Structural Health Monitoring (SHM) an der Scherkondetalbrücke: eine semi-integrale Eisenbahn-Betonbrücke

Integrale und semi-integrale Bruecken unterliegen wegen der monolithischen Verbindung des Ueberbaus mit den Pfeilern hohen Zwangbeanspruchungen aus Temperaturaenderungen, Kriechen, Schwinden und Setzungen. Die Beruecksichtigung dieser Zwangbeanspruchung stellt sehr hohe Anforderungen an die Planer und Aufsteller der statischen Berechnungen, die sehr komplex sind, da alle Steifigkeiten der Konstruktion und die des Baugrunds genau zu beruecksichtigen sind. Letztlich geht es darum nachzuweisen, dass der bemessungsrelevante Zwang nicht zu gross, aber auch nicht zu gering wird. Bei sehr langen semiintegralen Bruecken wie der Scherkondetalbruecke auf der Eisenbahn-Neubaustrecke zwischen Erfurt und Leipzig potenzieren sich dabei die Bemessungsschwierigkeiten. Da mit dem Verhalten solcher Bruecken noch keine ausreichenden Erfahrungen vorliegen und normative Regelungen fehlen, wurde vom Eisenbahnbundesamt eine umfassende Ueberwachung der Bruecken gefordert. Vor diesem Hintergrund werden einige Ergebnisse der Langzeitmessungen an der Scherkondetalbruecke, einem circa 577 Meter langen Viadukt in semiintegraler Bauweise, vorgestellt. Die beiden Hauptziele bei der Erarbeitung des Ueberwachungskonzepts im Rahmen eines Monitoring waren die Messungen der Laengsverformungen des Ueberbaus und der Querschnittskruemmung der Pfeiler. Da die hauptsaechlichen Verformungen durch Temperaturaenderungen entstehen, wurde die Temperatur an fuenf Abschnitten des Ueberbaus gemessen. An den Pfeilerkoepfen sind auf beiden Seiten Sensoren zur Messung der Verformungen angebracht. Ausserdem wird in Achse 13 die Verschiebung der Fuge zwischen Ueberbau und Widerlager gemessen. Die Messergebnisse zeigen, dass die Verformungen des Ueberbaus auf Temperaturaenderungen und zeitverzoegerte Betonverformungen zurueckzufuehren sind. Der gemessene Waermeausdehnungskoeffizient liegt mit 8,7 x 10 hoch minus 6 im unteren Bereich des bei Betonkonstruktionen zu erwartenden Wertes. Die Messungen an den Pfeilerkoepfen bestaetigen den wesentlichen Einfluss von Pfeilerlaenge und Steifigkeit der Gruendung. Bei allen drei untersuchten Pfeilerkoepfen ist die Kruemmung und folglich die Zwangbeanspruchung geringer als berechnet. Erklaert wird das im Wesentlichen dadurch, dass sich die Gruendung weicher als erwartet verhaelt. Das ueber fuenf Jahre durchgefuehrte Monitoring lieferte wichtige Daten fuer das Verstaendnis des Trag- und Verformungsverhaltens langer semi-integraler Bruecken. Insgesamt zeigt sich, dass das Tragwerk „weicher“ als erwartet reagiert, also hoehere Verformungen auftreten als die berechneten Zwaenge erwarten liessen. ABSTRACT IN ENGLISH: Semi integral bridges are characterized by the monolithic connection between the superstructure and the piers. Thereby every element of the structure participates in the transfer of forces due to traffic loads. Simultaneously, high constraining forces due to thermal variation, creep, shrinkage or settlements appear. These forces have to be accurately taken into account when designing the bridge and should be reduced through an advantageous distribution of the stiffness, especially in the substructure. The construction of semi integral bridges in the case of long viaducts is an innovation, also on international scale. In order to limit the risks associated with this non-definitively regulated type of structure and in order to collect experience about the calculation assumptions, the authorities required an extensive monitoring of the bridges. In this paper, a few results of the long-term measurements on the Scherkondetalbruecke will be presented. (A)