FE 15.0719/2023/FRB - Neu-Kalibrierung der Schadensäquivalenzfaktoren des Ermüdungslastmodells ELM 3

Bei der Bemessung von Stahlbrücken spielt der Nachweis der Ermüdungssicherheit eine entscheidende Rolle, um eine Einschätzung der zu erwartenden Lebensdauer der Bauteile festzulegen. Dabei hängt die rechnerische Lebensdauer eines Bauteiles von der Ermüdungsfestigkeit sowie Anzahl der jährlichen anzusetzenden Verkehrsbelastungen (Lastwechsel) ab. Die Bestimmung der Lebensdauer eines Bauteils erfolgt nach Eurocode i.d.R. mithilfe von kerbfallabhängiger Wöhlerlinien. Durch die Verwendung von Schadensakkumulationshypothesen kann mit Hilfe der Wöhlerlinien auf das Ermüdungsversagen geschlossen werden. Zum Zeitpunkt der Bemessung von Stahlbrücken sind die Verkehrsbelastungen nicht bekannt und die Durchführung von objektbezogenen Ermüdungsnachweise kann sehr aufwändig sein. Daher werden die Ermüdungsnachweise nach Eurocode mit Hilfe von spezifischen Ermüdungslastmodellen durchgeführt. In Deutschland wird i.d.R. die Neubemessung von Stahl- und Verbundbrücken auf Ermüdung nach Eurocode auf Grundlage des Ermüdungslastmodells ELM3 ( DIN EN 1991-2) durchgeführt. Der Vorteil, Ermüdungsnachweise auf Spannungsebene führen zu können, wird dabei durch das Konzept der schädigungsäquivalenten Spannungsschwingbreite ermöglicht, d.h. in Kombination mit Schadensäquivalenzfaktoren nach (DIN EN 1993-2). Diese berücksichtigen den Einfluss der Spannweite, des Verkehrsaufkommens, der Nutzungsdauer des Bauwerks und der Effekte aus weiteren Fahrstreifen. Die Definition von Schadensäquivalenzfaktoren nach DIN EN 1993-2 erfolgt auf der Grundlage der Untersuchungen von Merzenich und Sedlacek (1995), deren Referenz die Verkehrsdaten des Auxerre-Verkehrs von 1984 sind. Die Faktoren sind bis heute unverändert geblieben. Vorschläge zur Anpassung der Schadensäquivalenzfaktoren auf europäischer Ebene wurden bereits von Bianchi et al. (2022) erarbeitet. Diese weisen jedoch Defizite auf, wie z. B. die Vernachlässigung der dynamischen Interaktion zwischen Brücke und Fahrzeug. Das seit Jahren steigende Schwerverkehrsaufkommen, welches bereits absehbar zukünftig auch die ursprünglichen Annahmen übersteigen wird, macht eine Überprüfung bzw. ggf. Anpassung der Faktoren unumgänglich, um die Zukunftssicherheit der neuen Brücken nicht zu gefährden. Zur Weiterentwicklung der Bemessungsansätze für den Nachweis der Ermüdungssicherheit für Stahl- und Verbundbrücken zielt das Projekt auf die Neu-Kalibrierung der Schadensäquivalenzfaktoren des ELM 3 im Netz der Bundesrepublik Deutschland ab. Die Neu-Kalibrierung soll für den Neubau die Zukunftssicherheit des Ermüdungslastmodells sicherstellen und dabei vor allem auch die Defizite der bisherigen Vorschläge ausgleichen. Dazu sollen im Rahmen des Projektes Prognose-Szenarien des zukünftigen Verkehrs sowie Vorschläge zur Abstufung der Ermüdungsbeanspruchung im untergeordneten Straßennetz erarbeitet werden.