Monitoringbasierter Nachweis der Spannstahlermüdung an den Koppelfugen der Köhlbrandbrücke

Abstract

1 Einleitung Bei vielen der vor 1980 abschnittsweise gebauten Spannbetonbrücken zeigen sich Risse im Bereich der Spannstahlkopplungen, die auf eine erhöhte Ermüdungsbruchgefährdung des Spannstahls hindeuten [1]. Ursache hierfür ist neben der überproportionalen Zunahme des Schwerverkehrs v. a. die nach früherer Normung unberücksichtigte Temperaturbelastung und, damit verbunden, die nur unzureichend angeordnete Betonstahlbewehrung bei abschnittsweise hergestellten Spannbetonbrücken mit sehr hohem Kopplungsgrad in den Arbeitsfugen. Lokal größere Spannkraftverluste im Bereich der Kopplungen infolge zeitabhängiger Verformungen sowie die geringe Haftzugfestigkeit des Betons in der Arbeitsfuge begünstigen ferner die Rissbildung. Aufgrund der besonderen Koppelfugenproblematik von Spannbetonbauten mit Baujahr bis 1981 ist gemäß Nachrechnungsrichtlinie der BASt [2] eine nachträgliche Bewertung der Ermüdungsfestigkeit von Koppelfugenquerschnitten erforderlich. Der Nachweis gegen Ermüdung wird hierbei entweder auf Grundlage schädigungsäquivalenter Schwingbreiten (Stufe 1) oder durch eine direkte Berechnung der Schädigung infolge Verkehr und Temperatur geführt (Stufe 2). Da am gerissenen Querschnitt (z. B. infolge Temperatur) durch die Verkehrswechselbelastung deutlich höhere Spannungsschwingbreiten im Spannstahl und in der Bewehrung erzeugt werden, kann der Ermüdungsnachweis oftmals nicht erbracht werden. Für Querschnitte von Spannbetonbrücken mit den Ziellastniveaus BK60/30, BK60 und BK30/30 darf der Nachweis gegen Ermüdung alternativ gemäß "Handlungsanweisung zur Beurteilung der Dauerhaftigkeit vorgespannter Bewehrung von älteren Spannbetonüberbauten" [3] geführt werden, welche durch die BASt 1998 zur systematischen Begutachtung gefährdeter Bauwerke eingeführt wurde. Sie sieht ein dreistufiges Nachweiskonzept mit wachsender Genauigkeit der Bemessungsansätze vor: Von Stufe 1 als grobe rechnerische Abschätzung bis Stufe 3, in der bauwerksbezogene (ggf. durch Messungen ermittelte) Annahmen Eingang in den Nachweis finden. Die Nachweisführung erfolgt auf Grundlage von Spannungsschwingbreiten im Spannstahl unter Ansatz des Lastmodells SLW 60 gemäß DIN 1072 zu 50 %. Im rein rechnerischen Nachweis gemäß Stufen 2 und 3 sind ferner Zwangsbeanspruchungen aus Temperatur pauschal von bis zu 12 K und lokale Spannkraftverluste von bis zu 30 % zu berücksichtigen. Im Rahmen der Nachrechnung nach BASt-Richtlinie durch die WTM Engineers GmbH, Hamburg, wurden die Koppelfugen nach BASt-Handlungsanweisung betrachtet. Eine Ermüdungsbruchgefahr des Spannstahls an den Koppelstellen konnte bei einer rein rechnerischen Untersuchung auch nach Stufe 3 demnach nicht ausgeschlos-Mithilfe einer mehrmonatigen zerstörungsfreien Monitoringmaßnahme an zwei Rampenbauwerken der Köhlbrandbrücke, Hamburg, wurde die Ermüdungsbruchgefahr des Spannstahls an den Spannstahlkopplungen infolge Verkehr-und Temperaturbelastung bauwerksbezogen beurteilt und bewertet. Hierzu wurden im Zeitraum August 2013 bis August 2014 dynamische Rissbreitenmessungen am Überbauquerschnit...