Am 12. Februar 2025 hat die Universität der Bundeswehr München (UniBw M) bedeutende Fortschritte in der Entwicklung von Software-Tools zur Risikoerkennung gemacht. Die Programme 4C und QUEENS wurden speziell erstellt, um mithilfe von Computersimulationen potenzielle Gefahren, wie Brückeneinstürze, vorherzusagen. Diese Tools sind nicht nur technologisch fortschrittlich, sondern auch open-source, was eine weltweite Zusammenarbeit von etwa einem Drittel der globalen Forschungsgemeinde ermöglicht. Dr.-Ing. Matthias Mayr und Dr.-Ing. Sebastian Brandstäter, Mitglieder der Arbeitsgruppe Computergestützte Simulation am Institut für Mathematik und Computergestützte Simulation (IMCS), spielen eine zentrale Rolle in dieser Forschungsinitiative.
Die Gestaltung beider Software-Tools verfolgt das Ziel, komplexe Risiken in Infrastrukturen wie Brücken zu analysieren. Die häufigsten Risiken, die zu einem Brückeneinsturz führen können, umfassen Materialermüdung, hohe Verkehrslasten und Umwelteinflüsse. Ein tragisches Beispiel für solche Risiken ist der Brückeneinsturz der Dresdner Carolabrücke im September 2024, der die Notwendigkeit solcher präventiven Maßnahmen nochmals unterstrich.
Technologische Entwicklungen im Brückenbau
Die Software 4C (Comprehensive Computational Community Code) konzentriert sich auf die Erstellung virtueller Modelle, die mechanische Fragestellungen in Naturwissenschaften, Ingenieurswesen und Biomedizin analysieren. QUEENS (Quantification of Uncertain Effects in Engineering Systems) hingegen steuert die Simulation vieler Varianten und verbessert dadurch die Risikobewertung erheblich. Diese Tools finden nicht nur im Bauwesen Anwendung, sondern auch in der Biomedizin, wo sie zur Modellierung von Organen wie Mägen und Blutgefäßen dienen.
Ein kritischer Punkt bei der Bewertung von Brücken ist der sogenannte 30-Jahre-Zyklus von Brückeneinstürzen, der in einer Untersuchung von Sibly und Walker sowie Petroski behandelt wurde. Diese Theorie legt nahe, dass alle 30 Jahre gravierende Vorfälle im Brückenbau auftreten, die oft auf Überschreitungen der bisherigen Bemessungsgrenzen oder Kommunikationsschwierigkeiten innerhalb von Organisationen zurückzuführen sind. Diese Erkenntnisse belegen, dass aktuelle statistische Auswertungen und neue technologische Entwicklungen im Bauingenieurwesen unerlässlich sind.
Zukunftsorientierte Ansätze zur Brückeninspektion
Die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) hat ebenfalls Fortschritte in der zuverlässigkeitsbasierten Zustandsbewertung intelligenter Brücken gemacht. Ein neues Analyse- und Bewertungsverfahren soll entwickelt werden, um den aktuellen Zustand sowie die Zuverlässigkeit von Brücken besser zu ermitteln. In diesem Zusammenhang sind individuelle Randbedingungen und ökonomische Aspekte in der Instandhaltungsplanung von großer Bedeutung.
Das geplante Verfahren beinhaltet die kontinuierliche Zustandsbewertung und eine wahrscheinlichkeitbasierte Gestaltung, die es ermöglicht, Änderungen in der Beschaffenheit von Brücken in Echtzeit zu erfassen. Besonders hervorzuheben ist die Notwendigkeit, Inspektions- und Überwachungsverfahren zu optimieren, um Schädigungsmechanismen rechtzeitig zu erkennen und entsprechende Maßnahmen ergreifen zu können.
Die Entwicklungen in der Softwaretechnologie und die gleichzeitig fortschreitenden strukturellen Analysen könnten beträchtliche Fortschritte im Brückenbau und in der Sicherheit von Verkehrsinfrastrukturen bedeuten. Die Werke von UniBw M, TUM sowie BASt sorgen für ein gemeinsames Ziel: ein sicheres und nachhaltiges Brückensystem für die Zukunft.
Für weitere Informationen über die Software-Tools 4C und QUEENS besuchen Sie bitte die Webseiten www.4c-multiphysics.org und www.queens-py.org.