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Belastungsprobe

[665] Belastungsprobe bei Brücken, Probebelastung oder Brückenprobe, das programmäßige Aufbringen einer Belastung auf der Brückenfahrbahn, welche die äußerste Grenze und ungünstigste Einwirkung der beim Verkehr auftretenden Belastungen in sich schließen soll.

Derartige Belastungsproben werden insbesondere bei eisernen Brücken immer vor deren Inbetriebsetzung vorgenommen und dieselben haben bei dem heutigen Stande der Brückenbautechnik wohl weniger den Zweck, die Haltbarkeit einer Brückenkonstruktion nachzuweisen, als vielmehr durch das Maß der bleibenden Einsenkung ein Urteil über die Güte der Anarbeitung der Tragkonstruktion, insbesondere der Verbindungen, zu gewinnen, dann aber auch durch die Beobachtung aller übrigen Formänderungserscheinungen sich die Ueberzeugung zu verschaffen, daß keine offenkundigen Mängel in dem Entwurfe und in der Ausführung der Brückenkonstruktion vorhanden sind. Die Belastungsprobe wird in der Regel mit ruhender und rollender Last vorgenommen [1]. Bei Straßenbrücken begnügt man sich meist mit einer ruhenden Probebelastung allein, die bei kleineren Brücken durch das Aufbringen einer entsprechend hohen Schotter- oder Steinwürfelschichte, bei größeren Brücken durch möglichst dichte Aufstellung schwerer Lastwagen auf der Fahrbahn der Brücke bewerkstelligt wird. Bei Eisenbahnbrücken von größerer Spannweite wird ein eigner Belastungszug zusammengestellt, der für Hauptbahnen aus drei Lokomotiven der schwersten Gattung samt Schlepptendern und der Belastungslänge entsprechend vielen vollbelasteten Güterwagen besteht und der zuerst langsam so weit auf die Brücke gefahren wird, daß die größte Anstrengung für die Trägermitte hervorgebracht wird. In dieser Stellung bleibt der Zug eine bestimmte Zeit ruhig flehen, worauf derselbe nach erfolgter Messung der Einsenkungen u.s.w. zunächst mit mäßiger Geschwindigkeit und sodann in Schnellfahrt über die Brücke hin und zurück bewegt wird. Vor Ausführung der Proben sind aber gewisse Vorbereitungsarbeiten zu vollziehen, um die eintretenden Formänderungen richtig messen zu können. Dieselben sind von der Art und Weise der Vornahme der Messungen abhängig. Es empfiehlt sich, die Einsenkungen unter allen Umständen nicht bloß in der Trägermitte, sondern an so vielen Punkten zu messen, als zur Feststellung der geometrischen Form des deformierten Trägers erforderlich ist. Die Messungen können entweder mittels des Nivellierinstrumentes oder direkt vorgenommen werden. Im ersteren Falle ist es notwendig, einen oder mehrere von der Brücke unabhängige Fixpunkte und eine Anzahl von Höhenmarken an den Brückenträgern selbst anzubringen. Letztere bestehen am besten aus angeschraubten eisernen Rahmen, in die ein nach Millimetern geteilter Maßstab eingeschoben wird, der unten auf einer abgerundeten, aus vernickeltem Stahl hergestellten Fläche aufsitzt [2]. Für das Nivellement soll ein Präzisionsinstrument in Anwendung kommen, das sowohl für kurze wie für lange Distanzen genaue Ablesungen ermöglicht. Dieser Anforderung entspricht ein von Sprenger nach den Angaben von Dr. Zimmermann konstruiertes Nivellierinstrument [3], das drei Okulare mit verschiedener Vergrößerung besitzt und für Distanzen von 4–100 m noch auf Zehntelmillimeter abschätzen läßt. Verzichtet man auf die Messung der für Einzelbalkenträger auch bedeutungslosen Senkungen der Auflagerpunkte, so ist es nach dem Vorgange von Seefehlner [4] am einfachsten, das Fernrohr an dem einen Endständer der Brückenkonstruktion und am andern Ende eine Zielscheibe zu befestigen und hierdurch eine feste Visierlinie für alle Zwischenpunkte zu schaffen. Die Anbringung des natürlich abnehmbaren Fernrohrs und der Zielscheibe muß aber derart sein, daß bei späterer Wiederholung der Messungen genau dieselbe Visur erhalten wird; man ist alsdann von außerhalb der Brücke gelegenen Fixpunkten unabhängig. Die Ablesungen werden vor der Belastung (v₀), während derselben (v₁) und dann nach erfolgter Entkalkung (v₂) vorgenommen. v₂–v₀ gibt die bleibende Einsenkung, v₁–v₂ die elastische Einsenkung. Diese gefundenen Maße dürfen gewisse Grenzwerte keinesfalls überschreiten. Die elastische Einsenkung läßt sich für jede Konstruktion mit einem gewissen Genauigkeitsgrade rechnerisch feststellen. Für die bleibende Einsenkung, die überhaupt nur bei der erstmaligen Belastung auftreten darf, sind Erfahrungsziffern maßgebend; dieselbe soll für unsre üblichen genieteten Fachwerkträger in der Trägermitte nicht über ¹/₄₀₀₀ bis 1/5000 der Spannweite betragen. Mit dem obenerwähnten Instrumente lassen sich die vertikalen Einsenkungen und auch die horizontalen Ausbiegungen eines Trägers unter ruhender Belastung recht gut messen. Die Vertikal- und Horizontal schwankungen jedoch, die während der rasch bewegten Belastung auftreten, sind damit nur schätzungsweise zu ermitteln. Diese sind genauer durch direkte Messungen bezw. durch direktes Verzeichnen mittels Schreibapparaten zu erhalten. Ist ein festes, von der Brückenkonstruktion unabhängiges Gerüst – z.B. das noch stehende Montierungsgerüst – vorhanden oder läßt sich ein solches ohne große Kosten unter der Brücke aufstellen, so sind derartige Meßapparate leicht anzubringen. Sie bestehen aus Marken, deren gegenseitiger Abstand mittels Noniusschiebern gemessen wird, oder aus einem Schreibstift, der an dem Träger festgemacht wird und auf einer Tafel aus Papier oder dünnem Zinkblech, die man an einem Gerüstpfahl in senkrechter Stellung zur Brückenachse anbringt, die vertikalen und horizontalen Bewegungen verzeichnet. Feinere Apparate dieser Art schreiben auf einem durch ein Uhrwerk sich abwickelnden Papierstreifen ein Diagramm, wobei durch Uebersetzung auch eine Vergrößerung der Stiftbewegung erzielt werden kann. Man hat nun auch solche Schreibapparate konstruiert, die zur Anbringung eines festen Gerüstes nicht bedürfen, sondern ihren Festpunkt an einem Drahte finden, der mit dem unteren Ende durch ein Gewicht verankert ist und oben durch eine Feder gespannt erhalten wird. Hierher gehören die Durchbiegungszeichner von Fränkel [5], Trau, Klopsch und Pfeuffer [6], die sämtlich auf dem gleichen Gedanken beruhen und sich nur durch größere oder geringere Feinheit in der mechanischen Anordnung unterscheiden. Verläßliche Resultate sind mit diesen, sonst in vielen Fällen sehr vorteilhaft anzuwendenden Apparaten nur dort zu erreichen, wo der Draht nicht allzu lang wird und nicht starkem Winde oder Wasserströmung ausgesetzt ist.[665]

Wichtig ist es, bei der Vornahme der Messungen auf die Einwirkung der Temperatur gebührend Rücklicht zu nehmen. In dieser Hinsicht ist folgendes zu bemerken: Eine gleiche Temperaturänderung des Ober- und Untergurtes verursacht bei einfachen und kontinuierlichen Balkenträgern, deren Auflager eine Dilatation zulassen, keine Aenderung in der Höhenlage der Knotenpunkte, dagegen tritt aber eine solche bei den Bogen- und Hängeträgern immer ein. Eine ungleiche Erwärmung der beiden Gurtungen, wie sie namentlich durch Sonnenstrahlen hervorgerufen werden kann, bedingt bei jedem Trägersystem eine Aenderung seiner geometrischen Gestalt, und zwar ist dieselbe im allgemeinen bei allen statisch unbestimmten Systemen mit dem Auftreten von Spannungen verbunden, während dies beim einfachen, statisch bestimmten Balkenfachwerkträger theoretisch nicht der Fall ist. Dieser letztere ändert nur seine Form, und zwar wird bei der Spannweite l, der Trägerhöhe h, der Temperaturdifferenz ∆t in C.° zwischen Ober- und Untergurt der Biegungspfeil ziemlich angenähert η = 0,00000154l²Δt/h; bei wärmerem Obergurt tritt eine Sprengung nach aufwärts, bei wärmerem Untergurt eine Einsenkung ein. Hiernach empfiehlt es sich, die Belastungsproben womöglich bei bedecktem Himmel und ruhiger Luft vorzunehmen und bei Messungen, die längere Zeit in Anspruch nehmen, sorgfältige Temperaturbeobachtungen zu machen. Zu diesem Behufe kann man in einzelnen Nietköpfen der Gurtungen 12–15 mm weite Löcher ausbohren, die bei den Messungen mit Quecksilber ausgefüllt werden und zur Aufnahme der Thermometer dienen.

In der Regel beschränkt man sich bei den Belastungsproben auf die Messung der vertikalen Einsenkungen in der Trägermitte und noch an einigen andern Stellen des Trägers und etwa noch auf die Beobachtungen der horizontalen Ausbiegungen der Trägergurtungen. In neuerer Zeit trachtet man aber zur besseren Beurteilung einer Brückenkonstruktion und zur Gewinnung gewisser wissenschaftlichen Aufschlüsse bei den Erprobungen größerer Brücken noch weitergehende Erhebungen anzustellen. Diese bestehen in direkten Spannungsmessungen an einzelnen Konstruktionsgliedern, wozu Spannungsmesser (von Rabut, Bahlke u.a.) und Dehnungszeichner (s.d.) benutzt werden, und ferner in der genaueren Beobachtung der Schwingungserscheinungen, die in einer Brücke unter der bewegten Last entstehen. Fränkel hat hierfür einen sinnreichen Apparat, den Horizontal- und Vertikalschwingungszeichner [7], konstruiert, der ohne jedes Gerüst oder sonstige Vorbereitung nur auf eine beliebige Stelle eines Bauwerkes aufgesetzt zu werden braucht, um Diagramme der auftretenden Schwingungen zu liefern. – Von jeder Brückenbelastungsprobe wird ein Protokoll aufgestellt, das alle Ergebnisse derselben und den sonstigen^' Befund der Berichtigung der Brücke zu enthalten hat. – Bei Brücken, die sonst in gutem Zustande sind, wird es nicht notwendig sein, wiederkehrende Belastungsproben anzustellen, sondern es wird in der Regel als zureichend erkannt, die durch den Verkehr hervorgerufene Belastung zur Erprobung zu benutzen. Werden aber periodisch wiederkehrende eigne Belastungsproben angestellt, so ist anzustreben, daß immer wieder dieselbe Belastungsweise und das gleich große Belastungsmaterial angewendet wird. Hierbei ist vor allem das Augenmerk darauf zu richten, ob nicht mit der Zeit wachsende Durchbiegungen bezw. neuerliche bleibende Einsenkungen entstehen. Die Resultate dieser periodischen Untersuchungen werden in die Brückenrevisionsbücher eingetragen.

Literatur: [1] Normalbedingungen für Lieferung und Prüfung von Eisenkonstruktionen für Brückenbau, aufgestellt vom Verbände der Ingenieure und Architekten 1893; Prüfungsvorschriften für Brücken der preußischen Staatseisenbahnen und andrer Bahnen; Handbuch der Ingenieurwissenschaft Bd. 2, Brückenbau, 5. Abteil., Kap. 16 mit ausführlichem Literaturnachweis; Röll, Encyklopädie des gesamten Eisenbahnwesens, Wien 1890, S. 756 ff. – [2] Instruktion für die Ausführung der Durchbiegungsmessungen bei den Brücken der Reichseisenbahnen in Elsaß-Lothringen. – [3] Zentralblatt der Bauverwaltung 1885, S. 23. – [4] Allgem. Bauztg. 1893. – [5] Civilingenieur Bd. 30, 7. Heft. – [6] Wochenschrift des österreich. Ingenieur- und Architektenvereins 1890, S. 13. – [7] Civilingenieur Bd. 40, 3. Heft.

Melan.