Brückenbauwerke bilden das Rückgrat einer leistungsfähigen Infrastruktur. Nach vielen Jahren der Nutzung unter kontinuierlich steigender Belastung erreichen nun etliche dieser Tragwerke das Ende ihrer theoretischen Nutzungsdauer. Im Sinne der Nachhaltigkeit gilt es, sie unter Gewährleistung der Tragsicherheit möglichst lange in Betrieb zu halten. Bei Brücken aus Spannbeton ergibt sich die besondere Herausforderung, dass intern ablaufende Schädigungsprozesse, wie die Spannungsrisskorrosion oder Ermüdung äußerlich unerkannt bleiben können. Spannstahlbrüche ohne eine Vorankündigung durch Rissbildung stellen eine große Gefahr dar.

Diese Brüche können verteilt über das Tragwerk auftreten, daher muss ein Monitoring die globale Überwachung sicherstellen und zugleich den individuellen Bruch zuverlässig detektieren. Dazu wurde in der ersten Förderperiode des SPP ein Messsystem auf Basis faseroptischer Sensoren entwickelt, mit dem Dehnungen an der Oberfläche von Betonstrukturen direkt gemessen werden. Damit sind die diskontinuierlichen Dehnungsfelder infolge des Spannstahlbruchs trotz geringer Intensität detektierbar. Mit einem Messgitter gekreuzter faseroptischer Sensoren werden die charakteristischen Dehnungsmuster eines Bruchs und der Wiederverankerung vollflächig aufgenommen, anschließend automatisiert aufbereitet und von äußeren thermischen und mechanischen Störgrößen abgegrenzt. Das Messsystem wurde unter Laborbedingungen entwickelt und prototypisch an einer Brücke umgesetzt.

In der zweiten Förderperiode wird die Messmethode für den robusten Einsatz unter Realbedingungen weiterentwickelt. Ziel ist es, unter den Einflüssen von Alterung, Bewitterung und Zeit eine zuverlässige Detektion sicherzustellen und zugleich die Sensor- und Datenmengen weitestmöglich zu reduzieren. Dazu wird zunächst in Experimenten im Labor, dann an einer Spannbetonbrücke (Abb. 2), die Dauerhaftigkeit der Messtechnik in Alterungs- und Expositionstests untersucht und Schwächungen des Signals mit der Zeit quantifiziert (AP1, vgl. Abb. 1). Aus zeitabhängigen, nichtlinearen Umlagerungen des eingeprägten Dehnungsfeldes infolge des Bruchs wird eine dazu erforderliche Messrate bei variablen geometrischen und materiellen Randbedingungen abgeleitet (AP2). Zur optimalen Konfiguration eines Messrasters für verteilte Spanngliedlagen wird eine Methode entwickelt, die numerische Berechnungen mit zwei Optimierungsschritten kombiniert; der Greedy-Algorithmus für die diskrete Zahl der Sensorstränge, Heuristiken für den kontinuierlichen Messpunktabstand (AP3). Unter integrierten Einflüssen von Dauerhaftigkeit, Zeitabhängigkeit und Ortsauflösung wird das Zusammenwirken der Einflussfaktoren untersucht und eine Methode zur Auslegung des Messsystems entwickelt. Die Bewertung unterschiedlicher Messsysteme erfolgt mit Operationscharakteristiken (AP4). Zur Validierung wird am Referenzbauwerk des SPP ein dementsprechend ausgelegtes Messsystem umgesetzt.