Langzeitverhalten von Stahl- und Spannbetonbrücken

Die in den letzten Jahren zunehmend strenger werdenden Budgetrestriktionen haben mittlerweile Lebenszykluskostenkonzepten zu einer gesteigerten praktischen Bedeutung verholfen. Obwohl diese Konzepte wissenschaftlich fundiert sind, verbleiben für deren Anwendung zahlreiche Unsicherheiten. Insbesondere stellt die Prognose des zukünftigen Zustandes einer Struktur mit und ohne Instandsetzungsmaßnahmen nach wie vor eine große Herausforderung dar. Haupteinflussgrößen auf die Langzeitentwicklung des Zustandes von Stahl- und Spannbetonstrukturen sind neben direkten Lasteinwirkungen und Umwelteinwirkungen die zeitabhängigen Prozesse Kriechen, Schwinden und Relaxation. Weitere Degradationsprozesse in Zusammenhang mit Bewehrungskorrosion (z.B. verursacht durch Karbonatisierung und Chloridbelastung) ebenso wie Ermüdungsprozesse beeinflussen zusätzlich das Langzeitverhalten von Stahl- und Spannbetonstrukturen. Folglich ist die Prognose des zukünftigen Zustandes einer Struktur sowie der gesamten Lebenszykluskosten mit großen Unsicherheiten verbunden, welche ausschließlich durch zuverlässigere und genauere Prognosemodelle für materialspezifische Prozesse reduziert werden können. Die Bedeutung der unterschiedlichen zeitabhängigen Prozesse auf die Entwicklung des Zustandes hängt hauptsächlich vom Konstruktionstyp ab. Stahl- und Spannbetonbrücken großer Spannweite sind vor allem durch exzessive Verformungen aufgrund des Langzeitkriechverhaltens von Beton in Zusammenhang mit Relaxationsphänomenen beeinflusst. Das Langzeitverhalten statisch unbestimmter Strukturen wie Integraler Brücken hingegen ist vor allem durch die zeitabhängige Entwicklung von Zwangsbeanspruchungen bestimmt, welche unter anderem aus dem Kriech- und Schwindverhalten von Beton resultieren und nicht nur die Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit aufgrund der sich einstellenden Rissbildung beeinträchtigen, sondern möglicherweise auch die Tragfähigkeit gefährden. Im vorliegenden Forschungsvorhaben soll einer der Haupteinflussgrößen auf das Langzeitverhalten von Betonstrukturen - das zeitabhängige Kriechverhalten - erforscht werden. Zu diesem Zweck werden gegenwärtig verfügbare Kriechmodelle untersucht und mit Messdaten von realen Brückentragwerken (Langzeit) und Laborproben (< 6 Jahre) verglichen. Die Ziele der Untersuchungen sind (a) ein gesteigertes Verständnis für die Langzeitentwicklung von Betoneigenschaften, (b) die Entwicklung/ Verbesserung eines theoretisch fundierten Kriechmodells, und (c) die Ausarbeitung eines generell anwendbaren Konzeptes zur Identifikation von Langzeitprozessen auf Basis von Monitoringdaten. Stellvertretend für zahlreiche Fragestellungen bezüglich des Kriechverhaltens von Betonstrukturen werden zwei besonders relevante behandelt: Exzessive Durchbiegung von Brücken großer Spannweite und Zwangsbeanspruchung von Rahmentragwerken. Auf Basis dieser ersten Forschungsergebnisse wird der gegenwärtige und zukünftige Zustand unterschiedlicher statischer Systeme und Tragwerkstypen auf deren Sensitivität bezüglich Kriechprozessen unter Einsatz der entwickelten Prognosemodelle untersucht. Dies erlaubt (a) einen Vergleich möglicher Tragsysteme in Hinblick auf deren zu erwartende Lebenszykluskosten, sowie (b) eine Abschätzung der mit den in den gegenwärtigen Normen verankerten Kriechmodellen verbundenen Unsicherheit.