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Dokumentation von Ermüdungsversuchen an genieteten Querträgern einer schweißeisernen Trogbrücke
(2001)
Ermüdungsversuche an alten genieteten Stahlbrücken: Beurteilung der verbleibenden Restnutzungsdauer von Querträgern einer originalen schweißeisernen Trogbrücke nach fast einhundert jähriger Nutzung. Verbindungen und Elemente des alten Bauwerks sind zunächst unter Verkehr und nach dem Abriss der Brücke im Labor getestet worden. Es kamen sowohl Dehnungsmessungen als auch zerstörungsarme bzw. Zerstörungsfreie Prüfverfahren zur Anwendung. Materialuntersuchungen, auch neuartige, wie z. B. Rissfortschrittversuche, Gefügeuntersuchungen und Zugversuche ergänzten die Untersuchungen.
Laboratory model test for monitoring the new main railway station of Berlin - The Lehrter Bahnhof
(2002)
Für den Entwurf neuer Bauwerke gewährleistet die Einhaltung aktuell gültiger Normenwerke eine ausreichende Sicherheit. Diese Normen und die zugehörigen Lieferbedingungen gelten ausschließlich für Neubauten aus heute produzierten Stählen. Technische Regeln für die Begutachtung alter Materialien, wie sie zuletzt im Beiblatt 2-"Altstahl im Hochbau" von 1948 zur DIN 1050 "Stahl im Hochbau" [35] verankert waren, sind zurückgezogen worden. Bei der Bewertung alter Baukonstruktionen greift man häufig auf vorhandene Materialinformationen aus Bauwerksunterlagen, Vorschriften und Berechnungen, z.B. im Verantwortungsbereich der Deutschen Bahn AG, zurück. Die geltende Richtlinie der Modulfamilie 805.001 der Deutschen Bahn AG [21] erlaubt in Abschnitt 2, Absatz (2) sogar ausdrücklich die Nutzung alter Berechnungen und Vorschriften, wenn bei gleich bleibender Nutzung nur Eingriffe von untergeordneter Bedeutung, wie kleine Reparaturen oder lokale Verstärkungen, vorgenommen werden. Ein Eingriff in die Tragsicherheit des Bauwerkes ist nicht zulässig. Für umfassendere Maßnahmen und für Bauwerke außerhalb des Zuständigkeitsbereiches der Deutschen Bahn AG oder für die Bewertung der Konstruktionen bei Umnutzung bzw. bei umfangreichen Maßnahmen ist diese Ausnahme nicht anwendbar. Daraus ergibt sich für den auf die Beurteilung und Bewertung von bestehenden Bauwerken spezialisierten Ingenieur der Bedarf, alte Materialien, Bauweisen und Vorschriften zu kennen und zu verstehen. Aufwändige Versuchsserien an originalen Vollwand- und Fachwerkträgern zur Ermittlung von Schadensmechanismen im einstufigen Ermüdungsversuch werden vorgestellt. Sie resultieren in erweiterten Kenntnissen über Versagenskriterien für genietete Bauteile. Die Weiterentwicklung und Erprobung einander ergänzender zerstörungsfreier und minimal-invasiver (zerstörungsarmer) Verfahren verbessert die Schadensfrüherkennung an ermüdungsbeanspruchten Stahlkonstruktionen, z.B. bei Inspektionen. Intensive Materialuntersuchungen zur Mikrostruktur und zu mechanischen Materialparametern tragen zum Verständnis bestimmter, für moderne Stähle untypischer, Schadensmechanismen bei. Die interdisziplinäre Kooperation mit den Laboratorien der Abteilungen V, VIII und S bei der Analyse von Rissentstehung und Risswachstum erweitert die verfügbaren Kenntnisse über das Versagensverhalten alter Stähle und Stahlverbindungen. Aufbauend auf einer Darstellung der Entwicklung alter Bauweisen und Bauwerke, einer Literatur- und Normenanalyse zu Lieferbedingungen von Stahl für das Bauwesen und zu konstruktiven Details, so wie sie um die Jahrhundertwende zwischen dem 19. und 20. Jh. üblich waren, werden Materialuntersuchungen an alten Stählen, Ermüdungsversuche und Messungen an bestehenden Brückenbauwerken aus alten Stählen präsentiert. Innerhalb des Projektes gab es eine enge Zusammenarbeit mit Brückenbetreibern, die gewährleistete, dass die Ergebnisse aus Prüfungen, Forschung und Entwicklung direkt in die Praxis, aber auch in interne Vorschriften der Brückeneigner überführt werden konnten. So wurde in der Subgroup Remaining Fatigue Life of Bridge Structures der Gruppe ECOBRIDGE der Europäischen Eisenbahn Vereinigung UIC unter Beteiligung der BAM eine Machbarkeitsstudie [1] zusammengestellt. Auf dieser Basis erarbeitete ein bilaterales Konsortium der Schweiz und Deutschlands im Auftrag der Schweizerischen Bundesbahn und der Deutschen Bahn mit Ermüdungsspezialisten der RWTH Aachen, der EPFL Lausanne und der BAM einen Vereinheitlichten Sicherheitsnachweis für die Beurteilung alter Eisenbahnbrücken aus Stahl [2]. Der Abschlussbericht liegt seit 2001 im federführenden Institut für Stahlbau der RWTH Aachen vor. Die Überführung der Forschungsergebnisse in eine Richtlinie der Europäischen Konvention für Stahlbau (EKS) mit empfehlendem Charakter liegt als Entwurf [4] vor. Die Veröffentlichung nach abschließender Begutachtung durch namhafte auf Altstahl und Ermüdung spezialisierte Fachkollegen durch die EKS ist in Vorbereitung.
The active approach for non-destructive-testing in Civil Engineering (NDT-CE) with infraredthermography (IR), developed at the Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM), is described in part one of this contribution. The active IR-approach is based on the principles of impulse- (IT) and pulse-phase-thermography (PPT). The concept is a direct result of a research project at the BAM in cooperation with the Technical University of Berlin (TUB) and was funded by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG). In the second part results of the new thermography-scanning system (thermo-scanner) of BAM on debonding of multi-layered structures, especially carbon fibre reinforced plates (CFRP) on concrete are presented. Both, the thermo-scanner developed at BAM, and the investigations carried out, are part of the
EU-Project Sustainable Bridges. In the third part of the paper the characteristic frequency of the optimum phase-contrast as a means for the characterization of defects depth in CE by means of PPT is introduced. A new quantitative approach is tested and discussed on concrete structures with defects of polystyrene and gas concrete.
Concrete railway bridges - taxonomy of degradation mechanisms and damages identified by NDT methods
(2006)
A toolbox with non-destructive testing methods for the condition assessment of railway bridges
(2006)
The unified economic structure of the European market requires a unified transport infrastructure to ensure seamless and barrierfree transportation of passengers and goods. The European commission is funding the European Integrated Project Sustainable Bridges to comply with future traffic demands. The main objective of the project is to reliably assess and upgrade the bridge infrastructure for the required increase of axle loads and transport volume. 32 Institutes from 12 countries develop unified procedures for the assessment and improvement of the existing railway bridge stock under the guidance and review of six major European railway companies.
Non destructive testing (NDT) is given a high priority. One of the work packages concentrates on the potential of advanced NDT-methods and creates a toolbox with advisable methods for the condition assessment of all types of railway bridges. Although NDT-methods are implemented in the quality assurance process in many industries, their application in the railway infrastructure is not common. Only a few countries have included selected NDT-methods into advanced condition assessment procedures for the management of their bridge stock.
This paper describes also current activities to enhance pulse-phase thermography, impulse-radar and acoustic methods. The advanced methods enable infrastructure owners to verify construction plans, to assess structures, repair and strengthening quality or to identify in-service damages. Latest development is an automated scanning system for combined acoustic and electromagnetic measurements. The results are then combined through data fusion techniques to further increase their value for the bridge owners.
Inspection of steel bridges
(2007)
Assessment of existing steel structures - A guideline for estimation of the remaining fatigue life
(2007)
In many countries and regions, traffic infrastructure projects suffer from low funding. The budget is tight for new infrastructure building and, thus, the importance of inspection, maintenance and assessment of the existing traffic infrastructure increases. A new fatigue assessment guideline for the estimation of the remaining fatigue life of steel bridges has been written by technical committee 6 of the European Convention of Constructional Steelwork (ECCS). It will be a useful tool for the complementation of bridge management systems, used commonly for condition assessment.
Design specifications and rules are harmonised throughout Europe. They are under constant development, but there is still a lack of forwarding and concentrating experiences as well as developing rules for the fatigue assessment on existing steel structures. This paper presents a guideline with a proposed fatigue assessment procedure for existing steel structures embedded in information about old materials and non-destructive testing methods for the evaluation of details (ECCS 2004, Assessment of existing steel structures). Particular attention is paid on remedial measures which are proposed for weak details and damages caused by fatigue. The developed fatigue assessment procedure can be applied to existing steel structures under cyclic loading in general, but the guideline concentrates on the existing traffic infrastructure made from old steel, because of the public importance. The proposed procedure summarizes, regroups and arranges the knowledge in the field of assessment on existing steel to be applied by practicing engineers. The procedure is a milestone in knowledge transfer from a state of scientific knowledge to state-of-the-art.
Assessment of existing steel structures - A guideline for estimation of the remaining fatigue life
(2007)
Assessment of existing steel structures - Recommendations for estimation of remaining fatigue life
(2008)
Acoustic measurement methods
(2008)
Die zunehmende Bedeutung der Nachhaltigkeit im Bauwesen wird in Zukunft das Bauen im Bestand gegenüber Neubauten in den Vordergrund rücken. Dies gilt auch für den Brückenbau, wo das Qualitätsmanagement seit langem Brücken von ihrem Entstehungsgang über den Betrieb bis in die Entsorgung begleitet.
Die starke Vergrößerung der Frachtvolumina für Straße und Schiene und die zunehmende Überalterung des Brückenbestandes fragen danach, ob die bestehenden Brücken für die veränderten Betriebsbedingungen noch geeignet sind und wie sie und ob sie dafür instandgesetzt werden könnten.
Für die erforderlichen Instandhaltungs- und Instandsetzungsmaßnahmen oder einen eventuellen Ersatz durch einen Neubau ist aber die Frage der Restnutzungsdauer von entscheidender Bedeutung. Es ist daher nicht von ungefähr, dass sich Baulast-träger auf nationaler und internationaler Ebene frühzeitig zusammengetan haben, um nach geeigneten Methoden der Bestimmung der Sicherheit und Restnutzungsdauer bestehender Brücken zu forschen. Auch die internationalen technisch-wissenschaftlichen Verbände wie EKS und fib sowie die Standard-Organisationen ISO und CEN sind der Frage eines internationalen Austauschs und der Vereinheitlichung der Methoden nachgegangen.
Für Stahlbrücken hat insbesondere das technische Komitee6 - Ermüdung - der EKS Anregungen aufgegriffen, aus den verschiedenen nationalen Erfahrungen und dem vorhandenen Wissen technische Empfehlungen für die Beurteilung bestehender Stahlbrücken zu entwickeln [1], die sich als Grundlage für die von CEN/TC 250 - das CEN-Komitee für die Bearbeitung der Eurocode - geplante Erweiterung der Eurocode zur Instandhaltung und Instandsetzung des Brückenbestandes eignen.
Das Ergebnis ist ein technisch-wissenschaftlicher Bericht, der im Rahmen der Zusammenarbeit der europäischen Kommission (DG-Research - Joint Research Centre JRC) mit der EKS als Basispapier für eine zukünftige Eurocode-Erweiterung veröffentlicht wurde und schon jetzt als Empfehlung für eine Vorgehensweise nach dem Stand der Technik verwendet werden kann.
Der vorliegende Beitrag behandelt die Grundzüge dieses Berichtes [1], der vom e-bookshop der Kommission kostenfrei herunter geladen werden kann.
The European infrastructure asset has developed historically and is characterized by nation-specific construction processes. Inspection, condition assessment, and maintenance procedures differ from country to country. Because of historical and political circumstances, national infrastructure assets are maintained at different levels, too. Since the budget for maintaining the bridge infrastructure less and less meets the demands of a growing bridge stock, bridge inspection, maintenance, and life-cycle considerations gain higher importance. The need exists to develop effective diagnosis tools for early detection of construction faults, defects, and deterioration processes during inspection, to keep the bridge infrastructure at an acceptable level, from structural safety and economic viewpoints. An overview on the latest research projects and integrated bridge management systems in Europe is given. The potentials of nondestructive testing (NDT) are presented, with special focus on technical advances of NDT applications to reinforced concrete (RC) and posttensioned concrete bridges. Although NDT is not regularly integrated in these processes, the application brings valuable information on the current condition of the inner structure in called-in special inspections. NDT-automation and the application of imaging echo methods, combined with advanced data processing, produce a surprising level of information about the inner structure of massive RC slabs up to a depth of about 60 cm. Detected inhomogeneity and scatterers of acoustic or electromagnetic waves can be visualized in vertical or horizontal slices through the structure or animations. The fusion of different three-dimensional data sets of processed data improves the interpretability and accuracy of the results.
Opportunities and limitation of non-destructive testing in condition assessment of bridge structures
(2009)
Condition assessment of old railway bridges, a scientific cooperation between Berlin and Wroclaw
(2009)
Opportunities and Limitation of Non-destructive Testing in Condition Assessment of Bridge Structures
(2009)
The construction process of the New Berlin Main Station, the former Lehrter Bahnhof, has been monitored from the beginning. In this station, the main European east-western railway connection crosses the northsouth railway lines. Four east-western bridges, built in the first construction phase, carry the platforms for international lines and suburban train tracks. The outer two bridges carry the supports of the relatively flat glass roof, too. Since the glass roof is very sensitive to vertical displacements, the authorities required a complex monitoring system. This case study describes long-term measurements with classical and enhanced innovative sensors to monitor vertical displacements of neighboring glass roof supports. Additionally, traditional strain gauges were embedded parallel to long-gauge length fiber-optic strain sensors in the near-surface concrete of the partial prestressed bridges to reliably survey possible changes.
The measurements on site go along with long-term laboratory tests on prestressed concrete beams. Researchers study load effects and long-term environmental influences on two large-scale model beams, inside and outside the laboratory.
The monitoring system has been working stable as an early warning system for any changes of the structural conditions since 2002. All data are available on line for both the project team and the owner.
Condition assessment of old railway bridges, a scientific cooperation between Berlin and Wroclaw
(2009)
Two years ago, the East Prussian and the Low-Silesian Railway lines celebrated their 160th anniversaries. The history of both first railway connections in the Eastern railway network development in the whole region in the 19th century is presented together with information about the railway between Berlin and Wroclaw. Special attention is paid to the railway bridges built in this period. The first large iron bridges and typical masonry arch structures are presented. Special attention is paid to masonry arches. The condition appraisal of existing masonry arches requires new developed technical methodologies, effective tools and procedures for the description of the bridges current state and function. Their current technical condition as well as service-ability is described.
Measurements, NDT and laboratory testing of the wrought iron bridge at Berlin-Friedrichstraße
(2010)
Messungen und Laborversuche an der schweißeisernen Spreebrücke an der Berliner Friedrichstraße
(2010)
Complex special inspection of an old masonry arch bridge according to the Guideline on Inspection and Condition Assessment of Railway Bridges and numerical analysis of the structure are presented. The guideline summarises recommendations for the step-by-step investigation of railway bridges applying enhanced methods developed during the EU-funded project Sustainable Bridges. For the investigation of the arch barrel, the ballast parameters and the inner structure of the backfill behind the arch barrel a number of various advanced non-destructive and minor-destructive testing methods were applied. Deformation of the structure during load tests was measured using three independent measuring systems: laser vibrometer, LVDT and microwave radar. Results of calculations performed with 2D and 3D models based on FEM are compared with the field load tests. Sensitivity of the ultimate load of the structure to investigated parameters is studied in FE model. Some general conclusions according to methods of testing and modelling of masonry arch bridges are presented and discussed.
In 1882, the East-West suburban train viaduct was built through Berlin as part of the public traffic solution in the late 19th Century. Today, the only left over iron arch bridge is a pair of two arches Crossing the Spree river in the middle of Berlin. Before dismantling the former parallel two original pairs of iron arches and rebuilding new arches for the high-speed railway line through Berlin in 1997, BAM was involved in an extensive test program of the heritage iron arch structure. Especially the estimation of accumulated damage in critical details and the verification of the old material properties at early stage was important information to the bridge owners. The testing program included two strain and displacement measurement campaigns, non-destructive testing, materials testing and microscale metallographic analysis of critical details. The measured strain cycles were significant lower in number and size than expected. Most of the cycles were compression stress cycles only. The work was planned in Cooperation with the Berlin consultancy Professor Hilbers that was responsible for the design and calculation of the reconstruction measures. Additionally, after calculation of the possible reuse of the old arches, we compared measured data from strain measurements with the results from calculation.
The measured data and the calculated data show a good qualitative correlation.
CHEF provides knowledge about flood protection of cultural heritage objects and directly supports the European Floods Directive by giving recommendations on how to assess the vulnerability of monuments. A comprehensive analysis of protective measures BEFORE, DURING and AFTER a flood has been carried out within the project, including technical and administrational measures. An overview of these measures is given, followed by recommendations on how to establish the most effective protective strategies.