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Zuverlässigkeitsbasierte Bewertung von Brückenbauwerken

Intelligente Bauwerke bieten durch zentral erfasste Informationen aller relevanten Parameter die Möglichkeit einer optimierten Planung und Instandhaltung. Für den Bereich der Brückenbauwerke ergab sich die Notwendigkeit, ein anwendungsorientiertes Analyse- und Bewertungsverfahren zu entwickeln, das die Ermittlung des aktuellen Zustands und der Zuverlässigkeit erlaubt. Die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) ließ für die intelligente Brücke die Grundlage einer zuverlässigkeitsbasierten Zustandsbewertung konzipieren.

Das Bild zeigt eine Grafik zum Konzept für die probabilistische Zustandsbewertung einer intelligenten Brücke unter Einbezug von Inspektions- und Überwachungsergebnissen Konzept für die probabilistische Zustandsbewertung einer intelligenten Brücke unter Einbezug von Inspektions- und Überwachungsergebnissen (Bild: BAM Berlin / TU München)

Aufgabenstellung

Dem zunehmend älter werdenden Bestand an Brückenbauwerken stehen begrenzte Mittel für den Unterhalt zur Verfügung. Ein intelligentes Brückenmanagement setzt eine umfassende Instandhaltungsplanung voraus, die sowohl die individuellen Randbedingungen als auch ökonomische Aspekte berücksichtigt. Ziel war deshalb die Erarbeitung einer fachtechnischen Konzeption eines anwendungsorientierten Analyse- und Bewertungsverfahrens für Brückenbauwerke. Auf der Grundlage einer Wahrscheinlichkeitsaussage sollte ein echtzeitbasiertes Zuverlässigkeitsmodell geschaffen werden, das an die speziellen Anforderungen des Brückenbaus angepasst ist.

Untersuchungsmethode

Eine grundlegende Literaturrecherche erlaubte die genauere Betrachtung sowohl der wahrscheinlichkeitsbasierten Modellierung von Schädigungsmechanismen als auch von Modellen zur Bestimmung der Systemzuverlässigkeit. Daraufhin wurde unter Berücksichtigung einer Unterscheidung zeitlicher und räumlicher Komponenten eine mögliche Klassifizierung von Inspektions- und Überwachungsverfahren untersucht. Anhand der erarbeiteten Grundlagen erfolgte die Durchführung zweier Fallstudien, von denen eine die Zuverlässigkeitsbewertung von Brückenhauptträgern unter Korrosion der Bewehrung an einer Betonbrücke zum Ziel hatte. Schwerpunkt der zweiten Fallstudie war die Zuverlässigkeit einer Stahlbrücke im Hinblick auf Ermüdung.

Ergebnisse

Erarbeitet wurden Konzepte für eine intelligente Brückenunterhaltung auf der Grundlage einer zuverlässigkeitsbasierten Zustandsbewertung unter Berücksichtigung von Bauwerksinformationen, die aus Prüfungen, Inspektionen und Überwachung gewonnen werden. Das Brückensystem wird durch ein Modell beschrieben, welches den zentralen Teil des Konzeptes darstellt. Das Modell wird in Schädigungsmodelle und ein Tragwerkssystem-Modell unterteilt. Als Eingangsdaten zur Charakterisierung wurden Geometrie, Materialien und die Verwendung der Brücke beschrieben. Um die signifikanten Streuungen und Unsicherheiten adäquat abzubilden, wurden diese Modelle wahrscheinlichkeitsbasiert gestaltet. Auf dieser Basis ist eine sich kontinuierlich ändernde Zustandsbewertung möglich, mittels derer Aussagen über Zustand und Zuverlässigkeit des Brückensystems und seiner Bauteile getroffen werden können.

Die Verwendung von Resultaten aus Inspektionen, Prüfungen und Überwachungen erfolgt durch eine Aktualisierung der Modellparameter. Sie wird auf der Grundlage der entwickelten Klassifizierung der Bauwerksinformationen mit entsprechenden Methoden durchgeführt. Dieses Verfahren erlaubt es, alle Informationen in ein einziges Modell einfließen zu lassen. Dabei ist die Genauigkeit und Aussagekraft der gewonnenen Daten und Beobachtungen von elementarer Bedeutung. Eine Berücksichtigung von Systemeffekten ermöglicht die Aktualisierung der Zustandsbewertung von Bauteilen und Brückensystem, womit die Planung und die Optimierung von Maßnahmen erleichtert wird. Mit Inspektionen und Überwachungen wird die intelligente Brücke zu einem adaptiven System, welches sich Veränderungen anpassen kann.

Folgerungen

Der vorliegende Forschungsbericht kann als Grundlage für weitergehende Forschungen zum Thema “Zuverlässigkeitsbasierte Bewertungsverfahren von Brückenbauwerken” gelten. Die modellhaft entwickelten Ergebnisse bilden ein grundsätzliches Vorgehen ab, das jedoch vor seiner Anwendung in der Praxis einer noch detaillierteren Ausarbeitung bedarf.

Forschung kompakt als Download: 23/2014 (PDF, 365KB)

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    Bundesanstalt für Straßenwesen
    Brüderstraße 53
    51427 Bergisch Gladbach
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    Fax: 02204 43-2550
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