Robustheit von Stahlbetonschleusen

Motivation

Grundvoraussetzungen für den Erhalt und die Weiterentwicklung des Wirtschaftsstandorts Europa ist eine intakte und leistungsfähige Verkehrsinfrastruktur. Das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) hat daher in seinem Bundesverkehrswegeplan (BWVP) 2030 bei einem Gesamtvolumen von rd. 264,5 Mrd. € für den Erhalt der Bestandsnetze rd. 141,6 Mrd. € vorgesehen. Die Bundeswasserstraßen leisten hier einen wichtigen Beitrag für den Güterverkehr. Konstruktive Wasserbauwerke, wie Schleusen, Wehre, Hebewerke und Hafenanlagen sind maßgebende Bestandteile der Bundeswasserstraßen. Eine Verkehrsbeschränkung aufgrund von Schäden oder Baumaßnahmen ist hier mit hohen Sekundärkosten verbunden. An den bundesweit vorhandenen 750 km Seeschifffahrtsstraßen und 6600 km Binnenschifffahrtstraßen sind ca. 5000 Infrastrukturbauwerke vorhanden. Davon sind ca. 50% vor 1950 errichtet worden, 10% sogar vor 1900. ca. 50% der Schiffsschleusenanlagen sind älter als 80 Jahre und erreichen damit das Ende ihrer Nutzungsdauer bzw. haben es bereits überschritten.

Der Zustand der Infrastruktur ist als schlecht zu bezeichnen: 85% der Schiffsschleusenanlagen weisen einen nicht ausreichenden bzw. gerade noch ausreichenden Bauwerkszustand auf, der einen kurz- bis mittelfristigen Handlungsbedarf anzeigt. Selbst bei signifikanter Aufstockung und Bereitstellung von Mitteln für Erhaltungsmaßnahmen besteht gerade bei wartungsintensiveren und schadensanfälligen Altstrukturen ein erhöhter Personalaufwand in Betrieb und Unterhaltung. Mittelfristig können daher nicht alle erforderlichen Erhaltungs- und Instandsetzungsmaßnahmen durchgeführt werden. Neben der Konzentration auf wichtige Netzabschnitte ist deshalb eine Priorisierung einzelner Bauwerke bei der Instandhaltung erforderlich.

Forschungsinhalt

Aufgrund der Notwendigkeit einer Priorisierung von Erhaltungsmaßnahmen erscheint die ausschließlich zustandsbasierte Betrachtung von Bauwerksschäden nicht zielführend. Vielmehr muss die Schadensauswirkung in die Priorisierungsentscheidung mit einbezogen werden. Nur aus der Verbindung zwischen
• den festgestellten Einzelschäden, dem Schadensausmaß,
• der daraus resultierenden Wahrscheinlichkeit eines Bauwerksversagens, der Ausfallwahrscheinlichkeit und
• der damit einhergehenden Schadensauswirkung, der Versagensfolge
lässt sich die Erweiterung der Zuverlässigkeit des Verkehrswasserbauwerks zum Risiko desselben herleiten.
Für die Entwicklung eines Erhaltungsmanagementsystems von Bauwerken im Verantwortungsbereich der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) durch das Referat Erhaltung und Hochbau der Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) soll durch die Bestimmung der Bauwerks-Ausfallwahrscheinlichkeit am Beispiel von Schleusenbauwerken eine erweiterte Zustandsnote, der „Schadensindex“ ermittelt werden. Diese ergibt sich aus der Kombination der Robustheit eines Bauwerkes mit seinen aktuellen, in Zustandsberichten der Bauwerksinspektion ermittelten Schäden.
Zunächst gilt es den Begriff der „Bauwerksrobustheit“ zu untersuchen und mithilfe von Literaturrecherchen für die vorliegende Aufgabenstellung qualitativ zu definieren. Für die quantitative Ermittlung der Robustheit werden sodann Robustheitsmatrizen aufgestellt, welche später mit den Zustandsnoten der Bauwerksprüfungen gemäß BAW-Vorgaben kombiniert werden, um hieraus einen Schadensindex zu berechnen. Durch diesen Index ist es möglich, die Ausfallwahrscheinlichkeit eines Bauwerks darzustellen.

Zur übersichtlichen Vereinheitlichung in Bezug auf die serielle Auswertung und gesamtheitliche Verwaltung des Bauwerksbestandes der WSV werden die Robustheitskriterien zusammengefasst und vereinheitlicht. Ebenso wird die Methode anhand mehrerer Vergleichsbauwerke erprobt und angepasst.

 

Projektdaten

 

Ansprechpartner

Prof. Dr.-Ing. Jan Akkermann
Fon: +49 (0)721 / 925 2627
Email: jan.akkermann[at]hs-karlsruhe.de

Simon Weiler M. Eng.
Fon: +49 (0)721 / 925 2649
Email: simon.weiler[at]hs-karlsruhe.de

 

Auftraggeber/Kooperationspartner

Bundesanstalt für Wasserbau (BAW)

 

Bearbeitungszeit

Oktober 2016 bis September 2018

 

Veröffentlichungen

Die Bauwerksrobustheit im Kontext eines risikobasierten Erhaltungsmanagements

Robustheit von Schleusen mit Schwergewichtskammerwänden (Forschung aktuell, S. 98)