Experimentell gestützte Tragsicherheitsbewertung von Mauerwerk – Entwicklung eines praxisorientierten Konzepts zur Substanzerhaltung von Brücken und Durchlässen (ExTraM)

Förderung durch das Promotionsprogramm Jade2Pro der Jade Hochschule

Die Bewertung der Tragfähigkeit von historischen Brücken bildet die Grundlage für die Wahl notwendiger Maßnahmen zum Erhalt einer bestehenden Konstruktion. Alterungsschäden sind eine der Ursachen, warum ein Bauwerk nicht mehr als standsicher gilt. Im 19. Jahrhundert wurde im Brückenbau ausschließlich die Gewölbebauweise ausgeführt, sodass zurzeit ein großer Bestand an Gewölbebrücken vorhanden ist. Allein in Deutschland bestehen ca. 33% der Brückenbauwerke aus Mauerwerk.

Ein wesentliches Tragelement einer Gewölbebrücke ist die Bogenkonstruktion. Zur Beurteilung der Tragfähigkeit der Bogenkonstruktion muss die Lage der Stützlinie ermittelt werden. Die Druckkraftresultierende beschreibt die Stützlinie in den einzelnen Mauerwerksabschnitten des Gewölbes, wobei die Stützlinie immer innerhalb der Kernweite liegen muss. Einen wesentlichen Beitrag zur Tragfähigkeit des Gesamtbauwerkes leisten zudem die Übermauerung, die Hinterfüllung und die Gründung infolge einer mittragenden bzw. stützenden Wirkung. Durch eine Wechselwirkung zwischen den einzelnen Bauwerksbereichen sowie der Interaktion mit der Gründung und dem Baugrund werden bei historischen Brückenbauwerken räumliche Tragstrukturen angetroffen. Mit der minimalen und maximalen Größe des Horizontalschubs wird die Lage der Stützlinie am Kämpfer beschrieben. Diese wird unter anderem durch Auflagerverschiebung beeinflusst und kann bereits durch kleine Veränderungen den Verlauf umformen. Die Wider-lager bestehen zumeist aus einem mehrschaligen Mauerwerk. Das Zusammenwirken der Schalen über den Verbund wird durch Anordnung von Bindersteinen erreicht. WARNECKE hat ein Tragmodell für mehrschalige, kohäsive Mauerwerksgefüge entwickelt. In erster Linie wird das Tragverhalten von mehrschaligem Mauerwerk im Einleitungsbereich mit Hilfe von Annahmen zum Haftverbund und Konsolenwirkung beschrieben.

Durch Untersuchungen an verschiedenen mehrschaligen Mauerwerksprüfkörpern sollen das Trag- und Verbundverhalten zwischen der Innen- und Außenschale von ausgebildeten Widerlager untersucht werden. Diese Untersuchungen werden Erkenntnisse über Auflagerverdrehungen und Tragverhalten liefern. Die gewonnenen Feststellungen aus den Versuchen mit Unterstützung der Photogrammmetrie zur Ermittlung von Verformungen und Dehnungen werden erfasst und mit nichtlinearen FE-Modellen gegenübergestellt.

Als Referenzobjekt wurde von der Deutschen Bahn die Allerbrücke für Belastungsversuche zur Verfügung gestellt. In Kooperation mit UNIV. PROF. DR.-ING. STEFFEN MARX, LEIBNIZ UNIVERSITÄT HANNOVER und PROF. DR.-ING. VOLKER SLOWIK, HOCHSCHULE FÜR TECHNIK, WIRTSCHAFT UND KULTUR LEIPZIG wird übergreifend die Planung sowie Durchführung der Versuchsreihen realisiert.

 Bild 1: Probekörper (3-schaliges Mauerwerk)