Lebensadern der Infrastruktur: Wie die moderne Brückenprüfung für Sicherheit und Langlebigkeit sorgt

Brücken sind unverzichtbare Bestandteile unserer Infrastruktur, die Menschen und Güter sicher über Flüsse, Täler und andere Hindernisse transportieren. Besonders Stahlbrücken, bekannt für ihre hohe Tragfähigkeit und Langlebigkeit, spielen eine zentrale Rolle im Schienen- und Straßenverkehr. Doch auch diese robusten Bauwerke sind nicht vor Alterung und Verschleiß gefeit.

Die durchschnittliche Lebensdauer einer Stahlbrücke liegt in der Regel zwischen 80 und 120 Jahren, abhängig von Konstruktionsweise, Belastung und Umwelteinflüssen.  Sie sind täglich dynamischen Belastungen und klimatischen Einwirkungen ausgesetzt. Diese Faktoren können die Tragfähigkeit und Betriebssicherheit von Stahlbrücken erheblich beeinträchtigen. Zu den größten Belastungen zählen:

• Erhöhte Verkehrsbelastung: Schwerlastverkehr beansprucht Brücken stärker als ursprünglich geplant (160.000-mal stärker als ein Pkw; Quelle: FIS)

• Dynamische Belastungen: Durch den Verkehr verursachte Vibrationen und Schwingungen können zu Ermüdungsrissen im Stahl führen.

• Korrosion: Feuchtigkeit, Streusalz und Schadstoffe können den Stahl angreifen und seine Festigkeit beeinträchtigen.

• Materialermüdung: Dauerhafte Wiederholungsbelastung schwächt die Mikrostruktur des Materials.

• Extreme Ereignisse: Unfälle, Überschwemmungen oder Erdbeben können zusätzliche Schäden verursachen.

Die optische Emissionsspektroskopie (OES) ist eine bewährte Methode zur Analyse der chemischen Zusammensetzung von Stählen. Mittels OES können die Gehalte an Kohlenstoff (C), Silizium (Si), Mangan (Mn), Phosphor (P), Schwefel (S), Stickstoff (N) und anderen Elementen präzise bestimmt werden. Diese chemische Analyse ist der erste Schritt zur Identifikation des Stahls und zur Bestimmung seiner Eigenschaften. Die mobile OES ist hierfür besonders geeignet, da sie zerstörungsarm ist und vor Ort durchgeführt werden kann. So kann ein Abtrennen von Brückenmaterial für Laboranalysen vermieden werden. 

Anhand der Analysenergebnisse kann bestimmt werden, welche Rohmaterialien für den Brückenbau genutzt wurden, wie z. B. Puddelstahl oder ein neueres Verfahren. Neuere Verfahren wie das Bessemer- oder Thomas-Verfahren enthalten weniger Phosphor, was bedeutet, dass die Lebenserwartung des Materials länger ist als bei Puddelstahl. Denn Phosphor ist grundsätzlich nötig, um die Zugfestigkeit und Härte des Stahls zu erhöhen, aber ein zu hoher Phosphorgehalt führt zu Versprödung und macht die Brücke somit anfälliger für Risse. Durch die Bestimmung der verwendeten Rohmaterialien und der Schweißeignung mittels OES können die nächsten Schritte geplant werden. Deshalb gewinnt die mobile OES für die Brückeninspektion zunehmend an Bedeutung.

Mehr über Brückenprüfung erfahren

Die Brücken werden anhand verschiedener Einflussfaktoren wie z. B. Standsicherheit, Verkehrssicherheit oder Dauerhaftigkeit beurteilt und klassifiziert. Basierend auf diesen Ergebnissen werden bei Bedarf geeignete Maßnahmen ergriffen: 

• Schweißreparaturen zur Beseitigung von Rissen
• Verstärkungen durch zusätzliche Träger oder Platten
• Korrosionsschutz durch Beschichtungen
• Austausch geschädigter Bauteile

Die Digitalisierung und der Einsatz innovativer Technologien werden die Brückeninstandhaltung in Zukunft weiter verbessern. Durch die Kombination von präzisen Messungen, moderner Datenanalyse und fortschrittlichen Reparaturtechniken kann die Sicherheit und Langlebigkeit von Brücken gewährleistet und ihre wichtige Rolle in unserer Infrastruktur gesichert werden. Ein Pilotprojekt ist z. B. die Smart City Dortmund. Es umfasst die Installation von Sensoren an fünf ausgewählten Brücken in Dortmund. Diese Sensoren messen Neigung, Dehnung, Risse und Temperatur in Echtzeit und liefern kontinuierlich Daten zum Zustand der Brücken. Das Ziel ist es, diese dauerhaft zu überwachen und eine vorausschauende Instandhaltung zu ermöglichen. Das Echtzeitmonitoring ermöglicht folglich ein konstantes Risikomanagement, das nicht nur die Sicherheit erhöht, sondern auch die Verkehrsflusssteuerung optimiert. Zudem lassen sich durch die kontinuierliche Datenanalyse realistische Kostenpläne für zukünftige Sanierungen erstellen, was langfristig zu erheblichen Kosteneinsparungen führen kann.

Brückenprüfung ist weit mehr als ein technischer Routineprozess: Sie ist ein zentraler Bestandteil unserer Infrastrukturpflege. Mit Methoden wie der mobilen OES, systematischer Materialanalyse und digitalen Überwachungslösungen können wir nicht nur akute Gefahren vermeiden, sondern auch die Lebensdauer unserer Brücken effektiv verlängern – für mehr Sicherheit, Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit im Verkehrswesen.