Restlebensdauer von Eisenbahnbrücken

„Wirtschaftliche Prognose der Restlebensdauer von stählernen Eisenbahnbrücken mit offener Fahrbahn“ Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie BMVIT
ÖBB-Infrastruktur AG
Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft mbH

Bearbeitungszeitraum:

2014-2016

Tätigkeit:

• Projektleitung und Koordination
• Numerische FEM – Berechnungen
• Betriebskollektivmessungen
• Vergleich der Betriebsbeanspruchung mit dem Eurocode
• Berechnung der Restlebensdauer mit alternativen Wöhlerlinienkonzepten für maßgebende Detailpunkte
• Einbeziehung der Bruchmechanik in die Restlebensdauerberechnung geschweißter Bauteildetails

Inhalt:

Bestehende Eisenbahnbrücken – errichtet in den 1950er und 60er Jahren – erreichen infolge erhöhter Betriebsbelastung für die Bauteile der offenen Fahrbahn in naher Zukunft bereits die nach den gültigen Regeln der Technik nachweisbare rechnerische Restlebensdauer. Ziel des Projektes waren wissenschaftlich fundierte Ansätze und Konzepte, die zu einer verlängerten Bestandsdauer dieser Brücken führen können, auch wenn Ermüdungsrisse angetroffen werden. Einerseits Ansätze seitens der Einwirkungen (Lastkollektive) und andererseits seitens des Widerstandes – auch aufbauend auf Modellen der Bruchmechanik.
Im Zuge des Projektes wurden Verfahren für die praktische Anwendung entwickelt, die einerseits eine wirtschaftlichere Ermittlung der Restlebensdauer ermöglichen und andererseits darüber hinaus einen Weiterbetrieb erlauben können, auch wenn keine rechnerische Restlebensdauer mehr vorliegt oder aber bereits einzelne Ermüdungsrisse angetroffen werden. Innerhalb des Forschungsprojektes erfolgten auch Messungen zur realen Betriebsbeanspruchung an einer stählernen Bestandsbrücke, innerhalb eines Messzeitraumes von vier Wochen. Die begleitende Simulation der Zugsüberfahrten, infolge der in den europäischen Regelwerken angegebenen Betriebszügen, zeigte günstigere Verhältnisse im Hinblick geringerer Ermüdungsschädigung. Berücksichtigt man diese gemessenen Betriebszugskollektive bei der Beurteilung der Restlebensdauer, ergeben sich günstigere Ergebnisse. Auch seitens der Ermüdungsfestigkeit für die maßgebenden kritischen Detailpunkte konnte durch Anwendung des Strukturspannungskonzepts gegenüber dem üblichen Nennspannungskonzept, eine günstigere Beurteilung der Restlebensdauer erreicht werden. Abschließend konnte auch für bereits rissbehaftete Bauteile eine Vorgehensweise – auf Basis der Bruchmechanik – aufgezeigt werden, die einen Weiterbetrieb des Brückentragwerkes erlaubt, bei regelmäßiger Kontrolle vor Ort.

Problem

Die aktuellen Vorgaben in den Regelwerken zur Ermittlung der Restlebensdauer sind konservativ, sodass mitunter – trotz rissfreiem Befund vor Ort – keine rechnerische Restlebensdauer mehr verfügbar ist.

Gewählte Methodik

Messungen zur Betriebsbeanspruchung an Bestandsbrücken kombiniert durch rechnerische Simulation der Betriebszugsüberfahrten. Ermittlung von schadensäquivalenten Einstufenkollektiven und Vergleich mit zutreffenden Ermüdungsfestigkeiten, sodass eine Aussage über die rechnerische Restlebensdauer möglich ist.

Ergebnisse

• Vorgehensweise zum Beleg einer größeren Restlebensdauer, als nach Stand der Technik.
• Ermüdungsfestigkeitslinien für rissbehaftete Bauteile

Schlussfolgerungen

Die in diesem Forschungsprojekt erarbeiteten Ergebnisse erlauben eine bessere Beurteilung der realen Restlebensdauer. Damit könnten Bestandstragwerke unter gewissen Randbedingungen länger in Betrieb bleiben.