Brückensanierung: Simulation soll Tragreserven sichtbar machen

Schätzungen zufolge sind in Deutschland über 16.000 Brücken in ihrer Stabilität gefährdet. Gerade bei historischen Brücken wird eine Sanierung oft dem Abriss und Neubau vorgezogen. In einem Beitrag für das Journal des Simulationsspezialisten CADFEM zeigt Roger Schlegel, Geschäftsführer der Weimarer Geodynardo GmbH, wie numerische Simulation die Sanierung beschleunigen kann. Ziel ist es, die Lebensdauer bestehender Brücken zu verlängern und Sperrungen, Abriss und Neubau zu vermeiden.

Digitale Modelle zeigen vorhandene Reserven

Laut Schlegel lässt sich für viele Brücken mit vereinfachten Ingenieurmodellen und linear-elastischen Berechnungen keine ausreichende Sicherheit mehr nachweisen. In der Praxis müssen solche Brücken gesperrt werden. Digitale Modelle erlauben dagegen einen Blick ins Innere der Bausubstanz, aus dem sich noch vorhandene Tragreserven errechnen lassen. Abbilden lässt sich auch das dynamische Verhalten des Bauwerks, etwa bei einem Schiffsanprall, steigender Verkehrslast oder Belastungen durch Wetter, Stürme und Wellengang.

Die Mainbrücke Marktheidenfeld dient als Beispiel

An der Mainbrücke Marktheidenfeld bei Würzburg wurde ein möglicher Schiffsanprall auf einen Pfeiler untersucht. Dafür kamen ein räumliches Finite-Elemente-Modell (FEM) und eine transient-dynamische Analyse zum Einsatz. Anders als bei einer reinen Statik-Berechnung lassen sich so zeitabhängige Veränderungen besser berücksichtigen. Nach Einschätzung von Schlegel helfen digitale Modelle besonders bei älteren Bauwerken, Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit präziser zu bewerten und Sanierungen gezielt zu planen.

Ein kalibriertes Modell überwacht eine Kanalbrücke

In einem zweiten Projekt hat Geodynardo mit einem eigenen Simulationsmodell ein Jahr lang den Zustand einer Kanalbrücke überwacht. Die Brücke hat Dreigelenkbögen aus Stahlbeton und historische Brückenlager. Die Verformungen im Modell wurden mit Messungen am Bauwerk abgeglichen. Einbezogen wurden Eigengewicht, Wasserfüllung und Temperaturdaten im Jahresgang. Mit dem kalibrierten Modell lassen sich laut Schlegel weitere Szenarien prognostizieren und Erhaltungsoptionen fundiert analysieren.

Erhalt gewinnt gegenüber Neubau an Bedeutung

Ein weiterer Vorteil liegt laut Schlegel in der Einsparung von Ressourcen und Materialien bei der Ertüchtigung bestehender Bauwerke. Mit den Methoden lasse sich fundierter entscheiden, ob, wann und wie eine Brücke ertüchtigt werden muss und ob ein Neubau tatsächlich nötig ist.