David Schaarschmidt, Tom Felbeck, Jonas Kotscha, Alfred Ulrich

• Besonders an älteren Stahlbrücken mit orthotroper Fahrbahnplatte, die nicht nach aktuellen konstruktiven Vorgaben geplant und errichtet wurden, werden im Zuge der ersten Hauptprüfung nach der Asphalterneuerung gehäuft Schäden im Bereich der orthotropen Fahrbahnplatte vorgefunden. Zum aktuellen Zeitpunkt stehen keine wissenschaftlichen Publikationen, Regelwerke oder Handreichungen zum schonenden Asphaltausbau auf Stahlbrücken zur Verfügung. Ebenso existiert keine Datenbasis zu den hervorgerufenen Beanspruchungen infolge von Fräsvorgängen. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist es daher, Grundlagen für die gezielte Anpassung von Regelwerken und Normen zu schaffen, um zukünftig direkte und indirekte Schäden infolge der Asphalterneuerung an Stahlbrücken zu vermeiden beziehungsweise zu minimieren. Unter direkten Schäden versteht man die Riefenbildung durch das Fräsen auf der Oberseite des Fahrbahnblechs, die bei unplanmäßigem Kontakt mit der Fräswalze entstehen. Mit indirekten Schäden sind die detektierten Risse in der Nähe von Schweißnähten zu verstehen. Der Thematik wurde sich im Forschungsvorhaben sowohl experimentell im Feldversuch als auch rechnerisch genähert. Als Testfeld für die messtechnisch begleiteten Fräsarbeiten wurde eine Stahlbrücke mit orthotroper Fahrbahnplatte im Zuge der B1 in Neubrandenburg gewählt. Es wurden mehrere Versuchsreihen durchgeführt, die unterschiedliche Fräsparameter und Fräsentypen miteinander vergleichen. Grundsätzlich lässt sich festhalten, dass das Fräsen ein hochdynamischer Vorgang mit einer Vielzahl an hochfrequenten Schlägen ist. Das führt jedoch nicht zwangsläufig zu den vermuteten ebenso hohen Spannungsamplituden. Maßgeblichen Anteil an der maximalen Beanspruchung hat infolge der lokaler Flächenpressung bei unmittelbarer Überfahrt das Maschineneigengewicht. Dieses Spannungsniveau wird von kleineren Amplituden infolge des Fräsens überlagert. Auf Grundlage der linearen Schadensakkumulation sowie der LEBM konnte für ausgewählte Details des Längsrippenanschlusses gezeigt werden, dass das Fräsen nicht maßgeblich zur Rissinitiierung und zum Rissfortschritt beiträgt. Lediglich bei großen Vorschädigungen – beispielsweise tiefe und lange Risse am Nahtfuß – kann das Fräsen zum stabilen Risswachstum führen. Eine weitere wesentliche Beobachtung ist, dass der Wirkbereich einer Fräse sehr begrenzt ist. Überbaubereiche in wenigen Metern Entfernung werden nicht nennenswert beansprucht.
• Particularly on older steel bridges with orthotropic decks that were not designed or constructed in accordance with modern structural specifications, damage is frequently identified during the first major inspection following asphalt renewal. Currently, no scientific publications, regulations, or guidelines exist regarding the careful removal of asphalt from steel bridges. Furthermore, there is no database on the stresses induced by milling processes. The objective of this research project is to establish a foundation for updating regulations and standards to prevent or minimize both direct and indirect damage caused by asphalt renewal on steel bridges in the future. Direct damage refers to scoring on the upper surface of the deck, which can occur due to unintended contact between the milling drum and the steel surface during the milling process. Indirect damage includes cracks observed near weld seams, often resulting from stress concentrations. The research approach combined experimental field tests and computational analysis. A steel bridge with an orthotropic deck on the B1 motorway in Neubrandenburg was selected as the test site for milling operations, which were monitored with detailed measurements. Several test series were conducted to evaluate and compare different milling parameters and techniques. The study revealed that milling is a highly dynamic process characterized by numerous high-frequency impacts. However, these impacts do not necessarily translate into equally high stress amplitudes. The weight of the milling machine itself plays a significant role in determining the maximum stress levels due to localized surface pressure when the machine crosses the deck. These stresses are further superimposed by smaller stress amplitudes generated during the milling process. Using linear damage accumulation and linear-elastic fracture mechanics, it was shown that, for specific details of the longitudinal rib connections, milling does not significantly contribute to crack initiation or propagation. Stable crack growth due to milling was observed only in cases of severe pre-existing damage, such as deep and extensive cracks at the weld toe. Another key finding is the limited effective impact range of milling operations. Areas of the bridge superstructure located just a few meters away from the milling site were found to be minimally affected, underscoring the localized nature of the milling-induced stresses.