Timo Hondl

• Ein Ausfall von Ingenieurbauwerken wie Straßenbrücken hat erheblichen Einfluss auf die Kapazität der Infrastruktur. So wird bei beschädigten Strukturen oftmals die Lebensdauer durch Notfallmaßnahmen wie der Reduktion von Verkehrslasten erhöht. Im Zentrum dieser Arbeit steht die Frage, ob eine Verbesserung der Fahrbahnqualität im Bereich von Brücken stoßartige Einwirkungen infolge Fahrzeugbeanspruchung reduziert und somit über einen längeren Betrachtungszeitraum einer Entlastung gleichkommt. Hierzu soll eine Methode zur quantifizierbaren Darstellung des Einflusses der Fahrbahnqualität auf die Lebensdauer von Brücken aus Stahlbeton entwickelt werden. Dies erfordert die Durchführung von Simulationen zur Darstellung von Brückenüberfahrten untersuchter Fahrzeuge, um eine ausreichende Datengrundlage sicherzustellen. Mit dem Ziel, den Einfluss der Fahrbahnqualität auf ein solches Ereignis unverfälscht aus der Bauwerksantwort zu isolieren, ist ein angepasstes gekoppeltes Modell zu entwickeln. Dieses muss die wesentlichen Wechselwirkungen zwischen Fahrzeug und Bauwerk darstellen, nicht repräsentative Charakteristika von Einzelbauwerken bzw. Fahrzeugen jedoch ausklammern. Daher erfolgt eingangs eine getrennte Analyse und Modellbildung der drei Teilaspekte Fahrbahn, Fahrzeug und Brücke. Der Ist-Zustand bestehender Fahrbahnoberflächen wird auf Grundlage der spektralen Leistungsdichte bewertet, der Zielzustand einer geplanten Fahrbahnsanierung bei gegebener Oberflächenqualität prognostiziert. Unter Berücksichtigung von Achs- und Aufbauschwingungen werden vereinfachte Fahrzeugmodelle definiert, welche durch Fußpunktanregung in Schwingung versetzt werden können. Brückenbauwerke werden auf die Freiheitsgrade reduziert, die zur Darstellung des speziellen untersuchten Szenarios wesentlich sind. Die Überführung in ein gekoppeltes Fahrzeug-Bauwerk-Modell erlaubt die Simulation einer einzelnen Überfahrt mit klaren Eingangsgrößen. Zu deren Bewertung wird die relative Schädigung DR eingeführt. Diese stellt dem ermüdungsbedingten Schaden, welcher durch eine beliebige Überfahrt verursacht wird, dem einer Überfahrt bei ideal glatter Fahrbahn gegenüber. Durch diese Normierung werden Auswirkungen unterschiedlicher Oberflächengeometrien auf die Lebensdauer von Straßenbrücken vergleichbar. Mit der entwickelten Methode werden anschließend drei Beispielbauwerke auf das Potenzial einer Fahrbahnsanierung und deren Auswirkung auf die verbleibende Lebensdauer hin untersucht. Da der Zielzustand nach einer Sanierung vorab unbekannt ist, werden mehrere verschiedene Oberflächen einer vergleichbaren Oberflächenqualität gegenübergestellt. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen streuen stark. Es ist daher anzunehmen, dass DR in keiner proportionalen Abhängigkeit zur Fahrbahnqualität steht. Vielmehr ist DR als Stichprobe eines Zufallsexperiments zu werten. In der Folge werden die Eigenschaften dieser Zufallsgröße, die sich näherungsweise als logarithmisch normalverteilt einschätzen lässt, ermittelt und für die drei Beispiele dargestellt. Mit dem Ziel, den Einfluss anderer Eingangsgrößen auf DR qualitativ abzubilden, wird anschließend von einer festen Fahrzeug-Bauwerk-Kombination abgerückt. Unter Berücksichtigung mehrerer idealisierter Bauwerkstypen und zufälliger Verkehrszusammensetzungen folgt die genauere Untersuchung mehrerer Teilaspekte. Es konnte unter anderem gezeigt werden, dass bei identischer Oberflächenqualität und konstanten Rahmenbedingungen günstige und ungünstige Fahrbahnprofile existieren. Daneben nehmen auch Brückenquerschnitt und Spannweite Einfluss auf DR. Grundsätzlich ist zu erkennen, dass die Fahrbahnqualität einen wesentlichen, jedoch stark bauwerksabhängigen Einfluss auf die Lebensdauer einer Brücke ausübt. Es ist daher die Untersuchung des konkreten Einzelbauwerks zu empfehlen.