Karsten Geißler, Josef Karl Kraus

• Der Nachweis ausreichender Ermüdungssicherheit wird bei der Bemessung von Stahl- und Stahlverbundbrücken nach Eurocode auf Grundlage des Ermüdungslastmodells ELM 3 nach DIN EN 1991-2 geführt, in Kombination mit Schadensäquivalenzfaktoren nach DIN EN 1993-2 und DIN EN 1994-2. Die bisherige Definition der Schadensäquivalenzfaktoren nach DIN EN 1993-2 erfolgt auf der Grundlage der Untersuchungen von Merzenich und Sedlacek (1995), deren Referenz die Verkehrsdaten des Auxerre-Verkehrs von 1984 sind. Im Gegensatz zur Anpassung des LM1 sind die λ-Faktoren unumgänglich macht, um die Zukunftssicherheit neuer Brücken nicht zu gefährden. Der vorliegende Forschungsbericht behandelt daher die Neu-Kalibrierung der Schadensäquivalenzfaktoren des ELM 3 für die Bemessung von Stahl- und Stahlverbundbrücken. Dazu werden Verkehrslastsimulationen in einer systematischen Analyse für verschiedene Tragsysteme durchgeführt, entsprechend einem weiten Spektrum an Brücken. Weiterhin werden unterschiedliche Prognose-Szenarien eines möglichen zukünftigen Verkehrs untersucht, basierend auf einer Analyse der bisherigen Verkehrsentwicklung und verfügbaren Verkehrsprognosen. Die Prognose-Szenarien sind aus heutiger Sicht als konservativ einzustufen und stellen weiterhin nur eine Auswahl von vielen Möglichkeiten dar, da die zukünftige Entwicklung des Verkehrs nur bedingt realistisch abbildbar ist. Angesichts dieser Vielzahl an Möglichkeiten und der langen Nutzungsdauer von Brücken garantiert jedoch der Ansatz etwas konservativer Verkehrsszenarien langfristig die Wirtschaftlichkeit der Brückeninfrastruktur. Zu betonen ist, dass die zugrundeliegenden Prognose-Szenarien eines möglichen zukünfti-gen Verkehrs mit der Annahme verknüpft sind, dass diese frühestens in 50 Jahren eintre-ten. Wesentlich ist in diesem Zusammenhang, dass ein entsprechender Anstieg des Ver-kehrs, bspw. durch Erhöhung zulässiger Gesamtgewichte oder Achslasten, in naher Zukunft auszuschließen ist. Im Ergebnis zeigen die betrachteten Beispielbrücken infolge der abgeleiteten λ-Faktorenein im Regelfall erhöhtes Auslastungsniveau der unterschiedlichen Ermüdungs-nachweise. Es ist jedoch festzuhalten, dass der Ermüdungsnachweis für diese nach heutiger Normengeneration dimensionierten Stahl- und Stahlverbundbrücken dennoch im Großteil der untersuchten Fälle erfüllt werden kann. Für das untergeordnete Straßennetz ermög-licht der hier entwickelte Vorschlag auch eine Reduzierung der rechnerisch anzusetzen-den Ermüdungsbeanspruchung. Dies wird erreicht durch eine abgestufte Betrachtung der Verkehrsart in analoger Form, wie dies bisher auch für Stahlbeton- und Spannbetonbrücken möglich ist. Dies führt zu einer Harmonisierung des Nachweiskonzeptes für beide Bauarten. Der Nutzen des Projekts liegt in der Erarbeitung sowohl zukunftssicherer als auch entsprechend abgestufter Ermüdungslastmodelle für den Neubau von Stahl- und Stahlverbund-brücken als Grundlage für die nächste Normengeneration DIN EN 1993-2 inkl. DIN EN 1993-2/NA bzw. DIN EN 1994-2 inkl. DIN EN 1994-2/NA.
• The proof of sufficient fatigue safety when designing steel and steel composite bridges according to Eurocode is provided on the basis of the fatigue load model FLM 3 according to DIN EN 1991-2, in combination with damage equivalence factors according to DIN EN 1993-2 and DIN EN 1994-2. The previous definition of the damage equivalence factors according to DIN EN 1993-2 is based on the studies by Merzenich and Sedlacek (1995), whose reference is the traffic data of the Auxerre traffic from 1984. In contrast to the adaptation of the LM1, the λ fac-tors of the FLM 3 have remained unchanged to this day. Initial proposals for adapting the damage equivalence factors at European level were developed by Bianchi et al. (2022). However, the proposals still need to be revised with regard to their applicability to bridges in the road network of the Federal Republic of Germany. It is important to note that the volume of heavy traffic, which has been increasing for years and will foreseeably exceed the original assumptions in the future, makes a review or, if necessary, adjustment of the λ factors unavoidable in order not to endanger the future viability of new bridges. This research report therefore deals with the recalibration of the FLM 3 damage equiva-lence factors for the design of steel and steel composite bridges. Thus, traffic load simula-tions are carried out in a systematic analysis for various structural systems - corresponding to a wide range of bridges. Furthermore, different forecast scenarios of possible future traffic are examined, based on an analysis of previous traffic developments and available traffic forecasts. From today's perspective, the forecast scenarios are to be classified as rather conservative and represent only a selection of many possibilities, since the future development of traffic can only be realistically depicted to a limited extent. Given this mul-titude of possibilities and the long service life of bridges, however, the approach of some-what conservative traffic scenarios guarantees the long-term economic viability of the bridge infrastructure. It should be emphasized that the underlying forecast scenarios of possible future traffic are linked to the assumption that these will not occur for at least 50 years. In this context, it is essential that a corresponding increase in traffic, e. g. due to an increase in permissible total weights or axle loads, can be ruled out in the near future. As a result, the example bridges considered show a generally increased level of utilization of the various fatigue tests as a result of the derived λ factors. It should be noted, however, that the fatigue test for these steel and steel composite bridges, which are dimensioned according to the current generation of Eurocodes, can still be fulfilled in the majority of the cases examined. For the subordinate road network, the proposal developed here also enables a reduction in the calculated fatigue stress. This is achieved by a graduated consid-eration of the type of traffic in an analogous form, as has previously been possible for rein-forced concrete and prestressed concrete bridges. This leads to a harmonization of the verification concept for both types of construction. The benefit of the project lies in the development of both future-proof and appropriately graduated fatigue load models for the construction of new steel and steel composite bridges as a basis for the next generation of standards DIN EN 1993-2 including DIN EN 1993-2/NA or DIN EN 1994-2 including DIN EN 1994-2/NA.