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Projektdaten
Projekt: Aufkleben von verstärkenden Stahlplatten auf Stahlbrückenfahrbahnen
Standort: Noordelijke Scharsterrijnbrug (Richtung Lemmer-Joure, Niederlande)
Auftraggeber: Niederländisches Ministerium für Verkehr, Öffentliche Arbeiten und Wasserwirtschaft (Rijkswaterstaat)
Ausführung: Takke LSBV Brugdekken VOF
Daten: Start: 3. März 2009, Ende: 21. März 2009
Takke LSBV Brugdekken VOF
Der Verbund Takke LSBV Brugdekken VOF besteht aus den beiden Unternehmen Takke Breukelen B.V. und Lightweight Structures B.V.
Takke Breukelen BV ist ein erfahrenes Unternehmen im Bereich der Instandsetzung von Stahlbrücken. Es ist eines der wenigen Unternehmen, die von der Rijkswaterstaat [das niederländische Ministerium für Verkehr, Öffentliche Arbeiten und Wasserwirtschaft] die Zulassung erhalten haben, Stahlplatten auf Brückenfahrbahnen zu schweißen und ist daher an fast allen Restaurierungsprojekten an großen Stahlbrücken und Brückenfahrbahnen beteiligt (Hagesteinsebrug, Moerdijkbrug, Galecopperbrug und Van Brienenoordbrug). Die Lightweight Structures B.V. entwickelt und produziert Faserverbundleichtbaustrukturen, wobei insbesondere ihr Know-how auf dem Gebiet der Vakuuminfusion zur Anwendung kommt. Basierend auf diesem Know-how wurde das Aufklebeverfahren entwickelt.
Kontaktieren Sie uns , wenn eine Stahlbrücke repariert werden muss!
Holland ist ein wasserreiches Land. Die zahlreichen Brücken sind daher ein wichtiger Faktor in der Infrastruktur. Diese Brücken haben jedoch keine unbegrenzte Lebensdauer. Abgesehen von Umwelteinflüssen durch Feuchtigkeit und Temperaturschwankungen, tragen die Verkehrsbelastungen zur langsamen Zersetzung der strukturellen Brückenintegrität bei. Viele niederländische Brücken wurden kurz nach dem Zweiten Weltkrieg wieder aufgebaut.
Diese Brücken sind heute über 50 Jahre alt und haben ihre ursprüngliche Lebensdauer erreicht. Aber auch durch eine enorme Steigerung der Verkehrsbelastung durch mehr und schwereren Verkehr, leiden viele Brücken an Ermüdungsschäden und in mehreren Brückenfahrbahnen sind Risse aufgetreten. Insbesondere die jüngsten Veränderungen im Verkehrssektor, wie zum Beispiel die Umstellung auf die Konfigurationen von Lastwagen mit mehreren Achsen und Reifen Lastwagen haben ihren Tribut gefordert. Bis zum letzten Jahrzehnt des 20. Jahrhunderts wurde die Konstruktion von Brückenfahrbahnen entsprechend den statischen Lasten durchgeführt, die in dem Regelwerk VOSB63 von 1963 festgelegt sind.
Die Tiefbauabteilung des niederländischen Ministeriums für Verkehr, Öffentliche Arbeiten und Wasserwirtschaft sucht nach Wegen zur Verbesserung des Zustands von Brückenfahrbahnen mit Ermüdungsschäden bzw. solche Ermüdungsschäden von vornherein zu vermeiden. Eine Möglichkeit besteht darin, auf der Brücke verstärkende Stahlplatten aufzubringen, um die Belastungen zu verringern. Bisher hat sich diese Verbindung von großen Platten als unzuverlässiger und mühseliger Prozess erwiesen. Wir haben ein Vakuuminfusionsverfahren entwickelt und in die Praxis umgesetzt, bei dem ein Epoxidharz zwischen der Stahlbrückenfahrbahn und der verstärkenden Stahlplatte verwendet wird. Im März 2009 wurde die Vakuuminfusion zum ersten Mal zur Reparatur der Scharsterrijn-Brücke eingesetzt, die Teil der Autobahn A6 ist und sich zwischen Lemmer und Joure, in den Niederlanden, befindet.
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| Die herkömmliche Anwendung von Klebstoffen..... |
.... führt zu Lufteinschlüssen, siehe C-scan |
Das Aufkleben von Stahlplatten auf Stahlbrückenfahrbahnen wurde vom Adhesion Institute der Delft University of Technology bereits vor 10 Jahren im Labor erforscht. Die Anwendung von Klebstoffen auf großen Oberflächen war jedoch sehr mühselig. Die größte Herausforderung bestand darin, die Entstehung von Lufteinschlüssen zwischen den Stahlplatten zu vermeiden, was notwendig ist, um hinreichende Ermüdungseigenschaften zu erzielen.
In der Verbundwerkstoffindustrie wird das Verfahren der Vakuuminfusion schon seit vielen Jahrzehnten verwendet, um Glasfaser- und Kohlefasermaterialien mit flüssigen Epoxid- oder Polyesterharzen zu imprägnieren. Die Lightweight Structures B.V., die auf diesem Gebiet ein wahrer Spezialist ist, hat im Jahre 2002 die ersten Infusionstests durchgeführt, um das Aufkleben von Stahlplatten zu erforschen.
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| Klebetest mit einem Stück Brückenfahrbahn |
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| Ermüdungstest der Brückenprobe |
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Nach den ersten erfolgreichen Experimenten wurde auf einem alten Abschnitt der Brückenfahrbahn der Van Brienenoord-Brücke ein Test im Originalmaßstab durchgeführt. In Zusammenarbeit mit dem Stahlunternehmen Takke Breukelen B.V. führte die Lightweight Structures B.V. alle für das Aufkleben notwendigen Maßnahmen durch. Der Brückenabschnitt umfasste eine Fläche von 10 mal 3,5 Metern. Die verstärkende Stahlplatte wurde ohne Probleme in einem Ein-Schritt-Verfahren aufgeklebt. Aus diesem Abschnitt wurde eine Probe ausgeschnitten, um dieses mechanisch zu untersuchen.
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| Die Scharsterrijn-Brücke |
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Das niederländische Ministerium für Verkehr, Öffentliche Arbeiten und Wasserwirtschaft (Rijkswaterstaat) hat dann beschlossen, diese Klebetechnik für die Instandsetzung der stark belasteten rechten Spur der Scharsterrijn-Brücke auf der A6 in der Nähe von Joure einzusetzen. Das Rijkswaterstaat beauftragte den Verbund Takke LSBV Brugdekken VOF mit der Durchführung dieser Instandsetzung.
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| Belastungsmessung mit einem Test-LKW |
Techniker der Delft University beim Messen |
Vor Beginn der Instandsetzungsarbeiten wurde von der Delft University eine Belastungsmessung durchgeführt; mit Dehnmessstreifen an der Rückseite der Brückenfahrbahn wurden die Belastungen bei der Positionierung des kalibrierten Test-LKWs in kritischen Bereichen gemessen. Diese Art der Messung wird nach der Instandsetzung wiederholt werden, um die Wirkungen der aufgeklebten Stahlplatte zu quantifizieren.
Die Nutzschicht wurde von der Fahrbahn entfernt. Die Stahlfläche wurde auf Brüche und Risse untersucht. Diese Beschädigungen wurden ausgeschnitten und durch das Anschweißen neuer Stahlplatten repariert. Insgesamt wurden drei kleine Platten (mit einer Fläche von typischerweise 0,5 mal 1,5 Metern) hinzugefügt. Zur Reduzierung interner Spannungen wurden die Schweißnähte mit Ultraschall behandelt.
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| Vorbereitende Stahlinstandsetzung vor Ort |
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Nach der Aufstellung eines Zeltes auf der Brücke wurde die Fahrbahn abgeschmiert und dann mit einer Grundierung beschichtet. Zur Aushärtung der Grundierung (und des Klebstoffes) war die Anhebung der Temperatur im Zelt erforderlich. In einem speziell entworfenen Muster wurden auf der Fahrbahn kleine Abstandshalter positioniert, um die korrekte Dicke der Klebstoffschicht zu garantieren. Dann wurde die verstärkende Stahlplatte mit einer Fläche von 8,2 mal 4,2 Metern auf diese Abstandshalter platziert.
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| Positionierung der verstärkenden Stahlplatte |
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Die Verstärkungsplatte wurde mit der Brückenfahrbahn luftdicht versiegelt. Auf der einen Seite der Platte wird das flüssige Epoxidharz eingefüllt und auf der anderen eine Vakuumpumpe angeschlossen.
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| Vakuuminfusion des flüssigen Epoxidharzes zwischen den Platten |
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Nach der Aushärtung des Epoxidklebstoffes wird die Verbindung mittels Ultraschall auf Lufteinschlüsse untersucht. Man kam zu dem Ergebnis, dass der Raum zwischen der Platte und der Fahrbahn vollständig mit dem Klebstoff gefüllt wurde. Es gab keine Hinweise auf das Vorliegen von Lufteinschlüssen. Dann wurde eine neue Nutzschicht auf die Fahrbahn aufgebracht. Mit dieser Nutzschicht wurden außerdem Höhenunterschiede zwischen der linken und rechten Fahrspur ausgeglichen. Selbstverständlich wurde eine zweite Messung mit den Dehnmessstreifen und dem Test-LKW durchgeführt: In den am meisten belasteten Bereichen der Brücke wurde eine Belastungsreduzierung von 60 % festgestellt (siehe Publikation).
Diese Belastungsreduzierung garantiert dieser Brücke eine verlängerte Nutzungsdauer von ungefähr 25 Jahren!
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| Instandgesetzte Scharsterrijn-Brücke! |
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Für die Dauer von einem Jahr werden monatlich ähnliche Messungen durchgeführt, um die Leistungsfähigkeit der Klebeverbindung zu überprüfen. Sofern die Ergebnisse den Erwartungen entsprechen, wird auch die andere Fahrspur der Scharsterrijn-Brücke in ähnlicher Weise verstärkt. Das Rijkswaterstaat kontrolliert sechs weitere bewegliche Brücken, bei denen innerhalb der nächsten fünf Jahre eine Instandhaltung bzw. Ersetzung notwendig ist. Sollte sich die Scharsterrijn-Brücke als erfolgreich erweisen, könnten auch die anderen Brücken mittels des Vakuuminfusionsverfahrens instand gesetzt werden.
Publikationen
S. Teixeira de Freitas, M. H. Kolstein, F. S. K. Bijlaard, W. S. Souren (Senior Engineer der Lightweight Structures B.V.). Orthotropic Deck Renovation of the Movable Bridge Scharsterrijn. Nordic Steel Construction Conference 2.-4. September 2009, Malmö, Sweden
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