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Ermüdungssicherheit von vollverschlossenen Seilen mit Korrosionsschäden
BASt-Bericht B 146
Michael Paschen, PSP – Prof. Sedlacek & Partner Planung und Entwicklung im Bauwesen GmbH Aachen
Friedhelm Dürrer, Olivier Gronau, DMT GmbH & Co. KG Essen
Friedhelm Eric Rentmeister, BRIDON International GmbH Gelsenkirchen
110 Seiten
Erscheinungsjahr: 2020
Preis: 0,00 €
Dieser Bericht steht ausschließlich kostenfrei im elektronischen BASt-Archiv ELBA zur Verfügung.
Im Rahmen von durchgeführten Bauwerksprüfungen an Brücken mit vollverschlossenen Seilen wurden auch an diesen Bauteilen Schäden identifiziert. Bei diesen Schäden handelt es sich im wesentlichem um Korrosionsschäden und ganz vereinzelt aber auch um Drahtbrüche. Teilweise werden diese Schäden erst dann sichtbar, wenn der Korrosionsschutz entfernt oder aber bei Kabeln, wenn die einzelnen Seile gespreizt werden. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wird die Bewertung solcher Schäden hinsichtlich der Ermüdungssicherheit und Restlebensdauer durchgeführt. Im Anschluss an eine Erläuterung der Bauweise der vollverschlossenen Seile werden aktuelle Schäden dieser Seilart bei Schrägseilbrücken und Hängebrücken vorgestellt.
Es wurden insgesamt 5 Bauteilversuche mit vollverschlossenen Seilen durchgeführt, wobei die Probestücke aus den ausgebauten Seilen der Rheinbrücke Flehe entnommen wurden. Die Rheinbrücke Flehe wurde 1979 unter Verkehr genommen, Korrosionsschäden und hier insbesondere Drahtbrüche führten 2006 dazu, dass Seile ausgetauscht werden mussten. Die Versuche wurden an 5m-Seilabschnitten durchgeführt, die hierfür mit neu vergossenen Seilköpfen an den Enden versehen wurden.
Diese Bauteilversuche bestehen aus zwei Komponenten, dass heißt es wurde zunächst ein Ermüdungsversuch zur Prüfung der Betriebsfestigkeit durchgeführt. Anschließend wurde die verbleibende Bruchlast in einem Zerreißversuch ermittelt. Die sehr unterschiedlichen Versuchsergebnisse werden dargestellt und bewertet.
Weitergehende Untersuchungen zum Korrosionsverhalten von verzinkten Seilen, chemischer Zusammensetzung und Alterungsverhalten einzelner Drähte werden durchgeführt. Zusätzlich wurden Seilabschnitte lagenweise entfernt und der Zustand der inneren Drahtlagen untersucht. Eine Bewertung der Korrosionsschäden zur möglichen Verringerung der Restlebensdauer wird vorgenommen.
Es werden Vorschläge für die Bewertung von festgestellten Schäden für SIB-BW (Straßeninformationsbank Bauwerke) gegeben.
Die Hintergründe der deutschen Festlegung einer Kerbfalleinstufung für vollverschlossenen Spiralseile werden in einem Anhang erläutert. Hiernach liegt die Kerbfalleinstufung 112 auf der sicheren Seite.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die Korrosionsschäden durch die Querschnittsminderung zu einer Erhöhung der Beanspruchung im Restquerschnitt führen, jedoch nicht zwangsläufig Drahtbrüche verursachen. Dies konnte sowohl in den Versuchen als auch bei der Auswertung der gefundenen Schäden an den Bauwerken bestätigt werden. In Anbetracht der bisher durchgeführten Bemessung und den tatsächlich auftretenden Ermüdungsbeanspruchungen eines einzelnen Seiles kann, selbst bei erheblichen Korrosionsschäden, von einer schadenstoleranten Konstruktion ausgegangen werden.
Fatigue resistance of full locked ropes with corrosion defects
During the execution of bridge inspections of bridges with full locked ropes also damages of the ropes are observed. These damages are mainly caused by corrosion, but also fractures of wires will be found. Sometimes the bridge inspector can only see the damages by removal of the corrosion protection. If several ropes are combined to a cable heavy corrosion damages can only be found if the single rope will be take out of the close arrangement. In this research project the fatigue safety and the remaining life time will be evaluated.
At first the construction of full locked ropes will be explained and current damages of ropes used by cable stayed bridges and suspension bridges will be presented.
Five full scale tests are carried out. The test specimens are from a rhinebridge near Düsseldorf. These rhinebridge was built 1979 and 2006 it was necessary to replace some of the ropes because a lot of fractures in the first layer of the wires was occurred. The test would be carried out at 5 m test specimens with new sockets.
The whole test consists of two parts, the first part was a fatigue test over 2 mio. Cycles, the second part was a fracture test.
The results of the five test specimens were very different. The differences will be presented and evaluated.
Additional test to the corrosion behaviour of galvanized wires, chemical composition and aging effect of the wires were carried out.
By some cables all layer were removed and a inspection of the inner layers was carried out. The evaluation of the possible reducing effect to the remaining life time will be given. A proposal for the rating of such damages for the bridge inspector will be described.
In the german specification for full locked ropes the fatigue is 112 N/mm². The background of the determination of these fatigue class will be explained. The fatigue class 112 N/mm² is a conservative classification.
It can be summarized that the corrosion of a cable reduces the cross section and the transferable force. The corrosion and the according notches will not lead automatically to the fracture of the wires. This fact was observed in the tests and on site by the bridges.
In view of the design of cables with a high safety factor and the real fatigue strength caused by traffic it can be determined that the cables have a good behaviour for the load capacity.