Realitätsnahe statisch-konstruktive Bewertung historischer Brückenlager
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Zusammenhang mit den seit Jahren anhaltenden Bemühungen um den Erhalt in Nutzung befindlicher historischer Brücken sind auch die historischen gusseisernen und stählernen Brückenlager ins Blickfeld der Ingenieure gerückt. Das Fehlen wichtiger Grundlagen für eine statisch-konstruktive Bewertung dieser Lager gab Anlass für das Vorhaben, welches sich thematisch auf die praxisrelevanteren stählernen Lager mit folgenden Bearbeitungszielen konzentrierte: Ziel A: Erfassung und Auswertung bisheriger Erfahrungen mit diesen Lagern Ziel B: Ermittlung der Eigenschaften des historischen Lagerwerkstoffs Ziel C: Erarbeitung von Grundlagen zur Bewertung der Grenzzustände Ziel D: Einschätzung der Ermüdungssicherheit der historischen Lager Ziel E: Erarbeitung geeigneter Methoden für die In-situ-Befundung der historischen Lager. Bei der Aufarbeitung bisheriger Erfahrungen (Ziel A) blieb die Auswertung relevanter Fachzeitschriften ohne Erkenntnisgewinn. Hingegen konnte das Projekt von Erfahrungen aus der Sanierungspraxis und von Kontakten zur DB Netz AG als größtem Eigner an historischen Brücken profitieren. Interessant war vor allem die Feststellung, dass ein Großteil der Schäden an historischen Lagern auf mangelnde Wartung zurückzuführen ist. Umfangreiche Untersuchungen (Ziel B) gewährten vertiefte Erkenntnisse zur werkstofflichen Qualität historischer Lager und bestätigten einen zumeist hohen Standard bei der zeitgenössischen Herstellung von Stahlgussbauteilen. Die Aufarbeitung der historischen Herstellungsverfahren erlaubt der Ingenieurpraxis bei der Begutachtung historischer Bauteile erste Rückschlüsse auf mögliche Werkstoffeigenschaften. Die Untersuchung der zur Bewertung der Grenzzustände (Ziel C) erforderlichen Grundlagen fokussierte die Kontaktbereiche zwischen Wälzkörper und Lagerplatten. Hier konnte ein linearer Zusammenhang zwischen Hertzscher Kontakt- und v. Mises-Vergleichsspannung beim Linienkontakt nachgewiesen werden. Beim Punktkontakt wichen die mit den Hertzschen Gleichungen berechneten Spannungen aufgrund von Idealisierungen vom Spannungsverlauf der tatsächlichen Lagergeometrie ab. Hierfür konnte eine Korrekturmethode erarbeitet werden. Gleit- und Rollreibungsversuche ergaben bei funktionsfähigen Lagern Reibungszahlen im Bereich bzw. unterhalb normativer Angaben. Darüber hinaus konnten Korrelationen der Gleitreibungszahl mit der theoretischen Kontaktspannung sowie der Rollreibungszahl mit dem Ebenheitsmaß der unteren Lagerplatte nachgewiesen werden. Zur Einschätzung der Ermüdungssicherheit (Ziel D) sind wichtige Grundlagen zusammengetragen worden. Zu nennen sind die Einflüsse der Bauteilgeometrie bzw. des Bauteilgefüges, der Einfluss des Spannungszustands, aber auch zeitabhängige Einflüsse. Eine akute Gefährdung der Lager lässt sich aus diesen Daten nicht ableiten, es wird jedoch empfohlen, das Problem vertiefend zu untersuchen. Das grundsätzliche methodische Vorgehen bei einer Vor-Ort-Lageruntersuchung ist erarbeitet worden (Ziel E); die relevanten Verfahren zur Untersuchung der Werkstoff- und Gefügeeigenschaften wurden benannt und erprobt. Einzig die verlässliche Aufnahme der Wälzkörpergeometrie konnte nicht geklärt werden. Hierzu ist ein eigenes Forschungsvorhaben angeraten, welches auf den vorliegenden Erkenntnissen aufbauen kann. Es besteht die begründete Aussicht, den Erkenntnistransfer aus dem Projekt in die Ingenieurpraxis verstetigen zu können.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Mehdianpour, M.: Bewertung historischer Brückenlager - Das Kontaktproblem - Teil 1. Stahlbau 80 (2011), S.404-412
Wetzk, V.; Eisenkolb, T.
- Bewertung historischer Brückenlager - Das Kontaktproblem - Teil 2. Stahlbau 81 (2012), S.510-518
Eisenkolb, T.; Mehdianpour, M.
- Experimental Investigations on Sliding Friction of Historic Bridge Bearings. In: Jasienko, J. (Ed.): Proceedings of the 8th International Conference on Structural Analysis of Historical Constructions, Wroclaw, Oct 15-18, 2012, vol.3, S.2181-2188
Mehdianpour, M.; Eisenkolb, T.
- Historic Bridge Bearings – Identifying Material Characteristics: Compression Test. In: Jasienko, J. (Ed.): Proceedings of the 8th International Conference on Structural Analysis of Historical Constructions, Wroclaw, Oct 15-18, 2012, vol.3, S.2251-2257
Wetzk, V.
- Historic Bridge Bearings – Material Research on Cast Steel. In: Carvais, R. et al. (Ed.): Nuts & Bolts of Construction History (Proceedings of the 4th International Congress on Construction History, Paris, July 3-7, 2012), Paris: Picard, 2012, vol.3, pp.243-252
Wetzk, V.
