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.

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.

Seit Beginn des Spannbetonbrückenbaus in Deutschland sind die Bemessungsvorschriften ständig weiterentwickelt und die Lastannahmen kontinuierlich dem gestiegenen Verkehrsaufkommen angepasst worden. Das hat zur Folge, dass bei der Nachrechnung von bestehenden Brückenbauwerken auf der Grundlage der aktuellen Normen häufig Überschreitungen festgestellt werden. In Fortführung des bereits abgeschlossenen Forschungsprojekts "Konzeption zur Nachrechnung bestehender Strassenbrücken" sollen im Rahmen dieses Projekts weitere Empfehlungen für die Bewertung bestehender Brückenbauwerke erarbeitet werden. Das vorliegende FE-Vorhaben behandelt die Themenfelder Sicherheitskonzept für bestehende Bauwerke, Ansatz der historischen Materialfestigkeiten, Beurteilung der Querkrafttragfähigkeit von vorgespannten Balken, Einfluss von nicht vorhandener Mindestbewehrung auf das Sicherheitsniveau sowie einer Literaturrecherche zu Wöhlerlinien älterer Spann- und Betonstähle. Die Untersuchungen beruhen auf der Auswertung vorhandener Literatur, beispielhaften Berechnungen bestehender Brücken sowie rechnerischer Simulationen existierender und gut dokumentierter Versuche. Es wurden verschiedene Ansätze zur Herleitung angepasster Teilsicherheitsbeiwerte für den Nachweis bestehender Bauwerke erläutert. Weiterhin konnten Empfehlungen für den Ansatz der charakteristischen Festigkeitseigenschaften von älterem Betonstahl, Spannstahl und Beton sowie der Ermüdungsfestigkeit damaliger Stähle gegeben werden. Es wurde gezeigt, dass die Momenten-Querkraft-Interaktion und die Tragwirkung eines Druckbogens bisher nicht ausreichend in der Ermittlung der aufnehmbaren Querkraft von Spannbetonträgern nach DIN-FB 102 berücksichtigt sind. Die erweiterte Abminderung der Zwangschnittgrössen gemäß Nachrechnungsrichtlinie darf auch bei fehlender Mindestlängsbewehrung angesetzt werden. Die Mindestquerkraftbewehrung ist für Spannbetonbrücken nach 1966 als ausreichend einzustufen. Die gewonnenen Erkenntnisse bestätigen erneut, dass ein hoher Aufwand bei der Nachrechnung bestehender Brückenbauwerke gerechtfertigt ist. Die Ergebnisse des FE-Vorhabens können bei der Erstellung und Fortschreibung der geplanten Nachrechnungsrichtlinie einfliessen.

Aktuell werden Brücken intensiv in festgelegten Zyklen untersucht, wodurch hohe Kosten entstehen, jedoch das Zusammenwirken der Konstruktionsteile und Systemabhängigkeiten nur unzureichend berücksichtigt werden. Durch eine risikobasierte Bauwerksprüfung ist es möglich, den Prüfumfang jeder Bauwerksprüfung auf Basis wissenschaftlich basierter Risikobetrachtungen auf Schadensebene festzulegen und nur bei Vorliegen einer entsprechenden Schädigungswahrscheinlichkeit zu prüfen. Hierzu wird das betrachtete Bauwerk mithilfe mehrerer Untergliederungsebenen bis zu den möglichen Schäden aufgegliedert. Für sämtliche Schäden werden auf Grundlage mechanischer oder physikalischer/chemischer Überlegungen Schädigungsmodelle definiert und für alle Schäden verschiedene Schädigungsniveaus, bezogen auf die Auswirkungen auf die Standsicherheit, Verkehrssicherheit und Dauerhaftigkeit, festgelegt. Durch eine Darstellung der Schäden mittels probabilistischer Modelle, lässt sich die Wahrscheinlichkeit, dass ein Schaden ein bestimmtes Schädigungsniveau erreicht, errechnen. Wenn die Wahrscheinlichkeit, dass ein Schaden ein bestimmtes Schädigungsniveau erreicht hat, eine zugehörige Grenzwahrscheinlichkeit erreicht, ist eine Bauwerksprüfung zur Bestätigung dieses Schadensniveaus durchzuführen. Es wird eine Systematik vorgeschlagen, die für jedes Schädigungsniveau, die Ermittlung der Grenzwahrscheinlichkeit ermöglicht. Durch die Bauwerksprüfung kann der tatsächliche Bauwerkszustand festgestellt und die Schädigungsprognose durch Einbezug dieser Erkenntnisse in die Schädigungsmodelle, angepasst werden. Durch das vorgeschlagene Modell ist es möglich, beim Umfang der Bauwerksprüfung den tatsächlichen und den prognostizierten Bauwerkszustand zu berücksichtigen. Die für die Bauwerksprüfung bereitstehenden Mittel lassen sich effizienter einsetzen und "Schwachpunkte" eines Bauwerks werden gemäß ihrer Schädigungswahrscheinlichkeit häufiger geprüft.