Bridge building
A - 45 Machbarkeitsstudie für einen Brückenentwurf unter Berücksichtigung von Bauwerksschäden
Eine Bearbeitung kann in unterschiedlichem Umfang erfolgen: Projekt-, Diplomarbeit, Bachelor- oder Masterarbetit. Auch eine Kombination ist möglich. Die Arbeit ist Bestandteil vom Forschungsprojekt mFUND-HyBridGen - Hybrid Bridge Generator: KI-basierter Brückengenerator mit Wissens- und Erfahrungsdaten und früher Bürgerbeteiligung.
Der Entwurfsphasen (LP2 und LP3) von Neubaubrücken für den Straßenverkehr ist ein komplexer Prozess mit vielfältigen Randbedingungen sowie Entwurfsparametern und Bedarf viel Erfahrung und Wissen bei der Festlegung der Brückentypologie und dessen Abmessungen.
In der Regel ist der Entwurfsprozess von manueller Arbeit geprägt und daher individuell, fehleranfällig und zeitaufwändig. Der konventionelle Entwurfsprozess ist in Zeiten von hohem Neubaubedarf und gleichzeitigem Fachkräftemangel, zunehmend komplexeren Baumaßnahmen, wachsenden Anforderungen an die Nachhaltigkeit und kürzeren Herstellungszeiten optimierungsfähig. Die Erfahrung aus dem Betrieb und der Instaltung von Bestandsbauwerken kann helfen Fehler bei Neubauprojekten zu vermeiden und nicht nochmal zu machen.
Das Ziel der Arbeit ist es, die bestehenden Bauwerksschäden (z. B. infolge Bewehrungsschäden) bei der Erstellung einer Machbarkeitsstudie für einen neuen Brückenentwurf zu berücksichtigen. Diese erfolgt für ein Beispielprojekt.
- Recherche, Kategorisierung und Bewertung von Bauwerksschäden (z. B. Bewehrungskorrosion)
- Analyse von Schäden aufgrund von Bewehrungskorrosion am Beispielbauwerk.
- Übertragung von gewonnen Erkenntnisse auf den Brückenentwurf des Beispielprojektes.
- Konzeptionierung und Entwicklung einer Entwurfsmethodik unter Berücksichtigung von Bauwerksschäden vergleichbarer Bauwerke für einen Brückenbauwerk.
- Vergleich des bestehenden Bauwerks mit dem Ersatzneubau.
- Bewertung der Ergebnisse.
Ansprechpartner:
Anna Lemnitzer
E-Mail:
Jakob Grave, M.Sc.
Telefon: +49 30 2207 7774
E-Mail:
A - 44 Entwurfsplanung von Plattenbalkenbrücken mit parametrischen BIM-Modellen
Eine Bearbeitung kann in unterschiedlichem Umfang erfolgen: Projekt-, Diplomarbeit, Bachelor- oder Masterarbetit. Auch eine Kombination ist möglich. Die Arbeit ist Bestandteil vom Forschungsprojekt 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.
Der Entwurfsphasen (LP2 und LP3) von Neubaubrücken für den Straßenverkehr ist ein komplexer Prozess mit vielfältigen Randbedingungen sowie Entwurfsparametern und Bedarf viel Erfahrung und Wissen bei der Festlegung der Brückentypologie und dessen Abmessungen.
In der Regel ist der Entwurfsprozess von manueller Arbeit geprägt und daher individuell, fehleranfällig und zeitaufwändig. Der konventionelle Entwurfsprozess ist in Zeiten von hohem Neubaubedarf und gleichzeitigem Fachkräftemangel, zunehmend komplexeren Baumaßnahmen, wachsenden Anforderungen an die Nachhaltigkeit und kürzeren Herstellungszeiten optimierungsfähig.
Als Brückentypologie stehen im Fokus dieser Arbeit Plattenbalkenbrücken. Die Brückenparameter von Plattenbalkenbrücken sind vielzählig und teilweise am Ende der Entwurfsplanung (LP3) final festzulegen (z. B. Außengeometrie mit u. a. Stützenstellungen, Trägeranzahl sowie Materialität und 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 dem Planer 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, dass 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 im Einzelnen sind:
- Recherchen zu und Kategorisierung von Plattenbalkenbrücken anhand der Fachliteratur, den Regelwerken und Referenzbeispielen aus den Beständen des Straßenverwaltung,
- Entwicklung eines verbesserten Entwurfsprozess von Plattenbalkenbrücken durch eine Referenzdatenbank und parametrische BIM-Modell,
- Konzeptionierung, Entwicklung und Aufbau einer Referenzdatenbank von 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 vom entwickelten Entwurfsprozess am Fallbeispiel,
- Beurteilung vom entwickelten Entwurfsprozess für die Praxisanwendung,
- Dokumentation des parametrischen Berechnungsmodells in Form einer Anleitung.
Ansprechpartner:
Jakob Grave, M.Sc.
Telefon: +49 30 2207 7774
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A - 43 Datenbasierte Planung von Brücken mittels Referenzbauwerken der DB InfraGo AG
Eine Bearbeitung kann in unterschiedlichem Umfang erfolgen: Projekt-, Diplomarbeit, Bachelor- oder Masterarbetit. Auch eine Kombination ist möglich. Die Arbeit ist Bestandteil vom Forschungsprojekt 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).
Die Vorplanungsphase (HOAI LP2) von Neubaubrücken für den Bahnbau ist ein komplexer Prozess und Bedarf viel Erfahrung und Wissen bei der Festlegung der Brückentypologie und deren Abmessungen. Die Auswahl einer optimalen Brückentypologie und Bautechnologie in der LP2 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 individuelller Erfahrung abhängig. Der konventionelle Entwurfsprozess ist in Zeiten von hohem Neubaubedarf und gleichzeitigem Fachkräftemangel optimierungsfähig.
Das Ziel der Arbeit ist es, die Vorplanung (LP2) von Brückenbauwerken (Typologien: zum Beispiel Dickblech-, Trog-, Rahmenbrücken; Spannweiten: <40m) zu vereinfachen. 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 – mittels 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 und die Praxisanwendung einzuschätzen.
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 dem Studierenden in Abhängigkeit individueller Interessen. Die Aufgaben können im Einzelnen sein:
- Recherchen zu und Dokumentation von Brückentypologien und deren entwurfsbestimmenden Brückenparametern 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 der KI-Methoden zur Entwicklung von Prognosemodellen für Neubaubrücken mittels Verwendung von vorgefertigten Algorithmen
- Beurteilung der Praxisanwendbarkeit anhand der Ergebnisse der Prognosemodelle und der Verifikation
Ansprechpartner:
Jakob Grave, M.Sc.
Telefon: +49 30 2207 7774
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Betreuer bei DB InfraGo AG:
Marcus Krug
Grundsätze Bau und Fachplanung, Programm- und Ressourcensteuerung, I.IIG 2
Referent Fachplanung Konstruktiver Ingenieurbau
A - 42 Leitfaden für Bürgerbeteiligung im teilautomatisierten Brückenentwurfsprozess
Eine Bearbeitung kann in unterschiedlichem Umfang erfolgen: Projekt-, Diplomarbeit, Bachelor- oder Masterarbetit. Auch eine Kombination ist möglich. Die Arbeit ist Bestandteil vom For-schungsprojekt 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.
Die Bürger:innen und Interessengruppen über Infrastrukturprojekte (z. B. zu Naturschutz, Fahrradverkehr) sollen nach BMDV-Anforderungen und Gesetzen stärker als bisher in den Entwurfs- und Entscheidungsprozess zu Brückenbauwerken integriert werden. Heute werden jedoch fertig entwickelte Entwurfslösungen den Bürgern als laienunverständliche Fachplanung gezeigt, was Kritik sowie mangels Zustimmung für das Projekt Termin- und Kostenrisiken für Infrastrukturprojekte erzeugen kann. Die frühzeitig verlässliche Entwurfsentscheidung steigert die Genehmigungsgeschwindigkeit des Brückenprojektes.
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 akzeptierte Lösung für Infrastrukturbaubauwerke ermöglicht werden.
Das Ziel der Arbeit ist es, aufbauend auf den Ergebnissen einer früheren Studienarbeit (WS 23/24) einen Leitfaden für die Anwendbarkeit des Entwurfsgenerator zu entwickeln.
- Recherche, Kategorisierung und Bewertung von digitalen Bürgerbeteiligungsformaten die auf dem Markt existieren (Städte-, Hoch- und Brückenbau); auch mittels Experteninterviews,
- Recherchen zu Entwurfsgeneratoren mittels parametrischen Prozessen von Brücken,
- Analyse und Bewertung von integrierten Prozessen der teilautomatisierten Entwurfsgenerierung der recherchierten digitalen Bürgerbeteiligungsformaten,
- Konzeptionierung und Entwicklung eines strukturierten Prozessmodells für einen Digitaler Bürgerbeteiligungsassistent 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.
Ansprechpartner:
Jakob Grave, M.Sc.
Telefon: +49 30 2207 7774
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Betreuer Praxispartner:
A+S Consult GmbH oder der Bundesstiftung Baukultur: Nach Absprache.
A - 41 Investigation of force transmission in the joint of segmented structures with dry and ground joints under torsional loading in bridge and civil engineering
Tasks:Over the next 20 years, more than 50% of the existing bridges on the existing German autobahn network will have to be replaced. Furthermore, in order to achieve the expansion targets in the field of renewable energies, the construction of an increasing number of more powerful wind turbines is essential. In order to achieve these ambitious targets, the use of new, innovative design solutions is required in addition to proven construction methods. Prefabricated segmental structures, in which the supporting structures are divided into individual segments, represent a promising solution. These segments are manufactured in a precast concrete plant, assembled on the construction site and connected to each other in a form-fit and force-fit manner by external prestressing. The minimisation of production steps on the construction site enables extremely economical and fast construction processes, which is why this design method is now being used more and more worldwide. However, in Germany, this solution has not yet been able to gain full acceptance due to concerns about the durability of the structure as a consequence of the resulting joints. The growing ecological awareness of the construction industry and the further development of automation and digitalisation in precast concrete production are creating new possibilities for the further development of modular segmental construction.
The construction method is characterised by the joints which unavoidably occur. A further development in this area is the design of dry, ground segment joints without interlocking components. The load transmission in these joints takes place exclusively via friction. The shear resistance of the joints depends on the level of the external prestressing force in combination with the friction coefficient of the surface. When the cross-section is subjected to torsion, additional normal stresses arise in addition to the typical and well-known shear stresses according to St. Venant. These additional normal stresses interact with the normal stresses due to prestressing, thus directly influencing the load-bearing capacity of the dry joint, as actual research shows.
Especially the following points are to be solved:
- Literature review on segmental designs of reinforced and prestressed concrete structures
- Initial studies on the theory of warping torsion
- Parameter studies on selected typical cross-sections to determine the level of additional normal stresses
- Relating the calculation results to the joint resistance
- Discussion of calculation results
Contact person:
Max Götze, M.Sc.
Phone: 0351 463 35606
E-Mail:
A - 40 Literature research on the state of the art of segmental structures of reinforced concrete and prestressed concrete structures
Task: Over the next 20 years, more than 50% of the existing bridges on the existing German autobahn network will have to be replaced. Furthermore, in order to achieve the expansion targets in the field of renewable energies, the construction of an increasing number of more powerful wind turbines is essential. In order to achieve these ambitious targets, the use of new, innovative design solutions is required in addition to proven construction methods. Prefabricated segmental structures, in which the supporting structures are divided into individual segments, represent a promising solution. These segments are manufactured in a precast concrete plant, assembled on the construction site and connected to each other in a form-fit and force-fit manner by external prestressing. The minimisation of production steps on the construction site enables extremely economical and fast construction processes, which is why this design method is now being used more and more worldwide. However, in Germany, this solution has not yet been able to gain full acceptance due to concerns about the durability of the structure as a consequence of the resulting joints.
The environmental awareness of the construction industry opens up new possibilities for modular segmental construction. This method makes it possible to achieve ambitious goals such as increasing resource efficiency, minimising greenhouse gases and promoting a circular economy. The circular reuse of whole structures or individual modular segments offers particular potential for the construction sector, which has not yet been fully utilised. In the future, it could therefore be possible to replace or dismantle parts of a structure and reuse them elsewhere. The further development of the construction industry, in particular the automation and digitalisation of precast concrete production and the use of high-strength and high-performance concretes, also favours the use of modular structures.
Especially the following points are to be solved:
- Literature review on segmental designs of reinforced and prestressed concrete structures
- Literature review on topics such as joint design, prestressing and local effects
- Classification of segmental structures according to selected criteria (such as cross-sections, joints, construction sequence, circularity, etc.)
- Presentation of the load-bearing behaviour of such designs
- Research on the circularity of segmental structures
- Summary of the state of research in this field
Contact person:
Max Götze, M.Sc.
Phone: 0351 463 35606
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A - 39 Reinforcement of a steel bridge with CFRP-strips
The German rail network contains over 5,000 steel bridges that are over 80 years old. It is evident that bridges of this age can show considerable damage, such as fatigue cracks. From an economic, ecological, and historical point of view, replacing these damaged bridges does not appear to be a viable solution. Instead, the service life of the existing structure must be extended by means of appropriate structural reinforcement measures. One possibility for reinforcement is the use of carbon fiber reinforced polymer (CFRP) strips, which are applied to the affected areas like a plaster using an adhesive.
As part of the work, preliminary research into carbon fiber reinforced polymer plasters and bonding technology is required. Using an example structure, critical points in the supporting structure are to be identified and modeled with a finite element (FE) program. Subsequently, reinforcement with CFRP patches in an undisturbed bond is added to the model and the effectiveness of the patches at the identified neuralgic points is evaluated.
In advance of the work, the specifics of the task are clearly defined.
Contact person:
Dipl.-Ing. Jakob Vogt
Phone: +49 351 463-45610
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A - 38 Re-Use of concrete components from the demolition of viaducts
Germany's bridges are in a desolated state. Over 4,000 bridges in the German highway network urgently need to be renovated or rebuilt by 2032. For example, all 60 bridges of the Sauerland motorway are facing demolition. In addition to the necessary research on the preservation, reinforcement, and extension of the service life of bridge structures, the focus today is on how to reduce the environmental impact of bridge demolition. Given that the construction industry accounts for 60% of global waste, the reuse and recycling of components from demolition in the context of "bridge mining" is a promising approach.
The thesis aims to derive a reuse cycle for concrete components from the dismantling of viaducts, taking into account dismantling procedures, logistics, assessment methods, and recycling potentials. The work thus makes a valuable contribution to waste reduction in construction and resource conservation.
Details of the tasks will be specified prior to commencement.
Contact person:
Raúl Enrique Beltrán Gutiérrez M.Sc.
Phone: +49 351 463 33675
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A - 37 Untersuchung und Entwicklung von Tragwerkskonzepten für stark gekrümmte Brücken
Das Planen von Brückenbauwerken mit stark gekrümmter Grundrissgeometrie ist eine anspruchsvolle Ingenieuraufgabe. Diese Herausforderung wird durch große Stützweiten und Bauwerksbreiten verstärkt, was zu Zwängungen, Torsion und ungleichmäßiger Schubverformung im Querschnitt führt. Besondere ingenieurtechnische Lösungen sind erforderlich, insbesondere wenn ein solches Bauwerk über bestehende Verkehrswege errichtet werden soll. Das Ziel dieser Diplomarbeit ist die Erstellung eines eigenen Brückenentwurfs, der zeigt, wie diese Herausforderungen bewältigt werden können.
Den fachlichen Einstieg soll eine Literaturrecherche und Analyse bereits realisierter Brücken bieten. Basierend auf diesen Erkenntnissen sollen eigene Entwürfe für ein stark gekrümmtes Bauwerk mit großer Stützweite, Bauwerksbreite und über laufenden Verkehr erstellt und diskutiert werden. Dabei bestehet die Möglichkeit, innovative und nachhaltige Lösungsansätze in den Entwurf zu integrieren. Am Beispiel einer Vorzugsvariante werden numerische Berechnungen durchgeführt, welche den Einfluss der unterschiedlichen geometrischen Zwangspunkte (Krümmung, Stützweite, Brückenbreite) auf das Tragverhalten der Brücke aufzeigen.
Ansprechpartner:
EIBS Entwurfs- und Ingenieurbüro Straßenwesen GmbH
Dipl.-Ing. SFI Christian Miersch
E-Mail:
A - 36 Untersuchung der Spannbetonbauweise in der Hochmoderne
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 ca. 41 %. Der hohe Anteil an Spannbetonbrücken zeigt die Vorteile der damals neuen Bauweise gegenüber der Stahlbeton- und Stahlbauweise. Zahlreiche Konstruktionstypen, Spannverfahren und Bauverfahren, wie z. B. das Taktschiebeverfahren, wurden entwickelt und bis heute angewendet. Während der langen Entwicklungszeit traten aber auch Fehler, Schäden und Unzulänglichkeiten auf, die bisher in der Bautechnikgeschichte nicht berücksichtigt wurden. Gerade diese Fehlschläge sind Indikatoren für Innovationen im Spannbetonbau und für das Bauwesen der Hochmoderne. Genau diese Innovationen sollen für eine ganzheitliche Würdigung von Spannbetonbauwerken herangezogen werden, da diese bislang ausbleibt. Stattdessen kommt es vermehrt zum Abriss der Bauwerke und damit zum Verlust von bedeutender Bautechnik.
Im Rahmen einer Projekt- oder Diplomarbeit kann aus den folgenden Aufgaben gewählt werden:
- Recherche und Analyse der Entwicklung der Spannbetongeschichte und Herausarbeitung der Entwicklungsschritte von Spannverfahren, Verankerungsmitteln oder Bauweisen.
- Analyse der bei der Spannbetonbauweise aufgetretenen Probleme und Schäden sowie der Akteure/Firmen und deren Diskussion über die richtige Herstellung von Spannbetonbauwerken.
Die konkrete Aufgabenstellung wird nach Absprache individuell angepasst. Bei Diplomarbeiten wird der Umfang der Aufgabenstellung erweitert durch, z.B.:
- Nachrechnung historischer Spannbetonbrücken unter Berücksichtigung aktueller Normen und Lastansätze und Bewertung der Probleme der ursprünglichen Konstruktion und der aufgetretenen Schäden.
Contact person:
Dipl.-Ing. Jakob Vogt
Phone: +49 351 463-45610
E-Mail:
A - 35 Instandsetzungsmaßnahmen von Brücken der Bauart Walzträger in Beton
Etwa 26.000 Brücken befinden sich aktuell im Netz der Deutschen Bahn. Brücken der Bauart Walzträger in Beton (WiB) stellen davon einen Anteil von circa 20 % dar. Die Bauwerke haben mittlerweile eine durchschnittliche Nutzungsdauer von 82 Jahren erreicht und befinden sich häufig in einem sanierungsbedürftigen Zustand. Aufgrund äußerer Schäden wird die Variante Sanierung und Erhalt nur selten in Betracht gezogen. Viel zu häufig werden die Brücken abgebrochen und durch Neubauten ersetzt.
Der Erhalt sowie die Weiternutzung bestehender Bauwerke nimmt im Hinblick auf Ressourcenschonung und Klimaschutz eine immer größere und zentralere Bedeutung im Bauwesen ein. Im Rahmen der Arbeit soll untersucht werden, durch welche Maßnahmen die Nutzungsdauer von WiB-Brücken verlängert werden kann.
Die Projekt- oder Diplomarbeit umfasst folgende Arbeitsschritte:
- Auswertung des WiB-Bestandes im Netz der Deutschen Bahn
- Auswertung häufig auftretender Schäden
- Untersuchung von Möglichkeiten zur Instandsetzung
- Bei Diplomarbeiten: Ökobilanzierung zum Vergleich von Ersatzneubau und Instandsetzung von WiB-Brücken anhand eines Beispiels
Details zur Aufgabenstellung werden im Vorfeld der Bearbeitung konkretisiert.
Ansprechpartnerin:
Dipl.-Ing. Jenny Keßler
Telefon: +49 351 463 39004
E-Mail:
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 Studierenden.
Ansprechpartner:
MKP GmbH
Dr.-Ing. Oliver Mosig
Telefon: +49 351 315864106
E-Mail:
A - 33 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 dem Studierenden in Abhängigkeit individueller Interessen und dem Umfang.
Ansprechpartner:
MKP GmbH
Dr.-Ing. Oliver Mosig
Telefon: +49 351 315864106
E-Mail:
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 dem Studierenden.
Ansprechpartner:
MKP GmbH
Dr.-Ing. Oliver Mosig
Telefon: +49 351 315864106
E-Mail:
A - 31 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.
Im Rahmen 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:
MKP GmbH
Dr.-Ing. Oliver Mosig
Telefon: +49 351 315864106
E-Mail:
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:
MKP GmbH
Dr.-Ing. Gregor Schacht
Tel.: +49 351 315864101
E-Mail:
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:
MKP GmbH
Dr.-Ing. Gregor Schacht
Tel.: +49 351 315864101
E-Mail:
A - 28 Utilization of shape memory alloys for retrofitting bridge structures
For retrofitting in concrete construction, externally bonded CFRP laminates (laminates made of carbon fiber reinforced polymer) are predominantly used. The effectiveness of the strengthening measure could be significantly enhanced by prestressing the laminates. However, due to limited workspace and the required prestressing equipment (hydraulic presses, anchors), prestressing the reinforcement laminates is often impractical. A solution could be offered by a self-prestressing reinforcement system using a shape memory alloy. This is where the work comes in.
The aim of the study is to investigate a novel strengthening methodology for concrete structures based on an iron-based shape memory alloy through a pilot application. The effects on load-bearing capacity, stiffness, and crack width of a selected concrete component will be analyzed and compared with established strengthening methods (such as CFRP). The objective of the study is to assess the feasibility and practicality of retrofitting with shape memory alloys.
The study will be conducted in collaboration with the Leibniz University Hannover, Institute of Steel Construction. The work is preferably to be written in English.
Details of the tasks will be specified prior to commencement.
Contact person:
Dr.-Ing. Harald Michler
Phone: +49 351 463 32550
E-Mail:
A - 27 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.
Ansprechpartner:
Max Herbers, M.Sc.
Telefon: +49 351 463-39620
E-Mail:
A - 26 Meta-analysis on the extension of the service life of fatigue-damaged steel components through CFRP reinforcements
The combination of increasing loads from heavy duty traffic, rising axle weights, and insufficient understanding of fatigue behavior during construction in the 1960s to 1980s is reflected today in significant fatigue damages on steel bridges. The repair of such fatigue cracks using established methods like repair welding, drilling at the crack tip, and the application of additional reinforcement measures is associated with significant drawbacks and can lead to the formation of new fatigue cracks shortly thereafter. The disadvantages can be avoided with the use of externally bonded carbon fiber reinforced polymer (CFRP) laminates. The great potential of this innovative repair method has already been extensively studied under various conditions. However, the range of material combinations, loading scenarios, specimen geometries, and other conditions is so extensive that a universally applicable statement on the efficiency of the repair method seems challenging at first glance. This is where the work comes in.
The study aims to conduct comprehensive research on experimental and numerical investigations of cyclically loaded steel components reinforced with CFRP. Based on the findings, the sensitivity parameters are to be identified and their influence assessed. The objectives of the study include creating a research database of the mentioned investigations, categorizing the sensitivity factors, and quantifying the strengthening efficiency using appropriate parameters.
Details of the tasks will be specified prior to commencement.
Contact person:
Dipl.-Ing. Clara Schramm
Phone: +49 351 463-41117
E-Mail:
A - 25 Detection of stress corrosion cracking in prestressed concrete structures with fiber optic sensors
The diagnosis "risk of stress corrosion cracking" is a death sentence to many prestressed bridges. Most of such bridges are deconstructed because they are lacking the required crack before failure behavior, even if no other serious structural damages are present. The replacement construction causes high economic an ecologic costs. Due to the high spatial resolution, distributed fiber optic sensors can provide quasi-continuous strain measurements and are predestined for a holistic structural health monitoring. By monitoring, the required detection of cracks before failure could be reinstated and the remaining life time of such bridges substantially prolonged.
Hence, experiments on prestressed bridge girders shall be planned, carried out and analyzed in this thesis (project work and/or Diplomarbeit/master's thesis).
Goal is the development of a monitoring concept to detect, localize and quantify wire breakage using distributed fiber optic sensors. In consequence, this work contributes to improving the sustainability in infrastructural civil engineering.
Details of the task will be refined prior and while working on the project.
Contact person:
Dipl.-Ing. Bertram Richter
P?hone: +49 351 463-32822
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A - 24 Integration der messwertgestützten Nachweisführung in den digitalen Brückenzwilling
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.
Die Bearbeitung der Diplomarbeit sieht insbesondere vor, 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 Projekt- und Diplomarbeiten 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
Phone: +49 351 463 39820
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A - 21 Preservation of Bridge Structures in the Existing State through Inventory Inspection
As one of the largest consumers of global resources, the construction industry has a responsibility to use these resources as efficiently as possible. Avoiding new constructions by preserving existing structures is the best way to conserve resources. However, this preservation is only possible if sufficient information about the existing state is available. Existing documents usually provide information on the planned material properties in the new construction state, which only partially reflects the actual conditions of the existing structures. Therefore, the direct examination of the current state of existing structures is an essential component for their preservation.
The guidelines for inspecting existing structures are based on conformity assessment rules for new constructions, supplemented by statistical investigations on existing concrete structures in structural engineering. In a project or diploma thesis, the validity of these rules for bridge structures shall be examined based on available datasets, and recommendations for the approach in bridge construction shall be derived. The specific tasks will be developed individually in consultation with the students.
Contact person:
Daniel Gebauer, M. Sc.
Phone: +49 351 463-39425
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A - 20 Design parameters from manufacturing for replacement bridge design in the parameterised design process
The thesis can be of different scope: (bachelor thesis), project thesis, diploma thesis or a combination. The work is integrated into the institute's internal research on the topic of "parametrization", or "artificial intelligence" in bridge design.
Bridge design for renewed bridges is a creative process with a wide range of requirements and constraints and is carried out by many project participants. The design process is often characterized by manual labor and is therefore error-prone and time-consuming. The traditional design process can be optimized in times of high demand for new bridges and simultaneous shortage of skilled professionals, increasingly complex construction projects due to new replacements, growing sustainability requirements and shorter manufacturing times.
In this thesis, the aim is to improve the design process from manufacturing by parameterization and to lay the foundations for the subsequent application of artificial intelligence in bridge design.
To achieve this, firstly, the typical planning process of a bridge is to be identified and documented in a flowchart. Secondly, the relevant design constraints from manufacturing and mounting are to be tabulated as parameters for a database-based work. Third, the design constraints are to be transferred to a parameterized model (software: Grasshopper3D) and documented in a design guide. Fourth, a bridge is to be designed conceptually from an example of design constraints.
Detailing and structuring of the task will be done before the start of the project with the student depending on the individual interests.
Contact person:
Jakob Grave, M.Sc.
Phone: +49 30 2207 7774
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A - 19 Developing standardized statics for frame bridge superstructures abutments by means of parameterization and artificial intelligence
The thesis can be of different scope: project thesis, diploma thesis or a combination. The work is integrated into the institute's internal research on the topic of "parametrization", or "artificial intelligence" in bridge design.
The majority of bridges in Germany are unique structures. While this is beneficial for the building culture and sustainability in terms of material savings, it always results in a high planning effort. Nowadays, complex, partially automated design and construction methods are increasingly used to accelerate planning. However, automation (e.g. parameterization) is complex to implement. Before the widespread use of computer-aided calculation methods, so-called "type statistics" were common (e.g. in the GDR). These enabled fast design and construction based on diagrams and reference drawings.
The aim of this work is to explore the potential of standardized statics for bridge superstructures using artificial intelligence methods in order to improve the design process.
For this, firstly, previous and present standardized statics have to be researched and compared. Secondly, in order to generate own standardized statics of a bridge superstructures, a parametric design of different superstructures dimensions has to be performed (software: [Grasshopper3D], Sofistik, Python). Thirdly, the design results of different geometries are to be analyzed by means of AI methods (e.g. cluster analysis). Fourthly, the results could be transferred into a user-friendly standardized statics and exemplary guideline drawings are to be generated.
Detailing and structuring of the task will be done before the start of the project with the student depending on the individual interests and the kind of work.
Contact person:
Jakob Grave, M.Sc.
Phone: +49 30 2207 7774
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A - 10 Numerical investigation and conception of a monitoring system of the Nibelungen Bridge Worms (applies to project work and master thesis)
In the scope of the Priority Program 2388 "Hundred plus", the Nibelungen Bridge Worms has been selected as a validation structure. Accordingly, a monitoring system will be deployed on this bridge. In addition, a digital twin is to be developed.
To better plan these activities, numerical recalculations of the validation structure shall be carried out in order to identify the highly utilized structural parts (model-based). For this purpose, numerical models of the structure shall be established, taking into account the structural configurations and nonlinear coupling mechanisms. On the one hand, structural level simulations will be performed to investigate the structural behaviour of the whole bridge under static and dynamic actions. On the other hand, component-level simulations shall be performed to analyse the damage evolution of specific segments. The result of this work is a preliminary step for the design of the initial monitoring system.
For more information on the 100+ priority program, please follow this link:
https://tu-dresden.de/bu/bauingenieurwesen/imb/forschung/spp-2388?set_language=en
Contact person:
Dr.-Ing. Chongjie Kang
Phone: +49 351 463-37305
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A - 7 Replacement of a crossing structure
To ensure full availability, to avoid further expensive repair measures and in the interest of maintaining the line standard, the replacement of the crossing structure is to be planned. The client wants a reinforced concrete solution. In the process, the traffic of the 3-track line below is to be maintained to a large extent. Only short closure pauses are possible.
In the course of the project/diploma thesis, in-depth considerations of the construction technology and the development of the assembly technology for the elevated construction of the bridge and a final lowering into the final position are to be investigated. The construction conditions are to be verified statically.
Other topics will be added as needed. Regular consultations will be held as part of the project work.
Contact person:
Dr.-Ing. Jens Tusche (lecturer)
Phone: 0351 461-7840
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A - 6 Investigation of variants of a railroad overpass in the course of a double-track line over Stauffen-Allee
In the north of D-City, in the course of the double-track railroad line Gö-City - D-City, there was a steel bridge structure dating from 1914. Due to the poor condition of the bridge structure, two partial superstructures have already been replaced by auxiliary bridges. Considering the request of the railroad (platform in the bridge area) and the request of the city (clearance height 4.50 m) a replacement bridge is planned.
In the course of the project work, technical and technological variants for the replacement construction are to be developed and compared. Further topics will be added as required. Regular consultations will be held as part of the project work.
Contact person:
Dr.-Ing. Jens Tusche (lecturer)
Phone: 0351 461-7840
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A - 5 Investigation of variants of a double-track arch bridge using the example of the "Rö-Tal Viaduct" railroad overpass
To ensure full availability, avoid further expensive repair measures and in the interest of maintaining the line standard, the replacement or partial replacement of the railroad overpass "Viaduct Rö-Tal" is to be planned. The arched bridge carries a double-track railroad line over a body of water/valley.
In the course of the project work, technical and technological variants are to be developed and compared. Further topics will be added as required. Regular consultations will be held as part of the project work.
Contact person:
Dr.-Ing. Jens Tusche (lecturer)
Phone: 0351 461-7840
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A - 4 Current railroad bridge construction projects - project study on possible variants for a total or partial new construction of the existing viaduct
When driving through O-town it cannot be overlooked: the viaduct - a monstrous construction - gray, dirty, unsightly. Many citizens see the viaduct (built in 1877) as an eyesore in the cityscape. The fact that the viaduct looks like this today is also due to the town's past, which was strongly influenced by mining. Enormous problems were caused by the subsidence of the terrain caused by mining. In the early 1950s, for example, the viaduct was subjected to vaulting, which could ultimately only be repaired by concreting out the vault arches. Between the districts, the earth's surface had sunk up to 17 meters in places.
The structure, which bears the colloquial name "dam wall," has been a topic of conversation for years. The city would like to see it demolished and a new one built.
In the course of the project work, technical and technological solutions are to be developed and compared. Further topics will be added as required. Regular consultations will be held as part of the project work.
Contact person:
Dr.-Ing. Jens Tusche (lecturer)
Phone: 0351 461-7840
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A - 1 Bridge construction (SRP Schneider + Partner Ingenieur-Consult GmbH)
We are an independent engineering company with about 100 employees. Our main office is located in Kronach/Upper Franconia. We advise, plan and supervise in all areas of civil engineering, both in Germany and abroad.
We offer interested students to supervise their project or diploma thesis in the field of bridge engineering. Together with you and the TU Dresden we would select a topic from practical experience. Experienced engineers would be available to answer your questions. We would get to know each other better and maybe this would result in a professional career at SRP. Most of our young engineers came to us this way.
If you feel addressed, our Mr. Neubauer is at your disposal for a first contact.