Brückenbau

Inhaltsverzeichnis

1. 1. 1. A - 53 Überwachung des Vorspannvorgangs
      2. A - 52 Materialmodell UHFB
      3. A - 51 Belastungsversuche an Gewölbebrücken
      4. A - 50 Entwurf einer Geh- und Radwegbrücke
      5. A - 49 Einfluss der Gleitlager auf die Nutzungsdauerverlängerung der Nibelungenbrücke in Worms
      6. A - 48 Einfluss von Führungsschienen auf die Schienenspannungen
      7. A - 47 Numerische Simulation von Zugüberfahrten
      8. A - 46 Kraftbestimmung in Brückenhängern durch Schwingungsmessung
      9. A - 44 Brückenentwurf mit parametrischen BIM-Modellen
      10. A - 43 Datenbasierte Planung von Brücken
      11. A - 42 Bürgerbeteiligung beim Brückenentwurf
      12. A - 41 Segmentierte Bauwerke unter Torsionsbeanspruchung
      13. A - 40 Segmentbauweise im Brücken- und Ingenieurbau (Literaturrecherche)
      14. A - 38 Wiederverwendung von Betonbauteilen aus dem Rückbau von Talbrücken
      15. A - 36 Spannbeton in der Hochmoderne
      16. A - 34 Orthotrope Fahrbahnplatte
      17. A - 33 Umnutzung einer historischen Eisenbahnbrücke
      18. A - 32 Nachrechnung von Gewölbebrücken
      19. A - 31 Ertüchtigung- und Instandsetzung denkmalgeschützter historischer Bahnbrücken
      20. A - 30 Kriechen von Altbeton
      21. A - 29 Reduktion von Teilsicherheitsbeiwerten im Bestand
      22. A - 28 Formgedächtnislegierungen zur Brückenverstärkung
      23. A - 27 Optimierte Einbringung von Rahmenbauwerken der DB
      24. A - 26 Lebensdauerverlängerung geschädigter Stahlbauteile mitCFK
      25. A - 25 Überwachung mit faseroptischen Sensoren
      26. A - 24 Messwertgestützte Nachweisführung im digitalen Brückenzwilling
      27. A - 20 Herstellungsabhängige Entwurfsparameter für Brücken
      28. A - 19 Typenstatik für Rahmenbrücken mittels Parametrisierung und KI
      29. A - 7 Ersatzneubau eines Kreuzungsbauwerkes  
      30. A - 6 Variantenuntersuchung einer Eisenbahnüberführung
      31. A - 5 Variantenuntersuchung einer zweigleisigen Gewölbebrücke
      32. A - 4 Studie für einen Gesamt- oder Teilneubau eines Viaduktes  
      33. A - 1 Brückenbau

A - 53 Überwachung des Vorspannvorgangs

Ausführlicher Titel: Überwachung des Vorspannvorgangs von vorgespannten Bauteilen mit faseroptischen Sensoren

Faseroptische Sensoren eignen sich zur aufgrund ihrer hohen örtlichen Auflösung zur quasi-kontinuierlichen Dehnungsmessung. Die Integration von faseroptischer Sensoren in Spannlitzen eröffnet neue Möglichkeiten zur Untersuchung von Vorspannvorgängen. So kann die Längung nicht nur gesamt am Pressenauszug, sondern an belieben Stellen der Litze ermittelt werden. So können wertvolle Erkenntnisse zum Vorspannvorgang gewonnen werden, beispielsweise zu den Verlusten aus Reibung oder Keilschlupf.

Im Rahmen einer Abschlussarbeit (Projekt- und/oder Diplomarbeit/Masterarbeit) sollen Messdaten eines Vorspannvorgangs ausgewertet werden. Ziel ist eine messwertgestützte Überprüfung der Bemessungsannahmen.

Die Arbeit besteht aus folgenden Arbeitspaketen:

• Darstellung des Stand des Wissens zu verteilten faseroptischen Sensoren und intelligenten Vorspannsystemen
• Bestimmung Vorspannkraft aus Dehnungsmessdaten verteilter faseroptischer Sensoren
• Vergleich der gemessenen Vorspannkraft mit der in der Statik angesetzten Vorspannkraft
• Entwicklung einer Methode um aus verteilten Dehnungsdaten den Reibbeiwert µ und den unplanmäßigen Umlenkwinkel k zu bestimmen
• Untersuchung der Parameter beim Vorspannen und Ablassen

Details zur Aufgabenstellung werden vor Beginn der Bearbeitung sowie während der Bearbeitungszeit präzisiert. Die Bearbeitung in Englisch ist möglich.

Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. Bertram Richter
0351 463 32822

A - 52 Materialmodell UHFB

Ausführlicher Titel: Implementierung eines Materialmodells für Ultra-Hochleistungs-Faserbeton (UHFB) in Sofistik

Das Material UHFB (Ultra-Hochleistungs-Faserbeton) erhält immer mehr Einzug in den Brückenbau z. B. bei der Erneuerung von Fahrbahnplatten auf Gewölbebrücken. Um den Baustoff möglichst optimal ausnutzen zu können, ist es notwendig das Bauteil möglich schnell in einem FE-Programm, z. B. Sofistik, dimensionieren und bemessen zu können.

Im Rahmen der Arbeit sollen die gebräuchlichen Materialmodelle für die Berechnung von Beton und Stahlfaserbeton gegenübergestellt werden. Nach der Auswahl eines geeigneten Materialmodells soll dieses in Sofistik eingearbeitet werden.

Mit dem neu eingearbeiteten Materialmodell soll eine Dimensionierung an einem realen Beispiel erfolgen. Hierfür soll eine neue Fahrbahnplatte für eine Gewölbebrücke dimensioniert werden. Hierbei ist es entscheidend das die Bauteilstärke möglich minimal ist, da der Abstand zwischen Gewölbeoberkante und Schwelle sehr gering ist. Somit stellt sich die Frage, welche Bauteilstärke bei welche Plattengröße noch realisiert werden kann.

Details zur Aufgabenstellung werden im Vorfeld der Bearbeitung konkretisiert.

Ansprechpartnerin:
Dr.-Ing. Karoline Holz
+49 351 315864 – 111

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

Ansprechpartnerin:
Dipl.-Ing. Jenny Keßler
+49 351 463 39004

A - 50 Entwurf einer Geh- und Radwegbrücke

Ausführlicher Titel: Entwurf einer ressourceneffizienten Geh- und Radwegbrücke am Südpark in Dresden

Für das Wintersemester 2024/2025 loben das Institut für Massivbau und der Sonderforschungsbereich/Transregio 280 unter der Schirmherrschaft der Stadt Dresden einen Studierendenwettbewerb zum Entwurf einer ressourceneffizienten Geh- und Radwegbrücke am Südpark in Dresden aus.

Die zu entwerfende Geh- und Radwegbrücke soll im Zuge der Dresdner Bundesgartenschau (BUGA) 2033 entstehen und die Bergstraße überspannen. Die Querung soll eine Wegeverbindung zwischen den geplanten Ausstellungsflächen der BUGA schaffen und die Anbindung der umliegenden Stadtquartiere verbessern. Der Schwerpunkt der Wettbewerbsaufgabe liegt in der Entwicklung eines konstruktiv interessanten und sinnvollen Entwurfs. Das Tragwerk soll möglichst effizient und ressourcenminimierend ausgebildet werden. Die Materialwahl sowie die Konstruktionsweise sind offen, wobei materialgerechte und realitätsnahe Entwurfsansätze vorausgesetzt werden.

Ziel der Arbeit ist es, einen Beitrag für den Studierendenwettbewerb „Entwurf einer ressourceneffizienten Geh- und Radwegbrücke am Südpark in Dresden“ zu erarbeiten. In diesem Zuge sollen folgende Aspekte behandelt werden:

• Analyse der allgemeinen Randbedingungen und lokalen Gegebenheiten,
• Erarbeitung von mindestens drei Vorentwürfen, die sich hinsichtlich Tragwerk, Materialität und Gestaltung unterscheiden,
• Begründete Auswahl einer Vorzugsvariante,
• Detailierung der Vorzugsvariante durch die Optimierung des Tragkonzeptes, eine überschlägige Vorbemessung der Haupttragglieder und die Erstellung eines Übersichtsplans mit Grundriss, Längsschnitt und Querschnitt.

Die Aufgabenstellung wurde am 14.10.2024 bekanntgegeben.

Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. Cedric Eisermann
+49 351 463 – 39814

A - 49 Einfluss der Gleitlager auf die Nutzungsdauerverlängerung der Nibelungenbrücke in Worms

An der Nibelungenbrücke in Worms werden aktuell digitale Methoden zur Verlängerung der Restnutzungsdauer des Gesamtbauwerks konzeptioniert und umgesetzt. In einem digitalen Zwilling des Bauwerkes fließen vielfältige Informationen aus unterschiedlichen Datenquellen zusammen. Die Daten werden so aufbereitet, sodass die Bauwerksverantwortlichen stets eine Information zum aktuellen Zustand des Bauwerks erhalten. Beispielsweise werden Daten aus einer kontinuierlichen Zustandsüberwachung mit Hilfe eines Structural-Health-Monitorings aggregiert und als Zustandsindikatoren dargestellt. Ein Zustandsindikator kann dabei bspw. eine konkrete tragwerksplanerische Fragestellung adressieren.

Auf den Vorlandbrücken der Nibelungenbrücke wurde im Rahmen einer Instandsetzung eine neue Fahrbahnplatte errichtet. Die Fahrbahnplatte ist linienförmig gelagert und trägt so ihre Lasten in die darunterliegenden Gewölbe ab. Horizontallasten werden über Festpunkte eingetragen. Außerhalb der Festpunkte ist die Platte gleitend gelagert. Um das Gleiten zu ermöglichen, wurde damals eine konstruktive Lösung umgesetzt, deren dauerhafte Funktionsweise aktuell nicht genau bestimmt werden kann.

Im Rahmen der Arbeit soll diese konstruktive Lösung und deren Einfluss auf das globale Tragverhalten der Gewölbebrücken u. a. nummerisch untersucht werden. Es ist ein Vorschlag zu erarbeiten, wie eine messtechnische Überwachung der Lagerbedingungen ausgestaltet werden kann, um Zustandsveränderungen frühzeitig zu erkennen. Darauf aufbauend ist ein Bewertungskonzept mit Handlungsempfehlungen zu entwickeln.

Ansprechpersonen:
Chris Voigt, M. Eng.
+49 3643 4396 – 51

Dipl.-Ing. Cedric Eisermann
+49 351 463 – 39814

A - 48 Einfluss von Führungsschienen auf die Schienenspannungen

Ausführlicher Titel: Einfluss von Führungsschienen auf die Schienenspannungen der Fahrschiene – konstruktive Möglichkeiten zur Optimierung

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. Alle bisherige Rechenannahmen setzen ein "Regelgleis" voraus: also eine Schwelle mit 2 Schienen. Allerdings sind bei manchen Bauwerken noch sog. Führungsschienen im Gleis verbaut, die ebenfalls einen Einfluss auf das Interaktionsverhalten haben.

In der Arbeit ist es das Ziel, die Auswirkungen dieser Führungsschiene numerisch zu untersuchen: wie wirkt sich die Schiene auf die Kräfte in der Fahrschiene aus, wie ist der Einfluss der Position der Stoßfuge, wie wirkt sich die Führungsschiene auf die Verwerfungssicherheit des Gleises aus, etc. Auch ist es in der Arbeit möglich, die theoretischen Ergebnisse mit vorhandenen Messdaten zu vergleichen.

Die Arbeit richtet sich an Studierende, die Interesse an numerische 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

Dr.-Ing. Sebastian Schneider
+49 511 515154 – 256

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

Dr.-Ing. 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:
Dipl.-Ing. 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

Die Arbeit ist Bestandteil des Forschungsprojekts mFUND-HyBridGen – Hybrid Bridge Generator: KI-basierter Brückengenerator mit Wissens- und Erfahrungsdaten und früher Bürgerbeteiligung. Die Betreuung kann gemeinsam mit der Planungs- und Softwarefirma A+S Consult GmbH erfolgen.

Ansprechpartner:
Jakob Grave, M.Sc.
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 ist ein komplexer Prozess und bedarf 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 von übergeordneter Wichtigkeit. Die zugehörige Festlegung der Brückenparameter beim Brückenentwurf ist ein vielseitiger Prozess unter Berücksichtigung unterschiedlicher Randbedingungen. Häufig ist der aktuelle Entwurfsprozess von individueller Erfahrung abhängig. Der konventionelle Entwurfsprozess ist in Zeiten hohen Neubaubedarfs und gleichzeitigen Fachkräftemangels optimierungsfähig.

Das Ziel der Arbeit ist es, die Vorplanung (LPH 2) von einem Brückenbauwerk (Typologie: z. B. Dickblech-, Trog- oder Rahmenbrücke; Spannweite: < 20 m)  qualitativ zu verbessern, indem Stolpersteine bereits in der frühen Planungsphase erkannt und robuste Bauweisen für die individuellen Projektparameter entworfen werden. Dafür sollen die Daten und das Expertenwissen zu den Bestandsbrücken fachgerecht anhand einer Referenzdatenbank von Bestandsbrücken für die Planenden aufgearbeitet und mittels Methoden der Statistik und – je nach Art der Studienarbeit – auch mittels einfachen Methoden der künstlichen Intelligenz untersucht werden. Das übergeordnete Ziel ist es, letztlich ein Prognosemodell von Brückentypologie, -parametern und zugehöriger Bautechnologie für Neubaubrücken mit gegebenen Randbedingungen zu ermöglichen. Auch soll die Praxisanwendung eingeschätzt werden.

Als Grundlage für die vorliegende Arbeit dienen frühere Abschlussarbeiten, die bereits wichtige und entwurfsentscheidenden Randbedingungen für den Brückenentwurf im Bau- und Endzustand herausgearbeitet und in einer „Übersicht von Randbedingungen“ zusammengetragen haben. Eine Detaillierung und Gliederung der Aufgabe erfolgt vor Bearbeitungsbeginn mit der/dem Studierenden in Abhängigkeit individueller Interessen. Die Aufgaben können im Einzelnen sein:

• Recherchen zu und Dokumentation einer Brückentypologie und deren entwurfsbestimmenden Parametern und Bautechnologien sowie entwurfsentscheidenden Randbedingungen
• Recherchen zu und Konzeptionierung von statistischen und KI-Methoden zur Erfassung von Zusammenhängen zwischen ebendiesen
• Weiterentwicklung einer Referenzdatenbank von Bestandsbrücken zu Brückentypologien und deren entwurfsbestimmenden Brückenparametern und Bautechnologien sowie entwurfsentscheidenden Randbedingungen mittels Expertengesprächen und Bestandsdatenauswertung
• Festlegung von entwurfsbestimmenden Brückenparametern und entwurfsentscheidenden Randbedingungen
• Anwendung von statistischen Methoden zur Untersuchung der Zusammenhänge zwischen ebendiesen mit Hilfe der Referenzdatenbank
• Anwendung von KI-Methoden zur Entwicklung von Prognosemodellen für Neubaubrücken mittels Verwendung von vorgefertigten Algorithmen
• Beurteilung der Praxisanwendbarkeit anhand der Ergebnisse der Prognosemodelle und einer Verifikation

Die Arbeit ist Bestandteil des Forschungsprojekts mFUND-HyBridGen – Hybrid Bridge Generator: KI-basierter Brückengenerator mit Wissens- und Erfahrungsdaten und früher Bürgerbeteiligung. Die Betreuung erfolgt gemeinsam mit der DB InfraGO AG, Zentrale (Fachplanung Konstruktiver Ingenieurbau).

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

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

A - 42 Bürgerbeteiligung beim Brückenentwurf

Ausführlicher Titel: Leitfaden für Bürgerbeteiligung im teilautomatisierten Brückenentwurfsprozess

Grundsätzlich sollen Bürgerinnen und Bürger sowie verschiedene Interessengruppen (z. B. zu Naturschutz und Fahrradverkehr) stärker als bisher in den Entwurfs- und Entscheidungsprozess zu Brückenbauwerken im Rahmen von Infrastrukturprojekten integriert werden. Aktuell werden jedoch meist fertig entwickelte Entwurfslösungen den Bürgerinnen und Bürgern als laienunverständliche Fachplanung gezeigt, was Kritik sowie, mangels Zustimmung für das Projekt, Termin- und Kostenrisiken für Infrastrukturprojekte erzeugen kann. Eine frühzeitige verlässliche Entwurfsentscheidung kann allerdings die Genehmigungsgeschwindigkeit eines Brückenprojektes klar steigern. Abhilfe könnte ein digitaler Bürgerbeteiligungsassistent mit beispielsweise digitalen Visualisierungen und zusätzlichen Erläuterungen in einem Dashboard schaffen. Mit einer teilautomatisierten Entwurfsgenerierung (Entwurfsgenerator) kann eine schnelle, ressourceneffiziente und gesamtgesellschaftlich akzeptierbare Lösung für Infrastrukturbaubauwerke ermöglicht werden.

Das Ziel der Arbeit ist es, aufbauend auf den Ergebnissen einer früheren Studienarbeit im Wintersemester 2023/24 einen Leitfaden für die Anwendbarkeit des Entwurfsgenerator zu entwickeln.

• Recherche, Kategorisierung und Bewertung von digitalen Bürgerbeteiligungsformaten, die bereits existieren (Städte-, Hoch- und Brückenbau); auch mittels Experteninterviews
• Recherchen zu Entwurfsgeneratoren für Brücken mittels parametrischer Prozesse
• Analyse und Bewertung von integrierten Prozessen der teilautomatisierten Entwurfsgenerierung der recherchierten digitalen Bürgerbeteiligungsformaten
• Konzeptionierung und Entwicklung eines strukturierten Prozessmodells für einen digitalen Bürgerbeteiligungsassistenten im Rahmen einer teilautomatisierten Entwurfsgenerierung von Brücken
• Entwicklung einer Methodik für ein strukturiertes Prozessmodell
• Untersuchung der Anwendungsmöglichkeit im Brückenbau
• Dokumentation der Ergebnisse in einem schriftlichen Leitfaden für Bürgerbeteiligung bei Brückenplanungen mit einem Entwurfsgenerator

Die Arbeit ist Bestandteil des Forschungsprojekts mFUND-HyBridGen – Hybrid Bridge Generator: KI-basierter Brückengenerator mit Wissens- und Erfahrungsdaten und früher Bürgerbeteiligung. Die Betreuung erfolgt gemeinsam mit der Planungs- und Softwarefirma A+S Consult GmbH oder der Bundesstiftung Baukultur.

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

Mitbetreuender Praxispartner: A+S Consult GmbH oder Bundesstiftung Baukultur (Festlegung nach Absprache)

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, M.Sc.
0351 463 35606

A - 40 Segmentbauweise im Brücken- und Ingenieurbau (Literaturrecherche)

Ausführlicher Titel: Literaturrecherche zum aktuellen Wissensstand der Segmentbauweise von Stahlbeton- und Spannbetonkonstruktionen im Brücken- und Ingenieurbau

* nur als Projektarbeit *

In den kommenden 20 Jahren müssen über 50 % der bestehenden Brücken des deutschen Autobahnnetzes durch Ersatzneubauten ausgetauscht werden. 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 eröffnet neue Möglichkeiten für die modulare Segmentbauweise. Die Realisierung anspruchsvoller Ziele, wie die Steigerung der Ressourceneffizienz, die Minimierung von Treibhausgasen sowie die Förderung einer zirkulären Kreislaufwirtschaft, kann mittels dieser Bauweise ermöglicht werden. Ein besonderes Potenzial, dessen umfassende Nutzung noch aussteht, ist die zirkuläre Nutzung von Konstruktion als Ganzes oder einzelner Segmente. In Zukunft könnte demnach die Möglichkeit bestehen, Teile eines Tragwerks auszutauschen oder rückzubauen und an anderer Stelle wiederzuverwenden. Die Weiterentwicklung der Bauindustrie, insbesondere die Automatisierung und Digitalisierung in der Betonfertigteilherstellung sowie der Einsatz hochfester und leistungsstarker Betone, begünstigt zudem die Nutzung modularer Konstruktionen.

Im Rahmen dieser Arbeit sollen die folgende Teilaufgaben bearbeitet werden:

• Literaturrecherche zur Segmentbauweise von Stahlbeton- und Spannbetonkonstruktionen
• Literaturrecherche zu Themen wie Fugenausbildung, Vorspannung und lokalen Effekten
• Klassifizierung von Segmentkonstruktionen nach ausgewählten Kriterien (wie Querschnitte, Fugen, Bauablauf, Zirkularität etc.)
• Vorstellung des Tragprinzips derartiger Konstruktionen
• Recherche zum Zirkularitätsvermögen segmentierter Konstruktionen
• Zusammenfassung des Stands der Forschung auf diesem Gebiet

Ansprechpartner:
Max Götze, M.Sc.
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 - 36 Spannbeton in der Hochmoderne

Ausführlicher Titel: Untersuchung von Spannbetonbrücken der Hochmoderne als Grundlage für die Inwertsetzung durch die Denkmalpflege

Die Spannbetonbauweise steht wie keine andere Bauweise für den Brückenbau der Nachkriegszeit. Allein im Netz der Bundesfernstraßen sind über 9.700 Spannbetonbrücken mit einem Baujahr zwischen 1937 und 1980 erfasst. Dies entspricht einem Anteil von rund 41 %. Der hohe Anteil an Spannbetonbrücken zeigt die Vorteile der damals neuen Bauweise gegenüber dem Bauen mit Stahlbeton und Stahl. Zahlreiche Konstruktionstypen, Spannverfahren und Bauverfahren, wie z. B. das Taktschiebeverfahren, wurden entwickelt und werden bis heute angewendet. Die Spannbetonbauweise kann somit auf eine reiche und vielfältige Entwicklungsgeschichte zurückblicken, die sich in den heutigen (Brücken-)Bauwerken widerspiegelt. Leider haben diese Brücken das Ende ihrer Nutzungsdauer erreicht und werden abgerissen. Eine umfassende denkmalpflegerische Würdigung wie z. B. bei den prägenden Brücken des Mittelalters steht noch aus, so dass ein Stück bedeutender Bautechnikgeschichte nach und nach unwiederbringlich verloren geht.

Während der langen Entwicklungszeit des Spannbetons sind Fehler, Schäden und Unzulänglichkeiten aufgetreten, die bisher nicht im Detail betrachtet wurden. Aus heutiger Sicht können diese Fehler bewertet und eingeordnet werden. Gleichzeitig können diese Fehler als Indikator für die Innovationsfähigkeit der Spannbetonbauweise herangezogen werden. Fehler wurden korrigiert, Ansätze verworfen und über „richtige“ Vorgehensweisen diskutiert, Misserfolge in Erfolge umgewandelt, nur so konnte das Ergebnis – der Spannbeton von heute – erreicht werden. Genau diese Innovationen sollen für eine ganzheitliche Würdigung von Spannbetonbauwerken herangezogen werden.

Die detaillierte Aufgabenstellung wird mit dem/der Studierenden abgestimmt. Mögliche Aufgaben sind, z. B.:

• Recherche zu den Spannverfahren der Hochmoderne und Besonderheiten der Ausbildung und Anwendung sowie der Vor- und Nachteile
• Analyse der typischen Schäden der verschiedenen Spannverfahren
• Auswertung und Typisierung des Brückenbestands hinsichtlich Spannverfahren

Bei Diplomarbeiten wird der Umfang der Aufgabenstellung angepasst oder erweitert, durch z. B.:

• Nachrechnung historischer Spannbetonbrücken unter Berücksichtigung aktueller Normen und Lastansätze und Bewertung der Probleme der ursprünglichen Konstruktion und der aufgetretenen Schäden

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

Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. Jakob Vogt
0351 463 45610

A - 34 Orthotrope Fahrbahnplatte

Die orthotrope Fahrbahnplatte ist seit den 1950er Jahren eine verbreitete Konstruktionsweise der Deckplatte von Hohlkasten- oder Plattenbalkenquerschnitten als Fahrbahnträger von Hängebrücken oder Schrägkabelbrücken in Deutschland. Aufgrund konstruktiver Defizite und erhöhten Verkehrslasten weisen diese Brücken heute erhebliche Ermüdungsschäden auf. Im Rahmen der Arbeit sollen verschiedene Verstärkungsmöglichkeiten recherchiert und bewertet werden. An einem konkreten Beispiel soll eine aussichtsreiche Verstärkungsmöglichkeit konstruktiv geplant und nachgerechnet werden.

Eine Konkretisierung, Detaillierung und Gliederung der Aufgabe erfolgt vor Bearbeitungsbeginn mit dem/der Studierenden.

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

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 - 30 Kriechen von Altbeton

Für das Kriechen von Altbeton, der dauerhaft druckbeansprucht war, existieren keine zuverlässigen Rechenmodelle bzw. Erfahrungen. Diese sind aber von essenzieller Bedeutung, wenn bestehende Spannbetonbrücken nachträglich durch eine externe Vorspannung verstärkt werden sollen.

Die existierenden Vorhersagemodelle für das Kriechen von Betonen (Model Code, Eurocode, ACI usw.) ergeben zum Teil signifikante Unterschiede in der Höhe und dem Verlauf der prognostizierten Kriechverformungen. Bei eigenen Tastuntersuchungen an 57 Jahre alten Betonproben der Lahntalbrücke Limburg zeigten sich noch recht bedeutende Kriechverformungen, die deutlich über den derzeitig gängigen Kriechmodellen liegen.

In weiteren Untersuchungen sollen diese Ergebnisse mit Versuchen an Probekörpern der Talbrücke Unterrieden verifiziert bzw. widerlegt werden. Es soll eine Datenbasis erzeugt werden, auf Grundlage derer eine zuverlässige Aussage zum Kriechverhalten alter Beton abgeleitet werden soll.

Details zur Aufgabenstellung werden im Vorfeld der Bearbeitung konkretisiert.

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

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 - 26 Lebensdauerverlängerung geschädigter Stahlbauteile mitCFK

Ausführlicher Titel: Metaanalyse zur Lebensdauerverlängerung ermüdungsgeschädigter Stahlbauteile durch CFK-Verstärkungen

Die Kombination aus einer zunehmenden Belastung durch Schwerlasttransporte, steigenden Achslasten und unzureichendem Verständnis des Ermüdungsverhaltens während der Bauzeit in den 1960er bis 1980er Jahren, manifestiert sich heutzutage in signifikanten Ermüdungsschäden an Stahlbrücken. Eine Sanierung solcher Ermüdungsrisse mit Hilfe etablierter Methoden, wie das Reparaturschweißen, das Anbohren des Rissspitze und das Anbringen zusätzlicher Verstärkungsmaßnahmen ist mit wesentlichen Nachteilen verbunden und kann nach kurzer Zeit zur Bildung neuer Ermüdungsrisse führen. Mit Hilfe aufgeklebter Lamellen aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK) können die Nachteile vermieden werden. Das großartige Potential dieser innovativen Reparaturmethode wurde bereits in umfangreichen Studien mit unterschiedlichen Randbedingungen untersucht. Die Spannweite an Materialkombinationen, Beanspruchungsszenarien, Prüfkörpergeometrien und weiteren Randbedingungen ist dabei jedoch derart umfangreich, dass eine allgemeingültige Aussage zur Effizienz der Sanierungsmethode auf den ersten Blick nicht möglich scheint. Hier setzt die Arbeit an.

Im Rahmen der Arbeit soll eine umfangreiche Recherche zu experimentellen und numerischen Untersuchungen an zyklisch beanspruchten und mit Hilfe von CFK verstärkten Stahlbauteilen durchgeführt werden. Auf Basis der gewonnen Erkenntnisse sind die Sensitivitätsparameter zu identifizieren und deren Einfluss zu bewerten. Ziele der Arbeit sind die Erstellung einer Forschungsdatenbank zu den genannten Untersuchungen, die Kategorisierung der Sensitivitätsgrößen und die Quantifizierung der Verstärkungseffizienz mit Hilfe geeigneter Parameter.

Details zur Aufgabenstellung werden im Vorfeld der Bearbeitung konkretisiert.

Ansprechpartnerin:
Dipl.-Ing. Clara Schramm
0351 463 41117

A - 25 Überwachung mit faseroptischen Sensoren

Ausführlicher Titel: Überwachung von spannungsrisskorrosionsgefährdeten Spannbetonbauteilen mit faseroptischen Sensoren

Aufgrund des fehlenden Ankündigungsverhaltens wird die Mehrheit der durch Spannungsrisskorrosion gefährdeten Brücken aus dem Verkehr genommen, selbst wenn sie ansonsten keine strukturellen Schäden aufweisen. Die Sperrung und der folgende Ersatzneubau verursachen hohe volkswirtschaftliche und ökologische Kosten. Mit ihrer räumlich hochauflösenden, quasi-kontinuierlichen Dehnungsmessung sind faseroptische Sensoren prädestiniert für eine ganzheitliche Bauwerksüberwachung. Durch das Monitoring mit faseroptischen Sensoren könnten so Spanndrahtbrüche detektiert werden, dadurch ein Ankündigungsverhalten hergestellt und so die sichere Nutzung solcher Brücken verlängert werden.

Im Rahmen einer Abschlussarbeit (Projekt- und/oder Diplomarbeit/Masterarbeit) sollen daher die Möglichkeiten von verteilten faseroptischen Sensoren zur Überwachung von spannungsrisskorrosionsgefährdeten Spannbetonbauteilen untersucht werden. Ziel ist die Entwicklung eines Überwachungskonzepts zur Detektion, Lokalisation und Quantifizierung von Spanndrahtbrüchen unter Nutzung faseroptischer Sensoren. Daher leistet diese Arbeit einen Beitrag zur Nachhaltigkeit im Ingenieurbau.

Die Arbeit besteht aus folgenden Arbeitspaketen:

• Literaturrecherche zu verteilten faseroptischen Sensoren und Spannungsrisskorrosion
• Erarbeitung eines Monitoringkonzepts auf Basis von Ergebnissen statischer Berechnungen
• Entwicklung von Auswerteansätzen zur Detektion, Lokalisation und Quantifizierung von Spanndrahtbrüchen
• Implementation der Ansätze in ein vorhandenes Python-Software-Framework

Details zur Aufgabenstellung werden vor Beginn der Bearbeitung sowie während der Bearbeitungszeit präzisiert. Die Bearbeitung in Englisch ist möglich.

Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. Bertram Richter
0351 463 32822

A - 24 Messwertgestützte Nachweisführung im digitalen Brückenzwilling

Ausführlicher Titel: Integration der messwertgestützten Nachweisführung in den digitalen Brückenzwilling

* Bearbeitung nur in Deutsch möglich *

Durch die Digitalisierung des Bauwesens verändern sich auch die Aufgaben eines Bauingenieurs. Heutzutage ist für die Neuplanung von Brücken standardmäßig ein dreidimensionales BIM-Modell zu erstellen, welches alle geplanten Informationen einer großen Detailtiefe bereithält. Eine Weiterentwicklung dieses Digitalisierungskonzepts sind sogenannten digitale Zwillinge. In digitalen Zwillingen von Brücken werden sämtliche relevante Bauwerksinformationen über die gesamte Lebensdauer des Bauwerks in Echtzeit zur Verfügung gestellt. Gleichzeitig bleiben alltägliche Aufgaben des Tragwerksplaners, die Nachweisführung von Bauteilen, weiter bestehen. Die Verwendung von Messdaten für die Nachweisführung von Bauteilen ist ein Anwendungsgebiet, welches immer stärker in den Fokus von Tragwerksplanern rückt. Diese sogenannte messwertgestützte Nachweisführung stellt dabei einen möglichen Anwendungsfall des digitalen Brückenzwillings dar. Dazu müssen Daten unterschiedlicher Art und Herkunft zunächst identifiziert werden, um festzustellen, welche Daten für die Nachweisführung relevant sind. Diese Daten müssen in einer Form aufbereitet werden, die für die Integration in den digitalen Zwilling geeignet ist.

Kernpunkt der Arbeit ist, Anforderungen an die Messdaten, ihre Metainformationen und an die Art, wie diese strukturiert werden, zu formulieren. Die korrekte Definition dieser Anforderungen ist für die spätere Vernetzung mit anderen Informationen im digitalen Zwilling von großer Bedeutung. Folgende Teilaufgaben können in der Arbeit bearbeitet werden:

• Identifikation relevanter Bauwerksdaten (aus Nachrechnungen, Diagnostikberichten, Inspektionsprotokollen, Monitoringdaten etc.) für die Nachweisführung
• Recherche der Möglichkeiten zur Integration von Messdaten in BIM und Ableitung der Anforderungen an das Fachmodell „Monitoring“
• Definition der Anforderungen an die Struktur, Einbindung und Verarbeitung von Monitoringdaten im digitalen Zwilling für die messwertgestützte Nachweisführung
• Entwicklung eines Konzepts für die Dokumentation und Verortung der Nachweisergebnisse im digitalen Zwilling

Die konkrete Aufgabenstellung wird nach Rücksprache individuell ausgearbeitet.

Ansprechpartnerin:
Dipl.-Ing. Maria Walker
0351 463 39820

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 - 19 Typenstatik für Rahmenbrücken mittels Parametrisierung und KI

Ausführlicher Titel: Entwicklung einer Typenstatik für Überbauten von Rahmenbrücken mittels Parametrisierung und künstlicher Intelligenz

Brücken in Deutschland sind mehrheitlich einzigartige Bauwerke. Während dies förderlich für die Baukultur und Nachhaltigkeit im Sinne der Materialersparnis ist, ergibt sich damit stets ein hoher Planungsaufwand. Heutzutage werden zur Planungsbeschleunigung zunehmend komplexe, teilautomatisierte Bemessungs- und Konstruktionsverfahren verwendet. Die Automatisierung (bspw. Parametrisierung) ist aufwändig zu  implementieren. Vor einer flächigen Verbreitung von computerunterstützte Berechnungsmethoden waren sogenannte „Typenstatiken“ üblich (z. B. in der DDR). Diese ermöglichten eine schnelle Bemessung und Konstruktion anhand von Diagrammen und Richtzeichnungen.

Das Ziel dieser Arbeit ist es, das Potenzial von Typenstatiken für Überbauten von Rahmenbrücken anhand von Methoden der künstlichen Intelligenz zu ergründen, um damit den Entwurfsprozess zu verbessern. Dafür sind erstens frühere und heutige Typenstatiken zu recherchieren und zu vergleichen. Um eine eigene Typenstatik eines Überbau von Rahmenbrücken zu erzeugen, ist zweitens eine parametrische Bemessung von verschiedenen Widerlagerbemessungen durchzuführen (Software: Grasshopper3D, Sofistik, Python). Die Bemessungsergebnisse von unterschiedlichen Brückenüberbauten sind drittens mittels KI-Methoden zu analysieren. Ggf. sind viertens die Ergebnisse in eine anwenderfreundliche Typenstatik überführt und exemplarische Richtzeichnungen erzeugt werden.

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

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

A - 1 Brückenbau

Die SRP Schneider + Partner Ingenieur-Consult GmbH ist ein unabhängiges Ingenieurunternehmen mit ca. 100 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern. Unsere Hauptniederlassung liegt in Kronach/Oberfranken. Wir beraten, planen und überwachen in allen Bereichen des Bauingenieurwesens, sowohl im In- als auch im Ausland.

Interessierten Studierenden bieten wir an, ihre Projekt- bzw. Diplomarbeit aus dem Bereich Brückenbau zu betreuen. Zusammen mit Ihnen und der TU Dresden würden wir ein Thema aus der Praxis auswählen. Erfahrene Ingenieure und Ingenieurinnen stehen Ihnen für Fragen zur Verfügung. Vielleicht ergibt sich daraus eine berufliche Karriere bei SRP.

Ansprechpartner:
Christian Neubauer (SRP Schneider + Partner Ingenieur-Consult GmbH, Kronach)