Die ÖBB Infrastruktur AG erteilte FCP den Auftrag zur Ausarbeitung einer vergleichenden Lebenszykluskostenanalyse von drei verschiedenen Brückenkonstruktionsvarianten im Rahmen der Erneuerung der bestehenden Kugelsteinbrücke über der Mur. Konkret waren folgende Konstruktionsvarianten zu untersuchen:
Die derzeitige Bestandsbrücke ist eine zweigleisige Eisenbahnbrücke mit einer Länge von 61,1 m und einer Gesamtbreite von 11,6 m. Die Fachwerkbrücke aus dem Jahr 1966 ist ein Einfeldträger mit offener Fahrbahn. Der Brückenentwurf der neuen zweigleisigen Kugelsteinbrücke sieht ebenfalls eine Spannweite von rund 60 m und eine Breite von rund 15 m vor.
Ziel war es, die unterschiedlichen Brückentypen vor allem hinsichtlich der zu erwartenden, baulichen Erhaltungskosten über eine Nutzungsdauer von 120 Jahren zu vergleichen.
Über den Bosporus wird derzeit die dritte Brücke errichtet. Die Brücke ist Teil einer Autobahnumfahrung von Istanbul und dient vor allem der besseren Verbindung zwischen dem asiatischen Teil der Türkei mit Europa.
Die Brücke wird als kombinierte Schrägseil- und Hängebrücke errichtet. Sie wird mit 59 m Deckbreite die bisher breiteste Hängebrücke und mit 1408 m Hauptspannweite die längste Hängebrücke mit Schienensystem sein.
Derzeit sind die Pylone mit Höhen von knapp 330 m auf beiden Seiten errichtet und der Errichtung der Hauptseile steht bevor.
VCE hat an beiden Pylonen ein seismisches Monitoringsystem installiert, mit welchem neben Erdbebenereignissen auch die Auswirkungen von Starkwind-Ereignissen auf die freistehenden Pylone aufgezeichnet und ausgewertet werden. Die beiden Systeme sollen bei weiterem Baufortschritt erweitert werden und auch Informationen über Bauzustände von Tragseilen und Deck liefern. Die Konzeption des Systems erlaubt außerdem die spätere Integration in das permanente messtechnische Monitoring-System des Bauwerks.
In den vergangenen beiden Jahren wurde von VCE mit unserem tschechischen Partnerbüro INFRAM intensiv im Bereich des Einflusses von baulichen Erhaltungsmaßnahmen auf die Verfügbarkeit der Straßeninfrastruktur geforscht.
Mit Jahresende 2014 wurde das Forschungsprojekt seitens der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) positiv hinsichtlich des Erreichens der im Projektantrag definierten Projektziele abgeschlossen.
Projektinhalt: Lebenszykluskosten-Analysen im Rahmen von Straßeninfrastruktur-Erhaltung stützen sich derzeit vordergründig auf betriebswirtschaftliche Überlegungen (Baulastträgerkosten). Für zukünftige Erhaltungsmanagementsysteme gewinnt allerdings zunehmend eine Miteinbeziehung volkswirtschaftlicher Überlegungen (z.B. Zeitkosten infolge Verfügbarkeit) an Bedeutung, da deren monetäre Auswirkungen ein Vielfaches ausmachen. Dieser Mehrwert soll daher – speziell für sog. Kunstbauten (vorwiegend Brücken) – durch Entwicklung entsprechender Modelle und deren Einbindung in die bestehenden Routinen zur Entscheidungsfindung im Rahmen der Infrastruktur- Erhaltung nutzbar gemacht werden.
Projektschwerpunkt: Steigerung der Effizienz des Verkehrs und der Infrastrukturnutzung durch Informations- und Kommunikationssysteme
Gegenstand der vorliegenden Untersuchung war eine dynamische Sonderprüfung des Brückenobjekts A21.R1 im Sinne der RVS 13.03.11, die dazu diente, den baulichen Erhaltungszustand und die dynamischen Auswirkungen der Verkehrslasten auf Tragfähigkeit und Funktionsfähigkeit zu bewerten.
Das Brückenobjekt wird bereits seit dem Jahr 2000 (Basismessung) im Rahmen der Tragwerksüberwachung messtechnisch von VCE untersucht.
Die erste Folgeuntersuchung (2008) wurde im Hinblick auf ein grundlegendes, künftiges bauliches Erhaltungskonzept durchgeführt. Die daraus resultierenden Instandsetzungsmaßnahmen und baulichen Veränderungen (2009-2013) wurden ebenfalls durch dynamische Sonderprüfungen (2010-2014) messtechnisch erfasst und evaluiert.
Durch die vorhandene langjährige Messreihe können gegebenenfalls auftretende Veränderungen des Tragwerkszustandes erkannt und bewertet, sowie die bauliche Erhaltungsplanung maßgeblich unterstützt werden.
Lichtmaste sind, wie andere Kunstbauten, regelmäßig auf Schäden und auf ihre Standsicherheit zu prüfen. Bevorzugt kommen dabei, neben der obligatorischen visuellen Inspektion, zerstörungsfreie Mess- und Prüfverfahren zum Einsatz. Neben dem Biegeprüfverfahren, welches das Risiko von Beschädigung des Mastes mit sich bringt, kommen vor allem Ultraschallverfahren und dynamische Verfahren zum Einsatz.
VCE prüft im Zeitraum Oktober 2014 bis März 2015 mehr als 5000 Stahllichtmaste für die Stadt Wien. Diese sind über das gesamte Stadtgebiet verteilt. Die Prüfung beinhaltet die visuelle Inspektion, BRIMOS® als Verfahren zur Standsicherheitsermittlung und Ultraschall zur Wanddickenbestimmung.
Zur raschen und effizienten Abwicklung des Prüfvorganges wurde von VCE eine Tablet-PC Lösung samt Software und Datenbankanbindung entwickelt:
Sämtliche Prüfergebnisse, Fotos, Messdaten, etc. werden automatisch in die Datenbank übernommen und die Standsicherheitsbeurteilungsergebnisblätter für den Bericht automatisch erstellt.
Im März 2012 kam es zu einem folgenschweren Einsturz einer Stützmauer in Schönberg an der A13 Brennerautobahn, ohne dass es im Vorfeld Anzeichen für ein solches Versagen gegeben hätte. Dabei kam ein Lkw-Lenker zu Tode.
Aus diesem Anlass wurde von der ASFINAG ein interner Arbeitskreis unter Führung der Region SÜD eingerichtet, um ähnlich konstruierte Stützmauern (Errichtung vor 1993 auf Grundlage einer vorangehenden Bemessungsnorm) einer vertieften Prüfung zu unterziehen. Neben statischen Nachrechnungen, Untergrunderkundungen und gezielten baulichen Rückverankerungen zur Erhöhung der Standsicherheit einzelner Objekte wurden ausgewählte Tragwerke auch auf innere, nichtsichtbare Schäden untersucht.
VCE wurde daher eingeladen, eine erweiterte Tragwerksbeurteilung (Sonderprüfung) an zwei Winkelstützmauern anhand von Schwingungsmessungen durchzuführen. Bei dieser Sonderprüfung handelt es sich um ein Verfahren im Sinne der RVS 13.03.01 (Merkblatt: Monitoring von Brücken und anderen Ingenieurbauwerken), welches nun in Form eines Pilotprojektes an Stützmauer-Konstruktionen appliziert wird.
Aufgrund der Charakteristik und der lokalen Verhältnisse wurde für die beiden nicht geankerten Stützbauwerke folgende Vorgangsweise ausgewählt:
Die Kocherbrücke Untergröningen wurde im Jahr 1953 als vorgespannte Plattenbrücke mit Verdrängungskörpern und einer Länge von 32,35 Metern errichtet. Aufgrund von Problemen mit der Quervorspannung wurde das Tragwerk in Querrichtung mittels IPB-Trägern verstärkt.
Über das Tragwerk fahren einmal pro Woche angemeldete Schwertransporte mit bis zu 410 Tonnen. Eine Nachrechnung mit dem typischen Lastbild der Schwertransporte erbrachte kein positives Ergebnis. Deshalb wurde das Tragwerk mit einem Permanentmonitoringsystem ausgestattet, welches Veränderungen des Tragwerkszustandes bzw. Schäden frühzeitig erfassen kann.
Eine Analyse der Messdaten über drei Monate zeigte, dass die Brücke beinahe jede Nacht von – oft unangemeldeten – Schwertransporten überfahren wird. Das Monitoring soll bis zum geplanten Ersatzneubau in fünf Jahren fortgeführt werden.
Am 16. Mai traten an den Schrägseilen der Donaustadtbrücke starke Seilschwingungen auf. Im Zuge eines gemeinsamen Lokalaugenscheins (Hr. Nöbauer / Wiener Linien, Hr. Furtner / VCE) wurden die Seilschwingungen beobachtet und die Situation hinsichtlich der Sicherheit für den laufenden U-Bahn Betrieb eingeschätzt.
Betroffen waren die Schrägseile mit der Bezeichnung OW1 bis OW5a, wobei die Schrägseile mit den Bezeichnungen OW1a und OW2 (entspricht dem 2. und 3. Schrägseil Stromtragwerk Seite Oberstrom) sehr starke Schwingungen zeigten. Die beobachteten Seilschwingungen waren auf die aktuellen Wetterverhältnisse (Regen, Windstärke, Windrichtung) zurückzuführen.
Die betroffenen Seile OW1 bis OW5a wurden durch eine BRIMOS® Nachmessung überprüft. Weiters wurden die unteren und oberen Verankerungen der Seile OW1a und OW2 einer Sichtprüfung unterzogen.
In einem weiteren Schritt wird durch VCE ein technisches Konzept zur Verhinderung gefährlicher Seilschwingungen an der Donaustadtbrücke erarbeitet.
Der Zustand von drei Stahlbeton-Skelett-Bauwerken einer Industrieanlage zur Erzeugung von Viscosefasern wird ermittelt und bewertet, um deren Erhaltung und den weiteren Betrieb zu planen. Die Bauwerke sind zwischen 20 und 30 Jahre alt und zum Teil erheblichen prozessbedingten Beanspruchungen durch Wasser und chemische Einwirkung ausgesetzt.
Die einzelnen Produktionslinien bestehen aus mehreren Einzelgebäuden, welche sich in ihrer Bauart jeweils stark ähneln, aber durch den bisherigen Betrieb doch unterschiedlich stark belastet wurden. Im Zuge der Untersuchung werden Belastungszonen- und Zustandsmatrizen erstellt. Auf dieser Basis werden rechnerische, globalen und lokalen Lebensdauer-Parameterstudien als Grundlage für potentielle Erhaltungs- und Sanierungsmaßnahmen im Sinne eines Prioritätenplans erarbeitet.
Die vorliegende Untersuchung versteht sich als Vorstufe eines zukünftigen Erhaltungs-Management-Systems.
Zwischen Dezember 2013 und März 2014 führte die Firma Felbermayr ausgehend von Rotterdam acht Schwertransporte durch. Für ein neues Aluminiumwerk des oberösterreichischen Aluminiumherstellers AMAG in Ranshofen wurden vom italienischen Maschinenbauunternehmer Danieli hergestellte Maschinenbauteile transportiert. Der Transport erfolge per Schiff von Rotterdam über den Rhein-Main-Donaukanal bis in den Felbermayr-Schwerlasthafen nach Linz und von dort auf der Straße nach Ranshofen. Die einzelnen, rund 200 Tonnen schweren Komponenten wurden jeweils auf 20-achsigen Tiefladern mit einem Transportgesamtgewicht von bis zu 305 Tonnen transportiert.
Zwei Brücken auf der Transportroute (Objekt 307 und Objekte 305 im Zuge der Umfahrungsstraße Ebelsberg) wurden von VCE im Rahmen eines begleitenden Überwachungsprogramms anhand periodischer dynamischer Messungen mit BRIMOS® Structural Health Monitoring während aller Sondertransporte überwacht.
Eine der beiden Brücken musste aus statischen Gründen im sogenannten Krebsgang befahren werden. Der Tieflader wird dabei mittels zweier Zugmaschinen zur besseren Gewichtsverteilung diagonal über die Fahrbahn gezogen.
Die Ogun River Bridge ist Teil der Verbindungsstraße zwischen den Millionenstädten Lagos und Ibadan. Die Brücke überspannt mittels zweier paralleler Richtungstragwerke mit einer Gesamtlänge von je 728,5 m das Tal des Flusses Ogun am nordöstlichen Stadtrand von Lagos.
Die 16-feldrige Spannbetonbrücke wurde Ende der 1970er Jahre als erste Taktschiebebrücke in Afrika errichtet. Jedes Richtungstragwerk besteht aus einem einzelligen Hohlkasten und trägt drei Fahrstreifen.
Beide Überbauten wurden durch ein Brandereignis schwer beschädigt. Ein Tanklastzug stürzte um, rund 30 Tonnen Treibstoff liefen aus und gerieten in Brand.
Die Baufirma Julius Berger wurde mit der Generalerneuerung der Verbindungsstraße zwischen Lagos und Ibadan beauftragt. Zur Beurteilung des Brückenzustands als Grundlage für eine Instandsetzung oder (Teil-)Erneuerung führten die Firmen BBV Systems GmbH und VCE eine BRIMOS® Untersuchung samt FE-Vergleichsrechnung durch.
Leistungen VCE: BRIMOS® Untersuchung beider Überbauten, FE-Vergleichsrechnung
Die Fußgängerbrücke (welche von Einheimischen auch mit Fahrzeugen aller Art befahren wird) mit einer Spannweite von 80 Metern wurde im Jahr 1983 als Hängebrücke errichtet. Die Pylone und das Deck bestehen aus Beton. Alle vier Tragseile sind voll verschlossene Seile mit Durchmesser 68 mm. Die 104 Hängerseile und die 32 diagonalen Stabilisierungseile variieren im Durchmesser von 16-22 mm.
Die Brücke ist in einem fragwürdigen Erhaltungszustand. Einige Hänger mussten bereits ersetzt werden.
Die Ausführung der Brücke stimmt in weiten Teilen mit den vorhandenen Plandokumenten und der statischen Berechnung nicht überein.
Als Grundlage für eine zukünftige Instandsetzung wurde VCE mit der Messung aller Seilkräfte mittels BRIMOS® Technologie beauftragt.
Leistungen VCE: Messung sämtlicher Seilkräfte
Die Stadt Zwettl wird durch den Bau einer Umfahrung vom Durchzugsverkehr befreit. Diese bildet einen Halbring um die Stadt und wird größtenteils als 3-streifige Straße ausgeführt. Dabei werden bestehende Verbindungen (Landesstraßen B 38, B 36 und L 71) gekreuzt und eingebunden. Die 11,7 km lange Orts-Umfahrung Zwettl setzt sich aus drei Erhaltungsabschnitten zusammen
und soll in den nächsten Jahren im Rahmen eines PPP-Projekts errichtet und 25 Jahre (2018-2043) lang betrieben werden. Von VCE wurde im Bieterverfahren dazu das Erhaltungs- und Betriebskonzept für die gesamte Vertragsstrecke in Form einer Maßnahmen- und Kostenplanung und Optimierung erstellt. Neben 185.000 m² Straßenoberbau (Asphaltbauweise) waren 21 Brücken und rund 1,5 km Lärmschutzwände in die Ausarbeitung eingeschlossen.
Detaillierung der von VCE ausgearbeiteteten Leistungen:
Planung der baulichen Erhaltung Strasse:
Planung der baulichen Erhaltung Kunstbauten:
Planung des Betriebs:
Über den Albert Kanal in Belgien wurde eine neue Schrägseilbrücke errichtet, deren Schrägseile wurden von Mekano4 geliefert und installiert. Die längsten Schrägseile sind mit Schwingungsdämpfern ausgerüstet um gefährlichen Seilschwingungen vorzubeugen.
VCE untersützte Mekano4 bei der Entwicklung und Bemessung eines neuen Hydraulikdämpfers. Weiters wurde die Seilkraft und das Dämpfungsverhalten sämtlicher Schrägseile messtechnisch überprüft. Die Wirksamkeit der Schwingungsdämpfer wurde durch Ausschwingversuche an den Schrägseilen überprüft.
Die Brücke wurde zusätzlich mit einem permanenten Monitoringsystem, bestehend aus einer Wetterstation, Schwingungssensoren für ausgewählte Schrägseile und Verformungssensoren zur Überwachung der Dämpferfunktion, ausgerüstet. Sämtliche Messdaten werden im BRIMOS® Web-User-Interface für den Kunden bereitgestellt.
Leistungen:
Die neue Schrägseilbrücke über den Mississippi in St. Louis, Missouri wird nach ihrer Fertigstellung Anfang 2014 mit einer Hauptspannweite von 460 Metern die längste Schrägseilbrücke in den USA sein. Das Brückendeck ist eine Beton-Stahl Vebundkonstruktion. Die Schrägseile mit 31-73 Litzenbündel sind bis zu 244 Meter lang.
Um gefährliche Seilschwingungen zu vermeiden, wurde vom Bauherrn eine Seilschwingungsdämpfung von 1% kritischer Dämpfung als Mindestanforderung vorgegeben. Dies ist im Vergleich zu internationalen Normen und Richtlinien eine sehr hohe Anforderung (vgl. SETRA 0,5% kritische Dämpfung). Daher wurden durch den Kabellieferanten VSL alle Schrägseile mit Reibungsdämpfern ausgerüstet. Die Funktion der Dämpfer war durch unabhängige Experten mittels Messungen und Schwingungstests nachzuweisen. Die entsprechenden Untersuchungen wurden durch VCE Anfang Dezember 2013 an drei Schrägseilen durchgeführt. Die Messungen erfolgten für alle Seile jeweils mit deinstalliertem Dämpfer, mit installiertem, inaktivem Dämpfer und mit installiertem, aktivem Dämpfer. Alle Versuche wurden 3mal wiederholt. Mittels der Messungen konnte gezeigt werden, dass die Dämpfung der Schrägseile durch die Dämpfer von 0,2% Eigendämpfung auf mindestens 1,5% Gesamtdämpfung für die längsten Schrägseile und 2% Gesamtdämpfung für die kürzesten Seile angehoben werden konnte.
Im Zuge des Einbaus eines Structural Health Monitoring Systems wurden die Tragwerke der „Halic Metro Crossing“ mit Hilfe von BRIMOS®-Wireless gemessen. Die Basismessungen umfassten die beiden Vorlandbrücken, die Schrägseilbrücke, die Pylone, die Drehbrücke, sowie die Schrägseile selbst – insgesamt über 300 Messpunkte.
Brückenlängen:
Während der Fertigstellung der Installationsarbeiten im Dezember 2013 werden zusätzlich ein Snap Back Test, sowie eine Messung zur Beurteilung der Resonanzschwingungen beim Aufdrehen und bei einem Not-Stopp des Drehvorgangs der „Swing Bridge“ durchgeführt.
Leistungen: Erarbeitung eines Konzepts für die Initial Measurements, Durchführung der Messungen, Auswertung, Bericht
Ausgangslage war eine rechnerische Tragsicherheits-bewertung der stählernen Dachkonstruktion unseres Büros im Jahr 2011. Diese Nachrechnung nach dem wesentlich strikteren Eurocode zeigte erwartungsgemäß in einigen Fällen eine Überschreitung der zulässigen Grenzwerte. Die Situation wurde damals unter der Anwendung probabilistischer Ansätze als akzeptabel eingestuft.
Um diese Annahmen zu bestätigen wird, die tatsächliche Belastung des Tragwerks durch Wind und Schnee mittels eines permanenten Monitoring-Systems ermittelt.
Die gesamte Überwachung dauert 3 Jahre, um für die Beurteilung repräsentative Jahresgänge einerseits und eine ausreichende Anzahl an Extremereignissen andererseits erfassen zu können.
Zur Kalibrierung der Lebensdauerprognose wird duch die Messanlage das reale Tragverhalten über die 3 Jahre dokumentiert.
Der aktuelle Jahresbericht bezieht sich auf einen Beobachtungszeitraum von 16 Monaten und beinhaltet die Auswertung des gemessenen Tragwiderstands über die Zeit unter dem Einfluss wechselnder meteorologischer Einwirkungen bzw. unter Starkwindereignissen.
Gleichzeitig erfolgte anhand des angeführten, permanent überwachten Zeitraums (12/2011 – Ende 03/2013) eine ausführliche Analyse und Evaluierung der realen Wind- & Schneelasten gegenüber dem Windlastmodell bzw. dem Schneelastmodell des Eurocode.
Der Hunter Expressway (Bauphase 2010 bis 2013) ist eine etwa 40 km lange Autobahn an der australischen Westküste (Nähe Newcastle).
Kurz vor der Öffnung für den Verkehr wurde in vier Brücken (drei davon sind Twin-Bridges) des Hunter Expressway ein Structural Health Monitoring System eingebaut. Mittels Schlauchwaagensystem werden die Setzungen der Pfeiler überwacht, Ultraschallsensoren detektieren Längs- und Querverschiebungen.
Zusätzlich wird die Lufttemperatur entlang der Bauwerke, sowie der Flüssigkeitsstand im Ausgleichsbehälter des Schlauchwaagensystems erfasst.
Key-Features:
Leistungen: Erarbeitung eines Structural Health Monitoring Konzepts, Vorfertigung des Systems bei VCE, Installation des Systems vor Ort, Kalibrierung, Beratung für die Grenzwert-Definition, On-site operation & maintenance training
Dynamische Untersuchung der Tragsicherheit der Zwischendecke mit BRIMOS Structural Health Monitoring
Den Deckeneinsturz des Autobahntunnels Sasago in Japan, Anfang Dezember 2012, hat die ASFINAG zum Anlass genommen, um eine interne Arbeitsgruppe einzurichten sowie ein Pilotprojekt zur dynamischen Untersuchung an der Zwischendecke des Plabutschtunnels (Oströhre) ins Leben zu rufen.g
Dieses Pilotprojekt dient dazu, parallel zu konventionellen Tragwerksprüfungen, Ergebnisse aus dem Schwingungsverhalten der Zwischendecke zur Bewertung des Tragwerkszustandes heranzuziehen und Empfehlungen für die weitere Vorgehensweise abzugeben. Ziel ist es, die Tragsicherheit der Zwischendecke zu bewerten, die Versagensmöglichkeiten aufzuzeigen und geeignete Kontroll- bzw. Prüfmechanismen (visuell, mechanische oder dynamische) vorzuschlagen, um diese zu verhindern.
Zusätzlich wird ausgelotet, in welchem räumlichen Umfang diese Art der Sonderprüfung bei vergleichbarem Aufwand auf andere Tunnelabschnitte bzw. andere Tunnelobjekte übertragbar wäre.g
Die dynamische Untersuchung mit BRIMOS® (Messung & Rechnung) umfasste drei ausgewählte Deckenabschnitte in der Oströhre des Plabutschtunnels. Jeder der drei baugleichen Abschnitte hat eine Länge von ca. 12 m.
Beim Bürohochhaus “Gold Tower” mit 37 Stockwerken im Jumeirah-Lake-Towers District in Dubai bersten immer wieder einzelne Glasscheiben der Fassadenelemente. Insbesondere die äußeren Glasscheiben der Isolierverglasung sind betroffen.
Auf Wunsch des Eigentümers wurde neben der Untersuchung des Glases von VCE eine messtechnische Untersuchung und Beurteilung der Hochhausstruktur sowie der Curtain Wall und der Einspannung der Glasfassadenelemente in der Curtain Wall mit BRIMOS® durchgeführt.
Messung der Hängerkräfte in den Stiegenhäusern 5 und 7
Das Mariinski-Theater (russisch Мариинский театр) ist eines der bekanntesten Opern- und Balletthäuser der Welt. Das Gebäude liegt am Sankt Petersburger Theaterplatz. Viele wichtige russische Opern und Ballette wurden hier uraufgeführt. Das Theater wurde um einen 550 Million Dollar Neubau erweitert (Mariinski Theater II). Dieser wurde am 2. Mai 2013 in Anwesenheit des russischen Staatschefs Wladimir Putin eröffnet.
Im Theater gibt es zwei Stiegenhäuser, bei welchen die Stiegen von der Decke abgehängt sind – im ovalen Stiegenhaus mit 32 Hängern und im anderen Stiegenhaus mit 6 Hängern. Die Kräfte in sämtlichen Hängern waren 3 Tage vor der Eröffnung messtechnisch mittels BRIMOS® zu überprüfen.
