Bei der Nachrechnung älterer Spannbetonbruecken mit Hohlkastenquerschnitt werden derzeit häufig grosse rechnerische Defizite beim Nachweis der schubfesten Verbindung zwischen gedrückter Bodenplatte und den Stegen im Bereich der Zwischenunterstützungen festgestellt. Neben erhöhten Beanspruchungen als Folge stetig wachsender Verkehrslastzahlen sind diese Defizite im Wesentlichen auf die mit Einführung der DIN-Fachberichte für den Brückenbau im Jahr 2003 geänderten Bemessungsvorschriften zurückzuführen. In Deutschland erfolgt die Ermittlung des Tragwiderstands im Grenzzustand der Tragfähigkeit (GTZ) seither auf Grundlage des Fachwerkmodells mit Rissreibung. In den vorgestellten Untersuchungen wird gezeigt, dass die Übertragung dieses für Stegquerschnitte entwickelten Modells auf Druckgurte mechanisch nicht begründet ist und zu sehr konservativen Ergebnissen führt. Auf Basis der Ergebnisse numerischer und analytischer Betrachtungen werden Bemessungsmodelle entwickelt, die das Tragverhalten vorwiegend gedrückter Gurtbereiche realitätsnäher erfassen. Die Kalibrierung und Verifikation der Finite Element-Modelle erfolgt in den durchgeführten Untersuchungen stets durch den Vergleich mit Ergebnissen gut dokumentierter Versuche aus der Literatur.

Die Literaturrecherche zeigte, dass seit Beginn der Spannbetonbemessung der innere Hebelarm z auf der Grundlage von Annahmen bestimmt wird, die zum Teil stark variieren. Dies liegt vor allem daran, dass die Querkraftbemessung ursprünglich an Stahlbetonbauteilen hergeleitet wurde. Für Spannbetonbauteile wird in der Literatur ein Hebelarm von z=0,67d bis z=0,90d vorgeschlagen. Alle Quellen sind sich darüber einig, dass der Querkrafttraganteil der geneigten Spannglieder zu berücksichtigen ist. Des Weiteren sind Unterschiede in den aktuellen Normen zu finden. Während im DIN FB 102 im Allgemeinen der innere Hebelarm z aus dem Nachweis im GZT infolge Biegung mit oder ohne Längskraft im gleichen Querschnitt aus dem zugehörigen Moment verwendet werden soll, wird in der DIN 1045-1 nichts dergleichen erwähnt, sondern es darf z=0,9d angesetzt werden, sofern eine ausreichende Längsbewehrung aus Betonstahl vorhanden ist. Der EC 2 erlaubt hingegen den inneren Hebelarm z aus dem maximalen Biegemoment im betrachteten Bauteil zu berechnen. In einigen Literaturquellen, so auch im EC 2 wird außerdem gefordert, dass bei Bauteilen mit geneigten Spanngliedern ausreichend Betonstahllängsbewehrung im Zuggurt einzulegen ist. Die Auswertung der Stuttgarter Versuche zeigte, dass bei der Frage nach dem korrekten Ansatz für z zwei Bereiche zu unterscheiden sind. In dem Bereich, in dem die Schubrisse aus Biegeanrissen am Querschnittsrand entstehen ändert der Schubriss auf Höhe der Spannglieder seine Neigung. Die Änderung des Neigungswinkels ist abhängig von den Steifigkeitsverhältnissen der Zugbänder. Für diesen Bereich wird ein Ansatz vorgeschlagen, bei dem die Querschnittsflächen des Spannstahls Ap und Betonstahl As mit den für den Schub maßgebenden Spannungen gewichtet werden. Der Bereich, in dem die Spannglieder überdrückt sind und die flacher verlaufenden Schubrisse ohne Neigungswechsel kurz über die Spannglieder hinweg verlaufen, erstreckt sich horizontal vom Auflager bis zu ca. 1,5h. Hier wird das Stegfachwerk wesentlich entlastet durch den Druckbogen, der sich bei den hier untersuchten Trägern aufgrund der sehr schwachen schlaffen Zuggurtbewehrung zusammen mit der sich bis zum Auflager durchlaufenden Druckstrebe fast ausschließlich auf den Spannanker abstützt. Die Größe der gegebenenfalls erforderlichen schlaffen Zuggurtbewehrung für die Abdeckung der Zugkraft am Auflager muss noch untersucht werden.

Die gegenwärtigen DIN-Fachberichte basieren auf den ENV-Fassungen der Eurocodes unter Berücksichtigung der nationalen Regelungen. Bis zur Einführung der Europäischen Normen mit den zugehörigen Nationalen Anwendungsdokumenten werden in Deutschland Brücken auf der Grundlage der DIN-Fachberichte 101 "Einwirkungen auf Brücken", 102 "Betonbrücken", 103 "Stahlbrücken" und 104 "Verbundstahlbrücken" in den Ausgaben 03:2009 berechnet, bemessen und konstruiert. Aus der Anwendung der DIN-Fachberichte für den Brückenbau seit 2003 liegen überwiegend positive Erfahrungen vor. Mit ihrer Anwendung wurde ein hoher Qualitätsstandard sicher gestellt. Insgesamt soll mit der Einführung der EN-Normen das bisher in Deutschland erreichte hohe Qualitätsniveau im Brückenbau gehalten werden. Das Schwerverkehrsaufkommen auf den Straßen in Deutschland ist in den letzten Jahrzehnten überproportional angewachsen, und auch für die Zukunft werden weitere Steigerungen prognostiziert. Die Festlegungen aktueller Verkehrslastmodelle für Straßenbrücken beruhen auf Messungen aus der Mitte der 1980er Jahre. Im Vergleich dazu wurde durch neuere Verkehrserfassungen eine Verdopplung des Schwerverkehrsaufkommens festgestellt. Aus diesem Grund war es erforderlich, die Verkehrslasten auf Straßenbrücken hinsichtlich des aktuellen und des zukünftigen Schwerverkehrs zu überprüfen und anzupassen. Mit der geplanten Einführung der Eurocodes im Brückenbau werden im Vergleich zu den derzeitigen Regelwerken neben Änderungen bei den Straßenverkehrslasten auch Anpassungen zu den jeweiligen Eurocodes für die Bemessung von Brücken vorgeschlagen, um das gebotene Sicherheitsniveau einerseits sowie die Wirtschaftlichkeit andererseits zu wahren. Im Rahmen mehrerer Forschungsvorhaben wurden die Auswirkungen dieser Änderungen für Beton-, Stahl- und Stahlverbundbrücken untersucht.

Die Anforderungen an die Brückenbauwerke im Bestand haben sich in den vergangenen Jahren infolge steigender Verkehrszahlen vor allem im Bereich des schweren Güterverkehrs deutlich erhöht und werden laut aktuellen Studien in den nächsten Jahren weiter ansteigen. Weist man die betroffenen Brücken nach DIN-Fachbericht 102 nach, ergibt sich eine deutlich höhere erforderliche Querkraftbewehrung als die tatsächlich in den Stegen vorhandene. Dies alles geht einher mit der Tatsache, dass viele der Bestandsbauwerke in einem schlechten Zustand sind. Die Nachrechnungsrichtlinie lässt einige Modifikationen der Querkraft- und Torsionsnachweise zu, die teilweise in den alten Normengenerationen üblich waren. Andere Modifikationen, die im Rahmen von Gutachten angewendet werden, wurden in der Nachrechnungsrichtlinie nicht berücksichtigt, da sie noch nicht hinreichend verifiziert schienen. Außerdem gibt es in einigen Fällen keine einheitlichen Regelungen, sondern deren Auslegung liegt weitgehend im Ermessen des Anwenders, wie z. B. bei der Abminderung der Torsionssteifigkeit des Längssystems. Daher wurden in einem vorherigen Forschungsvorhaben kurzfristige Lösungen zur Modifikation bestehender Bemessungsansätze auf Grundlage bisher durchgeführter Forschungsvorhaben und gesammelter Erfahrungen bzw. Gutachten zur Nachrechnung von Bestandsbrücken erarbeitet. Zu anderen erweiterten Bemessungsmodellen für Querkraft- und Torsion von Spannbetonbrücken sowie speziellen Problemen des Brückenbaus konnten im Vorläuferprojekt dagegen keine abschließenden Festlegungen getroffen werden, da entsprechende theoretische und experimentelle Untersuchungen - vor allem an Durchlaufträgern - noch nicht im nötigen Umfang vorlagen. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Herleitung und Verifikation verfeinerter Bemessungsansätze für Querkraft und Torsion, die auf ingenieurmäßigen Modellen mit mechanischer Grundlage beruhen. Dabei sollen die wesentlichen Fragestellungen zur Nachrechnung von Betonbrücken im Hinblick auf die Querkraft- und Torsionstragfähigkeit des Längssystems im Rahmen dieses Projektes abschließend geklärt werden. Auf der Basis von experimentellen und theoretischen Untersuchungen werden praxisgerechte Bemessungsansätze für Querkraft und Torsion hergeleitet werden, die eine genauere Vorhersage der Tragfähigkeit von Bestandsbauwerken ermöglichen.

Veränderungen der bestehenden Normen aufgrund des technischen Fortschritts und gewünschter Vereinheitlichung in Europa sind für den Neubau problemlos anwendbar. Für Bauwerke im Bestand führen solche Veränderungen aber häufig auf rechnerische Unzulänglichkeiten. Für die Bewertung der Zukunftsfähigkeit bestehender älterer Straßenbrücken ist eine Nachrechnung nach einheitlichen und den modernen Erkenntnissen angepassten Regeln eine wesentliche Voraussetzung. Daher wurde vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) im Jahre 2011 die „Richtlinie zur Nachrechnung von Straßenbrücken im Bestand“ bekannt gegeben. Dieses Dokument wurde im Jahr 2015 ergänzt. Für zwei spezielle schon länger bekannte Problemstellungen älterer Spannbetonbrücken waren zuvor bereits Handlungsanweisungen eingeführt worden, nämlich „Handlungsanweisung zur Beurteilung der Dauerhaftigkeit vorgespannter Bewehrung von älteren Spannbetonüberbauten“ zur Beurteilung der Koppelfugen im Jahre 1998 und „Handlungsanweisung zur Überprüfung und Beurteilung von älteren Brückenbauwerken, die mit vergütetem spannungsrisskorrosionsgefährdetem Spannstahl erstellt wurden“ im Jahre 2011. Auf diese Dokumente wird in der Nachrechnungsrichtlinie verwiesen. Ziel des Projektes ist nun, die vorgenannten Handlungsanweisungen in eine Neufassung der Nachrechnungsrichtlinie zu integrieren und damit ein einheitliches Nachweis- und Sicherheitskonzept für eine geschlossene Bewertung bestehender Bauwerke zu schaffen. Dabei soll auf die aktuellen Normen verwiesen und die Bezeichnungen sowie Symbole formal an die heutigen Notationen angepasst werden. Zunächst sind hierzu die aktuellen Einwirkungsmodelle (statische Verkehrslasten, Ermüdungslasten und Temperatur) nach heutigem Wissensstand zusammengestellt und mit den älteren Regelungen verglichen und kommentiert. Für den Themenbereich „Spannungsrisskorrosionsgefährdung“ wird der Stand des Wissens dargelegt. Dabei wird auf die Bedeutung des Ankündigungsverhaltens durch Rissbildung hingewiesen und auch auf weitere pragmatische Ansätze in der Literatur verwiesen. Die Handlungsanweisung wird formal an die heutigen Notationen angepasst und textlich verbessert. Für eine ingenieurmäßige Bewertung wird die Einführung eines Mindestwertes für die verbleibende Restspannstahlfläche diskutiert und ein Vorschlag zur Einführung entsprechender Überlegungen sowohl für die Nachweise in Längs- als auch Querrichtung der Brückenüberbauten in die Nachrechnungsrichtlinie erarbeitet. Einige Möglichkeiten des Einsatzes von Messtechnik werden dargelegt. Anschließend werden an einigen Beispielen Vergleichsrechnungen für die Brückenlängsrichtung als auch für die Brückenquerrichtung durchgeführt und bewertet. Für den Themenbereich „Ermüdung vorgespannter Bewehrung“ (Koppelfugen) wird ebenfalls die Ausgangslage und der Stand des Wissens zusammengestellt. Es wird deutlich gezeigt, dass nicht nur die ermüdungswirksamen, vertikalen Verkehrseinwirkungen, sondern auch das Grundmoment, welches neben Eigengewicht und Vorspannung auch die Auswirkung eines Temperaturgradienten zwischen der Ober- und Unterseite der Brücke enthält, einen wesentlichen Einfluss auf die ermüdungswirksamen Spannungen hat. Für die Nachweisstrategie mit dem Ermüdungslastmodell 3 des Eurocodes und schädigungsäquivalenter Schwingbreite wird ein Ansatz zur genaueren Berücksichtigung des Temperaturgradienten entwickelt. Anhand von Beispielrechnungen werden die Parameter identifiziert und alle in den Berechnungen zu berücksichtigenden Einflüssen bewertet. Die Beispiele zeigen, dass trotz unterschiedlichster Einwirkungs- und Sicherheitsformate vergleichbare Ergebnisse erhalten werden. Ein Abschnitt über den Einsatz von Messtechnik, insbesondere zur genaueren Festlegung des Grundmomentes, ergänzt die Betrachtungen. Zwei Praxisbeispiele werden ausführlich besprochen. Die Erkenntnisse werden in Vorschlägen zur möglichen Modifizierung der Nachrechnungsrichtlinie zu diesem Bereich zusammengefasst und anschließend in einer ausführlichen Berechnung eines Beispiels noch einmal erläutert und die verschiedenen Einflüsse bewertet.