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Dauerüberwachung von Bestandsbrücken – Quantifizierung von Zuverlässigkeit und Nutzen

Continuous monitoring of existing bridges - quantification of reliability and benefits

  • Die Tragreserven der Brücken der Bundesfernstraßen sind aufgrund gestiegener Verkehrslast, Defiziten aufgrund des Alters und der Bauart und der Verschlechterung des Erhaltungszustandes teilweise aufgebraucht. Eine Ertüchtigung und/oder Ersatz aller betroffenen Bauwerke ist kurzfristig nicht möglich, daher müssen Konzepte und Verfahren entwickelt werden, um die vorhandenen Brücken bis zur Sanierung oder dem Neubau sicher weiter nutzen zu können. Monitoring kann zur begrenzten Sicherstellung der Verfügbarkeit Teil einer Lösung sein, indem relevante Informationen über das Bauwerk und seine Reaktionen erfasst und für Analysen bereitgestellt werden. Ziel des Projekts ist die Beantwortung der Frage, welche Konzepte und Vorgehensweisen im Zusammenhang mit Monitoring helfen können, um Brücken bis zu ihrer Sanierung bzw. einem erforderlichen Neubau weiter nutzen zu können. Der Einsatz von Monitoring kann einen Sicherheitsgewinn bedeuten, dieses ist besonders im Rahmen der Nachrechnungsrichtlinie relevant, da hier kompensierende Überwachungsmaßnahmen als Möglichkeit zur Aufrechterhaltung der Verfügbarkeit von Brücken genannt werden. Der Sicherheitsgewinn durch Monitoringmaßnahme wurde aber bisher nicht quantifiziert. Im Rahmen des Teilprojekts zur Quantifizierung der Zuverlässigkeit von Bestandsbrücken wurde zum ersten Mal ein Verfahren für die Überwachung von Schwellwerten entwickelt, welches die Abschätzung der Versagenswahrscheinlichkeit einer Monitoringmaßnahme ermöglicht. Der Einsatz von Monitoringmaßnahmen ist immer mit Kosten verbunden, um den monetären Nutzen einer Monitoringmaßnahme darlegen zu können, wurde im Rahmen eines weiteren Teilprojekts zur Wirtschaftlichkeit von Monitoringmaßnahmen eine Abschätzung der Kosten und des Nutzens durch die Gegenüberstellung von Betrieb mit Monitoring und Betrieb ohne Monitoring durchgeführt. Hierbei wurden die Kosten, welche durch Installation und Betrieb der Monitoringanlage, Versagenskosten der Brücke, Kosten für Unterhalt und Instandsetzung und gesamtwirtschaftlichen Kosten, abgebildet durch die Parameter Betriebskosten, Reisezeiten, Verkehrssicherheit, Lärm, Luftverschmutzung, Klimaschutz und Erreichbarkeit, einbezogen. Der Einsatz von Monitoring in der Erhaltungsplanung bietet die Möglichkeiten erste Schritte von der zustandsbasierten, reaktiven zu einer prädiktiven, vorrausschauenden Erhaltungsstrategie zu machen. Die bessere Kenntnis des Zustands eines Ingenieurbauwerks ermöglicht es, Erhaltungsmaß-nahmen besser zu planen und damit Kosten einzusparen. Möglichkeiten der Einbindung von Monitoring im Rahmen der Dringlichkeitsreihung von Maßnahmen, mit der Optimierung von Erhaltungsstrategien und die Einbindung von Monitoring in Regelwerke werden im Bericht beschrieben. Der praktische Einsatz von Monitoring und ZfP-Methoden wurde an einer Spannbetonbrücke aus dem Jahr 1972 an der duraBASt erprobt. Im Rahmen einer grundhaften Instandsetzung wurde die Brücke mit Dauerhaftigkeitssensoren und Sensoren zur Ermittlung der Bauwerksreaktionen und Verkehrsbelastung ausgestattet mit dem Ziel Einbau und Datenerhebung und -auswertung unter realen Bedingungen zu testen. Diese Einsatzbeispiele sollen zeigen, welches Potenzial Monitoringanwendungen haben. Der Einsatz von ergänzenden zerstörungsfreien Prüfmethoden (ZfP) wurde mit Rahmen der Bestimmung der Schichtdicke der Fahrbahn und der Ortung der Längsspannglieder an der duraBASt-Brücke erprobt.
  • The load-bearing reserves of the bridges on the federal highways have partly been used. This is due to increased traffic loads, deficits due to age and design and the deterioration in the state of preservation. A strengthening and/or replacement of all affected structures is not possible in the short term. Concepts and procedures have to be developed in order to be able to continue to use the existing bridges safely until they are renovated or new bridges are built. Monitoring can be part of a solution to ensure limited availability by collecting relevant information about the structure and its reactions and making it available for analysis. The aim of the project is to answer the question, which concepts and procedures in connection with monitoring can help to ensure that bridges can continue to be used until they are rehabilitated or a new bridge is built. The use of monitoring can lead to an increase in safety. This is particularly relevant in the context of the recalculation guideline, where compensatory monitoring measures are mentioned as a possibility to maintain the availability of bridges. However, the safety gain by monitoring measures has not been quantified so far. Within the framework of the project on the quantification of the reliability of existing bridges, a procedure for monitoring threshold values was developed for the first time. It enables the estimation of the failure probability of a monitoring measure. The use of monitoring is always associated with costs. In order to demonstrate the monetary benefit of a monitoring, a procedure for estimating the costs and benefits was developed. This was achieved by comparing operation with monitoring and operation without monitoring. The costs resulting from installation and operation of the monitoring system, failure costs of the bridge, costs for maintenance and repair and total economic costs were included. The total economic costs are represented by the parameters operating costs, travel times, traffic safety, noise, air pollution, climate protection and accessibility. The use of monitoring in conservation planning offers the possibility of taking the first steps from a condition-based, reactive to a predictive, forward-looking conservation strategy. The better knowledge of the condition of a civil engineering structure enables better planning of maintenance measures and thus cost savings. The report describes the possibilities of integrating monitoring within the framework of the prioritisation of measures, with the optimisation of maintenance strategies and the integration of monitoring into regulations. The practical use of monitoring and non-destructive testing (NDT) methods was tested on a prestressed concrete bridge built in 1972 at duraBASt. In the course of a fundamental repair, the bridge was equipped with durability sensors and sensors for determining the reactions of the structure and traffic loads. The aims are the testing of installation, data collection and evaluation under real conditions. The use of supplementary NDT methods was tested on the duraBASt bridge with the framework of determining the layer thickness of the carriageway and locating the longitudinal tendons.

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Metadaten
Author:Iris Hindersmann
URN:urn:nbn:de:hbz:opus-bast-25099
ISBN:978-3-95606-573-6
Series (Serial Number):Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe B: Brücken- und Ingenieurbau (B 163)
Publisher:Fachverlag NW in der Carl Ed. Schünemann KG
Place of publication:Bremen
Document Type:Book
Language:German
Date of Publication (online):2021/06/02
Date of first publication:2021/06/02
Publishing institution:Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
Release Date:2021/06/02
Tag:Erhaltungszustandes; Kosten; Monitoring; Neubau; Sanierung
Costs; Monitoring; New building; Preservation; Redevelopment
Number of pages:84
Comment:
Bericht zum Forschungsprojekt 2116014
Dauerüberwachung von Bestandsbrücken -
Quantifizierung von Zuverlässigkeit und Nutzen
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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