Im Rahmen des Lebenszyklusmanagements von Infrastrukturbauwerken stellt die Bewertung der Tragfähigkeit bestehender Brücken eine zentrale Aufgabe dar. Da die aktuell gültigen Regelwerke für Neubauten nur eingeschränkt auf Bestandsbauwerke übertragbar sind, wurde in Deutschland die Nachrechnungsrichtlinie eingeführt. Mit dieser werden u. a. Ausnutzungsgrade für Nachweise im Grenzzustand der Tragfähigkeit ermittelt und eine realitätsnahe Bewertung der tatsächlichen Tragreserven eines Bauwerks ermöglicht. Die Erstellung von Nachrechnungen erfordert jedoch einige Kapazitäten (v. a. Personal). Daher wurde für einen ersten Vergleich der erforderlichen Brückentragfähigkeit (Ziellastniveau) mit der vermuteten bzw. nachgewiesenen Brückenklasse eines Bauwerks der Traglastindex als Kennwert zur strukturellen Bewertung der Brücken eingeführt. Er bietet eine empirische Einschätzung der strukturellen Leistungsfähigkeit, basierend auf allgemeinen Bauwerksmerkmalen wie Baujahr, Konstruktionsart und Verkehrsbelastung. Ziel dieses Berichts ist es, einen Zusammenhang zwischen dem Traglastindex und den Ergebnissen aus Stufe-2-Nachrechnungen von Betonbrücken herzustellen. Hierzu wurden systematisch Ausnutzungsgrade aus vorhandenen Nachrechnungen analysiert und den Traglastindizes aus der Bauwerksdatenbank SIB-Bauwerke gegenübergestellt. Neben dem Mittelwert wurden auch Extremwerte und die Anzahl verfügbarer Nachweise berücksichtigt, um die Aussagekraft der Daten zu bewerten. Die Analyse zeigt, dass mit steigendem Traglastindex im Regelfall auch die Ausnutzungsgrade steigen, was die Grundannahme des Traglastindexes bestätigt. Auch die Sonderregelung für Bauwerke mit Koppelfugen konnte validiert werden. Die Auswertung verdeutlicht, dass der Traglastindex trotz seiner empirischen Grundlage ein geeignetes Instrument zur Identifikation und Priorisierung von Bauwerken mit Tragfähigkeitsdefiziten darstellt. Die Ergebnisse unterstützen damit die Vorgehensweise der Infrastrukturbetreiber und stärken die Aussagekraft des Traglastindexes als Werkzeug zur strukturellen Bewertung im Brückenmanagement.

Das Vorhaben der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) adressiert zwei thematische Schwerpunkte: A Einsatzmöglichkeiten von Beton mit rezyklierten Gesteinskörnungen für Bauwerke im Regelungsbereich der ZTV-ING (Brückenbauteile und Ingenieurbauwerke) B Verfahren zur Sicherstellung der festgelegten Eigenschaften von R-Beton (Betonqualität) Die Bezugsgrundlage stellt dabei auf der einen Seite die ZTV-ING Ausgabe Oktober 2022 dar, auf der anderen Seite steht die Machbarkeitsstudie im Zusammenhang mit den neuen Regelungen von DIN 1045-2:2023-08 für die Verwendung rezyklierter Gesteinskörnung im Beton. Im Schwerpunkt A werden die vorliegenden Erkenntnisse aus Regelwerken, Forschungsvorhaben und realisierten Praxisanwendungen von Betonen mit rezyklierter Gesteinskörnung im Hinblick auf die Verwendung in Ingenieurbauwerken des Bundesfernstraßennetzes dargestellt, analysiert und bewertet. Ergebnis ist die Darstellung der Möglichkeiten und Anwendungsgrenzen von Beton mit rezyklierter Gesteinskörnung im Regelungsbereich der ZTV-ING. Der Fokus von Schwerpunkt B ist auf die Anwendung von Beton mit rezyklierter Gesteinskörnung in der praktischen Umsetzung gerichtet. Es werden die derzeit vorgeschriebenen Verfahren (Erstprüfung, werkseigene Produktionskontrolle, Konformitäts- und Identitätsnachweis) dargestellt und dahingehend bewertet, ob und ggf. welche weiterführenden Maßnahmen getroffen werden müssen, um eine für Ingenieurbauwerke erforderliche hochwertige und konstante Betonqualität gewährleisten zu können. Hierbei wird auch auf die Erfahrungen aus bereits realisierten Projekten zurückgegriffen. Die erarbeiteten Ergebnisse aus den beiden Schwerpunktbereichen A und B bilden die Grundlage für die Erstellung von Konzeptvorschlägen zur Anpassung der bestehenden Regelwerke im Umgang mit Beton mit rezyklierter Gesteinskörnung für Brücken- und Ingenieurbauwerke des Bundesfernstraßennetzes. Für bestehende ungeklärte Problemstellungen werden Vorschläge zu Forschungsansätzen abgeleitet. Zur Durchführung von Pilotprojekten werden notwendige Kriterien und essenzielle Anforderungen formuliert.

Die Instandhaltung des Brückenbestandes stellt Straßenverwaltungsämter vor große Herausforderungen. Sie müssen den fortwährenden Betrieb dieser entscheidenden Infrastrukturkomponenten, trotz dauerhaft zunehmender Verkehrszahlen und gleichzeitiger altersbedingter Verschlechterung des Bauwerkszustands, sicherstellen. Hierbei ist die richtige Priorisierung der erforderlichen Erhaltungsmaßnahmen von wesentlicher Bedeutung. Die Grundlage dafür bieten verschieden Kenngrößen die eingeführt wurden, um den Bauwerkszustand quantitativ zu beschreiben. Diese wiederum können in sog. Key Performance Indikatoren (KPI) zusammengefasst werden, die eine kumulierte, ganzheitliche Bewertung der Bauwerke ermöglichen. Drei wesentliche, international annerkannte KPIs sind Zuverlässigkeit (Reliability), Verfügbarkeit (Availability) und Sicherheit (Safety). Im Forschungsvorhaben wurden diverse Methoden der Zustandserfassung, wie zerstörungsfreie Prüfmethoden oder Monitoringmethoden recherchiert und anschließend systematisch analysiert. Es wurden verschiedene Kategorien von Bauwerksinformationen gebildet, mit dem Fokus darauf wie sie sich in die Bauwerksbewertung einbinden lassen. Basierend auf logischen kausalen Zusammenhängen, sowie einer Liste von 30 Fallbeispielen für Monitoringmaßnahmen bzw. Untersuchungen mittels zerstörungsfreier Prüfmethoden an Brücken aus Deutschland, wurde eine Verknüpfung zwischen den Methoden der Zustandserfassung und den Bauwerksinformationen erstellt. Darauf aufbauend, konnten in einem nächsten Schritt die verfügbaren Bauwerksinformationen in die Zustandsbewertung mit den drei hier untersuchten KPIs integriert werden. Bei der Zuverlässigkeit war dies komplexer als bei der Verkehrssicherheit, denn es musste zwischen der rechnerischen Tragfähigkeit und dem beobachteten Bauwerkszustand unterschieden werden, die dann wieder in eine Gesamtbewertung zusammengeführt wurden. Die Verfügbarkeit nimmt einen besonderen Stellenwert bei den KPIs für Brückenbauwerke ein. Sie ist nur gegeben, wenn sowohl Zuverlässigkeit als auch Verkehrssicherheit ein gewisses Maß erreichen. Somit kann es nicht unabhängig von der Zuverlässigkeit und Sicherheit betrachtet werden, sondern ist vielmehr ein Ergebnis dieser. Gerade dadurch ist es eines der wichtigsten KPIs, da die Bedeutung von Zuverlässigkeit und Sicherheit primär daher rührt, dass diese langfristig die Voraussetzung sind für eine Verfügbarkeit. Gleichzeitig sind wir für die Ermittlung der bevorstehenden Verfügbarkeit angewiesen auf Prognosen für die zukünftige Entwicklung von den anderen beiden KPIs. Deshalb lag ein wesentlicher Schwerpunkt im Forschungsprojekt auf der KI-gestützten Prognose von Zustandsindikatoren. Hierbei wurden verschiedene Ansätze untersucht, insbesondere was die Gruppierung der Bauwerke betrifft, die für eine Prognose als Grundlage herangezogen werden. Schließlich war es ein wichtiger Aspekt im Forschungsvorhaben die entwickelten Ansätze nicht nur theoretisch zu beschreiben, sondern auch die praktische Umsetzung zu bestätigen. Deshalb wurde parallel ein Software-Tool entwickelt, dass in der Lage ist die Bauwerksdaten aus SIB-Bauwerke einzulesen und die beschrieben Abläufe und Algorithmen umzusetzen. Hierfür wurden als Demonstratoren sechs Bauwerke, bei denen zusätzliche Bauwerksinformationen zur Verfügung stehen, ausgewählt und in der Software wurde die Einbindung der entsprechenden Informationen in die KPIs demonstriert. Das Ergebnis des Projektes ist somit ein Tool, mit dem sich die drei KPIs Zuverlässigkeit, Sicherheit und Verfügbarkeit für ein Bauwerk mit heterogener Datenlage ermitteln lassen. Die Grundalge bilden stets die im SIB-Bauwerke vorhandenen Daten. Der Betreiber kann die unterschiedlichsten Methoden der Zustandserfassung systematisch kategorisieren nach der Art der Bauwerksinformation, die erhoben wird, und es in die Bewertung mit einfließen lassen. Die Software ermittelt auf der Basis komplexer, KI-gestützter Algorithmen Prognosen, die sich in Abschätzungen der zukünftigen Verfügbarkeit widerspiegeln. Diese Kennwerte können anschließend als eine essenzielle Entscheidungsgrundlage für Straßenverwaltungsämter bei der Aufstellung von Bauwerkserhaltungsstrategien sowie der Priorisierung von Investitionen bei begrenztem Budget dienen. Sie leisten somit einen wesentlichen Beitrag zu einem wissensbasierten, verantwortungsvollen Lebenszyklusmanagement beim Umgang mit dem Brückenbestand.

Das Ziel dieses Forschungsprojektes war es, ein umfassendes Konzept für ein „Geburtszertifikat“ von Brückenbauwerken allgemein zu entwickeln und dann an einer konkreten realen Brücke prototypisch umzusetzen. Das Geburtszertifikat soll dabei als Grundlage für die Zustandsüberwachung und Erhaltungsplanung über den gesamten Lebenszyklus der Brücke dienen. Im Mittelpunkt steht dabei die sogenannte Nullmessung, die eine detaillierte, systematische Erfassung und Dokumentation des Ausgangszustandes des Bauwerks nach der Fertigstellung und vor der Verkehrsfreigabe mit vielfältigen Prüf- und Messmethoden beinhaltet. Die Nullmessung dient somit der Charakterisierung eines Initialzustands (Referenzzustand nach der Fertigstellung). Der ermittelte Referenzzustand ist die Grundlage für Vergleichsbetrachtungen im Rahmen der Erfassung und Bewertung des Bauwerkszustandes im Zuge der Erhaltung und des Bauwerksmanagements. Er bildet erstmalig die Basis, um im Laufe des Lebenszyklus auftretende Veränderungen und Schäden frühzeitig durch den Bezug zum Referenzzustand zu detektieren und in ihrer Entwicklung zu dokumentieren und zu bewerten. Durch die Einführung dieses Konzeptes kann das Geburtszertifikat den Ausgangspunkt für die Umsetzung prädiktiver Erhaltungsmethoden darstellen. Dabei umfasst das Geburtszertifikat eine möglichst breite und aussagekräftige Erfassung und Dokumentation physikalischer Parameter, chemischer Aspekte und geometrischer Eigenschaften des Bauwerks. Zu den physikalischen Parametern zählen beispielsweise Materialdehnungen, Verschiebungen, Eigenfrequenzen und -formen, die wichtige Hinweise auf das Tragverhalten der Brücke geben. Diese Daten werden durch sensorbasierte Systeme, wie beispielsweise Dehnungsmessstreifen, faseroptische Sensoren, und Beschleunigungsaufnehmer einmalig oder kontinuierlich über einen Zeitraum von einem Jahr vor oder kurz nach der Inbetriebnahme des Bauwerks erfasst und durch geeignete Prozessierung der Messdaten ermittelt. Chemische Aspekte, wie die Bestimmung des Chloridgehalts, der Carbonatisierungstiefe und des Feuchtigkeitsgehalts des Betons, liefern wichtige Informationen über die Dauerhaftigkeit des Bauwerks. Diese chemischen Aspekte sind entscheidend, um eine mögliche Korrosion der Bewehrung frühzeitig zu erkennen, bevor gravierende strukturelle Schäden auftreten. Das Geburtszertifikat soll nicht nur chemische Aspekte und physikalische Parameter wie die statischen oder dynamischen Parameter, sondern auch mit bildbasierten oder anderen ZfP-Verfahren erfassbare Eigenschaften beinhalten. Die geometrische Beschreibung der Brücke ist daher ein weiterer zentraler Bestandteil des Geburtszertifikats. Dabei sind die Form und die Oberflächenstruktur des Tragwerks vor Verkehrsfreigabe der Brücke aufzunehmen. Diese geometrischen Aspekte des Referenzzustands sollen durch ein georeferenziertes hochgenaues 3D-Bauwerksmodell definiert werden, das beispielsweise photogrammetrisch auf Basis systematisch generierter Bilddaten oder mithilfe von Scanningverfahren generiert wurde und anschließend in ein vorhandenes As-Built-Modell integriert wird. Die geometrische Aufnahme in Form einer „Nullmessung“ ist insbesondere für zukünftige Verformungsermittlungen sowie schadensfokussierte Zustandsbewertungen auf Basis vielfältiger sensor- und bildbasierter Monitoringverfahren ein wichtiger Ausgangspunkt. Am 3D-Bauwerksmodell können die vielfältig erfassten Eigenschaften und Zustandsparameter zusätzlich eindeutig und nachvollziehbar verortet werden. Das Geburtszertifikat wird in einer standardisierten, leicht zugänglichen Form als kompakte und übersichtliche Zusammenfassung der wichtigsten Informationen in Form eines PDF-Dokumentes erstellt. Zur Gewährleistung einer langfristigen und flexiblen Nutzung und digitalen Verarbeitung der gewonnenen Daten enthält das PDF-Dokument Verweise auf alle Datensätze und Modelle, die zusätzlich bereitgestellt werden. Diese Verlinkungen beinhalten detaillierte Mess- und Bilddaten, abgeleitete oder aggregierte Parameter, Modelle und andere relevante Informationen, die zur Beurteilung des Zustandes notwendig sind. Diese Informationen werden in entsprechenden Datenbanken und strukturierten Dateisystemen gespeichert. Abschließend wird das erarbeitete Konzept des Geburtszertifikates prototypisch an einem Bauwerk umgesetzt. Dabei wird auf die verschiedenen, zuvor erarbeiteten Eigenschaften und Aspekte eingegangen und dargestellt wie einzelne Parameter und das georeferenzierte 3D-Bauwerksmodell ermittelt werden können. Zudem wird auch die Ableitung von Daten für die Zustandsbewertung sowie das Datenmanagement thematisiert. Das Geburtszertifikat unterstützt die Einbindung in moderne digitale Infrastruktursysteme, wie das Lebenszyklusmanagement von Brücken, und bildet die Grundlage für die Integration in Überwachungssysteme wie Digitale Zwillinge. Die Einführung eines solchen digitalen Zertifikates für Brücken ist ein wichtiger Schritt hin zu einer nachhaltigeren und effizienteren Nutzung von Infrastrukturressourcen.

Das Forschungsprojekt zielte darauf ab, den strategischen Einsatz von Monitoring für Ingenieurbauwerke, insbesondere Brücken, zu verbessern und zu systematisieren. Durch den Einsatz moderner Monitoringtechnologien soll die Effizienz und Effektivität der Erhaltung von Ingenieurbauwerken gesteigert werden. Der Fokus lag auf der Entwicklung eines Leitfadens für Planung, Durchführung, Datenmanagement und Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen von Monitoringprojekten, ergänzt durch eine Broschüre mit strategischen Empfehlungen und Checklisten zur Unterstützung bei Ausschreibung, Vergabe und Vertragsgestaltung. Das Projekt kombinierte Literaturrecherche, Expertenbefragungen, Online-Umfragen und einen Workshop, um bestehende Praktiken und Herausforderungen zu identifizieren und darauf aufbauend Empfehlungen zu entwickeln. Es stützte sich auf drei wesentliche Dokumente: das DBV-Merkblatt "Brückenmonitoring", das Merkblatt B 09 "Dauerüberwachung von Ingenieurbauwerken" der DGZfP und die Neufassung der DIN 1076. Diese Dokumente bieten grundlegende Informationen und Hilfestellungen für die Planung und technische Umsetzung von Monitoringmaßnahmen sowie die Prüfung und Überwachung von Ingenieurbauwerken. Das Projekt erörterte außerdem die Potentiale und Grenzen von Monitoring, betonte die Vorteile einer kontinuierlichen Datenerfassung und -auswertung für die präventive Instandhaltung und Lebensdauerverlängerung von Bauwerken, und wies auf Herausforderungen hin, insbesondere in Bezug auf Kosten und technischen Aufwand. Elf Monitoring-Anwendungsfälle wurden definiert, um einen besseren Überblick über die Praxis zu bieten. Die Auswahl der Messtechnik und die technischen Komponenten eines Monitoringsystems wurden detailliert beschrieben, ebenso wie die Bedeutung eines sorgfältig erstellten und geprüften Monitoringkonzepts. Durch eine Online-Umfrage und einen Workshop wurden Einblicke in die Bedürfnisse und Herausforderungen der Stakeholder gewonnen. Es wurde die geringe Akzeptanz von Monitoring bei Baulastträgern durch den Mangel an Erfahrung, offizieller Einführung von Leitdokumenten und Mitwirkung der Länderverwaltungen an ebendiesen erklärt und Lösungen vorgeschlagen. Der Monitoringprozess wurde als mehrstufig dargestellt, mit besonderem Augenmerk auf den beteiligten Akteuren und deren spezifische Expertise. Empfehlungen zur Ausschreibung, Vergabe und Vertragsgestaltung wurden entwickelt, um Transparenz zu schaffen und die Zusammenarbeit zu optimieren. Zusätzlich wurden Checklisten erstellt, um Straßenbauverwaltungen bei Ausschreibung und Vergabe sowie der Vertragsgestaltung zu unterstützen. Das Thema der Haftung und die Notwendigkeit einer angepassten juristischen Betrachtung wurden hervorgehoben. Hinweise zu Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen erlauben es, die Kosten und den Nutzen von Monitoring zu evaluieren. Das Datenmanagement spielte eine zentrale Rolle für die langfristige Effizienz und Effektivität von Monitoringprojekten. Die Auftraggeber-Daten-Anforderung (ADA) wurde entwickelt, um die Schnittstelle zur Datenübergabe zu definieren und die zentrale Speicherung, leichte Zugänglichkeit und systematische Auswertung von Monitoringdaten zu ermöglichen. Es wurde weiterhin auf die Wichtigkeit der Monitoringdaten und ihre nachhaltige Speicherung innerhalb der Baulastträger hingewiesen. Die Ergebnisse des Projekts wurden in einem Schlussbericht und einer Broschüre zur Verfügung gestellt, die als Arbeitshilfe zur Durchführung von Monitoringprojekten dient.

Im Rahmen des vorliegenden Forschungsprojekts wurden 7 verschiedene Seilverfüllmittel (SVM) von insgesamt 5 Herstellern untersucht. Die Untersuchungen lieferten zusammengefasst die folgenden Erkenntnisse: 1. Ohne äußeres Korrosionsschutzsystem gelangen Wasser und Salze in das Seilinnere, wodurch Korrosions¬vorgänge an den Seildrähten initiiert werden. 2. Der Beitrag der SVM zum Korrosionsschutz der Seile wird weniger durch die enthaltenen Pigmente (z.B. Zinkstaub oder Aluminium), dagegen mehr durch ihr Benetzungsvermögen und die Alterungsbeständigkeit bestimmt. 3. Zinkstaubpigmente verringern die Standfestigkeit des SVM, erhöhen die Gefahr der Volumenzunahme bei Wasserzutritt und verringern die Schmierwirkung bei niedrigen Temperaturen und im gealterten Zustand. 4. Bei SVM mit einem LM-Gehalt > 3 % wird sehr wahrscheinlich Lösemittel beim Verseilen in das Seil eingetragen. Lösemittel verringern die Schmierwirkung und können zu einer Beeinträchtigung des äußeren Korrosionsschutzsystems führen. Aufbauend auf den Untersuchungsergebnissen wurde ein Vorschlag für ein leistungsorientiertes Prüfregime für Seilverfüllmittel aufgestellt. Dabei werden die folgenden Leistungsschwerpunkte berücksichtigt: • Korrosionsschutzvermögen • Schmierfähigkeit • Ausblutverhalten • Verträglichkeit mit Beschichtungen • Alterungsbeständigkeit

Das Projekt "Experimentelle und theoretische Untersuchungen zur Querkraft- und Torsionstragfähigkeit von Betonbrücken im Bestand" hatte zum Ziel, auf der Grundlage experimenteller und theoretischer Untersuchungen Möglichkeiten für eine zutreffendere Abschätzung der Querkraft- und Torsionstragfähigkeit von Spannbetonbrücken im Bestand mit geringen Querkraftbewehrungsgraden zu entwickeln. Dabei erfolgte einerseits die Weiterentwicklung der bestehenden Bemessungsverfahren auf Stufe 2 der BEM-ING Teil 2. Andererseits wurden Handlungsempfehlungen für vertiefte Berechnungsmodelle, die in Stufe 4 der BEM-ING Teil 2 Anwendung finden können, erarbeitet, um eine Entscheidungs- und Anwendungshilfe zur Bewertung der Standsicherheit für Querkraft und Torsion der betreffenden Brücken-bauwerke bereitzustellen. Um die realen Systemeigenschaften der Brückenüberbauten hinsichtlich der Biege- und Schubschlankheit sowie der Belastungsart möglichst repräsentativ abzubilden, wurden großformatige nachträglich vorgespannte Versuchskörper an drei verschiedenen Forschungseinrichtungen getestet. Während an der RWTH Aachen University an 16,5 m langen Durchlaufträgern und an der TU München an 4,5 m langen Substrukturen Querkraftversuche mit den Einflussparametern Querschnittsform, Querkraftbewehrungsgrad, Vorspanngrad, Durchlaufwirkung, Belastungsart und Verbundbedingung der Längsbewehrung durchgeführt wurden, sind an der TU Dortmund Querkraftversuche mit zusätzlicher Torsion an 12 m langen Durchlaufträgern unter Variation der Querschnittsform, der Interaktion von Momenten-, Querkraft- und Torsionsbeanspruchung, der Druckstrebenneigung und der Bügelformen untersucht worden. Im Schlussbericht wurden die Ergebnisse der experimentellen und theoretischen Untersuchungen dar-gestellt. Dazu wurde zunächst eine Zusammenfassung der Bemessung von Spannbetonbauteilen für Querkraft sowie Querkraft mit zusätzlicher Torsion nach aktueller Norm sowie der verfeinerten Bemessungsansätze auf Stufe 2 der BEM-ING Teil 2 gegeben und das Sicherheitskonzept der Bemessung im Bauwesen erläutert. Im darauffolgenden Abschnitt wurden die experimentellen Untersuchungspro-gramme der drei teilnehmenden Universitäten in Aachen, München und Dortmund dargestellt. Um die analytischen und numerischen Verfahren auf Stufe 2 und Stufe 4 der BEM-ING Teil 2 anzuwenden und zu vergleichen, wurden anschließend weitere experimentelle Untersuchungen aus der Literatur und ausgewählten Bauwerke dokumentiert, die anschließend zur Nachrechnung mit verschiedenen Modellen herangezogen wurden. Auf Grundlage der umfangreichen experimentellen Untersuchungen sowie einer Datenbankauswertung mit knapp 1300 Querkraftversuchen an Stahl- und Spannbetonträgern mit und ohne Querkraftbewehrung erfolgte eine Erweiterung der Querkraft- und Torsionsmodelle der Stufe 2 der BEM-ING Teil 2. Dadurch konnte eine realistischere Erfassung der günstigen Einflüsse gegliederter Querschnittsformen (bV,eff), einer Beanspruchung infolge verteilten Lasten (ΔVEd) und einer Vorspannung samt Spannungszuwachs (P+ΔP) ermöglicht werden. Anhand der durchgeführten Versuche mit Querkraft und zusätzlicher Torsion konnte gezeigt werden, dass durch Umlagerungen der inne-ren Kräfte eine Rotation der Druckstrebe im Bereich 1,75 ≤ cotθ ≤ 2,5 möglich und die freie Wahl der Druckstrebenneigung cotθ daher gerechtfertigt ist. Weiterhin dürfen unterschiedliche θ für die Nach-weise für Querkraft sowie Querkraft und Torsion angesetzt werden. Allerdings wird empfohlen, den Beiwert der Betondruckfestigkeit ν abhängig vom Überbauquerschnitt abzumindern. Der Nachweis gegen Betondruckversagen bei kombinierter Beanspruchung erfolgt dann auf Basis einer linearen Interaktion aus Querkraft und Torsion (V + T). Die Anwendung der vorgeschlagenen Weiterentwicklung der Querkraft- und Torsionsbemessung auf vier bestehende Brücken verdeutlicht den in der Praxis dringend benötigten Mehrwert des verfeinerten Bemessungsansatzes auf Stufe 2 der BEM-ING Teil 2. Neben der Vorstellung in Stufe 4 der BEM-ING Teil 2 gängiger Verfahren zur Brückennachrechnung wurden jeweils die wesentlichen Schritte der Berechnung bzw. Modellierung erläutert. Auf Basis einer anschließenden Bewertung der wissenschaftlichen Verfahren wurden Empfehlungen für eine breitere und trotzdem ausreichend sichere Anwendung für die Praxis gegeben. Hierbei wurden u.a. die Art der Modellierung, der Ansatz der Materialkennwerte, ein angepasstes Sicherheitskonzept für nichtlineare Verfahren einschließlich der Modellunsicherheit, der Umgang mit nicht normkonformer Bügel- und Längsbewehrung sowie die Vergleichbarkeit mit den anderen Stufe 4-Verfahren berücksichtigt. Für eine Auswahl der betrachteten Verfahren wurden durch vertiefte Untersuchungen Handlungsempfehlungen erarbeitet, die im Format und Wording an die BEM-ING Teil 2 angepasst wurden. In einem abschließenden Benchmark-Test wurde eine Auswahl an Versuchen und deren Nachrechnung dokumentiert, sodass in Zukunft die Eignung weiterer wissenschaftlicher Verfahren zur Nachrechnung von Betonbrücken bewertet werden kann.

Der überproportionale Anstieg des Verkehrs in den letzten Jahrzehnten (Last und Anzahl) in Verbindung mit der Altersstruktur der Brücken in Deutschland erfordert Erhaltungsmaßnahmen zur Aufrechterhaltung der Leistungsfähigkeit des Infrastrukturnetzes. Das steigende Schwerlastverkehrsaufkommen führt zu einer permanent hohen Brückenauslastung und einer beschleunigten Alterung. Der resultierende Bauwerkszustand kann eine Nutzungseinschränkung oder eine Verringerung der Restnutzungsdauer erforderlich machen. Umfangreiche Verstärkungsmaßnahmen oder ein Ersatz der betroffenen Bauwerke, insbesondere des älteren Brückenbestands, sind aufgrund eingeschränkter Kapazitäten und einem erhöhten Mittelbedarf kurzfristig nicht umsetzbar. Aus diesem Grund sind alternative Erhaltungsstrategien zu verfolgen, um die Aufrechterhaltung der Leistungsfähigkeit des Infrastrukturnetzes zu gewährleisten. Das Bauwerksmonitoring stellt hierbei ein Werkzeug der Erhaltungsplanung zur möglichen Verlängerung der sicheren Nutzung von Brückenbauwerken dar. Grundsätzlich ist der strategische Einsatz von Monitoring über die gesamte Lebensdauer möglich, um frühzeitig auf sich ankündigende Veränderungen des Tragwerkzustands reagieren zu können. Beim Bauwerksmonitoring handelt es sich um eine Spezialdienstleistung. Kenntnisse zum Einsatz und Nutzen von Monitoring und der Einbindung in die Erhaltungsplanung liegen den Straßenbauverwaltungen derzeit nur eingeschränkt vor. Vor diesem Hintergrund wurde von der Bundesanstalt für Straßenwesen eine Länderabfrage zum Einsatz von Monitoring bei den Straßenbauverwaltungen durchgeführt. Aus den gemeldeten Maßnahmen wurden Monitoringanwendungen für die detaillierte Erfassung der gesammelten Erfahrungswerte mittels Fragebögen ausgewählt. Das Ziel der Erfahrungssammlung ist den Stand der Technik des Bauwerksmonitorings und die Anwendungsmöglichkeiten zur Förderung einer strukturierten Anwendung von Monitoring aufzuzeigen. Im Rahmen der Erfahrungssammlung werden die Erfahrungswerte zu den Anwendungsbereichen, der Leistungsfähigkeit und der Grenzen von Brückenmonitoring dargestellt und sollen eine Erfahrungsgrundlage für die zukünftige Ausschreibung, Planung und Umsetzung von Brückenmonitoring bieten. In einem ersten Teil wird der Stand der Technik des Brückenmonitorings beschrieben und in Monitoringziele gegliedert. Die Monitoringziele richten sich überwiegend nach der Erfassung unterschiedlicher Bauwerksreaktionen, wie. z. B. die Erfassung von Verformungen oder Rissentwicklungen. Den Messzielen werden die in der Praxis angewandten Messverfahren zugeordnet. Neben Angaben zur Funktionsweise und Leistungsfähigkeit der Messtechnik werden Angaben zum Informationsgewinn gemacht. Es folgen Hinweise zu den Anwendungsgrenzen des Monitorings und zur Qualitätssicherung, sofern Erfahrungswerte vorhanden sind. In einem zweiten Teil werden in einer Beispielsammlung ausgewählte Monitoringmaßnahmen und deren Ergebnisse beschrieben. Es werden die Monitoringgründe, die für das Monitoring bedeutsamen Bauwerksmerkmale und das Ziel der Messungen aufgeführt. Neben den übergeordneten Gründen werden die verwendete Messtechnik, die Zuständigkeiten im Monitoringprozess, der Informationsgewinn und das Datenmanagement beschrieben. Ergänzend zur Darstellung des Stands der Technik und der Beispielsammlung von Monitoringanwendungen werden zusätzliche Erfahrungswerte aus den Fragebögen insbesondere zur Ausschreibung und Vergabe und den Zuständigkeiten der Akteure im Monitoringprozess in einer statistischen Auswertung analysiert und dargestellt.

Das deutsche Bundesfernstraßennetz umfasst knapp 40.000 Brückenbauwerke und deren regelmäßige Zustandsbewertung erfordert einen hohen Einsatz finanzieller und personeller Ressourcen. In festen Zeitintervallen erfolgt im Zuge der Bauwerksprüfung eine visuelle Inspektion jeder Brücke, die die Grundlage der Bewertung des Brückenzustands darstellt. Sowohl die Zustandserfassung als auch die -bewertung sind dabei jedoch personenabhängig und damit subjektiv. Bei Intelligenten Brücken kann durch die Verwendung von Sensoren und die kontinuierliche Überwachung die Zustandsbewertung verbessert und die Grundlage für ein prädiktives Erhaltungsmanagement gelegt werden. Um die Vorteile der Intelligenten Brücke umfänglich nutzbar zu machen, ist ein leistungsfähiges Datenmanagement erforderlich. Im Rahmen des Forschungsvorhabens „Konzepte für das Datenmanagement der Intelligenten Brücke“ wurde dazu ein Konzept für die digitale Infrastruktur der Intelligenten Brücke erarbeitet. Im Forschungsvorhaben wurde zunächst der Status quo analysiert. Dabei wurde das aktuell übliche Vorgehen zur Bestimmung des Bauwerkszustands sowie das mögliche zukünftige Vorgehen bei Intelligenten Brücken thematisiert. Zudem wurden die relevanten beteiligten Akteure (Betreiber, Fachplaner und Bauwerksprüfer) identifiziert und ihre grundlegenden Anforderungen an die zu erfassenden Daten ermittelt. Für die Erarbeitung der Anforderungen der beteiligten Akteure an die digitale Infrastruktur wurden zwölf Interviews mit zentralen Akteuren aus den drei identifizierten Bereichen durchgeführt. Die Interviewpartner wurden zu den Aspekten Datenerfassung, Datenübertragung, Datenhaltung und Datenaufbereitung bis hin zu möglichen Visualisierungen befragt. Die Erkenntnisse der Interviews, die Informationen aus der Erhebung zum Status quo sowie die Erfahrungswerte der Projektbeteiligten dienten anschließend als Grundlage für die Formulierung der Anforderungen an die digitale Infrastruktur der Intelligenten Brücke. Das erstellte (Mindest-) Anforderungsportfolio bezieht sich auf die ermittelten Ebenen des Datenmanagements (Datenerfassung, Datenübertragung, Datenhaltung, Datenaufbereitung, Datenauswertung und Lebenszyklusmanagement) und bildet den Rahmen für das Konzept zur digitalen Infrastruktur. Der Bereich der Datenerfassung beinhaltet die Erhebung, die Erschließung, die Digitalisierung sowie die Umformatierung unterschiedlichster Daten sowie Datenformate. Im Rahmen des Konzepts wurden die Zielstellung, zu berücksichtigende Datencluster, die Sensorausstattung und Messintervalle sowie die Bauwerke thematisiert. Die Datenübertragung wird definiert als die Übermittlung der erfassten Messwerte vom Sensor zur verarbeitenden Einheit sowie von der verarbeitenden Einheit zum Datenspeicher und kann prinzipiell drahtlos oder drahtgebunden erfolgen. Für die Übertragung der Daten vom Sensor zum Messrechner an der Brücke wird eine überwiegend drahtlose Übertragung vorgesehen, die anschließende Übertragung der Daten vom Messrechner zum Datenspeicher hingegen erfolgt drahtlos über den 5G-Mobilfunkstandard. Die Datenhaltung umfasst die Speicherung der gewonnenen Daten in strukturierter Form in einer Datenbank sowie die mit der Datenspeicherung in direktem Zusammenhang stehenden Prozesse. Das Konzept sieht eine cloudbasierte Lösung vor, die sowohl als Public oder Private Cloud realisiert werden kann. Die Datenaufbereitung und die Datenauswertung behandeln die Weiterverarbeitung sowie die Erhöhung der Qualität der erfassten Daten und sollten grundsätzlich automatisch erfolgen. Die letzte Ebene des Konzepts stellt das Lebenszyklusmanagement dar, wobei die Objektebene und die Netzebene unterschieden werden. Die Betrachtung auf Objektebene erfolgt auf Grundlage der erfassten sowie der aufbereiteten Daten individuell für jede Brücke. Die Betrachtung auf Netzebene hingegen sieht die Betrachtung von großflächigen Brücken-Clustern von einer übergeordneten Perspektive aus vor. Für das entwickelte Konzept zur digitalen Infrastruktur wurden abschließend verschiedene Aspekte der Umsetzung behandelt. Dazu zählen notwendige Anpassungen der Prozesse im Betrieb, organisatorische Anpassungen, erforderliche personelle Qualifizierung, zu beschaffende Hard - und Softwareausstattung sowie eine exemplarische Abschätzung der Kosten. Die Intelligente Brücke liefert im Zusammenspiel mit einem adäquaten Datenmanagement durch die kontinuierliche Überwachung mit Sensoren umfangreiche Informationen zu den tatsächlich aufgetretenen Einwirkungen sowie den tatsächlich vorhandenen Widerständen einer Brücke. Hierdurch ergeben sich neue Möglichkeiten, wie etwa die Durchführung der Nachrechnung auf Grundlage der tatsächlichen Einwirkungen und Widerstände oder die kontinuierliche rechnerische Zustandsbewertung. Darüber hinaus können weitere zukunftsweisende Technologien, wie z. B. der Einsatz von Drohnen, Virtual Reality oder Augmented Reality, berücksichtigt werden.

Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Validierung neu entwickelter Nachweisformate im Zuge der Fortschreibung der Nachrechnungsrichtlinie. Hierzu wird in einem theoretischen Arbeitspaket das Fachwerkmodell mit additivem Betontraganteil anhand repräsentativer Beispielbauwerke und Versuche bewertet. Neben analoger Anwendung an Beispielbauwerken wird auch das Sicherheitsniveau der kanadischen Norm CSA A.23 diskutiert und darauf aufbauend werden Entscheidungshilfen zur Anwendung bei der Nachrechnung formuliert. Parallel dazu werden im Rahmen experimenteller Untersuchungen an vorgespannten Balkenelementen mithilfe der Substrukturtechnik mögliche Effekte aus einer Variation des Längsbewehrungsgrades analysiert. Anhand eines Durchlaufträgers wird die Substrukturtechnik validiert. Wesentliche Ergebnisse der experimentellen und theoretischen Untersuchungen werden im Folgenden vorgestellt. Für weiterführende, im Detail erläuternde Informationen wird auf den Schlussbericht verwiesen. Das beobachtete Versagen geprüfter Balkenelemente kann als klassisches Biegeschubversagen bei teilweise unterschiedlicher finaler Ausprägung klassifiziert werden. Die Plattenbalkenquerschnitte zeigen vor Erreichen der Bruchlast zusätzliche, unmittelbare Schubzugrisse in bereits gerissenen Druckspannungsfeldern in Feld- und Stützbereichen. Mit Erreichen der Bruchlast lokalisiert sich in einem kritischen Biegeschubriss bzw. einschießendem Schubzugriss die finale Bruchkinematik. Die freiwerdende Energie kann nur durch die Steifigkeit der Gurte bzw. das kreuzende Spannglied gedämpft werden, weshalb das Bruchverhalten der Versuche mit dem geringsten Längsbewehrungsgrad besonders abrupten Charakter zeigt. Die Systemduktilität eines Querkraftversagens wird somit nicht unmittelbar und ggf. nicht vorrangig durch den Schubbewehrungsgrad gesteuert, auch der Längsbewehrungsgrad sollte hierfür berücksichtigt werden. Im Rahmen der betrachteten Versuchsreihe beeinflusst ein reduzierter Längsbewehrungsgrad die Schubtragfähigkeit nicht nachteilig. Dies wird durch einen signifikanten Dehnungszuwachs der initial moderat vorgespannten Spannglieder ermöglicht. Die Neigung kritischer Schubrisswinkel verläuft bei allen Versuchen flacher als der zulässige Schubrisswinkel βr nach Nachrechnungsrichtlinie (βr ≤ 25,45°). Die Mobilisierung derart flach geneigter Druckspannungsfelder ermöglicht die im Bericht ausgewiesenen erreichten Traglasten. Vor dem Hintergrund der Nachrechnung von Bestandsbrücken ist – neben der begrenzten Datengrundlage – von einer weiteren Anpassung hin zu flacher ansetzbaren Schubrisswinkeln abzusehen, da damit implizit eine ausreichende Duktilität der Querkraftbewehrung angenommen wird. Dieser Umstand wird aber nicht geprüft, meist ist dies auf Basis der Bestandsunterlagen ohnehin nicht möglich. Die theoretische Betrachtung unter Verwendung des Fachwerkmodells mit additivem Betontraganteil zeigt eine gute Abbildung der Tragfähigkeit, weitgehend unabhängig vom Querkraftbewehrungsgrad. Für Durchlaufträger unter Streckenlasten konnte gezeigt werden, dass die Tragfähigkeit bei Nachweis im Abstand 2d vom Auflager besser abgebildet werden kann. Hinsichtlich des Einflusses des Längsbewehrungsgrades zeigt sich, dass alle zur Bewertung herangezogenen Ansätze (DIN FB, NRR, CSA A23.3) mit abnehmendem Längsbewehrungsgrad eine zunehmend konservative Abbildung der Tragfähigkeit ergeben. Bei Anwendung diskutierter Nachweisformate auf repräsentative Brückenbauwerke erlaubt das Fachwerkmodell mit additivem Betontraganteil signifikant höhere Tragwiderstände und erlaubt damit oftmals eine erfolgreiche Nachweisführung, insbesondere bei schwachem Schubbewehrungsgrad. Bei großen Querkraftbewehrungsgraden kann hier die – zusätzlich explizit abgeminderte – rechnerische Druckstrebentragfähigkeit maßgebend werden. Es wurden im Zuge der Berechnungen keine kritischen Punkte identifiziert, die gegen eine Anwendung des Fachwerkmodells mit additivem Betontraganteil im Zuge einer Brückennachrechnung sprechen. Aus-wirkungen aus einer Interaktion zwischen Querkraft- und Torsionsbeanspruchung wurden nicht betrachtet. Neben einer Evaluierung des Teilsicherheitskonzeptes und anzusetzender Lastmodelle der kanadischen Norm CSA A23.3 im Vergleich zu DIN FB 102 konnte ein kritischer Punkt identifiziert werden. Die Spannung im Spannstahl darf zum Zeitpunkt der Dekompression vereinfachend zu 70 % der Zugfestigkeit des Spannstahls pauschal angesetzt werden, was im Hinblick auf das Gros deutscher Bestandsbrücken eine nichtkonservative, verfälschende Annahme darstellt. Eine Nachrechnung nach kanadischer Norm kann damit nur in Fällen ausreichender Vorspannung (εx(H/2) ≤ 0) empfohlen werden. Abschließende Betrachtungen zur Tragfähigkeit nach prEC2 zeigen, dass selbige stets größer ist als nach aktuellem EC2 und EC2+NA(D), die sich in den Vorwerten CRd,c unterscheiden. Eine mögliche Anwendung des CSCT Ansatzes als additiver Betontraganteil erfordert weiterführende systematische Untersuchungen.

Ein Großteil der heute vorhandenen Stahlbrücken wurde in den 1960er Jahren errichtet, als man der Problematik der Materialermüdung noch nicht den notwendigen Stellenwert eingeräumt hatte. Seit Ende der 1990er Jahre ist bei diesen Bauwerken eine stetige Zunahme von Schäden zu verzeichnen, die durch die geringe Ermüdungsfestigkeit einzelner Konstruktionsdetails in Kombination mit erhöhten Beanspruchungen durch den zunehmenden Schwerverkehr verursacht werden. Da Ersatzneubaumaßnahmen sowohl mit hohen Kosten als auch mit langwierigen Genehmigungsverfahren verbunden sind, gilt es, den Bestand der vorhandenen Bauwerke ausreichend lange zu erhalten. Um auch bei weiter ansteigenden Ermüdungsbeanspruchungen eine hinreichende Restlebensdauer sicherzustellen, werden wirksame Konzepte und neue Lösungen für die Erhaltung von Stahlbrücken erforderlich. Mit der „Verstärkung des Deckblechs orthotroper Fahrbahnplatten durch Aufkleben von Stahlblechen“ wird ein spezieller, jedoch vielversprechender Lösungsansatz verfolgt und eingehend untersucht. Die erforderlichen Untersuchungen sind so umfangreich, dass die folgenden vier aufeinander bezogenen Projekte initiiert wurden, um eine angemessene Abwicklung zu gewährleisten: • Numerische Untersuchungen • Klebtechnologie • Dauerfestigkeitsuntersuchungen • Fugen- und Randausbildung Im Projekt „Numerische Untersuchungen“ wird am Beispiel der orthotropen Platte der Rheinbrücke Duisburg-Neuenkamp mithilfe eines numerischen Modells gezeigt, dass die Verstärkung des Deckblechs eine sinnvolle Maßnahme ist, um Spannungen in der Platte und örtliche Durchbiegungen des Deckblechs wirkungsvoll zu vermindern. Das Projekt „Klebtechnologie“ beschreibt die Entwicklung eines praxistauglichen Klebverfahrens, das auf die speziellen Rahmenbedingungen abgestimmt wurde, die bei der Erhaltung von orthotropen Fahrbahnplatten bestehen. Kern des Projekts „Dauerfestigkeitsuntersuchungen“ bildet ein aufwändiges Versuchsprogramm mit praxisnahen Dauer-Schwell-Biege-Prüfungen. Als wesentliches Ergebnis wurde der Nachweis erbracht, dass die Klebverbindungen den dynamischen Beanspruchungen aufgrund der herkömmlichen Verkehrsbelastung dauerhaft widerstehen können. Im Projekt „Fugen- und Randausbildung“ wurde die Anordnung von Fugen und die Gestaltung von Randabschlüssen konzipiert und deren Tauglichkeit untersucht. In Anlehnung an das Projekt „Dauerfestigkeitsuntersuchungen“ wurde anhand von Versuchen eine ausreichende Ermüdungsfestigkeit nachgewiesen. Die im Rahmen dieser vier Projekte durchgeführten Untersuchungen werden erläutert und die erzielten Ergebnisse dargestellt. Damit sind die labortechnischen Untersuchungen zur „Verstärkung des Deckblechs orthotroper Fahrbahnplatten durch Aufkleben von Stahlblechen“ erfolgreich abgeschlossen. Die gewonnenen Erkenntnisse bilden eine wesentliche Grundlage für erste Pilotanwendungen in der Praxis. Anhang A enthält alle wesentlichen Parameter, Ergebnisse, Einzelwerte und Fotos. Bei der vorliegenden Veröffentlichung handelt es sich um eine von der „Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Abteilung Bauwissenschaften der Universität Duisburg-Essen“ genehmigte Dissertation zum Erwerb des Doktorgrades. Die mündliche Prüfung fand am 04.11.2022 statt. Gutachterin und Gutachter waren Frau Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Natalie Stranghöner und Herr Univ.-Prof. Dr.-Ing. Markus Feldmann. Herzlich bedanke ich mich an dieser Stelle bei Frau Prof. Stranghöner sowohl für die perfekte Betreuung aber insbesondere auch für den entscheidenden Impuls, die Arbeiten in einer Dissertation zu bündeln, bei Herrn Prof. Feldmann für die Begutachtung sowie bei zahlreichen Kolleginnen und Kollegen aus der Abteilung Brücken- und Ingenieurbau der BASt für die Unterstützung auf vielfältige Art und Weise und dabei ganz besonders bei Herrn Bert Quaas und Herrn Michael Staeck für den engagierten Einsatz im Labor und an der Hydropulsanlage.

Um die BIM-Methode im Erhaltungsmanagement von Brückenbauwerken anzuwenden und die BIM-Modelle über die Lebenszyklusphasen Planung und Bau auch im Betrieb durchgehend nutzen zu können, müssen frühzeitig Definitionen und Anforderungen festgelegt werden, die an die BIM-Methodik für das Erhaltungsmanagement gestellt werden. Das Ziel des Projektes ist es, den gesamten Informationslebenszyklus eines Brückenbauwerkes zu untersuchen und dabei insbesondere die für das Betriebs- und Erhaltungsmanagement notwendigen Informationen zu berücksichtigen. Wesentlich dabei ist es, zu identifizieren, welche Informationen relevant für die gängigen Anwendungsfälle und Szenarien im Erhaltungsmanagement sind. Die relevanten Informationen werden dann den möglichen Datenquellen zugeordnet. Der Fokus liegt dabei auf der Praxistauglichkeit sowohl beim Erhaltungsmanagement, das üblicherweise von Behörden verantwortet wird, als auch im Informationsbeschaffungsprozess, bei dem verschiedene Beteiligte involviert sind. In den vergangenen 15 Jahren wurden im Rahmen verschiedener Projekte umfangreiche Untersuchungen zur Anwendung von BIM im Brückenbau durchgeführt. Dabei stellt vor allem die Veröffentlichung des IFC-Bridge Standards einen wesentlichen Fortschritt dar. Dennoch fehlen weiterhin konkrete Prozesse, Standards sowie Umsetzungsstrategien des Bundes. Expertenbefragungen hinsichtlich der Informationsanforderungen und der Umsetzung von Anwendungsfällen im Erhaltungsmanagement haben zu den Ergebnissen geführt, dass der Umfang der in den bestehenden Regelwerken geforderten Informationen ausreichend ist, die Informationsquellen und die Form der Information selbst jedoch nicht einheitlich und eindeutig sind. Aus den Befragungen und Analysen des Status quo im Erhaltungsmanagement hat sich ein Konzept entwickelt, welches aus einem Frontend, also der Benutzeroberfläche eines BIM-Bestandsmanagementsystems, und aus einem Backend mit den verschiedenen Datenquellen besteht. Die Grundprinzipien des Konzeptes sind, dass alle Informationen im Backend vorhanden sein sollen und dass alle Informationen in einer auswertbaren Form zur Verfügung stehen müssen. Hinsichtlich der Zuordnung zwischen Dokumenten und Modelelementen wurde eine Verknüpfung über ein Metadatenkonzept oder das Hinterlegen von Links hinsichtlich der Handhabung als sinnvoll erachtet. Dabei werden die Daten in ihrer ursprünglichen Form beibehalten und so eine langfristige Archivierung sichergestellt. Um die als notwendig identifizierten Informationen möglichst aufwandsarm zu erheben und für den Betrieb bereitzustellen, wurden zunächst die Begriffe As-built Modell und Digitale Bauwerksakte definiert. Im Rahmen einer BIM-gestützten Planung ist für ein As-built Modell sicherzustellen, dass dieses im Rahmen der Toleranzen dem gebauten Zustand entspricht. Für die Einführung des BIM-gestützten Erhaltungsmanagement bei Bestandsbrücken ergibt sich die große Herausforderung, dass Daten vielfach nur begrenzt digital vorliegen. Für die Erstellung der digitalen Bauwerksakte wurden die Ansätze Fusion-Data und Linked-Data un-tersucht und der Linked-Data Ansatz weiterverfolgt. Für die Verwaltung von As-built Modellen wird das IFC 4x2 Format empfohlen. Für die Anwendungsfälle Bauwerksprüfung, Nachrechnung, Schwertransporte, Durchführung von Erhaltungsmaßnahmen, Erweiterung des Bauwerks in Form von Um- und Ausbau sowie die Auswertung von Netzstatistiken wurde der Einfluss von BIM, die Nutzung der Informationen sowie die daraus entstehenden Soll-Prozesse im Betrieb konzipiert. Dafür wurde anhand eines praxisgerechten Konzepts die Umsetzung der Anwendungsfälle über das Frontend dargestellt. Das Konzept verfolgt die Voraussetzungen einer webbasierten Software als Frontend, welche als Zugang zur digitalen Bauwerksakte dient. Zur Demonstration der entwickelten Konzepte werden anhand des realen Projektes BW 27/1 der A99 die BIM-Anwendungsfälle des Erhaltungsmanagements implementiert. Auf Grundlage der in den AIA ergänzten Attributtabellen wurden die Attribuierung der BIM-Modelle sowie die Prüfung der Attribute durchgeführt. Weiterhin wurden die Dokumente auf Grundlage der entwickelten Konvention parametrisiert und regelbasiert mit den Daten verlinkt. Auf Grundlage der daraus erstellten digitalen Bauwerksakte wurde für die Umsetzung der Anwendungsfälle eine softwarespezifische Demo erstellt. Auf Grundlage der im Projekt begegneten Technologien wird ein Ausblick in künftige Trends und Entwicklungen gegeben. Laut einer Studie von Roland Berger werden Trends wie Cloud-Computing, Big Data, Internet of Things, Künstliche Intelligenz, Blockchain, Virtual und Augmented Reality, Robotik, Sensorik oder Smart Buildings und Smart Cities auch maßgebenden Einfluss auf das Planen, Bauen und Betreiben der Bauwerke von morgen haben.

Die Anpassung von Bestandsbrücken für zukünftige Verkehrsbelastungen ist häufig mit der Veränderung oder Erneuerung der Fahrbahn verknüpft. Der geänderten Situation entsprechend sind statische Nachweise zur Tragsicherheit erforderlich. Die Nachrechnungsrichtlinie [1] für den Teil Mauerwerk soll mit der Nachrechnung bestehender Gewölbebrücken validiert, sowie auf den aktuellen Stand der computerunterstützten Nachweisführung angepasst werden. Bei Bogenbrücken aus Mauerwerk und unbewehrtem Beton ist das sogenannte Stützlinienverfahren vorteilhaft anwendbar, da hiermit die Strukturnichtlinearität infolge der belastungsabhängigen Rissbildung mit klaffenden Fugen berücksichtigt wird. Beim Nachweis von Mauerwerksstrukturen sind im Allgemeinen die drei folgenden Nichtlinearitäten zu berücksichtigen: • Strukturnichtlinearität (klaffende Fugen) • Geometrische Nichtlinearität (Knicken) • Materialnichtlinearität („plastisches“ Verhalten von Mörtel) Die Analyse nichtlinearer Aufgabenstellungen erfordert deshalb vertiefte Fachkenntnisse des Ingenieurs. Im Gegensatz zur linear-elastischen Berechnung sind hier Sensitivitätsuntersuchungen notwendig, damit sich die Einflüsse bestimmter Eingangswerte besser beurteilen lassen. Das Baumaterial Mauerwerk lässt sich bei genauerer Analyse nicht mehr als elastisches Kontinuum abbilden, da sich die Struktur entsprechend der Einwirkungskombination durch Rissbildung mit sich öffnenden Fugen verändert. Mithilfe der Methode der finiten Elemente entsteht mit Einbau von Kontaktelementen zwischen den Fugenrändern der Steine das sogenannte Diskontinuumsmodell. Die verknüpften Kontaktelemente übertragen nur Druck- und Reibungskräfte. Dieses wichtige Detail ermöglicht die realitätsnahe Modellierung von Mauerwerk mit Rissbildung unter Laststeigerung. Die Tragfähigkeit von Mauerwerk wird neben der Steindruckfestigkeit im Besonderen von der Steinzugfestigkeit bestimmt. Bei Bogenbrücken aus quaderförmigem Natursteinmauerwerk spielt wegen der verhältnismäßig geringen Fugendicke die Mörteldruckfestigkeit eine untergeordnete Rolle. In der aktuellen Normung wird vereinfachend auf der Widerstandsseite nur ein einziger Sicherheitsbeiwert Ƴm festgelegt. Zur rechnerischen Erschließung weiterer Tragreserven lassen sich aber auch die Einzelkomponenten auf der Widerstandsseite absichern. 1. Die Teilsicherheitsfaktoren basieren auf folgendem Nachweisprinzip: Berechnung der Beanspruchung der Konstruktion über Spannungen mit Schnittgrößen (Stützlinie oder Stützfläche); Darstellung als Beanspruchungspfad 2. Ermittlung der Beanspruchbarkeit des Mauerwerks (Darstellung als Bemessungs-Traglastkurve) 3. Vergleich Beanspruchung ≤ Beanspruchbarkeit Am Beispiel von fünf Gewölbebrücken aus Mauerwerk wird die Nachrechnungsrichtlinie für den Einsatz aktueller Rechentechnik und dem aktuellen Stand der Normung validiert. Im Zuge dieses Forschungsvorhabens sind für die praktikable Nachweisführung Vorschläge zur Aktualisierung der Richtlinie dokumentiert. Dabei wurden folgende Parameter untersucht: • Geometrie mit verschiedener Spannweite, Stichhöhe, Bogendicke, Kreisbögen mit konstantem und konischem Querschnittsverlauf vom Scheitel bis zum Kämpfer • Steifigkeit der Bögen mit E-Modul für Mauerwerk • Steifigkeit der Aufbauten als Auffüllung (Hinterfüllung) • Laststellungen mit Lastverteilung in Querrichtung (mitwirkende Breite) • Einwirkung aus Temperatur • Mauerwerksart: Ziegel- Natursteinmauerwerk • Mauerwerk verschiedener Festigkeiten • Bemessungsfestigkeit aus Sicherheitskonzept • Bemessungs-Tragfähigkeit unter ausmittiger Beanspruchung (Bemessungs-Traglastkurve) Die Ausnutzungsgrade für die Nachweise wurden dokumentiert: 1. Grenzzustand der Tragfähigkeit (GZT) • Ausnutzungsgrad für maßgebende Einwirkungskombination • Ausweis der Tragreserve für eine mögliche Laststeigerung (faktorisierbare Lastbilder) 2. Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit (GZG) • Nachweis, dass unter dem 1,0-fachen Lastmodell der Querschnitt rechnerisch nur bis zur Querschnittsmitte aufreißen (klaffen) darf, d.h. Resultierende der Beanspruchung mit Ausmitte bis zur 2. Kernweite (m ≤ 2) • Nachweis, dass unter ständigen Einwirkungen der Querschnitt rechnerisch überdrückt ist, d. h. Resultierende der Beanspruchung mit Ausmitte bis zur 1. Kernweite (m ≤ 1) Die Beispielbrücken ließen sich auf Grundlage der ergänzten Nachrechnungsrichtlinie nachweisen, wobei alle geforderten Grenzzustände eingehalten sind.