Der Spannungszustand im Beton bei Bestandsbauwerken wird bisher nur über vereinfachte Berechnungen und Simulationen unter Annahmen verschiedener, häufig unbekannter Randbedingungen bestimmt. Die Bohrloch- sowie die Ringkern-Methode versprechen eine zerstörungsarme indirekte Bestimmung der Hauptspannungen über die kontinuierliche Messung der Materialrückdehnung während einer Bohrung. Beide Methoden sind im Stahlbau bereits Stand der Technik. An Betonbauwerken bzw. -bauteilen wurden die Methoden bereits mittels Kernbohrungen vereinzelt erprobt, es fehlt jedoch bislang an Erfahrung und Wissen, um die Methoden standardmäßig einzusetzen.

Im Rahmen einer Abschlussarbeit (Projekt- und/oder Diplomarbeit/Masterarbeit) sollen die Bohrloch- sowie die Ringkern-Methode zur Bestimmung der Spannungsverteilung in Betonbauwerken näher untersucht werden. In Abhängigkeit des Bearbeitungszeitpunktes kann die Arbeit mit experimentellen Untersuchungen verbunden werden. Ziel ist die Ausarbeitung von Empfehlungen für die Durchführung der Bohrloch- sowie die Ringkern-Methode.

Die Arbeit besteht aus den folgenden Arbeitspaketen:

• Darstellung des Stand des Wissens zur Bohrloch- und Ringkern-Methode allgemein, für Beton im Speziellen
• Identifikation und Bewertung von Einflussgrößen auf die Rückdehnungsmessung an Beton
• Ggf. nummerische Simulation der Spannungs- und Dehnungsänderungen während einer Bohrkernentnahme aus einem einfachen Spannbetonbauteil
• Erarbeitung eines Versuchskonzeptes für ein Realbauwerk
• Ggf. Begleitung bei der Versuchsdurchführung und Auswertung der Ergebnisse

Die konkrete Aufgabenstellung wird individuell mit der/dem Studierenden abgestimmt.

Ansprechpartnerin:
Dipl.-Ing. Jenny Pech
+49 351 463-34665

A - 58 Nachrechnung bestehender Brückentragwerke

Simulation und Bewertung des Eigengewichtbeanspruchungszustands bei der Nachrechnung bestehender Brückentragwerke

Durch Wahl eines geeigneten Bauablaufs kann der Beanspruchungszustand unter Eigengewicht gezielt eingestellt werden. Im Neubau von Brückentragwerken wird hiervon standardmäßig Gebrauch gemacht. Bei der Bewertung von Bestandsbauwerken lässt sich der Bauablauf z. T. aufgrund der unvollkommenen Aktenlage nicht mehr im Detail nachvollziehen. Historische Brückentragwerke haben zudem vielfach eine komplexe Belastungshistorie mit Umbau- und Reparaturmaßnahmen vorzuweisen.

Der Beanspruchungszustand unter Eigengewicht kann damit erwartungsgemäß nicht ohne Weiteres zutreffend abgebildet werden. Vereinfachend wird das Eigengewicht daher am "Einguss"-System respektive Endzustand gerechnet. Im Rahmen der Arbeit ist der hieraus resultierende Fehler zu quantifizieren und sein Einfluss auf die Bewertung der Tragsicherheit und Gebrauchstauglichkeit zu bewerten.

Zunächst sollen verschiedene historische Tragwerkstypen und hierfür typische Bauverfahren im Rahmen einer Literaturrecherche erfasst werden. Im Weiteren sind Bauablauf und Beanspruchungszustand unter Eigengewicht an 2 - 3 Beispielbauwerken nachzuvollziehen. Der Bauablauf ist mit dem SOFiSTiK Construction Stage Manager (CSM) zu simulieren. Weiterhin ist der Einfluss einer vom planmäßigen Bauablauf abweichenden Montagereihenfolge im Rahmen einer Parameterstudie aufzuzeigen.

• Welche Möglichkeiten stehen typischerweise zur Verfügung um die Beanspruchungen (Auflagerreaktionen und Stabschnittgrößen) unter Eigengewicht gezielt einzustellen?
• Welche Bedeutung kommt dem Eigengewichtbeanspruchungszustand bei der Bewertung der Tragsicherheit und Gebrauchstauglichkeit (= Nachrechnung) bestehender Brückentragwerke zu?
• Welche Nachweise werden durch den Eigengewichtbeanspruchungszustand beeinflusst? In welchen Grenzzuständen und/oder Nachweisen ist die genaue Kenntnis der Eigengewichtsbeanspruchungen nicht erforderlich?
• Liegt die Berechnung des Eigengewichts am "Einguss"-System auf der sicheren Seite? Welche Unsicherheiten sind durch die Teilsicherheitsbeiwerte für ständige Einwirkungen abgedeckt?
• Warum ist die Kenntnis des Eigengewichtbeanspruchungszustands bei der Planung von Verstärkungsmaßnahmen von entscheidender Bedeutung?
• Wie kann der Beanspruchungszustand unter Eigengewicht – differenziert nach Auflagerreaktionen und Stabschnittgrößen – messtechnisch erfasst werden?
• Wie kann der Bauablauf (und damit der Beanspruchungszustand unter Eigengewicht) unter Kenntnis der planmäßigen SOLL-Geometrie und messtechnisch nachgewiesenen IST-Geometrie reproduziert werden? Welche Bedeutung kommt dabei der zugrundeliegenden spannungslosen Werkstattform zu?

Abschließend sind Empfehlungen für die Erfassung des Bauablaufs und die Berücksichtigung eingeprägter (Zwangs-) Beanspruchungen bei der Nachrechnung bestehender Brückentragwerke abzuleiten.

Das Thema kann als Projekt- oder Diplomarbeit bearbeiten werden. Vorkenntnisse in der Modellbildung mit SOFiSTiK (Textbasierte Eingabe) werden vorausgesetzt und können z. B. im Rahmen des Moduls BIW 4-16 erworben werden. Vorkenntnisse in der Anwendung des SOFiSTiK CSM-Moduls sind vorteilhaft, werden für eine Bearbeitung jedoch nicht zwingend vorausgesetzt.

Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. Fabian Schülke (MKP Dresden GmbH)
+49 351 315864107

A - 57 Ermüdungsfestigkeit von Spanndrähten

Untersuchung des Einflusses der Anrissbildung infolge Spannungsrisskorrosion auf die Ermüdungsfestigkeit von Spanndrähten

1. Ausgangssituation/Zielsetzung

Seit den 1950iger Jahren werden in Deutschland Spannbetonbrücken im Netz der Infrastruktur realisiert. Hierbei kamen verschiedene Spannstahltypen und Spannverfahren zum Einsatz, bei deren Anwendung anfänglich keine großen Erfahrungswerte vorlagen. Bei Spannstählen, deren sehr hohe Zugfestigkeit durch eine Vergütung im Herstellungsprozess erzielt wurde, konnte frühzeitig das Phänomen und die Problematik der Spannungsrisskorrosion erkannt werden. Um diese Problematik zu minimieren, erfolgte in verschiedenen Stufen eine Verschärfung der technischen Regelwerke sowie Anpassungen im Herstellungsprozess der Spannstähle. Eine vollständige Eliminierung der Anrissbildung bei Spanndrähten wurde jedoch nicht erzielt, weshalb auch heute noch Brücken im Bauwerksbestand vorliegen, in denen Spannstähle mit aufgetretener Anrissbildung infolge Spannungsrisskorrosion verbaut sind. Weiterhin ist bekannt, dass die Ermüdungsfestigkeit von Metallen in starkem Maß von der Kerbwirkung auftretender Kerben bzw. Einschnitte im Grundmaterial ist.

Ziel der Diplomarbeit ist die Untersuchung der Abhängigkeit der Ermüdungsfestigkeit von Spannstahl von Anrissen, die infolge von Spannungsrisskorrosion im Grundmaterial auftreten.

2. Bearbeitung

Im Rahmen der Bearbeitung ist sich in die Grundlagen von Kerbspannungswirkungen und bruchmechanischen Vorgängen der Rissentwicklung bei ermüdungsbeanspruchten Stahlbauteilen einzuarbeiten. Aufbauend darauf sollen aus den untersuchten Spannstahlproben Einflussgrößen wie Anrissgeometrie, Anrisstiefe und Anrissverteilung (Abstände) abgeleitet und auf die, aus der Literatur bekannten Einflussgrößen angewendet werden. Die sich hieraus ergebenden grundlegenden und prinzipiellen Aussagen sind mittels einer modellgestützten Untersuchung zu verifizieren, wobei sich der Untersuchungsumfang auf wesentliche bzw. ausgewählte Einflussgrößen beschränkt. Das Vorgehen bei und die Wahl der Modellierung der rechnerischen Betrachtungen sind im Zuge der Bearbeitung festzulegen und zu begründen und sollen somit auf konkrete Fragestellungen abgestellt werden.

Präzisierungen der Aufgabenstellung sind während der Bearbeitung regelmäßig mit dem wissenschaftlichen Ansprechpartner abzustimmen.

Ansprechpartner:
Dr.-Ing. Robert Ritter
+49 351 315864-105

A - 55 Spannbetonbrücken der Hochmoderne

Ausführlicher Titel: Untersuchung der frühen Spannbetonbrücken als Grundlage für den Erhalt, Denkmalschutz, und zukünftige Brückenentwürfe

Die Spannbetonbauweise steht wie keine andere Bauweise für den Brückenbau der Nachkriegszeit. Über 70 % der Brückenfläche der deutschen Bundesfernstraßen besteht aus Spannbeton. Ein großer Anteil davon wurde in den 60er und 70er Jahren errichtet. Dieser hohe Anteil verdeutlicht die damaligen Vorteile der neuen Bauweise gegenüber dem konventionellen Stahlbeton- und Stahlbau.

In der Frühzeit des Spannbetonbaus entstanden daher zahlreiche Innovationen – von neuartigen Spannverfahren über fortschrittliche Bauverfahren wie z. B. dem Taktschieben bis hin zu verschiedenen Brückentypologien, d. h. Tragwerken und Bauteilgeometrien, die einen auch aus heutiger Sicht extrem effizienten Materialeinsatz ermöglichten. Bis heute sehen wir die Auswirkungen im aktuellen Brückenbau, wo die damals entwickelten Bauverfahren und Konstruktionstypen weiterhin Anwendung finden. Doch über die Anfangszeit des Spannbetonbrückenbaus selbst ist nur noch wenig bekannt – Bauwerke werden abgerissen, es gibt nur noch wenige Zeitzeugen und historische Unterlagen sind rar gesät.

Eine tiefgehende Analyse des historischen Spannbetonbrückenbaus ermöglicht es, damalige Innovationen zu bewerten, typische Fehler und Schwächen in der Umsetzung zu identifizieren und daraus Rückschlüsse für heutige Anforderungen zu ziehen. Ziel ist es, zum einen den Bestand an historischen Bauwerken zu erhalten und zum anderen neue Impulse für einen modernen, wirtschaftlichen und gestalterisch hochwertigen Spannbetonbau zu geben.

Die konkrete Aufgabenstellung wird individuell mit der/dem Studierenden abgestimmt. Mögliche Themenfelder umfassen unter anderem:

• Analyse der historischen Entwicklung des Spannbetonbaus mit Fokus auf Brückentypologien und Spannverfahren.
• Detaillierte Betrachtung eines spezifischen Spannverfahrens unter Berücksichtigung nachträglicher Anpassungen und dokumentierter Schäden.
• Auswertung und Typisierung des deutschen Brückenbestands in Bezug auf eingesetzte Spannverfahren.
• Datenbankbasierte Analyse von Akteursnetzwerken im Spannbetonbau – beispielsweise am Beispiel eines bestimmten Spannverfahrens (z. B. Baur-Leonhardt) oder Unternehmens (z. B. Dyckerhoff & Widmann).
• FEM-basierte Nachrechnung historischer Spannbetonbauwerke (z. B: Dischingerbrücke Berlin) unter aktuellen normativen Vorgaben mit kritischer Gegenüberstellung zur ursprünglichen Bemessung.
• FEM-basierte Tragwerksoptimierung auf Grundlage eines historischen Bauwerkstypen (z. B. „gelenkloser Rahmen“) unter Berücksichtigung heutiger Normen und Lastannahmen.

Bei Master- und Diplomarbeiten wird die Aufgabenstellung entsprechend dem erweiterten Umfang angepasst und ggf. thematisch vertieft.

Das zugrundeliegende Forschungsprojekt ist Teil des DFG-Schwerpunktprogramms 2255 "Kulturerbe Konstruktion".

Ansprechpersonen:
Jakob Vogt                                     
+49 351 463 45610                                     
 

Johannes Reimer
+49 351 463 39677

A - 54 Rückdehnungsmessungen

Die realitätsnahe Bewertung von Spannbetonbrücken stellt große Herausforderungen an die beurteilenden Ingenieurinnen und Ingenieure. Bestandteil von Bauwerksuntersuchungen sind zerstörungsfreie Untersuchungsverfahren sowie die Entnahme von Materialproben. Bei der Entnahme von Spanndrahtproben wird häufig die in-situ Vorspannung des jeweiligen Spanndrahts gemessen. Dazu wird die Rückdehnung des Drahts mithilfe eines Dehnmessstreifens aufgezeichnet und anschließend in eine Spannung zurückgerechnet.

Im Zuge der studentischen Arbeit sollen vorhandene Rückdehnungsmessungen aus- und bewertet werden. Nach Absprache besteht die Möglichkeit bei Bauwerksuntersuchungen teilzunehmen.

Die Aufgabe gliedert sich wie folgt:

• Recherche und Darstellung zu Spannverfahren der DDR
• Vergleich von messtechnischen Möglichkeiten zur Erfassung der Rückdehnung
• Identifikation und Bewertung von Einflussgrößen auf die tatsächliche und gemessene Vorspannung (Entnahmeort, Spannkraftverluste, Drahtdurchmesser, Anrisse, …)
• Messdatenanalyse und Plausibilisierung: Kurvenverläufe, Bruchflächenanalyse (Daten werden von MKP zur Verfügung gestellt)
•  Ggf. weitere Laboruntersuchungen

Die Arbeit wird durch David Czeschka und Chris Voigt betreut.

Ansprechpartner:
David Czeschka

+49 (151) 67251786

Chris Voigt

+49 3643 439651

A - 51 Belastungsversuche an Gewölbebrücken

Ausführlicher Titel: Belastungsversuche an Gewölbebrücken zur Entwicklung vereinfachter Nachweiskonzepte

Dem Erhalt von Bestandsbauwerken kommt im Infrastrukturbereich eine immer wichtigere Bedeutung zu. Gewölbebrücken gehören zwar zu den ältesten Brückenbauwerken in Deutschland, machen durch ihre Robustheit und Dauerhaftigkeit aber noch immer einen großen Anteil am Brückenbestand aus. Bei der Nachrechnung dieser Bauwerke entstehen häufig Schwierigkeiten durch konservative Annahmen, was dann zum Abbruch führt. Zum Erhalt von Gewölbebrücken wird aktuell eine Reihe von Belastungsversuchen durchgeführt, um das reale Tragverhalten zu ermitteln und numerische Modelle zu kalibrieren. Dabei werden definierte Lasten auf die Bauwerke aufgebracht und die Reaktionen mit verschiedenen Konzepten gemessen. Zum Einsatz kommen dabei optische Messverfahren, wie Lasertracker oder Nivelliere, aber auch induktive Wegaufnehmer und Neigungssensoren sowie faseroptische Sensoren. Bei Interesse an einem praxisnahen Forschungsprojekt stehen mögliche Aufgaben zur Verfügung, z.B.:

• Literaturrecherche zu bereits durchgeführten Belastungsversuchen an Gewölbebrücken
• Vergleich der eingesetzten Messverfahren und Erstellung eines optimierten Messkonzepts
• Vergleich des Tragverhaltens unterschiedlicher Gewölbebrücken anhand der Ergebnisse aus Belastungsversuchen
• Untersuchung  verschiedener Modelle zur Nachrechnung von Gewölbebrücken und Abgleich zu Messwerten
• Untersuchungen zur Boden-Bauwerks-Interaktion

Ansprechperson:
Jenny Keßler
+49 351 463 39004

A - 47 Numerische Simulation von Zugüberfahrten

Ausführlicher Titel: Genaue Modellierung einer Zugüberfahrt und Einfluss auf Schienenspannungen (inkrementelle Untersuchung) und Vergleich mit Messergebnissen

Auf langen Eisenbahnbrücken interagiert die lückenlos verlegte Schiene mit dem Bauwerk, sodass Kräfte und Verformungen bei Temperaturänderung der Brücke selbst oder bei Beanspruchung unter Zugverkehr entstehen. Die Berechnung der Interaktionseffekte ist in der DB Richtlinie 804 geregelt. Aktuell werden die 3 Lastfälle (1/ Temperatur, 2/ vertikale Last durch Zugverkehr, 3/ Brems- und Anfahrkraft) berechnet und miteinander überlagert. Aber gerade die vertikale Last des Zuges tritt nicht auf einmal auf, sondern wird durch eine wandernde Last (Rad auf Schiene) eingeleitet.

In der Arbeit ist das Ziel, diesen Lastfall möglichst realitätsnah zu modellieren und zu berechnen, in dem die Last inkrementell auf das Modell aufgebracht wird. Es soll ein Vergleich zwischen der realitätsnahen und herkömmlichen Modellierung erfolgen, um daraus Ableitungen zur Interpretation der Ergebnisse aus der Norm zu treffen. Auch ist es in der Arbeit möglich, die theoretischen Ergebnisse mit vorhandenen Messdaten zu vergleichen.

Die Arbeit richtet sich an Studierende, die Interesse an numerischer Modellierung haben, die ein praxisnahes und praxisrelevantes Thema bearbeiten wollen und gerne Theorie und Realität vergleichen wollen.

Ansprechpartner:
Elias Will, M.Eng.
+49 351 463-35467

Marc Wenner
+49 3643 43 96 0

A - 46 Kraftbestimmung in Brückenhängern durch Schwingungsmessung

Ausführlicher Titel: Ermittlung der Normalkraft in Brückenhängern unter verschiedenen Randbedingungen mittels Schwingungsmessung

Die tatsächlichen Normalkräfte in Hängern von Stabbogenbrücken oder Schrägkabelbrücken weichen häufig von den in der Bemessung getroffenen Annahmen ab, da während ihres Einbaus der planmäßige Vorspannungszustand nur schwierig erreicht werden kann. Die Hängernormalkraft beeinflusst jedoch sowohl das Tragverhalten des Hängers selbst, als auch die Biegebeanspruchung des Brückenträgers. Deshalb ist die Messung der tatsächlichen Hängerkraft eine wichtige Aufgabe in der Realisierung bzw. Beurteilung von Bauwerken.

Eine einfache und gebräuchliche Methode ist, die Kräfte über deren Zusammenhang mit den Eigenfrequenzen des Hängers zu ermitteln. Je nach Hängerarten (Litze oder Flachstahlhänger) werden verschiedene Theorien zur Beschreibung des Ausschwingverhaltens verwendet. Bei diesen Theorien sind bekannte Randbedingungen wie die freie Schwingungslänge, die Verankerung vorausgesetzt, was aber in der Realität abhängig von der Hängerbauart nicht erfüllt ist.

Im Rahmen der Arbeit soll unter verschiedenen Randbedingungen (Hängerart, gelenkige/starre Verankerung) der Zusammenhang zwischen der Normalkraft und den Eigenfrequenzen des Hängers experimentell mittels Laservibrometer untersucht werden. Durch die Untersuchung soll festgestellt werden, wie viel sich die unter verschiedenen Randbedingungen ermittelten Normalkräfte unterscheiden und inwiefern die Bestimmung der Hängernormalkraft mit unbekannten Randbedingungen möglich ist. Für die Datenverarbeitung sind Kenntnisse über Programmierung (Python oder Matlab) von Vorteil.

Ansprechpartner:
Ronghua Xu
0351 463 33776

A - 44 Brückenentwurf mit parametrischen BIM-Modellen

Ausführlicher Titel: Entwurfsplanung von Plattenbalkenbrücken mit parametrischen BIM-Modellen

Der Entwurfsphasen LPH 2 und LPH 3 für Neubaubrücken für den Straßenverkehr sind ein komplexer Prozess mit vielfältigen Randbedingungen sowie Entwurfsparametern und bedürfen viel Erfahrung und Wissen bei der Festlegung der Brückentypologie und der Abmessungen. In der Regel ist der Entwurfsprozess von manueller Arbeit geprägt und daher individuell, fehleranfällig und zeitaufwändig. Der konventionelle Entwurfsprozess ist in Zeiten hohen Neubaubedarfs und gleichzeitigen Fachkräftemangels, zunehmend komplexerer Baumaßnahmen, wachsender Anforderungen an die Nachhaltigkeit und kürzerer Herstellungszeiten optimierungsfähig.

Als Brückentypologie stehen im Fokus dieser Arbeit Plattenbalkenbrücken. Die Brückenparameter von Plattenbalkenbrücken sind vielzählig und teilweise am Ende der Entwurfsplanung (LPH 3) final festzulegen (z. B. äußere Geometrie mit u. a. Stützenstellungen und Trägeranzahl, Materialität, Bauweise). Die richtige Konfiguration der Brückenparameter ist wesentlich von den Randbedingungen der individuellen Entwurfsaufgabe abhängig und wird durch individuelles Wissen und Erfahrung festgelegt. Die Festlegung der Brückenparameter ist eine manuelle Arbeit, die häufig durch vereinzelte Referenzbauwerke unterstützt wird. Eine für die Entwurfsphase angepasste und strukturierte Referenzdatenbank fehlt. Sie könnte den Entwurfsprozess erheblich unterstützen und dabei als eine Ideengrundlage funktionieren. Die Ideengrundlage mittels der Referenzdatenbank erlaubt es dem Planungsteam, für den Neubau anschließend konkrete Ideen weiterzuverfolgen.

Das Ziel der Arbeit ist es, den Entwurf von Plattenbalkenbrücken für den Straßenbau zu beschleunigen, indem ein parametrisches BIM-Modell entwickelt wird, das einerseits die nachträgliche Überprüfung von Bestandsbrücken und andererseits die Festlegung der Hauptabmessungen für den Neubau ermöglicht. Diese Methode soll an einem Fallbeispiel erprobt werden. Der Schwerpunkt sind Überführungsbauwerke von Bahntrassen. Die Aufgaben können im Einzelnen sein:

• Recherchen zu und Kategorisierung von Plattenbalkenbrücken anhand von Fachliteratur, Regelwerken und Referenzbeispielen aus den Beständen der Straßenverwaltung
• Entwicklung eines verbesserten Entwurfsprozesses von Plattenbalkenbrücken durch eine Referenzdatenbank und ein parametrisches BIM-Modell
• Konzeptionierung, Entwicklung und Aufbau einer Referenzdatenbank für Plattenbalkenbrücken (Software: SQL, MS Access), welche relevante Randbedingungen und Brückenparameter enthält
• Konzeptionierung und Entwicklung eines parametrischen BIM-Modells (Software: Excel, Sofistik, Grasshopper oder Allplan Bridge)
• Anwendung und Auswertung des entwickelten Entwurfsprozesses an einem Fallbeispiel
• Beurteilung des entwickelten Entwurfsprozesses für die Praxisanwendung
• Dokumentation des parametrischen Berechnungsmodells in Form einer Anleitung

Ansprechpartner:
Jakob Grave
030 220 777 74

A - 43 Datenbasierte Planung von Brücken

Ausführlicher Titel: Datenbasierte Planung von Brücken mittels Referenzbauwerken der DB InfraGO AG

Die Vorplanungsphase LPH 2 nach HOAI für Neubaubrücken für den Bahnbau der DB InfraGO AG (DB) ist ein komplexer Prozess und bedarf in der Regel viel Erfahrung und Wissen bei der Festlegung der Brückentypologie und der Abmessungen. Die Auswahl einer optimalen Brückentypologie und Bautechnologie in LPH 2 als Vorzugsvariante ist für den Gesamtprojekterfolg wichtig. Die zugehörige Festlegung der Brückenparameter beim Brückenentwurf ist ein vielseitiger Prozess unter Berücksichtigung unterschiedlicher Randbedingungen. Häufig ist dabei der aktuelle Entwurfsprozess von individueller Erfahrung abhängig. Der heutige Entwurfsprozess ist in Zeiten hohen Neubaubedarfs und gleichzeitigen Fachkräftemangels optimierungsfähig.

Das Ziel der Arbeit ist es, die Vorplanung (LPH 2) von einem Brückenbauwerken (z. B. Dickblech-, Trog- oder Rahmenbrücken; Spannweiten: < 20 m) qualitativ zu verbessern, indem Risiken und Stolpersteine bereits in der frühen Planungsphase erkannt und robuste Bauweisen für die individuellen Projektparameter entworfen werden. Dafür sollen vorhandene Daten und das Expertenwissen zu den Bestandsbrücken fachgerecht anhand einer vorhandenen Referenzdatenbank von Bahnbrücken aufgearbeitet und Zusammenhänge untersucht werden. Das übergeordnete Ziel ist es, eine Prognose für eine Planungsaufgabe von Brückentypologie, -parametern und zugehöriger Bautechnologie für Neubaubrücken mit gegebenen Randbedingungen zu ermöglichen.

Als Grundlage für die vorliegende Arbeit dienen die vorhandene Referenzdatenbank und erste Forschungsergebnisse zu Randbedingungen für den Brückenentwurf. Eine Detaillierung und Gliederung der Aufgabe erfolgt vor Bearbeitungsbeginn mit der/dem Studierenden in Abhängigkeit individueller Interessen. Die Aufgaben können im Einzelnen sein:

• Recherchen und Dokumentation von einer Brückentypologie (freie Wahl) und dessen entwurfsbestimmenden Parametern und Bautechnologien sowie entwurfsentscheidenden Randbedingungen
• Konzeptionierung von Methoden zur Erfassung von Zusammenhängen zwischen Brücken und Randbedingungen; auch mit Gesprächen mit Experten der DB
• Analyse der Referenzdatenbank von Bestandsbrücken zu Brückentypologien und deren entwurfsbestimmenden Brückenparametern und Bautechnologien sowie entwurfsentscheidenden Randbedingungen
• Untersuchung der Zusammenhänge zwischen ebendiesen
• Erstellung eines Vorschlags für ein neues Brückenprojekt mit gegeben Randbedingungen

Die Betreuung erfolgt gemeinsam mit der DB InfraGO AG, Zentrale (Fachplanung Konstruktiver Ingenieurbau). Es werden gute Deutschkenntnisse vorausgesetzt.

Ansprechpartner:
Jakob Grave
030 220 777 74

Marcus Krug
(DB InfraGO AG, Grundsätze Bau und Fachplanung, Programm- und Ressourcensteuerung, I.IIG 2, Referent Fachplanung Konstruktiver Ingenieurbau)

A - 41 Segmentierte Bauwerke unter Torsionsbeanspruchung

Ausführlicher Titel: Tragverhalten von segmentierten Bauwerken im Brücken- und Ingenieurbau mit trockenen, geschliffenen Fugen unter Torsionsbeanspruchung

Innerhalb der kommenden 20 Jahre ist mit einem Austausch von über 50 % der bestehenden Brücken des deutschen Autobahnnetzes durch Ersatzneubauten zu rechnen. Zur Erreichung der Ausbauziele im Bereich der erneuerbaren Energien ist die Errichtung einer steigenden Anzahl sowie leistungsstärkerer Windenergieanlagen unabdingbar. Um die gesetzten Ziele zu erreichen, ist neben den bewährten Bauverfahren auch die Anwendung neuer, innovativer konstruktiver Lösungsansätze erforderlich. Eine vielversprechende Lösung stellen Segmentfertigteilkonstruktionen dar, bei denen die Tragkonstruktionen in einzelne Segmente aufgeteilt werden. Diese Segmente werden in einem Betonfertigteilwerk hergestellt, auf der Baustelle zusammengesetzt und durch nachträgliche, oftmals externe Vorspannung miteinander form- und kraftschlüssig verbunden. Die Minimierung von Herstellungsschritten auf der Baustelle ermöglicht äußerst wirtschaftliche und schnelle Bauverfahren, weshalb diese Bauweise mittlerweile weltweit mit steigender Tendenz angewendet wird. In Deutschland hingegen konnte sich diese Bauweise wegen Bedenken bezüglich der Dauerhaftigkeit der Konstruktion aufgrund der entstehenden Fugen bisher nicht gänzlich etablieren. Die ökologische Sensibilisierung der Bauindustrie sowie die Weiterentwicklung im Bereich der Automatisierung und der Digitalisierung in der Betonfertigteilherstellung eröffnen neue Möglichkeiten für die modulare Segmentbauweise.

Die Bauweise ist durch die zwangsläufig entstehenden Fugen charakterisiert. Eine Weiterentwicklung in diesem Bereich stellt die Ausführung trockener Segmentfugen ohne Verzahnung dar. Die Lastübertragung der in der Fuge wirkenden Schubspannungen erfolgt hierbei ausschließlich über Reibung. Dabei hängt der Fugenschubwiderstand von der Höhe der externen Vorspannkraft in Kombination mit dem Reibungskoeffizienten der Oberfläche ab. Bei einer Beanspruchung des Querschnitts durch Torsion entstehen neben den typischen Schubspannungen nach St. Venant zusätzliche Normalspannungen, die mit den Normalspannungen infolge Vorspannung interagieren und somit einen direkten Einfluss auf die Tragfähigkeit der trockenen Fugen haben.

Im Rahmen dieser Arbeit sollen folgende Teilaufgaben bearbeitet werden:

• Literaturrecherche zur Segmentbauweise von Stahlbeton- und Spannbetonkonstruktionen
• Initiale Auseinandersetzung mit der Theorie der Wölbkrafttorsion
• Parameterstudien an ausgewählten typischen Querschnittsformen zur Ermittlung der Höhe der zusätzlichen Normalspannungen
• Verknüpfung der Berechnungsergebnisse mit dem Fugenwiderstandes
• Auswertung und Beurteilung der Berechnungsergebnisse

Ansprechpartner:
Max Götze
0351 463 35606

A - 38 Wiederverwendung von Betonbauteilen aus dem Rückbau von Talbrücken

Deutschlands Brücken sind in einem maroden Zustand. Über 4.000 Brücken im deutschen Autobahnnetz müssen bis 2032 dringend saniert oder neugebaut werden. So steht z. B. allen 60 Brücken der Sauerlandlinie der Abbruch bevor. Neben der notwendigen Forschung zum Erhalt, der Verstärkung und der Lebensdauerverlängerung von Brückentragwerken, steht heute die Frage im Vordergrund, wie die Umweltbelastungen aus dem Abbruch von Brücken reduziert werden können. Vor dem Hintergrund, dass das Bauwesen für 60 % der weltweiten Abfälle verantwortlich ist, ist die Wieder- und Weiterverwendung von Bauteilen aus dem Rückbau im Sinne eines Bridge Minings ein vielversprechender Ansatz.

Im Rahmen der Arbeit soll ein Wiederverwendungszyklus für Betonbauteile aus dem Rückbau von Talbrücken unter Berücksichtigung von Rückbauverfahren, Logistik, Bewertungsmethoden und Verwertungspotentialen abgeleitet werden. Die Arbeit leistet somit einen wertvollen Beitrag zur Vermeidung von Bauabfällen und der Ressourcenschonung.

Details zur Aufgabenstellung werden im Vorfeld der Bearbeitung konkretisiert.

Ansprechpartner:
Raúl Enrique Beltrán Gutiérrez, M.Sc.
0351 463 33675

A - 33 Umnutzung einer historischen Eisenbahnbrücke

Ausführlicher Titel: Umnutzung einer historischen Eisenbahnbrücke zu einer Fuß-/Radwegebrücke

Aufgrund von Streckenstilllegungen sind vielerorts historische Brücken ohne Funktion und wurden in Teilen bereits zurückgebaut. Mitunter sind diese Brücken stadtprägend und stehen unter Denkmalschutz. Am Beispiel einer Stahlfachwerkbrücke soll ein Konzept zur Umnutzung zu einer Fuß- und Radwegebrücke erarbeitet werden. Neben statischen Nachweisen zur Trag- und Gebrauchsfähigkeit des Bestandsbauwerks sollen verschiedene Entwürfe für einen anforderungsgerechten Zugang zur Brücke (z. B. Rampenbauwerke) erarbeitet werden.

Eine Konkretisierung, Detaillierung und Gliederung der Aufgabe erfolgt vor Bearbeitungsbeginn mit der/dem Studierenden in Abhängigkeit individueller Interessen und dem Umfang.

Ansprechpartner:
Dr.-Ing. Oliver Mosig (MKP GmbH, Dresden)
0351 315 864 106

A - 32 Nachrechnung von Gewölbebrücken

Gewölbebrücken aus Mauerwerk zählen zu den ältesten und widerstandsfähigsten Tragwerken und haben einen signifikanten Anteil am Brückenbestand in Deutschland. Die rechnerischen Nachweise der Tragfähigkeit können mit konservativen Annahmen und Modellierungsansätzen häufig nicht erbracht werden. Im Rahmen der Arbeit soll untersucht werden, inwieweit mit verschiedenen Modellierungsansätzen (Stabwerk, Flächentragwerk, Volumenelemente) die rechnerische Tragfähigkeit eines Gewölbebogens gesteigert werden kann. Durch die Variation verschiedener geometrischer Größen (z. B. Stützweite, Stichhöhe, Bogenform) sollen Einflussparameter identifiziert und bewertet werden. Die Berechnungen sollen mit dem FE-Programm SOFiSTiK durchgeführt werden. Bei Bedarf kann eine Einführung in das Programm gegeben werden.

Eine Konkretisierung, Detaillierung und Gliederung der Aufgabe erfolgt vor Bearbeitungsbeginn mit der/dem Studierenden in Abhängigkeit individueller Interessen und dem Umfang.

Ansprechpartner:
Dr.-Ing. Oliver Mosig (MKP GmbH, Dresden)
0351 315 864 106

A - 31 Ertüchtigung- und Instandsetzung denkmalgeschützter historischer Bahnbrücken

Ausführlicher Titel: Ertüchtigungs- und Instandsetzungskonzepte historischer Bahnbrücken unter Berücksichtigung des Denkmalschutzes

Im Netz der DB befinden sich nahezu 10.000 Brücken, die älter als 100 Jahre sind und damit ihre rechnerische Lebensdauer erreicht haben. Aufgrund von erhöhten Verkehrslasten und konstruktiven Mängeln weisen diese Brücken mitunter Defizite auf. Allein aus begrenzten finanziellen und personellen Ressourcen wird es nicht möglich sein all diese Bauwerke zu ersetzen, vielmehr sind Verstärkungs- und Instandsetzungskonzepte zu entwickeln, um diese Brücken zu ertüchtigen. Darüber hinaus sind diese Bauwerke auch Zeugnisse baukultureller Entwicklung und stehen häufig unter Denkmalschutz.

In der Arbeit sind für historische Brückenbauwerke Instandsetzungs- und Ertüchtigungskonzepte unter Berücksichtigung des Denkmalschutzes zu erarbeiten. Dies kann entweder an bestimmten typischen Konstruktionsweisen/Bauarten oder an einem konkreten Einzelbeispiel erfolgen.  Es ist am Bauwerkstyp bzw. konkreten Bauwerk der denkmalpflegerische und baukulturelle Wert zu identifizieren und zu bewerten. Auf Grundlage dieser Bewertung sollen verschiedene Instandsetzungskonzepte erarbeitet werden. Je nach Interessengebiet des Studierenden können z. B. Gewölbe-, Stahl-, oder Stahlbeton-/Spannbetonbrücken untersucht werden.

Details zur Aufgabenstellung werden im Vorfeld der Bearbeitung konkretisiert.

Ansprechpartner:
Dr.-Ing. Oliver Mosig (MKP GmbH, Dresden)
0351 315 864 106

A - 29 Reduktion von Teilsicherheitsbeiwerten im Bestand

Bei der Beurteilung von bestehenden Bauwerken können (Un-)Sicherheiten, die bei der Planung von Neubauten berücksichtigt werden müssen, genauer bewertet und deshalb häufig ausgeschlossen werden. Dies kann dazu führen, dass z. B. zu berücksichtigende Sicherheitselemente auf der Einwirkungs- oder Widerstandsseite reduziert werden können. Gemäß Nachrechnungsrichtline ist dies z. B. für den Teilsicherheitsbeiwert der Eigenlasten möglich, wenn der Bestand ausreichend voruntersucht wird. Dazu gehört ein Vergleich der Sollgeometrie gemäß Bestandsunterlagen und der tatsächlichen Bauwerksgeometrie sowie die Überprüfung der anzusetzenden Bauwerkswichte.

Heute existieren digitale Möglichkeiten Bestandsbauwerke dreidimensional zu erfassen und so die Geometrie sehr genau überprüfen zu können bzw. sogar mit der tatsächlichen Geometrie in die Nachweisführung zu gehen. Dadurch lassen sich erhebliche Reserven im Bestand wecken.

Am Beispiel der Siegtalbrücke, einer 1000 m langen und ca. 105 m hohen Talbrücke auf der A45 sollen die Potentiale einer genauen Bestandserfassung untersucht werden und die mögliche Reduktion des Teilsicherheitsbeiwertes der Eigenlasten beurteilt werden. Für den Bestand liegen 3D-Vermessungsdaten und ein 3D-Bestandsmodell als Grundlage für die Bewertung sowie die Ergebnisse von Betonuntersuchungen vor, die in der Arbeit mitberücksichtigt werden sollen.

Details zur Aufgabenstellung werden im Vorfeld der Bearbeitung konkretisiert.

Ansprechpartner:
Dr.-Ing. Gregor Schacht (MKP GmbH, Dresden)
0351 315 864 101

A - 28 Formgedächtnislegierungen zur Brückenverstärkung

Ausführlicher Titel: Einsatz von Formgedächtnislegierungen zur nachträglichen Verstärkung von Brückentragwerken

* vorzugsweise in englischer Sprache *

Für die nachträgliche Verstärkung werden im Betonbau vornehmlich extern aufgeklebte CFK-Lamellen (Lamellen aus carbonfaserverstärktem Kunststoff) verwendet. Die Effektivität der Verstärkungsmaßnahme ließe sich durch das Vorspannen der Lamellen wesentlich steigern. Aufgrund des eingeschränkten Arbeitsraumes und der erforderlichen Vorspanntechnik (hydraulische Pressen, Verankerungen), kann das Vorspannen der Verstärkungslamellen häufig nicht realisiert werden. Die Lösung kann ein selbstvorspannendes Verstärkungssystem aus einer Formgedächtnislegierung bieten.

Hier setzt die Arbeit an. Im Rahmen der Arbeit soll eine neuartige Verstärkungsmethodik für Betonbauteile auf Basis einer eisenbasierten Formgedächtnislegierung in Form einer Pilotanwendung untersucht werden. Dabei sollen die Effekte auf Tragfähigkeit, Steifigkeit und Rissbreite eines ausgewählten Betonbauteils analysiert und mit etablierten Verstärkungsmethoden (hier CFK) verglichen werden. Das Ziel der Arbeit ist die Machbarkeit und Umsetzbarkeit der nachträglichen Verstärkung mit Formgedächtnislegierungen zu beurteilen.

Die Arbeit wird in Kooperation mit der Leibniz Universität Hannover, Institut für Stahlbau angeboten. Details zur Aufgabenstellung werden im Vorfeld der Bearbeitung konkretisiert.

Ansprechpartner:
Dr.-Ing. Harald Michler
0351 463 32550

A - 27 Optimierte Einbringung von Rahmenbauwerken der DB

Ausführlicher Titel: Untersuchungen zur Optimierung der Einbringung von Rahmenbauwerken der Deutschen Bahn

Ersatzneubauten kleiner und mittlerer Bahnbrücken im innerstädtischen Bereich sind häufig starken terminlichen Zwängen unterworfen. Die Zuverlässigkeit der Wiederherstellung des Verkehrs auf und unter den Bauwerken ist zum Teil von überregionaler Bedeutung.

Die Aufgabe umfasst die Erstellung einer Übersicht der verschiedenen Einbringmethoden von Halbrahmenbauwerken im innerstädtischen Bereich mit Bezug zur gültigen Richtlinie der Deutschen Bahn. Anhand der Richtlinie DS804 und auf Grundlage der Vorgaben der Richtlinie der Deutschen Bahn ist ein in allen Bauzuständen tragfähiger Entwurf für einen typischen zweigleisigen Halbrahmenquerschnitt zur Überbrückung von zwei Fahrbahnen und zwei Geh- und Radwegen zu entwickeln, der ca. 15 m seitlich neben der Endlage auf Staßenniveau hergestellt wird und bei dessen Einbringung die Einbauzeit gegenüber konventionellen Methoden deutlich reduziert werden kann.

Die Daebritz Baukonzept GmbH aus Leipzig betreut Sie mit Erfahrung in derartigen Transportkonzepten. Die Arbeit soll in deutscher Sprache angefrtigt werden.

Ansprechpartner:
Max Herbers, M.Sc.
0351 463 39620

A - 20 Herstellungsabhängige Entwurfsparameter für Brücken

Ausführlicher Titel: Entwurfsparameter aus der Herstellung für Ersatzneubauten von Brückenbauwerken im parametrisierten Entwurfsprozess

Der Brückenentwurf für Ersatzneubauten ist ein kreativer Prozess mit vielfältigen Anforderungen und Randbedingungen und wird von vielen Projektbeteiligten getragen. Häufig ist der Entwurfsprozess von manueller Handarbeit geprägt und daher fehleranfällig und zeitaufwändig. Der konventionelle Entwurfsprozess ist in Zeiten von hohem Neubaubedarf und gleichzeitigem Fachkräftemangel, zunehmend komplexeren Baumaßnahmen durch Ersatzneubauten, wachsenden Anforderungen an die Nachhaltigkeit und kürzeren Herstellungszeiten optimierungsfähig.

Das Ziel dieser Arbeit ist es, den Entwurfsprozess aus der Herstellung und Montage durch Parametrisierungen zu verbessern. Dafür ist erstens der typische Planungsablauf eines Brückenbauwerks zu erfassen und in Form eines Ablaufdiagramms zu dokumentieren. Zweitens sind die relevanten Entwurfsrandbedingungen in Form von Parametern tabellarisch für ein datenbankbasiertes Arbeiten zu erfassen. Drittens sind die Entwurfsrandbedingungen in einem parametrisierten Modell (Software: Grasshopper3D) zu übertragen und in einer Modellanleitung zu dokumentieren. Viertens ist für ein Beispiel von Entwurfsrandbedingungen ein Brückenbauwerk (konzeptuell) zu entwerfen.

Eine Detaillierung und Gliederung der Aufgabe erfolgt vor Bearbeitungsbeginn mit der/dem Studierenden in Abhängigkeit individueller Interessen.

Ansprechpartner:
Jakob Grave, M.Sc.
030 220 777 74

A - 7 Ersatzneubau eines Kreuzungsbauwerkes  

Zur Gewährleistung der vollen Verfügbarkeit, der Vermeidung weiterer teurer Instandsetzungsmaßnahmen sowie im Interesse der Erhaltung des Streckenstandards ist der Ersatzneubau des Kreuzungsbauwerkes zu planen. Der Bauherr wünscht sich eine Stahlbetonlösung. Dabei ist der Verkehr der unten liegenden dreigleisigen Strecke weitgehend aufrecht zu erhalten. Es sind nur kurze Sperrpausen möglich.

Im Zuge der Arbeit sind vertiefte Betrachtungen der Bautechnologie und die Entwicklung der Montagetechnologie zum erhöhten Herstellen der Brücke und einer abschließenden Absenkung in die Endlage zu untersuchen. Die Bauzustände sind statisch nachzuweisen. Weitere Themen werden bei Bedarf ergänzt.

Ansprechpartner:          
Dr.-Ing. Jens Tusche (Lehrbeauftragter)
0351 461 7840

A - 6 Variantenuntersuchung einer Eisenbahnüberführung

Ausführlicher Titel: Variantenuntersuchung einer Eisenbahnüberführung im Zuge einer zweigleisigen Strecke über die Stauffen-Allee

Im Norden von D-Stadt befand sich im Zuge der zweigleisigen Eisenbahnstrecke Gö-Stadt – D-Stadt ein stählernes Brückenbauwerk aus dem Jahr 1914. Auf Grund des mangelhaften Zustandes des Brückenbauwerkes wurden zwei Teilüberbauten bereits durch Hilfsbrücken ersetzt. Unter Beachtung des Verlangens der Bahn (Bahnsteig im Brückenbereich) und des Verlangens der Stadt (lichte Höhe 4,50 m) ist ein Ersatzneubau vorgesehen. Im Zuge der Arbeit sind technische und technologische Varianten für den Ersatzneubau zu entwickeln und gegenüberzustellen. Weitere Themen werden bei Bedarf ergänzt.

Ansprechpartner:          
Dr.-Ing. Jens Tusche (Lehrbeauftragter)
0351 461 7840

A - 5 Variantenuntersuchung einer zweigleisigen Gewölbebrücke

Ausführlicher Titel: Variantenuntersuchung einer zweigleisigen Gewölbebrücke am Beispiel der Eisenbahnüberführung „Viadukt Rö-Tal“  

Zur Gewährleistung der vollen Verfügbarkeit, der Vermeidung weiterer teurer Instandsetzungsmaßnahmen sowie im Interesse der Erhaltung des Streckenstandards ist der Ersatz- oder Teilersatz der Eisenbahnüberführung EÜ „Viadukt Rö-Tal“ zu planen. Die Gewölbebrücke überführt eine zweigleisige Bahnstrecke über ein Gewässer/Tal. Im Zuge der Arbeit sind technische und technologische Varianten zu entwickeln und gegenüber zustellen. Weitere Themen werden bei Bedarf ergänzt.

Ansprechpartner:          
Dr.-Ing. Jens Tusche (Lehrbeauftragter)
0351 461 7840

A - 4 Studie für einen Gesamt- oder Teilneubau eines Viaduktes  

Ausführlicher Titel: Aktuelle Eisenbahn-Brückenbauprojekte – Projektstudie über mögliche Varianten für einen Gesamt- oder Teilneubau des bestehenden Viaduktes  

Bei einer Fahrt durch O-Stadt ist es nicht zu übersehen: das Viadukt – ein monströser Bau, grau, dreckig, unansehnlich. Das Viadukt (Baujahr 1877) sehen viele Bürger als Schandfleck im Stadtbild. Dass sich das Viadukt heute so zeigt, liegt auch an der Vergangenheit der Stadt, die stark vom Bergbau geprägt war. Enorme Probleme bereiteten die durch den Bergbau verursachten Geländeabsenkungen, so kam es etwa beim Viadukt Anfang der 1950er Jahre zu Gewölbestauchungen, die letztlich nur durch ausbetonieren der Gewölbebögen repariert werden konnten. Zwischen den Ortsteilen war die Erdoberfläche zum Teil bis zu 17 m abgesunken.

Schon seit Jahren ist das Bauwerk, das den umgangssprachlichen Namen "Staumauer" trägt, Gesprächsthema. Die Stadt wünscht sich einen Abriss und einen Neubau. Im Zuge der Arbeit sind technische und technologische Lösungen zu entwickeln und gegenüber zustellen. Weitere Themen werden bei Bedarf ergänzt.

Ansprechpartner:          
Dr.-Ing. Jens Tusche (Lehrbeauftragter)
0351 461 7840