Für das Pilotprojekt „Intelligente Brücke im Digitalen Testfeld Autobahn“ wurde das Bauwerk BW 402e im Bereich des AK Nürnberg mit vier einzelnen, voneinander unabhängigen Monitoring­Systemen, einem Server und einer Internet­Verbindung ausgestattet. Die Monitoring­Systeme bestehen aus zwei intelligenten Kalottenlagern, einer intelligenten Schwenktraversen­Dehnfuge, dem System RTMS zur Erfassung relevanter Brückenkennwerte und Verkehrsbelastungen und einem drahtlosem Sensornetz zur Erfassung von Bauwerkseigenschaften und Wetter. Während der fünfjährigen Projektlaufzeit wurde der Betrieb und die Funktionsfähigkeit der Anlage sichergestellt, sodass die Systeme Datenerfassungsquoten zwischen 70 % und 97 % erreichten. Alle Systeme verarbeiten die Sensordaten automatisiert auf der lokal installierten Hardware zu relevanten Kenngrößen, die den Zustand des Bauwerks, einzelner Bauteile sowie Verkehrseinwirkungen und klimatische Einwirkungen erfassen. Diese aggregierten Daten sowie die Messdaten werden auf dem Server gespeichert bzw. in einer Datenbank abgelegt. Basierend auf dieser Datenbank werden die Ergebnisse kontinuierlich und mit einem möglichst geringen Zeitversatz tabellarisch und grafisch auf einer Webpage den Betreibern zur Verfügung gestellt. Zu den Ergebnissen, die auf der Webpage dargestellt werden, gehören Status der Messsysteme und Einzahlwerte zum Bauwerksstatus und Verkehr, Wetterdaten, Verkehrsdaten und Oberflächentemperaturen, Bauwerkssteifigkeit und externe Vorspannung, statistisch ausgewertete Messdaten und Auslastungsgrade, Daten der intelligenten Fahrbahnübergangskonstruktion und der intelligenten Lager, Messdaten aus dem drahtlosen Sensornetz, Störungen bzw. Ausfall der Internetanbindung und Informationen zum Bauwerk.

Deutschland ist ein Gebiet mit überwiegend niedriger Seismizität. Viele Anforderungen der aktuellen europäischen Erdbebennorm für Brücken DIN EN 1998-2 sind daher für eine sichere Auslegung von Brücken in Deutschland in dieser Art nicht angemessen, sodass deren vollständige Anwendung weder notwendig noch wirtschaftlich ist. In diesem Forschungsvorhaben wurde ein Konzept für eine vereinfachte Erdbebenauslegung für Straßenbrücken in Deutschland entwickelt. Die so ausgelegten Brücken erfüllen bei minimalem Aufwand in der Planungsphase alle notwendigen Anforderungen an Brücken aus DIN EN 1998-2. Das Konzept ist für die Bemessung von Neubauten gedacht und beinhaltet vier Stufen: I. keine Erdbebenauslegung notwendig; II. vereinfachte Auslegungsregeln ohne explizite Erdbebenberechnung; III. vereinfachte Erdbebenberechnung; IV. Erdbebenbemessung nach DIN EN 1998-2 + NA. Für jede Stufe ist in Abhängigkeit vom Brückentyp und der Überbaulänge eine maximal zulässige Erdbebenintensität definiert. Die Erdbebenintensität wird beschrieben als Produkt aus Bemessungs-Bodenbeschleunigung und Bodenfaktor ag·S. Das Konzept ist ausgearbeitet für ein- und zweifeldrige Plattenbalkenbrücken in Stahlbeton, Spannbeton und Verbundbauweise, für ein- und zweifeldrige Plattenbrücken in Stahlbeton sowie für integrale Rahmenbrücken in Stahlbeton, Spannbeton und Verbundbauweise. Für diese Brückentypen und für verschiedene Parametervariationen wurden numerische Modelle erstellt, diese für gewöhnliche Lasten ausgelegt und anschließend das Tragverhalten unter Erdbeben mittels modalen Antwortspektrenverfahren untersucht. Die Auswertung erfolgte im Hinblick auf die Ausnutzung relevanter Zustandsgrößen unter Erdbeben im Verhältnis zu gewöhnlichen Lasten. Die Ergebnisse der Untersuchungen wurden in Formulierungsvorschläge für Regelwerke überführt, die den Anwendungsbereich, Anforderungen an die Brückentypen, vereinfachte Auslegungsregeln sowie vereinfachte Berechnungsverfahren für Straßenbrücken in deutschen Erdbebengebieten enthalten.

Das Bundesfernstraßennetz ist verschiedenen Herausforderungen wie u.a. das gesteigerte Verkehrsaufkommen und die hohe Altersstruktur der Bauwerke ausgesetzt. Aktuell basiert das Erhaltungsmanagement von Brücken auf regelmäßigen Bauwerksinspektionen, die weitestgehend aus einer visuellen Bewertung bestehen. Um den derzeitigen Herausforderungen adäquat zu begegnen sowie vorausschauend handeln zu können, müssen neue, effektive und effiziente Lösungen gefunden werden. Daher hat die BASt 2011 den Forschungsschwerpunkt „Intelligente Brücke“ ins Leben gerufen. Unter Verwendung digitaler Technologien und Methoden wurde damit eine Grundlage für ein prädiktives Erhaltungsmanagement geschaffen, welches Bauwerkseigentümer bei der Gewährleistung der Sicherheit, Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit ihrer Bauwerke unterstützen soll. Im Rahmen dieses Berichts wurden die relevanten zumeist konzeptionellen Arbeiten aus den Jahren 2011 bis 2020 zusammengestellt. Der Fokus liegt dabei auf den Aspekten Datenerfassung, -aufbereitung, -analyse und -bewertung, -management sowie Qualitätssicherung. Die erfolgten Arbeiten bilden die Grundlage für die Realisierung verschiedener Reallabore, in denen ausgewählte Entwicklungen und Forschungsansätze an Bauwerken unter realen Bedingungen erprobt, bewertet und weiterentwickelt werden. Das Reallabor „Intelligente Brücke im Digitalen Testfeld Autobahn“ wird in diesem Bericht im Detail vorgestellt und die eingesetzten Systeme hinsichtlich ihrer Praxistauglichkeit und Dauerhaftigkeit beurteilt. Bei dem Bauwerk handelt es sich um eine vierfeldrige Spannbeton-Hohlkastenbrücke, die mit den vier Messsytemen „Brückenkennwerte“, „drahtloses Sensornetzwerk“, „instrumentierte Lager“ und „instrumentierter Fahrbahnübergang“ ausgestattet ist. Über einen Zeitraum von 5 Jahren erfolgen an dem Reallabor Forschungsprojekte, mit dem Ziel, die Messsysteme im Zusammenhang zu Demonstrieren und Verfahren zur zuverlässigen Erfassung und automatisierten Auswertung sowie eine Webanwendung zur Publikation der Ergebnisse zu entwickeln. Damit stehen Informationen zu Verkehr, Wetter- und Klimaeinflüssen, bauteil- und bauwerksbezogene Kennwerte zur Verfügung. Durch die kontinuierlichen Erkenntnisse zu Einwirkungen und Status des Bauwerks und der instrumentierten Bauteile kann der Betreiber der Brücke unterstützt werden. Die im Rahmen des Reallabors „Intelligente Brücke im Digitalen Testfeld Autobahn“ gewonnenen Erkenntnisse und Erfahrungen schaffen eine wichtige Grundlage für die Konzeption weiterer Reallabore. Anhand von Reallaboren werden kontinuierlich Realdaten generiert, die als Grundlage für weitere Forschung dienen können im Hinblick auf u.a. die Verifizierung von Systemannahmen, Überprüfung und Kalibrierung von Ingenieurmodellen sowie die Weiterentwicklung von datenbasierten Algorithmen. Darüber hinaus bieten Reallabore optimale Bedingungen zur Erprobung und Weiterentwicklung von praxistauglichen und zuverlässigen Innovationen.

Bei Brücken mit Dehnlängen bis ca. 50 m können Fahrbahnübergänge aus Asphalt zur Anwendung kommen, die seit 2003 in den „Zusätzlichen Techni¬schen Vertragsbedingungen und Richtlinien für Ingenieurbauten“ (ZTV-ING Teil 8 Abschnitt 2) [1] geregelt sind, während bei Brücken mit großen Spannweiten Fahrbahnübergänge aus Stahl eingesetzt werden. Neben den geringeren Kosten liegen die Vorteile dieser Bauweise vor allen Dingen in der Schnelligkeit beim Einbau, der Möglichkeit der fahrstreifenweisen Erneuerung sowie in der geringen Geräuschentwicklung und dem Fahrkomfort bei den Überrollungen durch die Kraftfahrzeuge. Bei kleineren freien Dehnlängen bis ca. 12,5 m werden in der Regel Vergussfugen nach den ZTV Fug-StB [2] eingebaut. In einigen Fällen sind bei Brücken mit bis zu 12,5 m freier Dehnlänge wiederholt schadhafte Vergussfugen aufgefallen und durch Fahrbahnübergänge aus Asphalt ersetzt worden. Das führt dazu, dass in diesen Fällen das zum Einsatz kommende Fahrbahnübergangssystem überdimensioniert ist, da die Einbaubreite für Brücken bis 50 m freier Dehnlänge ausgelegt ist. In diesen Fällen wäre es wegen der geringen Größen der tatsächlich auftretenden Fugenbewegungen sinnvoll, wenn die Möglichkeit bestände, von den festgelegten Abmessungen der Fahrbahnübergänge aus Asphalt abzuweichen. Durch schmalere Einbaubreiten könnten die Einwirkungen der Kfz-Überrollungen auf die Fahrbahnübergänge aus Asphalt verringert und Verdrückungen vermieden werden. Daher wurden in den letzten Jahren als Ersatz für Vergussfugen nach den ZTV Fug-StB [2] bei Brücken mit geringen freien Dehnlängen sowie beim Übergang von Beton- zu Asphaltfahrbahnen in einigen Fällen Fahrbahnübergänge aus Asphalt in geringer Breite (im Folgenden als „Belagsdehnfugen“ bezeichnet) eingebaut. Aber auch bei Neubauten wurde diese Bauweise in eini¬gen Fällen einer herkömmlichen Vergussfuge nach ZTV Fug-StB [2] vorgezogen, um die Wahrschein-lichkeit eines Schadens möglichst gering zu halten. Die Einbaubreiten betrugen bei Brücken bis 12,5 m freie Dehnlänge in der Regel 7 cm bis 15 cm. In einigen Fällen wurden auch Belagsdehnfugen in Breiten von 20 cm bis 45 cm eingebaut. Belagsdehnfugen wurden unter anderem auch entlang von Brückenkappen sowie vor Fahrbahnübergängen aus Stahl und über Kammerwänden eingebaut. Da die Bauart von den Festlegungen in den ZTV-ING 8-2 [1] abweicht, ist für den Einsatz auf Brücken im Zuge von Bundesfernstraßen eine Zustimmung im Einzelfall erforderlich. In dem nachfolgenden Bericht werden die Bauart sowie die Besonderheiten beim Einbau detailliert beschrieben. Dazu wurde bei einer Baumaßnahme der Einbau begleitet und dokumentiert. Außerdem wurde an 50 ausgesuchten Bauwerken, bei denen Belagsdehnfugen in den letzten 12 Jahren eingebaut wurden, die Bewährung in der Praxis überprüft. Unter den untersuchten Bauwerken waren 32 Brückenbauwerke und 18 Kreisverkehre sowie ein Busbahnhof. An 20 Bauwerken wurden die Belagsdehnfugen nach 2- bis 10-jähriger Liegezeit inspiziert und bei 30 Bauwerken erfolgte die Erfahrungssammlung auf der Grundlage von Erfahrungsberichten der zuständigen Verwaltungen, für deren Unterstützung wir uns bedanken. Verformungen in den Rollspuren, wie sie bei herkömmlichen Fahrbahnübergängen aus Asphalt in einigen Fällen ein Problem darstellen, wurden hier nicht vorgefunden. Durch die verminderte Einbaubreite konnten die Einwirkungen der Kfz-Überrollungen auf die Belagsdehnfugen verringert werden. Bei den festgestellten Schäden handelt es sich überwiegend um Ablösungen zwischen Belagsdehnfuge und Asphaltdeckschicht bzw. Betonfahrbahn oder um oberflächlich abgetragenes Bindemittel in den Rollspuren der Belagsdehnfuge. Allerdings zeigte sich bei den Brückenbauwerken eine deutlich geringere Anzahl von Schäden als bei den Kreisverkehren. Daher wurde die Abhängigkeit der Schadenshäufigkeit von den Einsatzbereichen und den angrenzenden Schichten gesondert betrachtet An den untersuchten Brückenbauwerken wurden nur an ca. 3 % der Belagsdehnfugen Ablösungen zwischen Belagsdehnfuge und Asphaltdeckschicht und an weiteren ca. 3 % der Belagsdehnfugen abgetragenes Bindemittel in den Rollspuren der Belagsdehnfuge festgestellt. Daher stellen Belagsdehnfugen, vor allem bei Brückenbauwerken mit geringen freien Dehnlängen, eine vielversprechende Alternative zu herkömmlichen Fahrbahnübergängen aus Asphalt dar. Anders verhält es sich bei den untersuchten Kreisverkehren. Hier wiesen ca. 27 % der untersuchten Belagsdehnfugen Flankenenthaftungen und ca. 19 % der Belagsdehnfugen oberflächlich abgetragenes Bindemittel in den Rollspuren auf. Da die Flankenenthaftungen zu ca. 80 % den Übergang von der Betonfahrbahntafel zur Belagsdehnfuge betrafen, sind hier Maßnahmen zur Verbesserung des Haftverbundes, vor allem zu den angrenzenden Betonfahrbahnen zu ergreifen und es ist auf einen besonders sorgfältigen Einbau zu achten. Aufgrund der überwiegend positiven Ergebnisse der Erfahrungssammlung, insbesondere bei den Brückenbauwerken, kann der vom FGSV AK 7.7.4 „Fahrbahnübergänge aus Asphalt“ vorgeschlagenen Aufnahme dieser Bauart als Sonderbauweise in den Entwurf der „Hinweise und Erläuterungen zu den Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingun¬gen und Richtlinien für Ingenieurbauten, Teil 8 Bauwerksausstattung, Abschnitt 2 Fahrbahnübergänge aus Asphalt (ZTV-ING 8-2)“ [11] zugestimmt werden. Dabei ist jedoch zu berücksichtigen, dass die untersuchten Belagsdehnfugen lediglich von einer im süddeutschen Raum ansässigen Firma ausgeführt wurden. Es wird vorgeschlagen, die Erfahrungssammlung fortzuschreiben, wenn eine ausreichende Anzahl an Baumaßnahmen auf Grundlage des oben genannten Entwurfs eingebaut wurde.

Fußplatten sind Konstruktionsteile aus Stahl, die der Verankerung von Stahlschutzplanken auf Brücken dienen. Zum Schutz vor Korrosion werden sie feuerverzinkt. Seit Anfang 2000 gehen bei der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) vereinzelt Meldungen über vorzeitige Kantenkorrosion solcher Fußplatten ein. Im Rahmen dieses Projektes wurden Dokumentationen über die Bauwerke erstellt, an denen Kantenkorrosion an Fußplatten der BASt gemeldet wurden. Einige Fußplatten wurden Untersuchungen im Labor unterzogen. Korrosion von Fußplatten breitet sich in der Regel von den Kanten aus, wobei meistens die verkehrzugewandten Kanten betroffen sind. Die Ursachen hierfür sind komplex. Zweifelsohne spielen korrosive Belastung durch Chloride aus den tauenden Streustoffen und Ansammlungen von Straßensedimenten eine wesentliche Rolle. Trotz dieser starken Korrosionsbelastung bleiben Fußplatten an den Bundesautobahnen in der Regel jahrzehntelang rostfrei. In seltenen Fällen tritt eine vorzeitige Korrosion an Fußplatten auf. Als Auslöser dafür werden Unregelmäßigkeiten im Aufbau des Zinküberzuges vermutet. Die Ursache dafür konnte nicht ermittelt werden. Beim Auftreten von Kantenkorrosion an Fußplatten wird empfohlen, die betroffenen Flächen mechanisch von Rost zu befreien und mit einem zinkstaubhaltigen Reparaturbeschichtungsstoff nach DIN EN ISO 1461 zu beschichten. In gravierenden Fällen ist der Austausch der Fußplatten in Betracht zu ziehen.

Die Dauerhaftigkeitsbemessung von neu zu errichteten Infrastrukturbauwerken erfolgt nach aktuellen Regelwerken rein deskriptiv über die Zuordnung von Expositionsklassen. In Abhängigkeit der zugeordneten Expositionsklasse werden Mindestanforderungen an die Betonzusammensetzung und die Betondeckung gestellt. Diese Mindestanforderungen der Normung sollen eine geplante Nutzungsdauer für chloridbeanspruchte bzw. einer Karbonatisierung ausgesetzten Bauwerke von mindestens 50 Jahren unter üblichen Instandhaltungsbedingungen sicherstellen. Die Bemessung auf Dauerhaftigkeit von Stahlbetonbauwerken mit Blick auf karbonatisierungs- und chloridinduzierte Bewehrungskorrosion kann heutzutage aber auch auf Basis voll-probabilistischer Prognosemodelle durchgeführt werden. Ziel dieses Forschungsvorhabens sind Untersuchungen zum Einfluss von Modellparametern eines voll-probabilistischen Modells auf die Lebensdauerprognose von Brückenbauwerke im Zuge von Bundesfernstraßen mit dem Fokus auf Depassivierung der Bewehrung aufgrund von Chlorideindringen und Karbonatisierung. Für die Überprüfung wurden Bemessungssituationen für XD- und XC-exponierte Brückenbauwerke bei deskriptiver Dauerhaftigkeitsbemessung aufgestellt. Jede Bemessungssituation wurde mithilfe der voll-probabilistischen Modelle zur Einleitungsphase der Bewehrungskorrosion gegengerechnet. Die Auswahl der Modellparameter hatte zum Ziel, sowohl günstige (schwache Einwirkung – hohe Materialwiderstände) als auch ungünstige (starke Einwirkung – niedrige Materialwiderstände) Last-Einwirkszenarien abzubilden. Innerhalb der Expositionsklassen XC und XD werden bei der Dauerhaftigkeitsbemessung breite berechnete Zuverlässigkeitsspektren erreicht, die von Unterschreiten von üblicherweise angestrebter Zielzuverlässigkeit bis hin zu einer deutlichen Überschreitung führen kann. Die resultierenden Zuverlässigkeitsspektren lassen ohne Inspektionsdaten für das Bauwerk keine bauwerkspezifischen Zuverlässigkeitswerte ableiten. Eine sinnvolle Anwendung von voll-probabilistischen Modellen auf bestehenden Bauwerken stellt hohe Anforderungen an die Quantität und Qualität der Inspektionsergebnisse.

Im Rahmen des 12-monatigen Forschungsprogramms "Intelligente Straßenverkehrsinfrastruktur durch 3D-Modelle und RFID-Tags", aufgesetzt von der Bundesanstalt für Straßenwesen, entwickelte die HOCHTIEF Solutions AG ein Konzept für ein Infrastruktur-Informationssystem. Ziel dieses Forschungsvorhabens war es, das bestehende System der öffentlichen Anstalt für den Betrieb und Erhalt von Brückenbauwerken, sowie die dazugehörigen Workflows mithilfe neuer Technologien zu optimieren. Das entwickelte Konzept für ein Infrastrukturinformationssystem ISIS, kurz für Intelligente StraßenverkehrsInfraStruktur, wurde als eine Schale um die bereits vorhandene Straßeninformationsbank-Bauwerke (SIB-BW) herum konzipiert. Alle Prozesse und Datenflüsse, die rund um diese Datenbank bestehen, bleiben damit unverändert. Zusätzliche Informationen und Dokumente, die an die vorhandenen Datensätze angefügt werden sollen, werden in dem neuen System abgelegt und mit dem Bestandsdatensatz verknüpft. Ziele: - Informationsbereitstellung optimieren, - 3D unterstützte Dokumentation des Bauwerksprüfprozesses, - Anlehnung an bestehende Prozesse, - Einbindung mobiler Endgeräte und Zustandssensoren. ISIS gründet sich auf folgende Komponenten: - Bauwerksmodelle: -- 2D-Platzhalter für Bestandsbauten, -- 3D-Modelle für Neubauten, - mobile Schadensaufnahme via mobiler Endgeräte, - Frühwarnsysteme auf Basis von RFID-Technologie (Feuchtigkeit und Korrosion), - 3D-Pins für die Markierung relevanter Punkte (RFID-Detektoren, Schäden, etc.), - Hardware mit hoher Verfügbarkeit und Akzeptanz (iPads). Um allen Beteiligten den Zugriff zu dem Informationssystem zu ermöglichen, wird das System zur Ausführung auf einer Online-Plattform konzipiert. Alle relevanten Informationen eines Straßenverkehrsinfrastrukturprojektes können in konsolidierter Form bereitgestellt werden. Die bisher dezentrale und inkompatible Datenhaltung in mehreren Teilsystemen wird unterbunden und eine einfache und durchgängige Nutzung des Datenbestandes in Planung, Bau und Betrieb wird ermöglicht. Um den Prozess der Bauwerksprüfung effizienter zu gestalten, sollen Informationen zum Bauwerkszustand mithilfe der 3D-Pin-Markierung und dem Einsatz von Radiofrequenz-Technologie (RFID) regelmäßig überprüft werden, um Bauwerksschäden frühzeitig erkennen zu können.

Das MES-93 ist ein Merkblatt für die Entnahme von Strahlschuttproben an korrosionsgeschützten Stahlbauten vor erforderlichen Ausbesserungs- oder Erneuerungsmaßnahmen. Sie gilt in Verbindung mit ZTV-KOR 92. Der Bericht enthält den Anwendungsbereich des Merkblattes, die Anforderungen an den Auftragnehmer für die Entnahme von Strahlschuttproben nach MES-93, die zu beachtenden Schwerpunkte bei der Durchführung der Arbeit, die zu erstellende Dokumentation sowie die zu beachtenden Normen und sonstigen Regelwerke.

Im Forschungsprojekt "Anforderungen an Baustoffe, Bauwerke und Realisierungsprozesse der Straßeninfrastruktur im Hinblick auf die Nachhaltigkeit" wurde erarbeitet, mit welchen Einzelmaßnahmen die Nachhaltigkeitsqualität eines Straßeninfrastrukturbauwerkes gesteigert werden kann. Grundlage für die Analyse bilden die einheitlichen Bewertungskriterien der Nachhaltigkeit für Elemente der Straßenverkehrsinfrastruktur, die im Rahmen der BASt Forschungsprojekte FE 15.494/2010/FRB und FE 09.0164/2011/LRB entwickelt wurden. Im Rahmen der Bearbeitung dieses Forschungsprojektes wurden die Infrastrukturelemente Brücke, Strecke und Tunnel unterschieden. Für jedes Infrastrukturelement wurde im ersten Schritt ermittelt, wie sensitiv die einzelnen Nachhaltigkeitskriterien auf die Veränderung des Bauwerkes reagieren und welche Potentiale sich aus der Variation für die Steigerung der Nachhaltigkeitsqualität ergeben. Hierzu wurden verschieden Szenarien gebildet, die jeweils unterschiedliche Lösungen für eine Bauwerksausführung darstellen. Soweit technisch sinnvoll wurden Varianten für die eingesetzten Baustoffe, für die Konstruktionsweise und die Bauprozesse gebildet. Die ermittelten Optimierungspotentiale der Nachhaltigkeit wurden im zweiten Schritt beschrieben und zu Maßnahmensteckbriefen zusammengefasst. Diese Maßnahmensteckbriefe sollen dem späteren Anwender des Leitfadens "Nachhaltige Straßeninfrastruktur" die Möglichkeit geben, in einem Art Baukastensystem, mit geringem Aufwand die nachhaltigste Lösung für seine Bauaufgabe zu ermitteln. Die Maßnahmensteckbriefe wurden in das Gliederungskonzept des Leitfadens "Nachhaltige Straßeninfrastruktur" übertagen und bilden damit die Grundlage für die weitere Ausgestaltung des Leitfadens.

Die Zielsetzung des vorliegenden Forschungsprojektes ist die Erarbeitung eines Vorschlags für ein nationales Nachhaltigkeitsbewertungs-/Zertifizierungssystem für Infrastrukturbauwerke. Das vorliegend entwickelte Bewertungssystem soll für die Beurteilung neu gebauter sowie bestehender Brückenbauwerke Verwendung finden. Die Bewertung der Bauwerke basiert auf dreiundzwanzig charakteristischen Kernkriterien, die den vier Nachhaltigkeitsaspekten "ökologische Qualität", "ökonomische Qualität", "soziale und funktionale Qualität" sowie "technische Qualität" zugeordnet wurden. Den Kriterien wurden über eine inhaltliche Kurzbeschreibung hinaus kennzeichnende Indikatoren sowie Ziel-, Grenz- und Referenzwerte zugeordnet und zielführende Methoden zur Bestimmung vorgeschlagen. Wichtige Voraussetzung für die Aufnahme eines Kriteriums in das Bewertungssystem war die objektive Messbarkeit. Kriterien, für deren Messung oder Ermittlung noch keine wissenschaftlich anerkannte Methode entwickelt werden konnte, wurden vorerst zurückgestellt. Als Zeitpunkt für die Zertifizierung ist die Bauwerksfertigstellung vorgesehen. Eine Bauwerksbewertung ist jedoch bereits in der Planungsphase zu erstellen, um ggf. die Nachhaltigkeit des Bauwerkes zu verbessern und eine Bauwerksuntersuchung und den Vergleich zwischen unterschiedlichen Lösungsvarianten zu ermöglichen. Vor Einführung des Zertifizierungssystems in die Praxis ist eine Festlegung, Überprüfung und Abstimmung von Referenz-, Grenz- und Zielwerten mit Praxiswerten und Erfahrungen für jedes Kriterium notwendig. Diese Kenngrößen bilden den Bewertungsmaßstab für die ermittelten Indikatorwerte. Dieser und entsprechender weiterer Forschungsbedarf wurde identifiziert und zielführende Handlungsempfehlungen formuliert. Das vorliegende Projekt wurde im Rahmen der Arbeitsgruppe Infrastrukturbauwerke des Verbandes Beratender Ingenieure (VBI) im Auftrag der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) im Zeitraum Mai 2010 bis Dezember 2010 bearbeitet. Grundlage für das Forschungsvorhaben bildet zum einen das Deutsche Gütesiegel Nachhaltiges Bauen (DGNB) und zum anderen die Arbeitsergebnisse der Arbeitsgruppe Infrastrukturbauwerke. Das vorliegende Bewertungs- und Zertifizierungssystem für Brückenbauwerke stellt den ersten Baustein im Gesamtbewertungssystem der Infrastrukturbauwerke dar. Im Gesamtbewertungssystem für Infrastrukturbauwerke sollen alle Bauwerke einer Trasse bewertet werden, um z.B. unterschiedliche Trassenführungen/Varianten miteinander vergleichen zu können. Hierbei sei explizit darauf hingewiesen, dass die Nachhaltigkeitsbewertung von Infrastrukturbauwerken die Durchführung eines Planfeststellungsverfahrens, wie es häufig gesetzlich vorgeschrieben ist, nicht ersetzen, sondern dieses vielmehr ergänzen soll.

Die Nationale Nachhaltigkeitsstrategie der Bundesregierung sowie die Revision der Bauproduktenrichtlinie/Bauproduktenverordnung fordern eine verstärkte Berücksichtigung von Aspekten zur Nachhaltigkeit und zur Klimarelevanz. Mit Einführung des überarbeiteten Leitfadens Nachhaltiges Bauen durch das BMVI trat für den Neubau von Bundesbauten die verbindliche Anwendung des Bewertungssystems Nachhaltiges Bauen (BNB) in Kraft. In diesem Zusammenhang sollte auf Wunsch des BMVI überprüft werden ob das Bewertungsverfahren aus dem Bereich des Hochbaus auf Straßeninfrastrukturen übertragen werden kann. Zur Entwicklung eines solchen Bewertungssystems wurde die Arbeitsgruppe Nachhaltigkeitsbewertung der Straßeninfrastrukturen unter dem Dach des BMVI und unter Leitung der BASt eingerichtet. Das bereitgestellte System umfasst verschiedene Module für die entsprechenden Phasen von der Planung und Ausschreibung bis zur Abnahme sowie für die verschiedenen Elemente von Straßeninfrastrukturen. Die Module wurden für den Variantenvergleich auf Objektebene entwickelt. Für Straßeninfrastrukturen wird hiermit eine gleichwertige Berücksichtigung ökologischer, ökonomischer sowie sozialer Aspekte für den Lebenszyklus der Bauwerke ermöglicht. Eine Übertragung des BNB-Verfahrens auf Straßeninfrastrukturen ist möglich, lediglich Randbedingungen müssen angepasst werden. Die Konzeption stellt einen Forschungsansatz dar. Sollte eine Einführung eines Nachhaltigkeitsbewertungsverfahrens für Straßeninfrastrukturen durch das BMVI gewünscht werden sind weitere Pilotstudien erforderlich.

Ziel des Forschungsvorhabens war es, den Verbesserungsbedarf für Ermüdungsnachweise gemäß Nachrechnungsrichtlinie zu identifizieren und darauf aufbauend Anpassungs- und Ergänzungsvorschläge zu formulieren sowie weiteren Forschungsbedarf zu benennen. Da die Gesamtheit aller für den Ermüdungsnachweis an Stahl- und Verbundbrücken in Frage kommenden Nachweisverfahren und Anwendungsfälle sehr umfangreich ist, wurden Untersuchungen zu den verschiedenen Nachweiskonzepten an einer repräsentativen Auswahl vorhandener Straßenbrücken durchgeführt und hieraus entsprechende Verbesserungsvorschläge für die Regelungen der Nachrechnungsrichtlinie abgeleitet. Nachfolgend werden die wesentlichen Ergebnisse stichpunktartig zusammengefasst: 1) Die Verwendung von bauwerksspezifischen Daten (z.B. Daten aus Verkehrszählungen) kann die Nachweisgenauigkeit erheblich verbessern. Jedoch bleiben folgende Fragen bisher unbeantwortet: - Wie kann das zukünftig steigende Verkehrsaufkommen bzw. das gegenüber der Zählung geringere Verkehrsaufkommen vergangener Jahrzehnte berücksichtigt werden? - Wie können die Daten einer Verkehrszählung auch im Zusammenhang mit dem bisherigen Konzept des modifizierten ELM 4 der Nachrechnungsrichtlinie verwendet werden? 2) Um das Nachweiskonzept der Nachrechnungsrichtlinie in Stufe 3 nachhaltig zu verbessern, wird die Einführung eines messdatenbasierten Schadensäquivalenzfaktors lambda meas vorgeschlagen. Mit Hilfe dieses Faktors könnten bauwerksspezifische Daten aus einfachen Dehnungsmessungen am Bauwerk unter Berücksichtigung des prognostizierten Verkehrszuwachses in den Nachweis eingehen und erheblich zur Verbesserung der Nachweisgenauigkeit beitragen. 3) Die Anwendung des Strukturspannungskonzeptes ist nur zu empfehlen, wenn folgende Punkte berücksichtigt werden: - Das Strukturspannungskonzept sollte aufgrund des hohen Modellierungsaufwandes nur zur Anwendung kommen, wenn keine eindeutige Kerbfallzuordnung nach dem gängigen Nennspannungskonzept möglich ist. - Für die Ermittlung der Hot-Spot-Spannungen ist die Art der Elementierung von entscheidender Bedeutung. Somit sollte die Nachrechnungsrichtlinie grundsätzliche Regelungen zur Elementierung und zur Spannungsextrapolation enthalten oder zumindest auf entsprechende Regelwerke verweisen. - Sind die Spannungspunkte bzw. Stützstellen über die Blechdicke (entlang von Blechkanten) oder entlang nicht flächiger Bauteile (wie z.B. Rundstahlhänger) anzuordnen, sollten Volumenmodelle mit feiner Elementierung und einem quadratischen Extrapolationsansatz (mit 3 Parametern) zur Anwendung kommen. - Bei einer Anordnung der Stützstellen über die Blechbreite / oder -länge können die Hot-spot-Spannungen auch anhand eines Flächenmodels sowie auf Grundlage eines groben FE-Netzes bestimmt werden. Zur Unterscheidung zwischen grober und feiner Elementierung. - Bei tragenden und nicht voll durchgeschweißten Nähten ist ergänzend zum Nachweis des Grundmaterials stets der Ermüdungsnachweis für ein Versagen der Schweißnaht selbst zu führen, da dieser Fall nicht mit dem Strukturspannungskonzept abgedeckt wird. 4) Da Stahlbrücken im Straßenbrückenbau häufig große Stützweiten aufweisen, erscheint es lohnenswert, mit Hilfe von Vergleichsrechnungen für verschiedene Systeme und Stützweiten eine einfache Ausschlussregelung auf Grundlage der Brückenklassen 60 und 60/30 zu entwickeln, bei welcher der Ermüdungsnachweis in Haupttragrichtung generell entfallen kann. Für Neubauten existiert eine derartige Regelung bereits im DIN Fachbericht 103 für Hauptträger von Straßenbrücken mit Einflusslinienlängen von L ≥ 45 m und mit Kerbfällen von ΔσC ≥71 N/mmÌ£2. 5) Bezüglich probabilistischer Nachweismethoden enthält die Nachrechnungsrichtlinie bisher weder nähere Angaben zum Ansatz von Lastkollektiven auf Basis von Verteilungen, noch finden sich Angaben zu statistischen Parametern auf der Widerstandsseite wie zum Beispiel der Streuung der Wöhlerlinien oder der Grenzschadensumme. Gerade um eine Vergleichbarkeit und Prüfbarkeit für probabilistische Nachweise zu ermöglichen, ist die Festlegung bestimmter Eingangsgrößen in der Richtlinie unabdingbar.

Dieser Bericht beschreibt ein Systemmodell für eine integrale Ermittlung und Prognose der Schadens- und Zustandsentwicklung der Elemente eines Brückensystems unter Berücksichtigung von Ergebnissen aus Inspektionen und Überwachung. Das Systemmodell wurde anhand eines ausgesuchten Spannbetonüberbaus in einzelliger Kastenbauweise entwickelt. Es besteht aus zwei integralen Teilmodellen: ein Modell zur Beschreibung des Systemschädigungszustandes und ein Modell zur Beschreibung der Standsicherheit. Für die Modellierung des stochastischen Systemschädigungszustandes eines Brückensystems werden dynamische Bayes'sche Netze (DBN) vorgeschlagen. Dieser Ansatz ermöglicht es, alle relevanten Schädigungsprozesse und deren stochastische Abhängigkeiten zu berücksichtigen. Ein wesentlicher Vorteil dieses Ansatzes ist es, dass DBN ideal dafür geeignet sind, Bayes'sche Aktualisierungen auf Grundlage von Informationen aus Inspektionen und Überwachungsmaßnahme auf eine effiziente und robuste Art und Weise durchzuführen. Der DBN-Ansatz ist deshalb für die Entwicklung von Software für das Erhaltungsmanagement von alternden Brückenbauwerken, die vom Benutzer keine vertieften Kenntnisse der Zuverlässigkeitstheorie verlangt, ideal geeignet. Für die Modellierung der Standsicherheit eines alternden Kastenträgers wird vereinfachend Biegeversagen des globalen Längssystems betrachtet. Zur Berechnung der maximalen Traglast eines Kastenträgers infolge des Systemschädigungszustandes wird ein plastisch-plastisches Verfahren eingesetzt, wobei die Beanspruchungen mittels der Fließgelenktheorie unter Ausnutzung der plastischen Beanspruchbarkeit der Querschnitte des Kastenträgers ermittelt werden. Ein Kastenträger versagt, wenn sich durch die Ausbildung einer ausreichend großen Anzahl von Fließgelenken eine kinematische Kette ausbildet. Dieser Modellierungsansatz berücksichtigt Redundanzen, die sich aus der plastischen Beanspruchbarkeit der Querschnitte und der statischen Unbestimmtheit eines Kastenträgers ergeben. Zum Nachweis der praktischen Einsetzbarkeit des entwickelten Systemmodells wurde ein Software-Prototyp entwickelt, der eine intuitiv benutzbare graphische Benutzeroberfläche (Front-End) mit einem Berechnungskern (Back-End) koppelt. Die aktuelle Version des Software-Prototyps implementiert ein Modell der chloridinduzierten Bewehrungskorrosion und ein Tragwerksmodell, welches das Verfahrens der stetigen Laststeigerung zur Bestimmung der maximalen Traglast des Kastenträgers auf der Grundlage eines Finite-Elemente-Modells umsetzt. Zur Durchführung von Bayes'schen Aktualisierungen des Systemschädigungszustandes auf der Grundlage des DBN-Modells implementiert der Prototyp den Likelihood-Weighting-Algorithmus. Die entwickelte Architektur des Prototyps ermöglicht eine Erweiterung der Software um weitere Schädigungsprozesse. Der entwickelte Software-Prototyp ermöglicht Benutzern ohne vertiefte Kenntnisse der Zuverlässigkeitstheorie eine Berechnung des Einflusses von Bauwerksinformationen auf den Systemschädigungszustand und die Tragsicherheit eines Kastenträgers. Auf dieser Grundlage können effiziente Inspektions- und Überwachungsmaßnahmen identifiziert und das Erhaltungsmanagement optimiert werden.