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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.
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.
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.
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.
Assessment of existing steel structures - A guideline for estimation of the remaining fatigue life
(2007)
Concrete railway bridges - taxonomy of degradation mechanisms and damages identified by NDT methods
(2006)
Inspection of steel bridges
(2007)
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.
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)
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.
Acoustic measurement methods
(2008)