4. Kolloquium Brückenbauten - September 2020 517 Mehrstufiges Verfahren zur Festlegung des erforderlichen Ziellastniveaus für die Nachrechnung von Straßenbrücken Dipl.-Ing. Kay Degenhardt Landesbetrieb Straßenwesen Brandenburg, Hoppegarten, Deutschland Dr.-Ing. Nico Steffens GREGULL + SPANG Ingenieurgesellschaft für Stahlbau mbH, Stahnsdorf, Deutschland bis 04/ 2020 Technische Universität Berlin, Fachgebiet Entwerfen und Konstruieren - Stahlbau, Deutschland M.Sc. Josef Kraus Technische Universität Berlin, Fachgebiet Entwerfen und Konstruieren - Stahlbau, Deutschland Prof. Dr.-Ing. Karsten Geißler Technische Universität Berlin, Fachgebiet Entwerfen und Konstruieren - Stahlbau, Deutschland Zusammenfassung Zum Planungsbzw. Bauzeitraum einer Vielzahl von Straßenbrücken, die in Deutschland vor der Einführung des DIN-Fachberichtes 101 im Jahr 2003 errichtet wurden, konnte die rasante Entwicklung der Verkehrsbelastung noch nicht gebührend berücksichtigt werden. Bis zur Ertüchtigung oder Erneuerung dieser Bauwerke muss der zuständige Straßenbaulastträger dennoch die sichere Nutzung gewährleisten. Zur Untersuchung der vielzähligen Bestandsbauwerke wurde im Jahr 2011 vom Bundesverkehrsministerium die Richtlinie zur Nachrechnung von Straßenbrücken im Bestand veröffentlicht. Während die Richtlinie unter Berücksichtigung der Vorgaben für das Bundesfernstraßennetz eindeutig angewendet werden kann, ergeben sich für Brücken im nachgeordneten Netz aufgrund verschiedener Faktoren Interpretationsspielräume, welches Ziellastniveau erforderlich ist. Aus diesem Grund wurde für eine breite Anwendung im nachgeordneten Netz an zwei Pilotbauwerken im Land Brandenburg ein verfeinertes Verfahren zur Festlegung des erforderlichen Ziellastniveaus entwickelt und im Rahmen einer Pilotstudie erfolgreich getestet. 1. Einleitung Unser gesellschaftliches Zusammenleben in Europa und insbesondere in Deutschland wird bisher durch ein sehr hohes Maß an Mobilität geprägt. In der Vergangenheit entwickelte sich dieser Mobilitätsgrad vorrangig im Bereich des Individual- und Güterverkehrs auf der Straße. Damit einhergehend war und ist eine stetige Anpassung der Straßenverkehrsinfrastruktur verbunden. Notwendige Anpassungen bedingen sich insbesondere durch immer weiter steigende Verkehrszahlen und neue Fahrzeugkonfigurationen in Volumen und Gewicht. Die zur Bewältigung des Straßenverkehrs erforderlichen Ressourcen, vor allem der Flächenbedarf zur Anlage neuer oder erweiterter Straßen, sind hingegen endlich. All dies wird letztendlich zu einer weiter steigenden Lastkonzentration auf Straßen und Brücken führen. Diese Entwicklung ist im Grunde nichts Neues und sie besteht seit Beginn der motorisierten Mobilität auf der Straße. Schon die ersten, nach einheitlichen Standards errichteten, Straßenbrücken in Deutschland waren auf das damals schwerste anzunehmende Fahrzeug ausgelegt; die Straßendampfwalze in der Ausprägung von 7 bis 24 Tonnen Gesamtgewicht. Heute werden Straßenbrücken für die fiktive Aufnahme von gleichzeitig bis zu drei Schwerlastfahrzeugen in der Ausprägung 60, 40 und 20 Tonnen konzipiert. Die Schwierigkeit besteht darin, den Bestand trotz steigender Belastung weiter nutzungssicher und wenn möglich bis zum Ende seiner normativ angedachten Nutzungsdauer betreiben zu können. Zudem entspricht diese normativ angedachte Nutzungsdauer einem sehr langen Zeitraum von in Regel 70 bis 130 Jahren. Aus diesem Grund veranlasste das Bundesverkehrsministerium schon in den 2000-er Jahren erste Untersuchungen, um zum einen die Schwachstellen im bestehenden Netz zu identifizieren und zum anderen bedarfsgerecht darauf reagieren zu können. Ein Ergebnis dieser umfangreichen Untersuchungen und Überlegungen ist die Richtlinie zur Nachrechnung von Straßenbrücken im Bestand (Nachrechnungsrichtlinie) [1] mit ihrer erstmaligen Ausgabe 518 4. Kolloquium Brückenbauten - September 2020 Mehrstufiges Verfahren zur Festlegung des erforderlichen Ziellastniveaus für die Nachrechnung von Straßenbrücken im Jahr 2011. Ein wesentlicher Bestandteil der Richtlinie ist die Bestimmung und Festlegung des erforderlichen Ziellastniveaus als Grundlage für die weitere Nachrechnung. Für den Bundesfernstraßenbereich ist dieses durch die Vorgabe der Verkehrsart „Große Entfernung“ bisher abschließend geregelt. Das heißt, Straßenbrücken im Zuge von Bundesfernstraßen bedürfen in der Regel eines Ziellastniveaus der Einwirkungen nach DIN FB 101 [2] oder Brückenklasse (BK) 60/ 30 nach DIN 1072 [3]. Brücken die diesem Ziellastniveau nicht entsprechen, sind entweder zu ertüchtigen oder mittelbis langfristig zu erneuern. Je nach Maßgabe des Ergebnisses einer objektbezogenen Nachrechnung bedarf es darüber hinaus eventuell kurzfristiger Kompensationsmaßnahmen. 2. Situation bestehender Straßenbrücken im nachgeordneten Netz am Beispiel der Landesstraßenbrücken im Land Brandenburg 2.1 Netzbelastung im Allgemeinen Das Bundesfernstraßennetz, bestehend aus den Bundesstraßen außerhalb großer, kreisfreier Städte und insbesondere den Bundesautobahnen bildet das Rückgrat der überregionalen Straßenverkehrsmobilität. Dementsprechend sind in diesem Netz auch die größten Steigerungen der Verkehrsbelastung zu verzeichnen und zukünftig zu erwarten. Im nachrangigen Netz, angefangen von den Landes- und Staatstraßen, über die Kreisstraßen bis hin zu kommunalen Straßennetzen, ist die Situation sehr heterogen einzuschätzen. In diesen Netzen können sich sowohl äußerst hoch belastete Abschnitte befinden als auch Abschnitte mit einer sehr geringen Auslastung. Insofern bedarf es bei der Betrachtung bestehender Straßenbrücken eines durchaus differenzierten Blickes. Zum einen muss eine sichere Nutzung des Bestandes zweifelsfrei garantiert sein, zum anderen sind die, zum Teil stark begrenzten, Ressourcen zur Ertüchtigung und Erneuerung sehr zielgenau einzusetzen. 2.2 Verkehrsbelastung der Landesstraßen im Land Brandenburg Die zuvor allgemein vermerkte Heterogenität in der Verkehrsbelastung nachgeordneter Netze zeigt sich auch deutlich im Landesstraßennetz des Landes Brandenburg. Das Landesstraßennetz des Landes Brandenburg, ausgenommen der kreisfreien Städte Potsdam, Cottbus, Frankfurt (Oder) und Brandenburg (Havel), umfasst eine Länge von ca. 5.650 km. Bild 1 Landesstraßennetz im Land Brandenburg Eine der höchst belasteten Abschnitte befindet sich auf der L 40 - der Nuthe-Schnellstraße - als Zubringer von der A 115 in die Potsdamer Innenstadt. Nach Verkehrszählungsdaten von 2015 [4] passieren werktäglich ca. 45.500 Kfz/ 24 h diese vierstreifig ausgebaute Landesstraße. Der Schwerverkehrsanteil liegt bei ca. 2,7 % und beträgt werktäglich rd. 1.250 Kfz/ 24 h. Nicht zuletzt bedingt durch neue Netzbeziehungen sehen die Verkehrsprognosen bis 2030 [5] eine Vervierfachung des Schwerverkehrs, d. h. Busse, LKW > 3,5 t und Lastzüge, für diesen Streckenabschnitt voraus. Am anderen Ende der L 40, im Dahme-Spree-Seengebiet wird sich voraussichtlich eine gegensätzliche Situation einstellen und die Verkehrsbelastung eher sinken. Auf vielen Landesstraßen, vor allem im ländlichen Raum, sind auch Schwerverkehrsbelastungen deutlich unter 100 Kfz/ 24 h nicht unüblich. Aufgrund abnehmender Dichte des Zählstellennetzes, besonders in den niederfrequentierten Strecken, sinkt auch deutlich die Aussagegenauigkeit solcher Zahlen. 2.3 Straßenbrücken im Landesstraßennetz des Landes Brandenburg Im Netz der rd. 5.650 km Landesstraßen befinden sich 819 Brücken (Teilbauwerke nach ASB-ING [6]). 718 Brücken davon befinden sich in der Baulast des Landes und 101 Brücken in der Baulast des Bundes. Die Baulast des Bundes betrifft Bauwerke, bei denen eine Landesstraße über eine Bundesstraße oder eine Autobahn überführt wird. Zu den 718 Brücken in der Baulast des Landes kommen noch 31 Brücken die entlang oder über Landesstraßen führen, z. B. Geh- und Radwegbrücken entlang einer Landesstraße. Der Landesbetrieb Straßenwesen Brandenburg hat somit insgesamt 749 Brücken [7] mit der Zugordnung zur Baulast des Landes zu betreuen. Nachfolgende Daten und statistische Angaben stellen ausschließlich auf diese Bauwerksmenge ab. Die Gesamtfläche aller in der Baulast des Landes befindlichen Brücken beträgt rd. 140.000 m². Das Bruttoanlagevermögen im volkswirtschaftlichen Sinn eines Wieder- 4. Kolloquium Brückenbauten - September 2020 519 Mehrstufiges Verfahren zur Festlegung des erforderlichen Ziellastniveaus für die Nachrechnung von Straßenbrücken beschaffungswertes beläuft sich auf ca. 0,5 Mrd. €. Der Modernitätsgrad als Quotient aus Netto- und Bruttoanlagevermögen liegt bei rd. 0,65, was einen durchaus soliden Wert darstellt. Die Altersverteilung stellt sich wie folgt dar: Bild 2 Verteilung Alter mit Bezug auf die Anzahl Bild 3 Verteilung Alter mit Bezug auf die Fläche In absoluten Werten ergibt sich eine Einstufung zu folgenden Tragfähigkeitsklassen: Bild 4 Verteilung der Tragfähigkeitseinstufung Für 215 Brücken stellt sich die Frage, ob die aktuelle Tragfähigkeitseinstufung mittel bis langfristig noch der Nutzung gerecht wird. Für die elf Brücken, welche der Tragfähigkeit der Brückenklasse 30 nach DIN 1072 zugeordnet sind, kann das bereits verneint werden, da diese Einstufung bereits heute Nutzungseinschränkungen bzw. einen nicht Regelkonformen Querschnitt von mindestens zwei vollständigen Fahrsteifen bedingt. Es verbleiben somit 204 Brücken, die einer näheren Untersuchung ihrer Tragfähigkeit bedürfen. Diese Menge entspricht nahezu einem Drittel des gesamten Brückenbestandes in der Baulast des Landes Brandenburg. Das Nettoanlagevermögen dieser Brücken beträgt noch circa 43 Mio. Euro. Zur Erneuerung ad hoc wären schätzungsweise über 110 Mio. Euro aufzuwenden. 3. Traglastindex am Beispiel der Landesstraßenbrücken in der Baulast des Landes Brandenburg Zur Verdeutlichung der Spreizung zwischen dem nach Nachrechnungsrichtlinie geforderten Ziellastniveau und der vorhandenen Tragfähigkeitseinstufung einer Straßenbrücke benötigt es eines entsprechenden Kennwertes; ähnlich der Zustandsnote nach RI-EBW-PRÜF [8]. Anfänglich der Nachrechnungsrichtlinie war kein solcher Kennwert verfügbar. Aus diesem Grund entschied sich der Landesbetrieb Straßenwesen Brandenburg im Jahr 2016 bei der Aufstellung seiner Bedarfslisten für die Brückenerhaltung hilfsweise und unter Vorwegnahme eines zukünftigen Traglastindex zunächst eine sogenannte Tragfähigkeitsdifferenzklasse (TDK) anzuwenden. Die TDK definierte sich hierbei wie folgt: TDK = F Ziel-Lastniveau - F Ist-Lastniveau ≥ 0 (1) Tabelle 1 Faktor F Tragfähigkeit für Einwirkung nach Faktor F FB 101 LM 1 u. EC 1 LM 1 50 DIN: 60/ 30 49 DIN: 60 47 DIN: 30/ 30 45 DIN: 24/ 24 40 DIN: 30 35 DIN: 16/ 16 30 DIN: 24 25 DIN: 16 20 DIN: 9/ 9 15 DIN: 6/ 6 10 DIN: 9 5 DIN: 6 u. G+R 0 Unter der Maßgabe einer Zuordnung aller Brücken im Zuge einer Landestraße zur Verkehrskategorie „Mittlere Entfernung“ nach Nachrechnungsrichtlinie ergibt dieser pragmatische Ansatz folgende Verteilung: 520 4. Kolloquium Brückenbauten - September 2020 Mehrstufiges Verfahren zur Festlegung des erforderlichen Ziellastniveaus für die Nachrechnung von Straßenbrücken Bild 5 Verteilung TDK Bei insgesamt 180 Brücken ist dementsprechend ein größeres Defizit ihres langfristigen Nutzungsvermögens zu vermuten. Bei 27 Brücken ist dieses Defizit deutlich angezeigt. Mit der Bekanntgabe des Allgemeinen Rundschreibens 09/ 2020 des BMVI „Einführung des Traglastindex“ [9] zum 30.03.2020 und der zugehörigen „Grundkonzeption für den Traglastindex (TLI)“ steht nunmehr ein verbindlicher Kennwert zur Anzeige der Spreizung zwischen Ziellastniveau und vorhandener Tragfähigkeitseinstufung zur Verfügung. Wiederum unter der Maßgabe gesehen, dass alle Brücken im Zuge einer Landesstraße der Verkehrsart „Mittlere Entfernung“ zuzuordnen sind, stellt sich die Verteilung des TLI für die Landesstraßenbrücken in der Baulast des Landes Brandenburg nunmehr folgendermaßen dar: Bild 6 Verteilung TLI Traglastindex und Tragfähigkeitsdifferenzklasse bilden eine sehr gute Übereinstimmung. Der Traglastindex berücksichtigt neben der Differenz zwischen Ziellastniveau und vorhandener Tragfähigkeitseinstufung noch weitere Aspekte; so z. B. die Gefahr der Spannungsrisskorrosion bei älteren Spannbetonbrücken und des Stegblechbeulens bei älteren Stahltragwerken, was zur Einstufung in den TLI = V führt. Wesentliches Kriterium bleibt jedoch die Spreizung des Lastniveaus, welches sich maßgebend durch die entsprechende Verkehrsart nach Nachrechnungsrichtlinie bestimmt und genau hierin liegen die großen Unsicherheiten begründet. 4. Erfordernis einer Verifizierung des erforderlichen Ziellastniveaus Das Ziellastniveau wird von der Straßenbauverwaltung bestimmt und richtet sich gemäß Nachrechnungsrichtlinie nach der durchschnittlichen täglichen Verkehrsstärke der Fahrzeugarten des Schwerverkehrs (DTV-SV) und nach einer von drei über die Nachrechnungsrichtlinie näher spezifizierten Verkehrsarten. • Verkehrsart „Große Entfernung“ • Verkehrsart „Mittlere Entfernung“ • Verkehrsart „Ortsverkehre“ Die Verkehrsarten symbolisieren eine gewisse Verkehrszusammensetzung und dienen als Entscheidungshilfe zur Beurteilung der Verkehrseinwirkung. Dabei wird davon ausgegangen, dass der Verkehr mit hohem mehrachsigen LKW-Anteil überwiegend im überregionalen Streckennetz mit großen Entfernungen, der Verkehr mit relativ gleichmäßig verteiltem LKW-Anteil im regionalen Streckennetz mit Entfernungen bis zu 100 km und der örtliche Lieferverkehr mit einem hohen LKW-Anteil mit zwei und drei Achsen im Ortsverkehr stattfindet. Entscheidend ist die Tabelle 10.3 der Nachrechnungsrichtlinie, die über den Verhältniswert der Anteile der Gruppen 1 und 2 am DTV-SV einen Anhaltswert zur Bestimmung der objektbezogenen Verkehrsart ermöglicht. 4. Kolloquium Brückenbauten - September 2020 521 Mehrstufiges Verfahren zur Festlegung des erforderlichen Ziellastniveaus für die Nachrechnung von Straßenbrücken Bild 7 Tabelle 10.3 der Nachrechnungsrichtlinie [1] mit Kennzeichnung der Gruppe 1 und 2 Die praktische Handhabung dieser Tabelle wird durch folgende Aspekte erschwert: • Verfügbarkeit belastbarer DTV-SV-Werte (Zählung, Prognose für das unmittelbar betrachtete Bauwerk) • Interpretation der Zuordnung von Verhältniswerten im Bereich 25-75 bis 85-15 (> 0,33 bis < 5,66) zu den drei, fest bestimmten Klassenwerten • Interpretation bei sehr kleinen DTV-SV-Werten Nachgeordnete Netze weisen in der Regel weniger automatisierte Zählstellen auf, so dass manchmal gar keine oder keine objektscharfen DTV-SV-Werte zur Verfügung stehen. Stehen Werte zur Verfügung und liegt der hierrüber ermittelte Verhältniswert der Gruppe 1 zur Gruppe 2 zwischen zwei Klassen, z. B. im Extremfall genau zwischen zwei Klassen mit 37,5 zu 62,5 (0,6) oder 67,5 zu 32,5 (2,07), ist keine zweifelsfreie Entscheidung mehr möglich. Auf der sicheren Seite liegend müsste man stets die höhere Verkehrskategorie wählen, sobald ein Stufenwert überschritten ist. Weiterhin wird die Interpretation bei sehr geringen DTV- SV-Werten durchaus fragwürdig, wie am Beispiel der nachfolgenden zwei fiktiven Szenarien deutlich zu erkennen ist. Beispiel: Brücke mit zwei Fahrstreifen und nicht mehr als einen Fahrstreifen pro Richtung (analog Bild 10.2 der Nachrechnungsrichtlinie) Szenario 1: DTV-SV = 1.000 Kfz/ 24 h Anteil Gruppe 1 = 90 % (900 Kfz / 24 h) Anteil Gruppe 2 = 10 % (100 Kfz / 24 h) = = > Verkehrsart = „Ortsverkehr“ = = > Ziellastniveau = BK 30/ 30 Szenario 2: DTV-SV = 111 Kfz/ 24 h Anteil Gruppe 1 = 10 % (11 Kfz / 24 h) Anteil Gruppe 2 = 90 % (100 Kfz / 24 h) = = > Verkehrsart = „Große Entfernung“ = = > Ziellastniveau = BK 60/ 30 Die Anzahl der Fahrzeuge an der Gruppe 2 ist bei beiden Szenarien identisch. Trotz der wesentlich höheren Anzahl von Gesamtfahrzeugen beim Szenario 1 bedingt dieses Szenario aber aufgrund des günstigeren Verhältniswertes ein geringeres Ziellastniveau gegenüber Szenario 2. Durch die Unsicherheiten ergeben sich folgende Zielkonflikte bei der Festlegung des Ziellastniveaus. Bild 8 Zielkonflikte bei der Festlegung des Ziellastniveaus Da sich solche Unsicherheiten bei rd. 200 Brücken im Zuge von Landesstraßen einstellen, die der Landesbetrieb Straßenwesen Brandenburg in der Baulast des Landes Brandenburg betreut, entschloss sich der Landesbetrieb 2017 in Kooperation mit der Technischen Universität Berlin, eine verfeinerte Methodik zur Festlegung des erforderlichen Ziellastniveaus zu entwickeln und 522 4. Kolloquium Brückenbauten - September 2020 Mehrstufiges Verfahren zur Festlegung des erforderlichen Ziellastniveaus für die Nachrechnung von Straßenbrücken damit seine bisherigen Festlegungen entsprechend verifizieren zu können [10]. 5. Herangehensweise Die einfachste und zunächst wirtschaftlichste Herangehensweise ist die direkte Festlegung des Ziellastniveaus ausgehend von einer speziell objektbezogenen Verkehrszählung. Dieses Vorgehen entspricht prinzipiell bereits dem vorhandenen Ansatz der Nachrechnungsrichtlinie, wobei der Genauigkeitsgewinn in der Berücksichtigung objektbezogener Verkehrsdaten liegt. Die bereits erwähnten Ungenauigkeiten hinsichtlich des derzeit in der Nachrechnungsrichtlinie anzuwendenden Verfahrens müssen dabei beachtet und sollten möglichst ausgeräumt werden. Alternativ zu dieser Herangehensweise kann durch eine spezielle, objektbezogene Verkehrszählung und anschließende Simulationsrechnung ebenfalls das erforderliche Ziellastniveau abgeleitet werden. Ein solches Herangehen erscheint für einen Masseneinsatz noch praktikabel und wirtschaftlich zu sein. Darüber hinaus kann das erforderliche Ziellastniveau durch indirekte Messung der Verkehrslast (Messung der Beanspruchungen am Bauwerk) begründet werden. Das Verfahren führt, je nach Maßgabe des Betrachtungszeitraumes und des damit verbundenen Zuverlässigkeitsniveaus, zur größten Genauigkeit in der Bestimmung des erforderlichen Ziellastniveaus. Aufgrund des hohen Aufwandes kann diese Herangehensweise nur begründeten Einzelfällen vorbehalten bleiben. Eine Massenanwendung auf eine Vielzahl von Bauwerken ist nicht praktikabel. Betrachtet man diese drei grundsätzlichen Möglichkeiten zur Festlegung des Ziellastniveaus, stellt sich die Frage, ob sich damit annähernd objektbezogen gleiche Genauigkeiten erzielen lassen und ob diese dann insgesamt wesentlich größer als gegenüber der Herangehensweise nach Regelwerk sind, so dass sich der damit verbundene Aufwand für den Straßenbaulastträger auch rechtfertigt. Die drei zuvor beschriebenen Ansätze wurden an zwei konkreten Bauwerken - der Spreebrücke im Zuge der L 35 in Fürstenwalde (Spree) und der Spreebrücke im Zuge der L 443 in Kossenblatt - zunächst konzeptionell entwickelt und anschließend praktisch umgesetzt. Anhand der Ergebnisse wurde eine verallgemeinerte Methodik in Form eines mehrstufigen Verfahrens beschrieben und anschließend in den Stufen 1 und 2 an weiteren sechs Brücken im Zuge von Landesstraßen pilothaft erprobt. 6. Beschreibung des Verfahrens Im Ergebnis wird ein mehrstufiges Verfahren gemäß Bild 9 vorgeschlagen. Bild 9 Mehrstufiges Verfahren zur Festlegung des Ziellastniveaus Die Stufenbezeichnung dient ausschließlich zur Abgrenzung der unterschiedlichen Herangehensweise in der Bestimmung des Ziellastniveaus und ist nicht mit den Stufen des Nachweises nach Nachrechnungsrichtlinie gleichzusetzen. 6.1 Ermittlung Ziellastniveau Stufe 1- Ziellastniveau aus Verkehrsdaten In der niedrigsten Stufe wird das erforderliche Ziellastniveau auf Basis von Verkehrsdaten bestimmt. Dies können Verkehrsdaten angrenzender Dauerzählstellen oder auch aus eigens durchgeführten objektbezogenen Fahrzeugzählungen sein. Die eigentliche Festlegung des Ziellastniveaus erfolgt noch nach dem bekannten Verfahren der Nachrechnungsrichtlinie, bei dem je nach Verkehrszusammensetzung eine Verkehrsart zu ermitteln ist. Es werden jedoch vorhandene bzw. zusätzlich gewonnene Verkehrszahlen detaillierter betrachtet. Hierbei lassen sich folgende drei Unterstufen unterscheiden. • 1a - Verkehrszahlen angrenzender Dauerzählstellen In der Stufe 1a werden die Verkehrszahlen angrenzender Dauerzählstellen (DZS) angesetzt. Hierzu muss sichergestellt sein, dass die Verkehrsstärke der DZS höher (oder zumindest genauso) und die Verkehrscharakteristik (/ -zusammensetzung) ähnlich ist, wie an dem zu untersuchenden Bauwerk. Im Rahmen dieses Vorhabens werden folgende Kriterien für eine geeignete DZS gewählt: - gleiche Landesstraße - Abstand der DZS zum Bauwerk nicht mehr als 20 km • 1b - Kurzzeit-Verkehrszählungen in Kombination mit angrenzenden Dauerzählstellen Für die verbleibenden Brücken, bei denen nach Stufe 1a keine ausreichende Brückenklasse vorliegt, können Kurzzeit-Verkehrszählungen in Kombination mit angrenzenden DZS (Hochrechnung) durchgeführt werden (Stufe 1b). Hierdurch werden etwas konkre- 4. Kolloquium Brückenbauten - September 2020 523 Mehrstufiges Verfahren zur Festlegung des erforderlichen Ziellastniveaus für die Nachrechnung von Straßenbrücken tere Informationen zum Verkehr an den zu untersuchenden Bauwerken hinzugezogen. Das allgemeine Vorgehen der Erhebungsbzw. Hochrechnungsmethodik zur Bestimmung von DTV-Werten ausgehend von stichprobenhaften Zählungen wird in der Schriftenreihe „Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen“, Unterreihe V, unter dem Titel „Straßenverkehrszählung 2010: Methodik“ geregelt [11]. • 1c - Verkehrszählung am Bauwerk Eine (manuelle) (Dauer-)Verkehrszählung in Stufe 1c liefert noch genauere Informationen zum tatsächlichen Verkehr. Die Dauerverkehrszählung kann manuell vor Ort, manuell / automatisiert anhand von Videobzw. Bildsequenzen oder durch Bauwerksmessungen erfolgen. Die Fahrzeugklassifizierung erfolgt gemäß den „Technischen Lieferbedingungen für Streckenstationen“ (TLS) [12]. In Bild 10 sind die Fahrzeugtypen ihrer Achslastkonfiguration zugeordnet. Bild 10 Klassifizierungen der Fahrzeugtypen gemäß TLS [12] Die Dauer der Verkehrszählung zur Bestimmung des DTV-SV-Wertes sollte eine Woche nicht unterschreiten. Im Gegensatz zum PKW-Verkehr ist die Schwerverkehrsstärke über das Jahr gesehen relativ konstant. Der DTV-SV-Wert auf Grundlage einer Werkswoche (Mo.-Fr.) ist daher ausreichend genau. 6.2 Ermittlung Ziellastniveau Stufe 2- Ziellastniveau aus Verkehrslastsimulationen In der zweiten Stufe erfolgt zur Ermittlung von Extremwerten der Beanspruchungen eine Verkehrslastsimulation mit Häufigkeitsverteilungen der Verkehrslasten unter bestimmten bekannten Randbedingungen. Eine objektspezifische Kalibrierung der Lastmodelle, basierend auf Verkehrslastsimulationen, ist in vielen Fällen bereits mit überschaubarem Aufwand möglich [13]. Die Kalibrierung ist besonders vorteilhaft, wenn das lokale Verkehrsaufkommen deutlich geringer ist, als es den normativen Lastmodellen zugrunde liegt. Zusätzliches Potenzial bietet das tatsächlich vorhandene statische System, da das normative Lastmodell zwar für eine Vielzahl an Systemen geeignet ist, aber dabei häufig auch Sicherheiten aufweist, um seine Allgemeingültigkeit zu wahren. Eingangsgrößen einer Verkehrslastsimulation sind in Bild 11 zusammengefasst. Bild 11 Eingangsgrößen einer Verkehrssimulation [14] Die in Stufe 1c gewonnenen Informationen zur Verkehrsstärke und Fahrzeugtypenverteilung werden um zusätzliche Daten von Weigh-In-Motion-Anlagen vergleichbarer oder ungünstigerer Standorte ergänzt, wie zum Beispiel den Fahrzeuggesamtgewichten oder dem genehmigungspflichtigen Schwerverkehr. Während der Simulation wird ein quasi-unendlich langes zufälliges Verkehrsband erzeugt und die Schnittgrößen anhand der Einflusslinie ausgewertet. Bild 12 Quasi-unendliches Verkehrsband im Zuge der Verkehrssimulation Ergebnis der Verkehrssimulation in Stufe 2 ist ein objektspezifischer charakteristischer Wert der Verkehrsbeanspruchung für eine gewählte Wieder-kehrperiode. Hieraus wird eine Ableitung eines Nachrechnungsbzw. Anpassungsfaktors α NR bzw. des objektspezifischen Ziellastniveaus / Lastmodells möglich. Ähnlich wie bei Stufe 1 lassen sich auch hier weitere zwei Unterstufen unterscheiden. 524 4. Kolloquium Brückenbauten - September 2020 Mehrstufiges Verfahren zur Festlegung des erforderlichen Ziellastniveaus für die Nachrechnung von Straßenbrücken • 2a - Simulationen ausgehend vom plangestützten FE- Modell In Ziellaststufe 2a wird ein FE-Modell erstellt, ausgehend von den statischen Unterlagen bzw. den Bestandsplänen. Aufgrund der ggf. nicht realistisch abgebildeten Geometrie, den Anschluss- und Bauteilsteifigkeiten oder dem Lastabtrag sind bei diesen Modellen noch Unsicherheiten enthalten. Diese Unsicherheiten relativieren sich jedoch bei der Ableitung des objektspezifischen Ziellastniveaus, sofern sich nicht prinzipiell die Form der Einflusslinie ändert, da diese sowohl seitens der Simulation als auch der normativen Lastmodelle bei der Bestimmung charakteristischer Werte einfließt. • 2b - Simulationen ausgehend vom messwertgestützten kalibrierten FE-Modell In Ziellaststufe 2b wird im Rahmen einer Systemmessung als Kurzzeitmessung das FE-Modell entsprechend der tatsächlichen Steifigkeiten kalibriert. Hierzu wird das FE-Modell derart angepasst, dass gemessene Beanspruchungen infolge einer bekannten Last (Belastungsfahrzeug) mit den berechneten Beanspruchungen bei gleicher Last nahezu über-einstimmen. Die hiernach ermittelte Einflusslinie - als Eingangsparameter für die Simulationen - liefert ein noch realistischeres Ziellastniveau. 6.3 Ermittlung Ziellastniveau Stufe 3 - Ziellastniveau aus Verkehrsmonitoring In der dritten Stufe werden die extremalen Beanspruchungen infolge Verkehrslasten über ein Bauwerksmonitoring ermittelt. Mit Hilfe der Ergebnisse von Dehnungsmessungen unter Verkehr lassen sich u. a. • das Rechenmodell kalibrieren (Systemmessung) • und • die Einwirkungen bzw. Beanspruchungen realitätsnah erfassen. Darüber hinaus können durch ein Bauwerksmonitoring Spureinflüsse, Einflüsse der Fahrzeuggesamtgewichte bzw. einzelner Achsen und Einflüsse von Bauwerksschwingungen erfasst werden. Ergebnis des Verkehrsmonitorings ist in diesem Fall ein messwertgestützter charakteristischer Wert der Verkehrslast. Hieraus wird - analog der Stufe 2 - ebenfalls eine Ableitung eines Nachrechnungsbzw. Anpassungsfaktors α bzw. des objektspezifischen Ziellastniveaus / Lastmodells möglich, siehe auch [16]. Für die Auswertung von Extremwerten aus gemessenen Dehnungs-Zeit-Verläufen bedarf es Wochenextremwerten. Ab einer Messdauer von einem Jahr liegen ausreichend viele Wochenextremwerte für eine Extremwertanalyse vor. Bei geringeren Bezugszeiträumen der Extremwerte treten teilweise je nach objektspezifischer Verkehrscharakteristik noch Multimodale-Extremwertverteilungen auf. Weitere Hintergründe sind in [15] gegeben. Um die unterschiedlichen gemessenen Beanspruchungen am Tragwerk der Belastungssituation zuordnen zu können, ist eine Kamera zur Aufzeichnung des Verkehrs erforderlich. Die Dehnungsmessung am Tragwerk erfolgt permanent über den gesamten Messzeitraum. Aus Gründen der Handhabbarkeit werden mit der Kamera Fotos im Abstand von einer Sekunde aufgenommen. Bild 13 Lastbild zum extremalen Ereignis im Messzeitraum an der Spreebrücke Fürstenwalde 6.4 Bestimmung des Ziellastniveaus aus dem Nachrechnungsbzw. Anpassungsfaktor a Für die Ableitung des Ziellastniveaus ausgehend von dem simulationsgestützten (Stufe 2) bzw. messwertgestützten (Stufe 3) charakteristischen Wert wird der Quotient aus diesen Werten und einem normativen charakteristischen Wert gebildet. Dieser Nachrechnungsbzw. Anpassungsfaktor wird für alle relevanten normativen Brückenklassen (Lastmodelle nach jeweiliger Norm) berechnet. (2) Der Nachrechnungsbzw. Anpassungsfaktor α NR stellt den Bezug zwischen dem realen Verkehrslastniveau und dem normativen Lastmodell dar. Es geht hierbei also um die Größe des anzusetzenden erforderlichen charakteristischen Wertes für das Lastmodell, um die realen Verkehrslasten mit ausreichender Sicherheit abzudecken. Bezüglich des Ergebnisses des Nachrechnungsbzw. Anpassungsfaktors sind folgende Aussagen zutreffend. α NR,i ≤ 1 Die Brückenklasse / das Lastmodell gemäß Norm deckt die realen Verkehrslasten ab. Die Bezugs-Brückenklasse ist ausreichend. 4. Kolloquium Brückenbauten - September 2020 525 Mehrstufiges Verfahren zur Festlegung des erforderlichen Ziellastniveaus für die Nachrechnung von Straßenbrücken α NR,i > 1 Die Brückenklasse / Lastmodell gemäß Norm deckt die realen Verkehrslasten nicht ab. Es muss die nächst größere Bezugs-Brückenklasse als erforderliches Ziellastniveau gewählt werden. Mit Zahlenwerten beispielhaft belegt, könnten sich bei einem abgeleiteten messwertgestützten bzw. simulationsgestützten charakteristischen Wert die in Tabelle 2 dargestellten Nachrechnungsfaktoren für die jeweiligen Bezugs-Brückenklassen (/ normative Lastmodelle) ergeben. Der größte Nachrechnungsfaktor, der kleiner als 1 ist, liefert das gesuchte Ziellastniveau. Tabelle 2 Beispielhafte Größenordnung der Nachrechnungsfaktoren je Bezugs-Brückenklasse für eine Brücke Nachrechnungsfaktor α NR E k ,Norm (Brückenklasse) … z. B. 1,12 BK 30/ 30 … z. B. 1,05 BK 60 … z. B. 0,70 < 1 → Ziellastniveau BK 60/ 30 … z. B. 0,50 LM1 DIN-FB … z. B. 0,30 LM1 EC 6.5 Nachrechnungsbzw. Anpassungsfaktor α NR mit Bezug zu DIN-FB 101 oder EuroCode Aus dem vorgenannten Zahlenbeispiel zeigt sich, dass mit diesem auf die bisherigen Brückenklassen bezogenen Verfahren zur Festlegung des Ziellastniveaus ggf. Tragwerksreserven nicht voll ausgeschöpft werden. Dies liegt an den Lastsprüngen zwischen den Lastmodellen. In dem gezeigten Zahlenbeispiel würden theoretisch 70 % der Lasten der Brückenklasse 60/ 30 ausreichen, um die realen Verkehrslasten abzudecken. Die nächst kleinere Brückenklasse 60 reicht wiederum nicht aus zur Abdeckung der realen Lasten. Ein von den bisherigen Brückenklassen losgelöstes Verfahren zur Festlegung des Ziellastniveaus zum Beispiel direkt in Form des Nachrechnungsbzw. Anpassungsfaktors mit einem festen Bezug auf zum Beispiel das LM1 des DIN-FB 101 oder des EuroCodes (DIN EN 1991- 2+NA) könnte diese zusätzlichen Reserven im Lastmodell aktivieren. Das zur Nachrechnung anzusetzende Lastmodell ist dann immer das LM1 gem. DIN-FB 101 oder EuroCode unter Ansatz eines objektspezifischen Nachrechnungsbzw. Anpassungsfaktors. LM NR = α NR_DIN−FB 101 * E k ,LM1_DIN−FB 101 (3) oder LM NR = α NR_EC * E k ,LM1_E (4) 6.6 Kalibrierung des FE-Modells durch Belastungsversuch Der normative charakteristische Wert ergibt sich unter Ansatz eines gewählten normativen Lastmodells und - im Falle der Stufe 2b - dem kalibrierten Systemmodell aus einer FE-Berechnung. Sofern Stufe 3 angewandt wird, sollte zunächst immer ein Belastungsversuch mittels bekannten Belastungsfahrzeugs (Achskonfiguration und -last) durchgeführt werden, um das FE-Modell an das reale Tragverhalten anzupassen. 7. Pilotbauwerke und Pilotstudie Wie bereits erwähnt wurde das Verfahren an zwei Pilotbrücken entwickelt und im Rahmen einer Pilotstudie für die Stufen 1a bis 2b an sechs weiteren Bauwerken erprobt. 7.1 Pilotbauwerke - Spreebrücke Fürstenwalde und Spreebrücke Kossenblatt Die 1961 errichtete Spreebrücke in Fürstenwalde (Spree) überführt die innerstädtisch gelegene, dreistreifige L 35 über die Fürstenwalder Spree und den Archenarm. Das Bauwerk besteht aus zwei, hintereinander liegenden Teilbauwerken, einer Stahlverbundkonstruktion (Stw. 25,45 - 28,00 - 29,80) und einem Stabbogen (Stw. 67,00 m). Bild 14 Spreebrücke Fürstenwalde - Stabbogen Bei der Brücke über die Spree i. Z. d. L 443 in Kossenblatt handelt es sich um eine einzellige Hohlkastenbrücke über vier Felder aus Spannbeton. Die Stützweiten betragen 20,25 - 27,50 - 20,25 - 17,25 m. Das Bauwerk wurde 1968 errichtet. 526 4. Kolloquium Brückenbauten - September 2020 Mehrstufiges Verfahren zur Festlegung des erforderlichen Ziellastniveaus für die Nachrechnung von Straßenbrücken Bild 15 Spreebrücke Kossenblatt Beide Bauwerke sind aktuell in die Brückenklasse 30/ 30 eingestuft und weisen zudem unterschiedliche konstruktive Probleme auf. Das Ankündigungsverhalten hinsichtlich Spannungsrisskorrosion der Spannbetonbrücke in Kossenblatt ist vermutlich ungenügend, so dass das Bauwerk zum einen dem Traglastindex V zugeordnet wurde und zum anderen aktuell vertiefte Untersuchen laufen. Der Stabbogen in Fürstenwalde bildet aufgrund der Anordnung von Spannbändern zur Aufnahme des Bogenschubes eine technisch erhaltenswürdige Konstruktion. Die Stahlverbundkonstruktion des anschließenden Archenarms enthält die Unzulänglichkeit eines bisher nicht ausreichend erfassten Stegbeulens und ist deshalb auch zunächst dem Traglastindex V zugeordnet. Auch hierzu werden aktuell detaillierte Untersuchen veranlasst. Bei einer verbalen Zuordnung zur Verkehrsart „Mittlere Entfernung“ und unbeachtet der konstruktiven Mängel wäre die Spreebrücke in Fürstenwalde dem Traglastindex IV und die Spreebrücke in Kossenblatt dem Traglastindex III zuzuordnen. Weiterhin ist die Verkehrsbelastung bei beiden Brücken sehr unterschiedlich. Die L 35 in Fürstenwalde ist eine vielbefahrene, innerstädtische, dreistreifige Landesstraße. Die Brücke befindet sich zudem zwischen zwei stark frequentierten Knotenpunkten zum kommunalen Netz. Die Verkehrsdaten sind dementsprechend mit großen Unsicherheiten behaftet. Die L 443 in Kosssenblatt (unterer Spreewald) in typisch zweistreifiger Ausführung verzeichnet hingegen eine sehr geringe Belastung. Die vorliegenden Verkehrsdaten beziehen sich auf eine weit vom Bauwerk entfernte Zählstelle. Beide Brücken wurden vollständig mit Messtechnik (Dehnungsmessaufnehmer; Videoüberwachung) bestückt und nahezu zwei Jahre überwacht. Gleichfalls wurden an beiden Brücken Belastungsversuche zur Kalibrierung der jeweiligen FE-Modelle durchgeführt. Tabelle 3 Ergebnisse Spreebrücke Fürstenwalde Spreebrücke Fürstenwalde Verfahrens-stufe Ziellastniveau (Bezug Brückenkl.) Anpassungsfaktor α NR in Bezug zum LM1 DIN_FB_101 Stufe 1 a BK 60/ 30 - Stufe 1 b BK 60 - Stufe 1 c BK 60 - Stufe 2 a - - Stufe 2 b BK 60 0,87 Stufe 3 BK 30/ 30 0,70 Tabelle 4 Ergebnisse Spreebrücke Kossenblatt Spreebrücke Kossenblatt Verfahrens-stufe Ziellastniveau (Bezug Brückenkl.) Anpassungsfaktor α NR in Bezug zum LM1 DIN_FB_101 Stufe 1 a BK 60 - Stufe 1 b BK 30/ 30 - Stufe 1 c BK 30/ 30 - Stufe 2 a - - Stufe 2 b BK 60 0,70 Stufe 3 BK 30/ 30 0,56 Unbeachtet der konstruktiven Unzulänglichkeiten würden beide Brücken nach diesen Ergebnissen dem Traglastindex II zuzuordnen sein. Spreebrücke Fürstenwalde • vor der Untersuchung TLI = IV • nach der Untersuchung TLI = II 1 Spreebrücke Kossenblatt • vor der Untersuchung TLI = III • nach der Untersuchung TLI = II 1 Zu beachten ist, dass in der Simulation der Stufe 2 ca. 1,0 % Ersatzfahrzeuge für genehmigungspflichtigen Schwerverkehr enthalten sind und sowohl Stufe 2 als auch Stufe 3 bereits eine Hochrechnung sowie einen jährlichen Ver- 1 ohne Berücksichtigung der konstruktiven Unzulänglichkeiten 4. Kolloquium Brückenbauten - September 2020 527 Mehrstufiges Verfahren zur Festlegung des erforderlichen Ziellastniveaus für die Nachrechnung von Straßenbrücken kehrszuwachs von 1,1 % beinhaltet und dadurch eine gewisse Robustheit gegenüber Verkehrsschwankungen aufweisen. Auf die Bedeutung des genehmigungspflichtigen Schwerverkehrs wird später noch eingegangen. 7.2 Erprobung des Verfahrens (Stufe 1 a bis 2 a) an sechs weiteren Brücken im Landesstraßennetz Zur Erprobung des Verfahrens wurden sechs weitere Bauwerke im Landesstraßennetz ausgewählt. Unter der verbalen Annahme einer Verkehrsart „Mittlere Entfernung“ sind alle sechs Brücken dem Traglastindex III zuzuordnen. Die Ergebnisse der Stufen 1 a bis 2 a beschreiben sich tabellarisch wie folgt. Tabelle 5 Ergebnisse Pilotstudie L 15 - Brücke Fürstenberg Verfahrens-stufe Ziellastniveau (Bezug Brückenkl.) Anpassungsfaktor α NR in Bezug zum LM1 DIN_FB_101 Stufe 1 a BK 60/ 30 - Stufe 1 b BK 60/ 30 - Stufe 1 c BK 60 - Stufe 2 a BK 60 0,77 L 372 - Brücke Eisenhüttenstadt Verfahrens-stufe Ziellastniveau (Bezug Brückenkl.) Anpassungsfaktor α NR in Bezug zum LM1 DIN_FB_101 Stufe 1 a BK 60 - Stufe 1 b - - Stufe 1 c BK 30/ 30 - Stufe 2 a BK 30/ 30 0,58 L 23 - Brücke Rieplos Verfahrens-stufe Ziellastniveau (Bezug Brückenkl.) Anpassungsfaktor α NR in Bezug zum LM1 DIN_FB_101 Stufe 1 a BK 60 - Stufe 1 b BK 60/ 30 - Stufe 1 c BK 60 - Stufe 2 a BK 30/ 30 0,56 L 63 - Brücke Lauchhammer - Binnengraben Verfahrens-stufe Ziellastniveau (Bezug Brückenkl.) Anpassungsfaktor α NR in Bezug zum LM1 DIN_FB_101 Stufe 1 a BK 60 - Stufe 1 b BK 60/ 30 - Stufe 1 c BK 60/ 30 - Stufe 2 a BK 30/ 30 0,64 L 63 - Brücke Lauchhammer - Schwarze Elster Verfahrens-stufe Ziellastniveau (Bezug Brückenkl.) Anpassungsfaktor α NR in Bezug zum LM1 DIN_FB_101 Stufe 1 a BK 60 - Stufe 1 b BK 60/ 30 - Stufe 1 c BK 60/ 30 - Stufe 2 a BK 60 0,73 L 14 - Brücke Stolpe Verfahrens-stufe Ziellastniveau (Bezug Brückenkl.) Anpassungsfaktor α NR in Bezug zum LM1 DIN_FB_101 Stufe 1 a BK 60/ 30 - Stufe 1 b - - Stufe 1 c BK 60/ 30 - Stufe 2 a BK 30/ 30 0,67 528 4. Kolloquium Brückenbauten - September 2020 Mehrstufiges Verfahren zur Festlegung des erforderlichen Ziellastniveaus für die Nachrechnung von Straßenbrücken Tabelle 6 Vergleich TLI Bauwerk TLI vor der Untersuchung 2 TLI nach der Untersuchung 2 L 15 - Brücke Fürstenberg III (3) III (3) L 372 - Brücke Eisenhüttenstadt III (3) II (2) L 23 - Brücke Rieplos III (3) II (2) L 63 - Brücke Lauchh. - Binnengr. III (3) II (2) L 63 - Brücke Lauchh. - Schw. El. III (3) III (3) L 14 - Brücke Stolpe III (3) II (2) An vier von sechs Bauwerken ergab das Verfahren bis zur Stufe 2 a einen kleineren Traglastindex gegenüber einer verbalen Vorgabe der Verkehrsart „Mittlere Entfernung“. Bei zwei Bauwerken wurde der bestehende Traglastindex bestätigt. 8. Erwarteter Einsatzumfang des Verfahrens beim Landesbetrieb Straßenwesen Brandenburg Insgesamt stellt sich aktuell eine Betroffenheit von 196 Teilbauwerken im Landesbetrieb Straßenwesen Brandenburg bei Brücken im Zuge von Landesstraßen und in der Baulast des Landes ein, bei denen das Ziellastniveau anhand des aufgezeigten Verfahrens zu verifizieren wäre. Nach aktueller Bedarfsplanung ergibt sich bei 64 Brücken altersund/ oder zustandsund/ oder bauartbedingt bis 2025 voraussichtlich sowieso ein Ersatz (ERS), eine Teilerneuerung mit Verstärkung (TEmV) oder ein ersatzloser Rückbau. Weitere 100 Brücken sollen bis 2035 folgen. Das mittlere Alter dieser Bauwerksmenge beträgt zurzeit 63 Jahre. Insgesamt verbleiben voraussichtlich nur drei Brücken, die auf Dauer bzw. bis weit nach 2035 zu erhalten sind. 2 ohne Berücksichtigung der konstruktiven Unzulänglichkeiten Bild 16 Verifizierungsbedarf auf Grundlage der Bedarfsplanung Brücken 2021 ff; Arbeitsstand 06/ 2020 Auf Grundlage der Bedarfsplanung wären zunächst die drei Brücken, welche über 2035 erhalten sowie die 29 Brücken, die erst nach 2035 erneuert werden sollen, vorrangig zu untersuchen. Nachfolgend und in Abhängigkeit der Finanz- und Personalressourcen für den Ersatz oder die Teilerneuerung mit Verstärkung (TEmV) der Brücken im Zeitraum von 2026 bis 2035 wären dann zunächst diese 100 Brücken näher zu betrachten. Legt man die Verteilung der Gruppen 1 und 2 nach Tab. 10.3 der Nachrechnungsrichtlinie als Kriterium einer Priorisierung zu Grunde, ständen zunächst 12 Brücken im Vordergrund, deren Verhältniswert unter 1,0 liegt und die somit gegebenenfalls sogar der Verkehrsart „Große Entfernung“ zugeordnet werden müssten. In Abhängigkeit der zurzeit noch laufenden Detailuntersuchungen zur Priorisierung ist davon auszugehen, dass der abschließende Verifizierungsbedarf voraussichtlich ca. 88 bis 132 Brücken betreffen wird. Bis zu welcher Stufe die Verifizierung des Ziellastniveaus dann jeweils durchgeführt wird, kann noch nicht abschließend gesagt werden und hängt letztendlich ebenfalls vom Ergebnis der zurzeit noch laufenden Untersuchungen ab. Zur Einbindung externer Dienstleister - insbesondere zur Durchführung der Stufen 1 b bis 1 c - wurde zudem bereits im Rahmen des Kooperationsprojektes mit der TU Berlin eine entsprechende Handlungsanweisung erarbeitet. Hinzu kommen gegebenenfalls weitere Brücken im Zuge von Bundesstraßen, sofern sich hier eine dringende Notwendigkeit im Abstimmung mit dem BMVI oder neuer Regelwerksvorgaben ergibt. 9. Weiterer wissenschaftlicher Untersuchungsbedarf Einen erheblichen Einfluss auf die Ergebnisse nach Stufe 2 hat die Anzahl von Ersatzfahrzeugen zur Simulation des genehmigungspflichtigen Schwerverkehrs. Objektbezogene Angaben liegen in der Regel deutschlandweit nicht vor, so dass gängig mit Anteilen von 0,1 bis 1,0 % gerechnet wird. Der genehmigungspflichtige Schwerverkehr kann durchaus und je nach Ausprägung seiner Achslasten und seiner Achskonfiguration zu einer normativen Auslastung 4. Kolloquium Brückenbauten - September 2020 529 Mehrstufiges Verfahren zur Festlegung des erforderlichen Ziellastniveaus für die Nachrechnung von Straßenbrücken von 100 % führen. Wie häufig so ein Fall eintritt und mit welcher Wahrscheinlichkeit dann gegebenenfalls auch Überschreitungen der normativen Auslastung verbunden sein könnten, lässt sich derzeit aufgrund fehlender Daten nicht gesichert vorhersagen. Hierzu müssten zunächst die fortlaufend vorliegenden Genehmigungsdaten statistisch erfasst, aufbereitet und ausgewertet werden. Erst auf dieser Grundlage wären verlässlichere Aussagen möglich. Neben der statischen Auslastung eines Bauwerks spielen diese Beanspruchungsszenarien auch eine wesentliche Rolle in der Frage der Ermüdungsfestigkeit einer Brücke. 10. Resümee und Empfehlung Das vorgestellte Verfahren ermöglicht eine sehr genaue Ermittlung des erforderlichen Ziellastniveaus für die Nachrechnung einer Straßenbrücke unter Beachtung der Sicherheit und Wirtschaftlichkeit. Durch seine mehrstufige Ausprägung ist es insbesondere in der Stufe 1 und 2 für eine breite Anwendung im nachgeordneten Netz geeignet. Die Anwendung der Stufe 3 sollte Einzelfällen vorbehalten bleiben. Unabhängig der Nachweisführung für die aktuelle und mittelfristige Situation wird empfohlen, aufgrund der stetigen Zunahme der Fahrzeuggewichte langfristig keine Straßenbrücke im Nutzungsvermögen unterhalb der Brückenklasse 60 nach DIN 1072, Ausgabe 1967 [17] zu belassen. Damit einhergehend ist ein weiterhin notwendig hoher Investitionsbedarf für die Ertüchtigung und Erneuerung der bestehenden Straßeninfrastruktur, speziell der Brücken unabdingbar. Durch die fixen Brückenklassen der ehemaligen DIN 1072 können, bedingt durch die Systematik der globalen Klassenstufen, bei der Ermittlung des zwischenzeitlich nutzbaren Tragvermögens einer Straßenbrücke keine vorhandenen Reserven generiert werden. Sinnvoller wäre hingegen eine vollständige Umstellung aller Nachweise der Nachrechnungsrichtlinie auf einen semiprobabilistischen Ansatz unter ausschließlicher Verwendung eines Anpassungsfaktor α NR für das Ziellastniveau auf Grundlage der Lastmodelle des DIN FB 101 oder der DIN EN 1991-2 + NA. Es wird eine dahingehende Fortschreibung der Nachrechnungsrichtlinie empfohlen. Literatur [1] Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS): Richtlinie zur Nachrechnung von Straßenbrücken im Bestand. Ausgabe 05/ 2011. [2] DIN-Fachbericht 101: Einwirkungen auf Brücken. Beuth Verlag. Berlin. März 2009. [3] DIN 1072: 1985: Straßen- und Wegbrücken. Lastannahmen. Beuth Verlag. Dezember 1985. [4] Land Brandenburg: Automatische Straßenverkehrszählungen. Datenauswertung Jahr 2015. Hg. v. Landesbetrieb Straßenwesen [5] Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur: Verkehrsverflechtungsprognose 2030. Schlussbericht (2014). [6] Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS): Anweisung Straßeninformationsbank für Ingenieurbauten, Teilsystem Bauwerksdaten (ASB-ING) [7] Landesbetrieb Straßenwesen Brandenburg: Zahlen und Fakten | Landesbetrieb Straßenwesen. Online verfügbar unter https: / / www.ls.brandenburg.de/ sixcms/ detail.php/ bb1.c.313082.de? nav_level=2, zuletzt geprüft am 25.06.2020. [8] Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS): Richtlinie zur einheitlichen Erfassung, Bewertung, Aufzeichnung und Auswertung von Ergebnissen der Bauwerksprüfungen nach DIN 1076 (RI-EBW-PRÜF) [9] Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur: Allgemeines Rundschreiben Straßenbau Nr. 09/ 2020. Sachgebiet 05.8: Brücken- und Ingenieurbau; Erhaltung, Bautenschutz. Einführung des Traglastindex; Übergabe der Daten an die Bundesanstalt für Straßenwesen. Bonn. 2020. [10] Geißler, K.; Steffens, N.; Kraus, J. K.: Methodik zur Bestimmung des Ziellastniveaus für Brückenbauwerke im Landesstraßennetz in Ortsdurchfahrten und auf freier Strecke auf der Basis gemessener Lastkollektive. Abschlussbericht. unveröffentlicht. Fachgebiet Entwerfen und Konstruieren - Stahlbau, TU Berlin. 2019. [11] Lensing, N.: Straßenverkehrszählung 2010 - Methodik. Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen. Verkehrstechnik. Heft V 234. 2013. [12] Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS): Technische Lieferbedingungen für Streckenstationen (TLS) 2012. [13] Kraus, J. K.; Geißler, K.: Verkehrslastsimulationen zur Bewertung der Trag- und Ermüdungssicherheit stählerner Straßenbrücken. In: Deutscher Ausschuß für Stahlbau DASt (Hg.): 21. DASt-Forschungskolloquium. TU Kaiserslautern. 2018. [14] Kraus, J. K.: Zur analytischen Herleitung von Verkehrslastmodellen für die Tragfähigkeit und Ermüdung von Straßenbrücken. Dissertation. Technische Universität Berlin. 2020. [15] Steffens, N.: Sicherheitsäquivalente Bewertung von Brücken durch Bauwerksmonitoring. Dissertation. TU Berlin. 2019. [16] Geißler, K.; Steffens, N.; Stein, R.: Grundlagen der sicherheitsäquivalenten Bewertung von Brücken mit Bauwerksmonitoring. Stahlbau 88 (2019). Heft 4 [17] DIN 1072: 1967: Straßen- und Wegbrücken. Lastannahmen. Beuth Verlag. November 1967.