speziell für die Erhaltung von Tragwerken erarbeitet wurde. Des Weiteren werden den Planern im Bereich der Instandhaltung und des Schutzes von Betonbauteilen entsprechende Handbücher und Richtlinien des Bundesamtes für Strassen (ASTRA) zur Verfügung gestellt. Eine Besonderheit neben den Injektionsmethoden für Risse und dem Korrosionsschutz der Bewehrung ist der Einsatz von Ultra-Hochleistungs-Faserbeton (UHFB) für die Instandsetzung von Betontragwerken. Aufgrund mechanisch sehr hoher Leistungsmerkmale wie beispielsweise der Druckfestigkeit, der Biegezugfestigkeit oder der Dichtigkeit sind Anwendungen von geringen Schichtstärken sowohl zur Instandsetzung als auch zur Tragwerksverstärkung möglich.
Der Beitrag zur neuen Erhaltungsstrategie für Brücken der Bundesfernstraßen in Deutschland wurde von Andreas Jackmuth, Wilfried König, Gero Marzahn, Olaf Mertzsch und René Pinnel bearbeitet. Neben einigen statistischen Informationen zur Entwicklung der Brückenflächen der Bundesfernstraßen von 1970 bis 2020 wird festgestellt, dass es über 70 % Spannbetonbrücken und nur etwa 17 % an Stahlbetonbrücken im Bereich der Bundesfernstraßen gibt. Die in naher Zukunft notwendigen Maßnahmen betreffen vor allem die Instandhaltung und Modernisierung des Brückenbestandes. Derzeit werden die Ingenieurbauwerke alle drei Jahre im Wechsel einer Hauptprüfung und nachfolgend einer einfachen Prüfung nach DIN 1076 unterzogen. Im Rahmen der Bauwerksprüfung wird der von außen visuell erkennbare Bauwerkzustand mit einer Zustandsnote versehen. Diese Zustandsnote bewertet weder die Tragfähigkeit noch trifft sie Aussagen über bauzeitbedingte oder normative Defizite. Daher wurde ein Traglastindex eingeführt, welcher in fünf Stufen die Tragfähigkeit einer Brücke klassifiziert. Im Beitrag werden die Erhaltungsstrategien gemäß DIN 1076 beschrieben und auf die Erhaltungsbedarfsprognose dieser Ingenieurbauwerke eingegangen. Es ist das Ziel dieser Strategie, die notwendigen Erhaltungsmaßnahmen anhand der baulichen als auch der verkehrlichen Priorität zu steuern, um den volkwirtschaftlichen Schaden durch Stau, Verkehrsumleitungen und Emissionen etc. zu minimieren.
Von Alfred Strauss, Andreas Pürgstaller, Stefano Pampanin, Panos Spyridis und Konrad Bergmeister wird das aktuell wichtige Thema zur Robustheit von Ingenieurstrukturen erläutert. Die jüngsten Brückeneinstürze in Europa zeigen eindeutig, dass ein Mindestmaß an Robustheit im Entwurf und in der Konstruktion von Bauwerken von evidenter Wichtigkeit sind. Neben diesem Mindestmaß an Robustheit gewinnt die Resilienz zur Wiederherstellung eines Systems in seiner Funktionalität nach einem Schadensereignis an Bedeutung.
Im Rahmen der derzeitigen sechs Robustheitsformate wird zusätzlich als neuer Ansatz die seismische Robustheit für Bauwerke in Erdbebengebieten aufgenommen. Die einzelnen Konzepte werden strukturiert mit Beispielen untermauert dargestellt und es werden praxisrelevante Hinweise gegeben. Gezielt wird auch auf bestehende Strukturen in Bezug auf deren Robustheit eingegangen.
Ein wichtiger Aspekt bei der Robustheitsbewertung von Baustrukturen ist die Identifizierung und Bewertung der Einwirkungsszenarien. Bei der Bewertung der seismischen Robustheit wird eine neue Methode, die sogenannte „vereinfachte Mechanismusmethode – SLaMA-Methode“ (Simple Lateral Mechanismus Analysis) in ihren Grundzügen vorgestellt. Die Schnittgrößen werden als Folge der Verformungen ermittelt (displacement based design). Diese Methode eignet sich für eine relativ schnelle Abschätzung des Gebäudeverhaltens vor und nach einer Ertüchtigungsmaßnahme. Deshalb ist sie sowohl als Abschätzungsmethode für die Implementierung einer mittel- bis langfristigen Strategie zur Reduktion der Erdbebengefährdung als auch zur Bewertung der Robustheit geeignet.
Mit einer strukturierten Vorstellung von Konzepten zur Robustheitsbewertung und -quantifizierung schließt dieses Kapitel ab. Die Robustheitsnachweise können dabei auf der Mikro-, der Meso- oder der Makroebene (gesamte Bauwerke) durchgeführt werden.
Ein interdisziplinäres Autorenteam um Michael Haist, gemeinsam mit Konrad Bergmeister, Manfred Curbach, Patrick Forman, Georgios Gaganelis, Jesko Gerlach, Peter Mark, Jack Moffatt, Christoph Müller, Harald S. Müller, Jochen Reiners, Christoph Scope, Matthias Tietze und Klaus Voit hat sich mit dem nachhaltigen Konstruieren und Bauen mit Beton beschäftigt. Die Autoren haben den aktuellen Stand des Wissens und der Forschung zum Thema des klimaverträglichen und nachhaltigen Bauens mit Beton zusammengestellt. Zusätzlich wird analog zu den Grenzzuständen der Tragfähigkeit und der Gebrauchstauglichkeit ein neuer Grenzzustand der Klimaverträglichkeit vorgeschlagen. Dieser beschreibt den äquivalenten CO2-Einsatz zur Erzielung einer bestimmten Tragfähigkeit und Nutzungsdauer und wird einem aus der Klimaforschung abgeleiteten Grenzwert gegenübergestellt.
Ein großes Augenmerk wird auf den derzeitigen Stand des Wissens zur Nachhaltigkeitsbewertung und Ökobilanzierung gelegt. Dabei wird die Baustoff-, die Bauteil- und die Bauwerksebene unterschieden. Detailliert wird auf die Bindemittel, die Gesteinskörnung (z. B. rezyklierte aus Tunnelausbruchmaterial) sowie auf die derzeitigen und zukünftig möglichen Arten der Bewehrung (z. B. Carbonbewehrung) und die Ressourceneffizienz sowie auf die Topologieoptimierung umfassend eingegangen. Ein wichtiger Ansatz zur verbesserten Nachhaltigkeit ist auch die Verlängerung der planmäßigen Nutzungsdauer der Bauwerke. Abschließend werden noch einige Leitlinien für ein nachhaltiges Bauen einschließlich notwendiger Änderungen bei der Ausbildung formuliert.
Der zweite Teil beginnt mit einem Beitrag über die digitale Zustandserfassung von Gebäuden und Infrastrukturbauwerken sowie von Naturgefahren, erarbeitet von Konrad Bergmeister, Alfred Strauss und Markus Hoffmann. Die Digitalisierung unter Einsatz moderner Sensorik, der technische Stand von Hochleistungsdrohnen sowie die Möglichkeiten in der Analyse großer Datenmengen mittels intelligenter Algorithmen unter Verwendung von Methoden aus der künstlichen Intelligenz erlauben bereits jetzt eine digitale Zustandserfassung. Die automatisierte Auswertung nach Schadensmerkmalen ist derzeit auch in der Forschung nur teilweise realisiert. Im Beitrag werden strukturiert die aktuellen messtechnischen Möglichkeiten mit unbemannten Luftfahrzeugen – Drohnen (unmanned aircraft vehicle – UAV) – dargestellt, der Einsatz von Fotogrammmetrie, Laserscan, Thermografie und Multispektralanalyse für verschiedene Anwendungen praxisrelevant diskutiert und wertvolle Hinweise zum aktuellen Stand der Technik gegeben. Neben den Aufnahmen von Gebäuden werden auch Infrastrukturabschnitte bestehend aus Brücken etc. behandelt und mögliche Einsatzgebiete bei Naturgefahren zur quantitativen und qualitativen Erfassung möglicher Einwirkungen sowie zur Erfassung des visuellen Zustandes der Schutzbauwerke beschrieben. Diese neuen digitalen Erhebungsmethoden gerade zur Früherkennung und zusätzlich – sowie in bestimmten Fällen ersatzweise – zu den bereits vorgeschriebenen periodischen Inspektionen bringen wesentlich detailliertere Aufnahmen mit verbesserter Sichtbarkeit und einer möglichen Optimierung der Lebenszykluskosten.
Mit der künstlichen Intelligenz für ingenieurtechnische Anwendungen sowie den Erkenntnissen aus einer multi-skalen und cross-domänen Analyse von Raumfahrt und Bauwesen beschäftigt sich der Beitrag von Michael A. Kraus, Michael Drass, Bianca Hörsch, Jens Schneider und Walter Kaufmann. Mit einer Zusammenstellung der wichtigsten Terminologien wird in dieses zukünftig auch im Bauwesen wichtige Wissensgebiet eingeführt. Als Kerngebiet wird die digitale Transformation aller Prozesse des Bauens sowie der Zustandserhebung und der Bereitstellung von lebenszyklusbegleitenden Bauwerksinformationen definiert. Auch auf die derzeitige Entwicklung der BIM-Modelle als digitale Grundlage von mehrskaligen Informationssystemen sowie dem digitalen Zwilling von Baustrukturen wird eingegangen. Einen weiteren Innovationsschritt stellt die Robotik mit der digitalen Bauproduktion dar. Als Bindeglied zwischen der digital vernetzten, modellbasierten Planung eines Bauwerks und seiner realen Herstellung wird zukünftig der Einsatz einer digitalen Bauproduktion eine richtungsweisende und produktivitätssteigernde Rolle in der Digitalisierung des Bausektors einnehmen. Die Methoden der künstlichen Intelligenz, wie sie beispielsweise von der ESA vorangetrieben werden, eröffnen auch neue Möglichkeiten für das Bauwesen. Beispielhaft wird der Einsatz der künstlichen Intelligenz im Brückenbau entlang des Lebenszyklus aufgezeigt. Auch die KI-basierte Prognose von Brückenschäden und die Zustandsbewertung auf der Grundlage von sensoriellen Daten aus Brückenschwingungen mit einem Deep Learning Algorithmus werden beispielhaft angeführt. In einem weiteren Beispiel zur Darstellung der Interaktion von Raumfahrt und Bauwesen wird das Potenzial zur großflächigen Kartierung und Aufnahme der Bodenverformungen beim Bau eines U-Bahn-Tunnels
