Experimentelle Tragsicherheitsbewertung - Spannbetonbrücke Baiersdorf, Main-Donau-Kanal

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Title
Experimentelle Tragsicherheitsbewertung - Spannbetonbrücke Baiersdorf, Main-Donau-Kanal
Alternative Title
Experimental Load-carrying Safety Evaluation - Prestressed Concrete Bridge at Baiersdorf, Main-Danube Canal
Author
Contributors
License
No Open Access License:
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Identifiers
IWF Signature
C 1990
Publisher
Release Date
1997
Language
German
Producer
Institut für den Wissenschaftlichen Film (IWF)
Production Year
1994

Content Metadata

Subject Area
Abstract
Sichtbare Schäden an der Main-Donau-Kanalbrücke bei Baiersdorf waren Anlaß, die Tragsicherheit des Überbaus experimentell nachzuweisen. Basis der angewandten Methode ist zum einen eine Online-Meßtechnik, die in Echtzeit Informationen über Belastungszustand und Bauwerksreaktionen liefert und zum anderen eine selbstsichernde Belastungsvorrichtung zum zerstörungsfreien Aufbringen der Versuchsgrenzlast. Die Dokumentation beschreibt die erfolgreich angewandte Probebelastung, durch deren Ergebnisse ein Neubau der Brücke vermieden und die Fortnutzung gesichert werden konnte.
Optical damage on the bridge was the reason to start measuring load-carrying capacity. On-line real-time methods were developed to measure critical capacity without danger or damage.
Keywords Bauwerk/ Lebensdauer; Tragsicherheitsbewertung; Spannbetonbrücke; Brücke/ Spannbeton; Probebelastung; Biegebeanspruchung; Testlast; Wegaufnehmer; Neigungsmesser; Schlauchwaage; Rißweitenmesser; Temperatursensor; Schallsensor; Krümmungs-Dehnungsmesser; Online-Meßtechnik; Belastungsgeschirr; Belastungshydraulik; Materialprüfung, zerstörungsfreie construction / lifetime load carrying capacity concrete bridge / prestressed concrete prestressed concrete bridge / prestressed sample load bending capacity declination gauge crack measurement thermometer sound sensor deformation meter online-measurement load hydraulics non-destructive material testing
Betonieren Bending Bridge Concrete cover Umschlag <Transport> Anschluss <Stahlbau> Absenkung Hydraulik Spannstahl Fahrgeschwindigkeit Spannglied Buchherstellung Leichter Steiger (mining) Hohlraum
Truck Mobilkran Agricultural machinery Electricity generation
Sensor Water transport Bridge
Krümmungsmessung Neigungsmesser
Schlauchwaage Laser
Messleitung Motor vehicle Messeinrichtung
Staff (military) Montage Bridge
Auflager Baggerschaufel Schuhsohle Leichter Cargo ship Bridge Aufschüttung <Bauwesen>
Leichter
Seeschiff Hydraulik Fahrgastschiff Water transport Baustelle Passage
Querträger
Position Leichter
Structural load
Kraftsensor Structural load
Druckleitung Autokran Handpumpe
Messeinrichtung Bridge
Machine press Fahrgastschiff Water transport Hydropumpe
Messwert Pressure measurement Machine
Kraftsensor Messwert Sensor Messeinrichtung
Electrical breakdown
Durchbiegung Measured quantity Pump Entlastung <Technik>
Durchbiegung Messeinrichtung Entlastung <Technik> Finings Bridge Abbau
Die Brücke Baiersdorf überspannt den Main-Donau-Kanal nördlich von Erlangen. Nach 20 Jahren Betriebszeit haben sich Schäden eingestellt, die Zweifel an der fortdauernden Tragsicherheit und Gebrauchstauglichkeit aufkommen ließen. Die kurzen Endfelder der Brücke bestehen aus Vollplatten. Das lange Mittelfeld dagegen ist als zweistegiger Plattenbalken ausgeführt. In den extrem schmalen Hauptträgern sind jeweils 58 Spannglieder eingebaut. Ihr enger Abstand bewirkte beim Betonieren Hohlräume. Mangelnde Betondeckung und Verpreßfehler führten zu starken Korrosionsschäden des Spannstahls. Sicherheitshalber wurde die Brückenklasse 30 auf 6 Tonnen reduziert und die Fahrgeschwindigkeit auf 30 km/h herabgesetzt.
Nach langwierigen Voruntersuchungen wurde entschieden, die Tragsicherheit und Gebrauchstauglichkeit durch eine Probebelastung nachzuweisen. Hierzu ist es ausreichend, die Biegebeanspruchung des besonders stark geschädigten Mittelfeldes einschließlich aller Sicherheitsanteile nachzubilden. Zwei resultierende Einzellasten im Feld als äußere Testlasten erfüllen bereits diese Aufgabe. So ergab sich die Lösung, durch Absenken eines flutbaren Lashleichters mit 400 t auftriebloser Ballastmasse auf die Kanalsohle eine absturzsichere Testlast für die Brücke zu erzeugen. Danach war das Konzept festzulegen:- Herstellen eines Kiesbettes zum Schutz der Kanaldichtung- Einschwimmen des ballastierten Leichters- Tieferlegen durch Wasserballast. Der Leichter sitzt auf- zusätzliches Absenken des Kanalwasserspiegels- Anschluß der Testmasse durch Zugstangen und Hydraulik an 2 Belastungsrahmen auf der Brückenfahrbahn zur Einleitung der stufenlos regelbaren Testlast. Das notwendige Arbeits-Gerät für den Betrieb der Testbaustelle bestand aus:- Arbeitsschiffen für den Kiestransport, Umschlag und Einbau,- einem Steiger
für die Meßgerätemontage,- einem Mobilkran
sowie- mehreren LKW,
- einem Generatorwagen für die Stromerzeugung und- einem
Camp für 30 Personen.
Zur Aufnahme der Bauwerksreaktionen unter Testlast wurden zahlreiche elektrische Sensoren unter der Brücke montiert:
- induktive Wegaufnehmer auf Meßbasen zur Krümmungsmessung,- Neigungsmesser,-
Laser und Schlauchwaagen zur Durchbiegungsmessung-
Rißweitenmesser-
Temperatur- und Schallsensoren sowie- Krümmungs-Dehnungsmesser.
Sämtliche Meßleitungen führen zu den Meßstationen.
Vor ihrem Einsatz wurden alle Meßsysteme ausgiebig getestet.
Nach Sperrung der Brücke erfolgt die Montage der beiden Rahmenpaare. Sie bestehen aus geraden Untergurten, vertikalen-und diagonalen Stäben mit geschraubten Knoten.
Im Baukastensystem lassen sich die Rahmenteile von Hand transportieren und den geforderten Baulängen anpassen.
Mit hochfesten Gewindestählen werden sie überspannt. Parallel zum Rahmenbau erfolgt
die Aufschüttung des Kiesbettes. Von einem Frachtschiff wird Kies auf ein Arbeitsschiff verladen --und danach unter der Brücke eingebaut. Die Baggerschaufel planiert die Sohle und kontrolliert die Sollhöhe für ein ebenes Auflager des Leichters.
Ein über den Kanal gespannter Peildraht
erlaubt die abschließende Kontrolle der Kiesbetthöhe. Der Leichter ist für den bevorstehenden Einsatz ausgerüstet und nur teilballastiert worden, um die Kanal-Schleusen passieren zu können.
Er trifft rechtzeitig an der Baustelle ein, um weiteren Kies zu übernehmen. Eine Durchfahrt für Fahrgastschiffe bleibt frei. Nach der Passage
des Schiffes muss der Kanal kurzfristig voll gesperrt werden, um Zugstangen und Hydraulik einzubauen.
Die Stangen werden von unten in die überstehenden Traversen eingefädelt und verankert.
Sie bestimmen die spätere Position des Leichters. Der Leichter
wird jetzt über das Kiesbett geschoben und - zur Erzeugung auftriebloser Masse - anschließend teilgeflutet.
Die Bordwand des vertäuten Arbeitsschiffes dient dabei als Lehre für das lagegenaue Einschieben.
Nach Erreichen der Sollposition werden die Zugstangen
über Muffenstöße verlängert und kraftschlüssig mit dem Lash-Leichter verbunden.
Wegen der hohen Lasten - von über 2000 kN - sind die Zugstangen besonders sorgfältig auszurichten.
Anschließend werden die Hohlkolbenpressen, Kraftaufnehmer
und Kopfplatten aufgefädelt und verankert. Die gelben Lastböcke gewähren Zugang zu den Kontermuttern, mit denen bei begrenztem Pressenhub die Lasten umgesetzt werden. Das hydraulische System
wird komplettiert durch Druckleitungen und Handpumpen.
Ein Autokran hebt 2 Betonquader von je 10 t auf das Brückenende. Diese Massen verhindern - bei voller Testlast
- ein Abheben der Brücke an den Endauflagern.
Nach Abschluß der Montagearbeiten werden alle Belastungs- und Meßeinrichtungen noch einmal überprüft und das eigentliche Testprogramm vorbereitet.
Ein großes Fahrgastschiff muß noch passieren.
Jetzt beginnen die Probebelastungen. 2 Hydraulikpumpen mit 8 Pressen
erzeugen insgesamt 3000 kN Hubkraft.
Die momentane Pressenlast wird an Manometern kontrolliert. Die Meßwerte der
elektrischen Kraftaufnehmer und weiterer 90 Sensoren werden an die Meßstationen übertragen. Alle Meßwerte werden in
10 Computern gespeichert--und die Brückenreaktionen
online grafisch dargestellt. Notwendige Pumpanweisungen
erfolgen über Funk. Exemplarisch für
über 90 Meßgrößen wird hier---in steigenden Laststufen und nachfolgenden Entlastungen die Durchbiegung in Brückenmitte im Zeitraffer wiedergegeben. Bei gleichmäßigem Pumpen
nähert sich die Testlast ihrem
Zielwert von 2050 kN. Nach einer Phase linear-elastischen Verhaltens treten erste Biegerisse auf. Die Kraftverformungskurve beginnt sich leicht zu krümmen. Bei einer Durchbiegung der Brücke von 40 mm wird die Versuchsgrenzlast erreicht. Nach vollständiger Entlastung verbleibt eine Restverformung von nur 1 mm. Der Abbau der Belastungs- und Meßeinrichtung erfordert noch einen Tag. Nach einwöchiger Sperrung
kann die Brücke wieder für 16t-Fahrzeuge freigegeben werden, bei Einzelfahrt sogar für ein 30t-Fahrzeug. Das erhoffte Untersuchungsergebnis ist also erreicht: eine Ersparnis von Neubaukosten für eine Restnutzungsdauer von ca. 20 Jahren und die Schonung der Umwelt durch vermiedene Baumaßnahmen.
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