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Aktuelles Projekt

Belastungsversuch Allerbrücke Verden

Leitung:Jens-André Paffenholz
Bearbeitung:Jens-André Paffenholz, Ulrich Stenz
Laufzeit:Seit März 2016
Förderung durch:GIH
Bild Belastungsversuch Allerbrücke Verden

Projektbeschreibung

Motivation und Ziel

Im Zuge eines interdisziplinären Belastungsversuchs wurde die alte Allerbrücke in Verden auf Ihre Tragfähigkeit untersucht. Hierzu wurde die Gewölbebrücke stufenweise mit bis zu 600 Tonnen belastet. Die übliche Verkehrslast auf der außerbetrieb gesetzten Eisenbahnbrücke lag bei etwa 100 Tonnen, womit die aufgebrachte Belastung um das sechsfache höher war. Da die enorme Last von 600 Tonnen nicht durch ein Fahrzeug auf das 14 Meter spannende Gewölbe aufgebracht werden konnte, wurde die Belastung mit Hilfe von Hydraulikzylindern erzeugt, welche auf dem Brückenbogen installiert wurden. Zur Erzeugung der Gegenkraft wurden unterhalb der Brücke Verpressanker bis zu 20m in den Boden getrieben. Die Verbindung zwischen Hydraulikzylinder und Verpressanker bildeten Gewindestangen.

Das Ziel des aufwändigen Versuchs unter der Federführung des Instituts für Massivbau der Leibniz Universität Hannover war die Überprüfung und Verbesserung der Vorhersagequalität der üblichen Rechenverfahren für Gewölbebrücken. Hierzu galt es die lastinduzierte Verformung in einem Bereich von wenigen Millimetern präzise zu bestimmen. Das Geodätische Institut beteiligte sich durch umfangreiche Messungen mit einem Laserscanner sowie einem Lasertracker zur Erfassung der Gewölbeverformung.

Versuchsaufbau und Versuchsdurchführung

Abbildung 1: Links: Blick in das Gewölbe aus Sicht der neuen Allerbrücke. Rechts: Im Vordergrund von links: Laserscanner Zoller+Fröhlich Imager 5006 und Lasertracker Leica AT960-LR. Im Hintergrund: Messbasis für die vertikalen Verformungsmessungen der Bauingenieurkollegen [Fotos: Ulrich Stenz].

Für die Beobachtung der lastinduzierten Verformung an der Gewölbeunterseite mussten Standpunkte außerhalb des potentiellen Gefahrenbereichs unmittelbar unterhalb des Gewölbes gewählt werden, so dass ein mögliches Versagen des Gewölbes nicht zu einem Verlust der teuren Messtechnik führen konnte. Der Standpunktbereich von Lasertracker und Laserscanner wurde unter Berücksichtigung der maßgeblich, genauigkeitsbeeinflussenden Faktoren wie Auftreffwinkel (Laserscanner) und Objektentfernung (Lasertracker) seitlich neben dem Gewölbe unterhalb der neuen Allerbrücke gewählt (vgl. Abbildung 1).

Mit Hilfe des Laserscanners Zoller+Fröhlich Imager 5006 wurde zu Zeitpunkten, in denen eine konstante Last für wenige Minuten gehalten wurde, eine 3D-Punktwolke der Gewölbeunterseite erfasst, vgl. Abbildung 2 für den Ausschnitt der 3D-Punktwolke. Die reine Datenerfassung nahm hierbei ca. 7 Minuten in Anspruch. Eine Auswertung der Daten erfolgte im post-processing. Zur Überprüfung der Standsicherheit des Laserscanners während des Versuchs wurden fünf Zielzeichen genutzt. Diese Zielzeichen wurden in ausreichender Entfernung zum Gewölbe installiert, so dass diese durch die aufgebrachte Last keine signifikante Positionsveränderung erfuhren.

Abbildung 2: Detailansicht der Gewölbeunterseite während der Installation der Messtechnik [Foto: Ulrich Stenz].

Mit dem Lasertracker Leica AT960-LR wurden innerhalb von 2 Minuten 18 ausgewählte und mit speziellen Reflektoren (CornerCubeReflektoren, CCR) ausgestattete Punkte beobachtet. Die Punkte gliederten sich in vier Stabilpunkte, ebenfalls in ausreichender Entfernung zum Gewölbe zur Standsicherheitsüberprüfung, drei Punkte auf der Messbasis der Bauingenieure sowie 11 Punkte im Gewölbebogen. Alle Punkte wurden sequentiell zu Zeitpunkten einer konstanten Last beobachtet. Zusätzlich wurde ein ausgewählter Punkt im Zeitraum des Aufbringens sowie der Rückführung der Last kontinuierlich mit einer Messrate von 1 Hz beobachtet. Die Differenz zwischen den einzelnen Epochen konnte mit Hilfe der Erfassungs- und Auswertesoftware SpatialAnalyzer (New River Kinematics) unmittelbar nach Abschluss der jeweiligen Belastungsstufe (Epoche) angegeben werden.

Erste Ergebnisse des Laserscanners und des Lasertrackers

Abbildung 3: Punktwolke-zu-Punktwolke Distanzen in Millimeter zwischen dem Grundlastniveau von 0.1 MN und der maximalen Belastung von 6 MN.

Abbildung 3 zeigt die erste Auswertung der 3D-Punktwolken des Laserscanners. Hierzu wurden Punktwolke-zu-Punkwolke Distanzen zwischen dem Grundlastniveau von 0.1 MN und dem maximalen Lastniveau von 6 MN mit Hilfe von CloudCompare berechnet. Die maximalen Verformungen im Bereich von 15 mm (blau) treten im Bereich des Gewölbescheitels auf. Einen 3D-Eindruck in Form eines Rundfluges durch die Punktwolke-zu-Punkwolke Distanzen finden Sie hier.

Die Verformungen für die CCR Punkte wurden bezüglich der zu erwarteten Magnituden in drei Gruppen unterteilt: Bogenpunkte, Messbasis und Stabilpunkte. Für eine aussagekräftige Analyse ist sicherzustellen, dass sie Stabilpunkte keine signifikante Veränderung erfahren, was in der Regel gegeben war. Die größte Verformung tritt an den Punkten im Gewölbescheitel auf. Abbildung 4 zeigt die Magnitude des Verformungsvektors zwischen dem Grundlastniveau von 0.1 MN und der Belastung von 4 MN mit einer maximalen Größe von 10 mm.

Abbildung 4: Verformungsvektor der CCR Punkte, farbcodierte Magnitude in Millimeter für den Vergleich zwischen dem Grundlastniveau von 0.1 MN und der Belastung von 4 MN.

Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass die vom GIH erfassten Daten mit Laserscanner und Lasertracker untereinander sowie der Vergleich mit den vertikalen Verformungsmessungen der Bauingenieure eine gute Übereinstimmung zeigen. Die detaillierte Analyse sowie weitere explizite Vergleiche der erfassten Messdaten sind in Vorbereitung.

Für den Juni 2016 ist ein zweiter Belastungsversuch an der Eisenbahnbrücke geplant. Der Versuch wird sich vom ersten dahingehend unterscheiden, dass das Material um den Bogen herum vollständig abgetragen sein wird.

Weitere Impressionen des ersten Belastungsversuches finden Sie in der Bildergalerie.

Projektpartner

Die Federführung des interdisziplinären Feldversuchs lag beim Institut für Massivbau, Fakultät für Bauingenieurwesen und Geodäsie der LUH, die weiteren Beteiligten waren neben dem Geodätischen Institut der LUH, das Institut für Geodäsie und Geoinformationstechnik der Technische Universität Berlin, Kollegen der Jade Hochschule Oldenburg, die Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig sowie als Industriepartner die Deutsche Bahn AG und die Ingenieurbüros IBW Weimar und MarxKrontal.

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