Spannungsrisskorrosion

Max Käding Artikel veröffentlicht: 23.08.2018

Bis in die 1990er Jahren wurden hochfeste Spannstähle hergestellt, die gegenüber Spannungsrisskorrosion stark gefährdet sind. Brücken, in die der gefährdete Spannstahl eingebaut wurde, können in sich ein Risiko
bergen, sofern sich der Versagenszustand des Tragwerks nicht rechtzeitig ankündigt und spontan eintreten kann. 

Spannungsrisskorrosion bei Brücken

Viele Brücken, die einen wichtigen Teil unserer modernen Infrastruktur darstellen, wurden in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts gebaut. In dieser Zeit befand sich die noch junge Bauweise in einer rasanten Entwicklung, so dass die fehlenden Erfahrungen und Regelwerke zu vielfältigen Defiziten führten. Eines dieser Probleme ist die besondere Empfindlichkeit bestimmter Spannstähle aus den älteren Produktionszeiträumen (Sigma-, Neptun- oder Hennigsdorfer-Spannstahl) gegenüber Spannungsrisskorrosion, infolge dessen ein plötzliches Versagen des Bauwerks auftreten kann.

Aus diesem Anlass wurden spezifische Richtlinien zur Bewertung gefährdeter Strukturen im Straßen- und Eisenbahnbrückenbau veröffentlicht, durch die das Ankündigungsverhalten rechnerisch untersucht werden kann. Hierfür sind, je nach Regelwerk, rechnerische, experimentelle und messtechnische Methoden heranzuziehen. In all diesen Feldern, von der konventionellen Anwendung der Regelwerke bis hin zu innovativen Lösungsansätzen wie bspw. dem Schallemissionsmonitoing zur Detektion von Spanndrahtbrüchen, besitzen wir Erfahrungen, auf die wir bei der Bewertung dieser sensiblen Fragestellung zurückgreifen können. Für unsere Auftraggeber können wir so ein individuelles, für jedes Bauwerk zweckmäßiges Vorgehen entwickeln und bieten die technisch und wirtschaftlich beste Lösung.

Rechnerische Untersuchung

Die rechnerische Untersuchung ist ein erster Schritt in der gesamthaften Bewertung eines Tragwerks. Hierbei wird die Auftretenswahrscheinlichkeit für ein Versagen ohne Vorankündigung untersucht. Grundlage stellen hierfür die Schnittgrößen für verschiedene Einwirkungskombinationen dar, die wir an globalen numerischen Modellen ermitteln. Unsere Erfahrungen aus der Prüfung vergleichbarer Nachweise haben gezeigt, dass sich durch ein eigenes Modell Fehlerquellen vermeiden lassen, auch wenn eine umfangreiche Bestandsstatik vorliegt. Unsere Ergebnisdarstellung ermöglicht eine schnelle Identifikation kritischer Bauwerksteile.

Rechnerische Untersuchungen an der Hochstraße 2. Ebene in Hagen

Materialuntersuchungen

Ein weiterer wichtiger Baustein für die Bewertung ist die Entnahme und Untersuchung von Materialproben. Ziele dieser Untersuchungen sind insbesondere, die Empfindlichkeit des Spannstahls und die Zusammensetzung des Verpressmörtels hinsichtlich korrosionsfördender Bestandteile zu ermitteln. Die Proben werden am Bauwerk stichprobenartig unter Berücksichtigung der Konstruktion und des Bauverfahrens gewonnen und in Laboruntersuchungen ausgewertet.

Bei der Erbringung dieser Leistungen greifen wir auf unsere Erfahrungen aus dem Bereich des Bauens im Bestand und der Anwendung von modernen Verfahren wie dem Georadar zur zerstörungsfreien Ortung der Spannglieder zurück. Bauteilöffnungen können auf diese Weise gezielt und mit so geringem Eingriff ins Bauwerk wie möglich hergestellt werden.

Entnahme von Materialproben am Bauwerk
Bündelspannglied mit ovalen Spanndrähten

Monitoring von Bauwerken mit Versagensvorankündigung

Bei Bauwerken mit Ankündigungsverhalten kann unterstellt werden, dass sich bei sukzessivem Spannstahlausfall im Beton Risse bilden, bevor ein Versagen des Tragwerks eintritt. Diese Steifigkeitsänderungen infolge der Rissbildung können durch ein Verformungsmonitoring hervorragend erfasst werden. Die Zustandsänderungen werden durch die automatische Messdatenerfassung und -verarbeitung frühzeitig erkannt und kritische Bereiche durch eine geschickte Sensoranordnung eingegrenzt.

Bei der Konzeption und Umsetzung von Monitoringaufgaben greifen wir auf unsere umfassenden Erfahrungen aus der Durchführung von anderen Monitoringprojekten zurück. Unseren Anspruch an eine hohe Datenqualität sichern wir durch interne Prozesse und Plausibilisierung der Messwerte ab. Im Ergebnis entsteht für den Bauherrn eine fokussierte und belastbare Bewertung.

Bauwerksmonitoring an der SÜ B192 in Waren
Belastungsfahrten zur Kalibrierung der Messtechnik vor Beginn eines Monitorings

Monitoring zur Detektion von Drahtbrüchen

Für Bauherren sind Bauwerke ohne Ankündigungsverhalten nach wie vor ein großes Problem, da die Einschätzung der tatsächlichen Gefährdung auf Grundlage der rechnerischen und materiellen Untersuchungen und die Festlegung der sich daraus ergebenden Konsequenzen für das Bauwerk nicht immer eindeutig möglich sind.

Auf Grundlage unserer langjährigen Erfahrungen aus Projekten der Forschung und Entwicklung bieten wir für diese Fälle mit dem Schallemissionsmonitoring ein innovatives Lösungskonzept an. Die akustischen Emissionen, die bei Drahtbrüchen entstehen, werden im Baustoff transportiert und können über weite Strecken hinweg durch Sensoren detektiert und lokalisiert werden. Schädigungsorte können so klar identifiziert und die tatsächliche Aktivität des Schädigungsprozesses bewertet werden. Mit diesen Erkenntnissen ergibt sich für den Bauherrn der großen Vorteil, dass das vom Bauwerk ausgehende Gefährdungspotential real bewertet und somit eine sichere Nutzung gewährleistet werden kann.

Applizierter Schallemissionssensors

Drahtbrüche können an den Tragseilen von Schrägkabel- Hängebrücken oder Windenergieanlagen gleichermaßen, wie an den Spanngliedern von Spannbetonbrücken auftreten. Die Ursachen können hierfür vielfältig sein. Neben der Spannungsrisskorrosion lassen sich Brüche auch auf Ermüdung zurückführen. Für diese Tragwerkstypen ist das Schallemissionsmonitoring ebenfalls hervorragend geeignet und liefert dem Bauherrn wertvolle Informationen für die gezielte Planung von Maßnahmen zur Instandhaltung und Wartung.

Informieren Sie sich über unsere Projekte

Brücke der B 192 über die DB AG

Eisenbahnbrücke Haster Weg Osnabrück

Stennertbrücke Hagen

Hochbrücke 2. Ebene Hagen