Einsatz digitaler Werkzeuge zur Erhaltung bestehender Brücken

Konventionelle statische Untersuchungen würden für ein solches Projekt keine hinreichend genauen Daten liefern und folglich einen Ersatzbau favorisieren. Mit Hilfe innovativer digitaler Tools konnten wir eine Reihe von Szenarien und Details individuell prüfen und nicht nur maßgebende Punkte betrachten. Auf diese Weise gelang es uns, wirtschaftliche Verstärkungsmaßnahmen zum Erhalt der Brücke aufzuweisen.

Viele der deutschen Brücken werden derzeit nachgerechnet. Dabei zeigen sich vermehrt Traglastdefizite. Im Gegensatz zu kleineren Bauwerken ist bei den großen Rheinbrücken ein Ersatzneubau sehr aufwendig und sollte auch mit Blick auf den Denkmalschutz und die CO2-Bilanz kritisch hinterfragt werden.

Digitales Analysemodell identifiziert verstärkungsbedürftige Brückenelemente

Die Friedrich-Ebert-Brücke verbindet die Duisburger Stadtteile Ruhrort und Homburg. Sie wurde als Ziegelgurtbrücke mit eine Hauptspannbreite von 285 m im Jahr 1956 errichtet und dann 1999 erstmalig verstärkt. Um die dauerhafte Sicherheit zu gewährleisten, wurden wir von der Stadt Duisburg beauftragt, die Tragfähigkeit der vierspurigen Rheinbrücke zu prüfen.

Die Verteilung der Spannungen in den Hauptträger der Friedrich-Ebert-Brücke hängt direkt von dem betrachteten Querschnitt ab, der wiederum von der betrachteten mitwirkenden Breite abhängig ist. Bei seilverspannten Brücken unterscheidet sich die mitwirkende Plattenbreite des Eigengewichtszustands von der unter Verkehrslasten. In der Vergangenheit wurden solche Brücken als Trägerrost abgebildet mit pauschal angenommenen mitwirkenden Plattenbreiten, was jedoch nicht unbedingt dem realen Tragverhalten entspricht. Nur eine detaillierte Modellierung der Fahrbahnplatte mittels Schalenelementen kann realitätsgetreue Ergebnisse liefern.

Wir beschlossen daher, ein sehr detailliertes Analyse-Modell zu entwickeln. Für die Modellierung verwendeten wir Querschnitte aus Stäben und 2D-Schalenelementen. Stäbe für die Hauptträger und die Längsstreifen und 2D-Schalenelemente für die Fahrbahnplatte. Jedes Element wurde mit allen statisch mitwirkenden Blechen detailgetreu abgebildet, um die korrekte Steifigkeit an jeder Stelle zu erfassen. Die digitale Automatisierung der insgesamt 46 Querschnitte ermöglichte Nachrechnungen mit hoher Qualität. Wir konnten gezielt identifizieren, welche Elemente der Brücke eine Verstärkung benötigen. Auf diese Weise ließ sich der Erhalt der Brücke gewährleisten, was sowohl Materialien als auch graue Energie und Kosten spart.

Das Modell kann im weiteren Verlauf des Projekte für wichtige Planungsaspekte genutzt werden, darunter Bauablaufplanung, Kostenkontrolle und Bestandsdokumentation.