baumagazin-online.de: Neue Wege im Bahnbrücken-Monitoring

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Pressemitteilung | Lesedauer: min | Bildquelle: ASC

Mehr als 25 000 Brücken in ganz Deutschland fallen in die Zuständigkeit der dreizehn Mitarbeiter der Abteilung Brückenmessung der DB InfraGo AG – eine intensive Aufgabe und extreme Verantwortung. Unterstützt durch die Expertise von ASC-Sensors arbeiten die DB-Brückenprofis derzeit an einem innovativen Pilotprojekt, um die Überwachung und proaktive Wartung kritischer Bahnbrücken einfacher, sicherer und langfristig kostengünstiger zu gestalten.

Ingenieur Peter Krempels, Teamleiter der Messgruppe, berichtet aus der Praxis: »Sobald ein Anlagenbetreiber oder Brückenkontrolleur vor Ort eine außergewöhnliche Veränderung an einem Bauwerk feststellt, oder bloß einen Verdacht hegt, werden wir verständigt.« Das Messteam rückt dann mit der entsprechenden Messausrüstung aus. Damit die herkömmliche Lasermessung an relevanten Messpunkten durchgeführt werden kann, müssen zunächst teils schwierige Geländeverhältnisse überwunden werden, wie starker Bewuchs, Flussbette oder felsige Berghänge.

Betriebsunterbrechungen minimieren

Messungen sind grundsätzlich aufwendig. Sie erfordern Zeit, Personal, umfangreiches Material und oft weiträumig ausgelegte Kabel. »Alles, was wir machen, hat Einfluss auf den regulären Betrieb«, so der Messingenieur. »Bei Eisenbahnbrücken muss für Messungen von unten in der Regel auch der gesamte Verkehr des Kreuzungspartners gesperrt werden.« Und zwar nicht nur während der Messarbeiten: Besteht akuter Verdacht auf Probleme der Stand- und/oder Betriebssicherheit an einem Bauwerk, sollte die Brücke sofort gesperrt werden, bis dieser Verdacht durch eine messwertgestützte Nachrechnung entkräftet ist – oder geeignete Instandsetzungsarbeiten abgeschlossen wurden. »Nach dem Messeinsatz erhält der Betreiber einen ausführlichen Bericht mit technischen Empfehlungen für den sicheren Weiterbetrieb der Brücke«, erklärt Krempels. In Extremfällen kann das mitunter auch zum Abriss und Neubau eines instabilen Bauwerks führen. »Besonders bei älteren Brücken kann das in teure, langfristige Betriebsunterbrechungen münden. Diese wollen wir durch ein innovatives neues Messkonzept mittels smarter Sensortechnologie minimieren oder verhindern, die wir derzeit im Pilotprojekt mit ASC testen.«

Sensortechnologie für Dauerüberwachung

Dazu werden die Sensorsysteme der Serie ASC AiSys Eco speziell konfiguriert, um die diversen Gegebenheiten unterschiedlichster Brückenbauten zu berücksichtigen Abgesehen vom Material spielen die Art der Konstruktion, die Länge und viele weitere Faktoren eine Rolle. Kein Sensormodell deckt alle Anforderungen ab. Daher ist die Möglichkeit einer flexiblen Konfiguration wie bei den MEMS-basierten Beschleunigungssensor-Systemen von ASC von Vorteil. Diese stellen eine Ergänzung zu traditionellen referenzbasierten Überwachungsmethoden dar und erweitern mit ihrer dynamischen Echtzeit-Abweichungsmessung den Anwendungsspielraum.« Ein wesentlicher Indikator für den Zustand einer Bahnbrücke ist ihre Durchbiegung. Diese dient als Grundlage zur baumesstechnischen Berechnung der Tragfähigkeit. »Wenn sich nach Jahrzehnten der Nutzung die Standard-Durchbiegung unter derselben Zuggarnitur beim selben Tempo von 1,5 auf 1,7 mm zunimmt, dann muss man nachsehen, woran das liegt«, so Krempels. »Es könnte an der Außentemperatur liegen oder an der Zugbeladung, es kann aber auch einsetzende Materialermüdung sein.« Herkömmliche Lasermessungen bieten ein direktes, jedoch sehr aufwendiges Verfahren zur Erfassung der statischen und dynamischen Durchbiegung. Dazu kommt, dass man zunächst abschätzen muss, wann wo welcher Messbedarf besteht. Die Teams von ASC und DB InfraGo arbeiten an einer Alternative, um in Frage kommende Bauwerke künftig dauerhaft zu überwachen.

Die Sensorsysteme der Serie ASC AiSys Eco ermöglichen nach Angaben des Herstellers eine präzise, dynamische Echtzeit-Abweichungsmessung.

Überwachung dynamischer Durchbiegung

Die Überwachung der dynamischen Durchbiegung spielt eine kritische Rolle in der Gesamtbeurteilung des »Gesundheitszustands« und Sicherheit der Brückenstruktur. Im Unterschied zur statischen Durchbiegung, welche Positionsabweichungen zufolge des Eigengewichts und anderer Dauerbelastungen wiedergibt, zeigt die dynamische Durchbiegung, wie die Brücke auf variable Kräfte wie Verkehrsbelastungen, Wind, seismische Aktivitäten oder Temperaturveränderungen reagiert. »Aufgrund ihrer speziell für das Brückenmonitoring ausgelegten Eigenschaften eignet sich die smarte Sensortechnologie von ASC ganz besonders für die komplexen Anforderungen der dynamischen Durchbiegungsüberwachung«, so ASC-Entwicklungsingenieur Esey Gebreyesus. Sie bieten eine hochfrequente Datenabtastung der Beschleunigung, adaptive DC-Offset-Entfernung in Echtzeit, erweiterte Filterung und Downsampling, doppelte Integration und Driftkorrektur, Phasenkorrektur und Beseitigung unerwünschter Einflüsse sowie integrierte Datenverarbeitung und Ausgabe der Durchbiegung. In Zukunft sollen während der Zugüberfahrt Materialdehnung und weitere Faktoren dem Durchbiegungsverhalten algorithmisch berechnet und daraus ein Gesamtbild aller in der Konstruktion stattfindenden Veränderungen eruiert werden. Damit werden bereits frühzeitig die Vorzeichen kleinster Veränderungen in der Bausubstanz erfasst und sofort gemeldet.

Dabei ist die automatisierte Datenintegration der smarten ASC-Sensorsysteme entscheidend. »Sie soll es ermöglichen, dass uns quasi in Echtzeit nicht nur die Ergebnisse vorliegen, sondern man daraus bei entsprechender Programmierung auch sofort geeignete Handlungsvorschläge erhält«, so Krempels. Ein großer Vorteil für die Ingenieure, die bei herkömmlicher Lasermessung anschließend noch viel Zeit auf Analysearbeiten, Besprechungen und das Ausarbeiten von Empfehlungen verwenden müssen.

»Frühwarnsystem« für Bahningenieure

»Statt auf Problemmeldungen zu warten und individuell zu reagieren – quasi auf Zuruf des Kollegen vor Ort, der ›seine‹ Brücken regelmäßig optisch kontrolliert – wollen wir kritische Bauwerke in Zukunft dauerhaft monitoren und vorausblickend instandhalten, bevor ein akuter Schaden den Betrieb stilllegt«, so Krempels. Vorausblickendes Langzeitmonitoring wäre daher vor allem bei Brücken, die bereits länger im Einsatz stehen, von großem Vorteil. Dabei wäre es jedoch nicht sinnvoll, Tausende von Brücken unterschiedlichster Verfassung, Bauweise und Beanspruchung lückenlos mit der modernen Messtechnologie auszustatten. Denn neue Bauwerke sind häufig auf 80 bis 100 Jahre Lebensdauer ausgelegt. »In den ersten 50 Jahren muss man nicht ständig messen«, so der erfahrene Ingenieur. Das zeigt auch die Statistik. Doch bei älteren Bestandsbrücken kann es durchaus zu Veränderungen bis hin zu kritischen Zuständen kommen. Aus diesem Grund werde derzeit evaluiert, welche Vorteile das Dauermonitoring von Brücken ab einer Lebensdauer von etwa fünf Jahrzehnten bringt. Es kommt aber auch vor, dass bereits im Rahmen der Zulassungsprüfung ein laufendes Monitoring verlangt wird.s