Adaption von Brücken: Erhöhung der Dauerhaftigkeit und Optimierung der Steifigkeit

In Deutschland herrscht großer Sanierungs- und Neubaubedarf bei Autobahn- und Eisenbahnbrücken. Aufgrund der seit Jahrzehnten zunehmenden Beanspruchung weisen die Brücken häufig eine nur noch geringe Lebensdauer auf.

Aufgrund der zunehmenden Belastungen durch neue Zuggenerationen, wie den ICE 4, steigen Spannungen und Verformungen der Eisenbahnbrücken an. Besonders die hohen Anforderungen an die Verformungsgrenzen stellen ein Problem dar. In Kooperation mit der DB InfraGO AG wird untersucht inwiefern eine nachträgliche Aktuierung für die dargestellte Stabbogenbrücke dem begegnen kann. Ein besonderes Augenmerk gilt bei dieser Brücke der aktiven Schwinungsdämpfung. Dabei werden die Hänger mit Aktoren ersetzt. In dieser Machbarkeitsstudie werden dabei verschiedene Aktuierungsstrategien an der Brücke angewendet und untersucht.

In Vorarbeiten am Stuttgarter Träger und dem Demonstratorhochhaus D1244 wurde gezeigt, dass durch direkte Berücksichtigung der Aktuierung bei Entwurf und Optimierung des Tragwerks effizientere Ergebnisse erzielt werden, als bei einer nachträglichen Aktuierung von optimalen passiven Tragwerken. Es ist plausibel, dass dies auch für Brückentragwerke gilt und daher für adaptive Brücken andere und neue Brückentypologien benötigt werden. Damit lassen sich Grenzwerte für Verformungen und Spannungen aktiv einhalten, sodass Querschnittsabmessungen reduziert, Ressourcen eingespart und Emissionen vermieden werden können. Durch die holistische Einbeziehung der Aktuierung von Beginn an, wird dabei auch der Aktuierungsaufwand möglichst geringgehalten.

Beispielsweise stellt das External Adaptive Tensioning System (EAT) solch eine neuartige Brückentypologie dar. Dabei handelt es sich um eine adaptive Unterspannung. Da die Kabel exzentrisch zur neutralen Achse der Brücke verlaufen, wird beim Spannen der Unterdeckkabel durch die Längenänderung der Aktoren ein Biegemoment erzeugt, das der Wirkung der äußeren Lasten entgegenwirkt. Damit ist es möglich bis zu 30 Prozent der Masse gegenüber einem konventionellen Brückentragwerk einzusparen.

Im Rahmen dieses Forschungsprojekt werden dabei noch andere neue Brückentypologien betrachtet. Denkbar wäre beispielsweise ein Gerberträger mit schaltbaren Gelenken.

Projekttitel:
Teilprojekt C07 - Adaption von Brücken: Erhöhung der Dauerhaftigkeit und Optimierung der Steifigkeit
Projekt-Website
Förderung:
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), Sonderforschungsbereich SFB 1244 "Adaptive Hüllen und Strukturen für die gebaute Umwelt von morgen", GEPRIS-Projektnummer 324661605
Projektpartner:
Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren (ILEK), Universität Stuttgart
Bearbeitung:
Axel Trautwein