Schnelltest spürt Brückenschäden auf anhand der Schwingungen in den Spannseilen

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(20.11.2013) Ein neues Testverfahren ermöglicht die Überprü­fung von externen Spanngliedern an Betonbrücken. Mit dem vergleichsweise kostengünstigen Schnelltest sollen Brücken bei laufendem Verkehr innerhalb nur eines Tages auf Schäden untersucht werden können. Das Technologie-Lizenz-Büro (TLB) sucht nun Anwender und Lizenznehmer im In- und Ausland für das am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entwickelte Verfahren.

Straßenbrücken sind enormen Belastungen ausgesetzt. Vor al­lem der Schwerlastverkehr macht ihnen zu schaffen. Um Schä­den rechtzeitig zu erkennen, müssen sie regelmäßig visuell be­gutachtet und alle sechs Jahre detailliert überprüft werden - das schreibt die DIN 1076 vor, welche die Überwachung und Prüfung von Straßenbauwerken hinsichtlich Standsicherheit, Verkehrstauglichkeit und Dauerhaftigkeit regelt. Die bislang dafür existierenden Verfahren sind vergleichsweise aufwändig und teuer, zudem müssen die Brücken teilweise für den Ver­kehr gesperrt werden. Für Spannbetonbrücken mit externen Spanngliedern könnte sich das bald ändern:

Professor Lothar Stempniewski und sein Mitarbeiter Dipl.-Ing. Steffen Siegel vom In­stitut für Massivbau und Baustofftechnologie (IMB) des Karlsruher Instituts für Tech­nologie (KIT) haben einen Schnelltest entwickelt, mit dem Brücken bei laufendem Ver­kehr innerhalb nur eines Tages auf Schäden an den Spannseilen untersucht werden könnten. Die Technologie-Lizenz-Büro (TLB) unterstützt das KIT bei der Vermarktung und sucht nun Anwender und Lizenznehmer für das neuartige Messverfahren.

Spannbetonbrücken sind in Deutschland weit verbreitet. Seit rund 20 Jahren werden die meisten größeren Talbrücken mit externen, also nicht in den Beton eingegossenen Spanngliedern gebaut. Dabei befindet sich unterhalb der Fahrbahn ein Hohlkasten aus Beton, in dem dicke Stahlseile verlaufen. Dieser Spannstahl gibt dem gegen Zugkräf­te wenig widerstandsfähigen Beton die nötige Stabilität. Schäden an den Stahlseilen können daher fatale Folgen für die gesamte Brücke haben und werden meist viel zu spät entdeckt.

Messung der Schwingungen in den Spannseilen

Das unter der Leitung von Professor Lothar Stempniewski entwickelte Verfahren zur Messung der Schwingung bei externen Spanngliedern wurde 2009 als europäisches Patent angemeldet, mittlerweile werden die ersten Brücken damit überprüft. Das Prin­zip des neuen Verfahrens ist einfach: Es misst die Schwingungen in den Spannseilen und vergleicht die Ergebnisse mit Werten aus früheren Messungen. „Wenn die Spann­kraft eines Seiles nachlässt, nimmt die Frequenz ab. Ungewöhnliche Veränderungen der Frequenz deuten folglich auf Schäden an den Drähten oder Litzen hin“, erklärt TLB- Innovationsmanager Dr.-Ing. Hubert Siller. Das patentierte Verfahren erfasst die Frequenzspektren mit einer Genauigkeit von 0,01 Hz und ist bei allen hierzulande verwendeten Arten von externen Spanngliedern einsetzbar. Voraussetzung für das Aufspüren von Abweichungen ist die so genannte Nullmessung, also die Erfassung eines Ausgangswertes. Über mehrere Messungen hinweg kann dann der Zustand der Spannglieder recht gut abgeschätzt werden und im Zweifelsfall im Anschluss eine um ein Vielfaches teurere Detailuntersuchung durchgeführt werden.

In Zusammenarbeit mit dem KIT hat die Firma ZINS Ziegler Instruments GmbH ein ent­sprechendes Messgerät entwickelt, das die erfassten Werte speichert und bei späte­ren Messungen Frequenzveränderungen aufzeigt. „Die Ergebnisse liegen sofort vor, zudem ist das Gerät einfach zu bedienen. Daraus ergeben sich massive Zeit- und Kos­tenersparnisse bei der Prüfung von externen Spanngliedern“, betont Steffen Siegel.

Derzeit werden drei Brücken in Baden-Württemberg überprüft, weitere Brücken in Deutschland und im europäischen Ausland sollen folgen. Der neue Schnelltest hat ein enormes Potential: Die Messungen sind im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren wie Ultraschall, Radiografie oder magnetinduktiver Prüfung wesentlich einfacher und kön­nen um bis zu 95 Prozent kostengünstiger sein. Zudem liefern sie sofort verwertbare Ergebnisse.

Das patentierte Verfahren könnte künftig auch zur Überprüfung von Schrägseilbrücken und Windkraftanlagen eingesetzt werden. 

Die Forschungen am KIT laufen derweil weiter, denn das patentierte Verfahren eignet sich auch zur Überprüfung von externen Windenergieanlagen (so genannte Hybridtür­me), von seilabgespannten Konstruktionen wie Stadiondächern und von Schrägseil­brücken wie beispielsweise der Rheinbrücke bei Karlsruhe. Bis das Verfahren für diese speziellen Anwendungsbereiche marktreif ist, werden aber wohl noch einige Monate vergehen.

Weitere Informationen zum Schnelltest von externen Spanngliedern können per E-Mail an TLB-Innovationsmanager Dr.-Ing. Hubert Siller angefordert wer­den.