Beschreibung
P 843 – Ganzheitliche Bewertung von Stahl- und Verbundbrücken nach Kriterien der Nachhaltigkeit
Brücken sind wesentliche Bauten der Infrastruktur, die für eine Nutzungsdauer von mehr als 100 Jahre geplant werden. Trotzdem richtet sich die heutige Bewertungspraxis (Vergabepraxis) von Brücken hauptsächlich nach den Herstellungskosten. Hiervon eine Abkehr in Richtung einer lebenszyklusorientierten Bewertung für Straßenbrücken zu bewirken und damit auch die besonderen Möglichkeiten von Stahl- und Verbundbrücken herauszuarbeiten, war ein wesentliches Ziel dieses Forschungsprojektes. So wurden durch die Anwendung von Bottom-Up-Analysen detaillierte Untersuchungen an Realbauwerken von typischen Stahl- und Verbundbrücken unterschiedlicher Spannweiten durchgeführt. Die Resultate von Lebenszykluskostenrechnungen, Ökobilanzierung und Berechnungen von externen Effekten werden für drei unterschiedliche Typen von Autobahnbrücken dargestellt und in Varianten analysiert.
Durch die Ergebnisse der Untersuchungen an den Referenzbauwerken kann gezeigt werden, welche Kriterien zur Unterstützung der nachhaltigen Entwicklung eine besonders große oder eher eine untergeordnete Rolle spielen. Die Betrachtung der ökologischen und ökonomischen Aspekte erfolgt über den gesamten Lebenszyklus, wobei hier, anders als sonst üblich, auch die auf der Baustelle stattfindenden Prozesse detailliert miteinbezogen werden. Als Besonderheit werden auch durch externe Effekte entstehende Umweltwirkungen in der Ökobilanz realitätsnah erfasst.
Die im Rahmen dieses Forschungs-projektes verwendeten Instandhaltungsstrategien basieren auf einer bauteilspezifischen Beschreibung des Degradationsverhaltens der Brücken und deren Details. Die aus der Verkehrsbelastung stammenden Ermüdungsbeanspruchungen können für Brückenbauwerke von entscheidender Bedeutung sein. Hier wurde anhand von Push-Out-Versuchen das Ermüdungsverhalten für zyklische Längsschubbeanspruchung einer innovativen Verbundfuge untersucht.
Im Rahmen der Analyse von weltweit und national existierenden Bewertungsansätzen muss zwischen Bewertungssystemen und einzelnen Methoden unterschieden werden. Vor allem für die externe Kostenrechnung wurden geeignete Berechnungsinstrumente ausgewählt und angewendet. Da ein wichtiges Projektergebnis die Feststellung und Quantifizierung einer starken Standortabhängigkeit der berechneten Auswirkungen und vor allem der externen Effekte ist, werden im Projekt nur Variantenvergleiche mit identischen Berechnungsrandbedingungen durchgeführt. Ein standortunabhängiger Vergleich unter Verwendung einheitlicher, auf den gesamtdeutschen Raum bezogener, fester Gewichtungsfaktoren und Benchmarks wird auf Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse nicht empfohlen.
Durch die Analyse von fünf Referenzbauwerken und insgesamt zehn verschiedenen Varianten (verschiedene Detailausführungen, Instandhaltungsstrategien und Autobahnsituationen) wird eine umfangreiche Beispielsammlung geschaffen, die durchgängig eine hohe Praxisrelevanz aufweist. Der Schwerpunkt wird auf die quantitative Ergebnisdarstellung gelegt. Für alle Berechnungen finden dieselben Lebenszyklusansätze Verwendung und alle Eingangswerte werden vollständig auf Bauteilebene definiert.
Es kann anhand der Variantenuntersuchungen aufgezeigt werden, dass Herstellungskosten nicht als alleinige Entscheidungsgrundlage für Brückenbauwerke herangezogen werden sollten. Eine Bewertung sollte immer standortbasiert erfolgen, um Stärken und Schwächen von Brückenvarianten für ökonomische, ökologische sowie volkswirtschaftliche Auswirkungen über den gesamten Lebenszyklus zu beurteilen.
Das IGF-Vorhaben 353 ZN der FOSTA – Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V., Düsseldorf, wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Das Vorhaben wurde am Institut für Konstruktion und Entwurf der Universität Stuttgart, an der Versuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine, des Karlsruher Instituts für Technologie, am Lehrstuhl für Metallbau der Technischen Universität München, am Lehrstuhl für Bauphysik, Abteilung Ganzheitliche Bilanzierung der Universität Stuttgart und von der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt), Abteilung Brücken- und Ingenieurbau durchgeführt.
Autoren:
U. Kuhlmann, P. Maier, T. Zinke, T. Ummenhofer, M. Pfaffinger, M. Mensinger, T. Beck, K. Lenz, S. Schneider, M. Fischer, H. Friedrich, R. Kaschner, J. Krieger
Veröffentlichung:
2016
