Bochumer Forschende arbeiten an einer Methode, die unsichtbare Schäden in Spannbetonbrücken früher aufspüren könnte. Im Inneren solcher Brücken liegen stark gespannte Stahllitzen. Korrosion und immer wiederkehrende Verkehrslasten können einzelne Drähte brechen lassen, ohne dass an der Oberfläche zunächst ein Riss zu sehen ist. Genau dort wird es heikel: Eingeschlossene Feuchtigkeit und Luft greifen den Spannstahl an, während Temperatur und Witterung den Beton ebenso wie die Messsignale beeinflussen.

An der Ruhr-Universität Bochum werden deshalb Verfahren untersucht, die frühe Veränderungen der Vorspannung erkennen. Zwei Ansätze stehen dabei im Mittelpunkt: Ultraschall und aufgeklebte Glasfasern. Sie sollen nicht einfach nur Alarm schlagen, sondern Hinweise liefern, wo sich etwas verändert und wie stark die Tragwirkung einer Brücke bereits beeinträchtigt sein könnte.

Schallwellen verraten den Verlust der Vorspannung

Für einen 2026 veröffentlichten Versuch untersuchten die Forschenden einen sieben Meter langen vorgespannten Betonträger. Sechs Spannstahllitzen wurden nacheinander durchtrennt. 28 im Beton eingebettete Ultraschallsensoren registrierten dabei kleinste Veränderungen in den gestreuten Schallwellen. Die sogenannte Codawellen-Interferometrie zeigte den Verlust der Vorspannung und lokalisierte die Schäden – sogar bei den ersten drei Brüchen, obwohl noch keine sichtbaren Risse vorhanden waren.

Im Labor lagen die Sensoren zunächst 30 Zentimeter auseinander. Für Brücken ist ein Sensornetz mit ungefähr fünf Metern Abstand vorgesehen. Bei 60 und 90 Zentimetern nahm die Ortungsgenauigkeit bereits ab. Sobald Betonrisse auftraten, ließ sich die betroffene Spannstahllage allerdings nicht mehr eindeutig bestimmen. Ein kleiner Haken, der in der Praxis ziemlich wichtig ist.

Weitere Erfahrungen stammen aus dem Projekt „Ultrasonic Monitoring using Coda Wave Interferometry – Practical Implementation, Integration and Demonstration, Part 2: Verification of Occurrence of Damage close to Reality“ (Projektnummer 89.0354). Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) arbeitet dabei mit der Stadt Ulm, Sachgebiet Ingenieurbauwerke, zusammen. Die Laufzeit reicht von März 2024 bis April 2026.

Hier könnte Ihr Advertorial stehen
Ein Advertorial bietet Unternehmen die Möglichkeit, ihre Botschaft direkt im redaktionellen Umfeld zu platzieren

Dafür wurde die Gänstorbrücke zwischen Neu-Ulm und Ulm mit Ultraschallsensoren ausgestattet. Über ein Jahr liefen Messungen. Ein Vorgängerprojekt hatte bereits gezeigt, dass die Codawelleninterferometrie geringe Belastungsänderungen erkennen kann; auch die Zuverlässigkeit der Sensoren wurde bestätigt. Der Nachweis weiterer Schädigungen, etwa zusätzlicher Spanndrahtbrüche, stand damals aber noch aus.

Im aktuellen Projekt entwickelten die Beteiligten ein Konzept, um ein Schadensereignis möglichst realitätsnah auszulösen – insbesondere einen Spanndrahtbruch. Zugleich musste gewährleistet bleiben, dass die Brücke während dieses Vorgangs standsicher ist. Die Ultraschallmessungen aus dem Rückbau wurden anschließend mit konventionellen Monitoringverfahren verglichen.

Das Ergebnis: Spannstahlbruchereignisse lassen sich annähernd in Echtzeit detektieren. Transducerpaare erkannten Schäden sogar in ungeschädigten Bereichen, die bis zu drei Meter vom Rissort entfernt lagen. Die Lokalisierung gelang bis auf wenige Dezimeter. Mithilfe einer Bildgebung durch Inversionsrechnung konnten sowohl geschädigte Bereiche als auch Schäden an der Rückverankerung, also Sekundärschäden, bestimmt werden. Rückschlüsse auf eine Beeinträchtigung des Tragverhaltens waren möglich. Zeitgleich eingesetzte konventionelle Monitoringverfahren und Schallemissionsanalysen bestätigten die vom Ultraschall erkannten Ereignisse.

Glasfasern messen, was der Beton kaum zeigt

Beim zweiten Ansatz werden Glasfasern auf vorgespannte Betonträger geklebt und mit Laserlicht ausgelesen. Sie messen winzige Dehnungen an der Betonoberfläche, die durch verborgene Brüche im Spannstahl entstehen. Eine 2025 veröffentlichte Untersuchung erkannte und lokalisierte Brüche bis zu 25 Zentimeter unterhalb der Betonoberfläche.

Später folgte ein Versuch auf der etwa 45 Meter langen Forschungsbrücke openLAB in Bautzen. Außen angebrachte Fasern trafen dort auf gezielt geschädigte Spannglieder. Die Messdaten aus diesem Feldversuch waren realistischer als jene aus dem Labor. Für eine zuverlässige, flächendeckende Überwachung gewöhnlicher Verkehrsbrücken reicht der Nachweis aber noch nicht.

Ultraschall ist vergleichsweise wenig aufwändig. Glasfasern wiederum erlauben hochauflösende Dehnungsmessungen über größere Strecken. Dafür entstehen große Datenmengen, und die aufgeklebten Fasern können beschädigt werden. Temperatur, Feuchtigkeit und Verkehr beeinflussen beide Verfahren. Nachgerüstete Sensoren erfassen außerdem vor allem Veränderungen seit dem Beginn der Messreihe; einen früheren Ausgangszustand können sie nicht nachträglich rekonstruieren.

Die Daten müssen deshalb für jede einzelne Brücke bewertet werden – abhängig von ihrer Konstruktion und den bekannten Schwachstellen. Denkbar wäre, daraus die verbleibende Nutzungsdauer besser einzuschätzen und Verstärkungen oder Ersatzbauten gezielter zu planen. Eine statische Sicherheitsbewertung ersetzen die Sensoren nicht. Weitere Prüfungen unter Alltagsbedingungen sind nötig, bevor ein breit eingesetztes automatisches Frühwarnsystem möglich wird.

Einordnung in die Bauwerksprüfung

Wie solche Verfahren in die größere Landschaft der Bauwerksprüfung passen, zeigt der Bericht „Zerstörungsfreie Prüfverfahren (ZfPBau-Verfahren)“, Bericht 8 (2021). Er wurde im Januar 2021 veröffentlicht, umfasst 246 Seiten und ist als PDF-Datei mit etwa 7,5 MB verfügbar. Die DOI lautet 10.48755/dzsf.210009.01.

Im BMVI-Expertennetzwerk „Wissen – Können – Handeln“ entstand unter Federführung des Deutschen Zentrums für Schienenverkehrsforschung beim Eisenbahn-Bundesamt ein Katalog für Prüfverfahren zur Zustandserfassung von Bauwerken. Das erste verfügbare Modul behandelt zerstörungsfreie Prüfverfahren für Brücken aus Stahl, Beton und Mauerwerk.

Der Katalog besteht aus drei Bausteinen: einer strukturierten Darstellung praxisrelevanter Prüfaufgaben, einheitlich aufgebauten Beschreibungen wichtiger Prüfverfahren sowie einer Verknüpfungsmatrix. Sie zeigt, welches Verfahren für welche Prüfaufgabe geeignet ist. Für Bericht 8 wurden Verfahrensbeschreibungen aus den Berichten 6 und 7 zusammengeführt.

Ein Beispiel ist die Radaruntersuchung an einer Spannbetonbrücke: Grün markiert die Lage der Spannglieder, orange sind Schubzulagen projiziert, blau die schlaffe Bewehrung. Bericht 6 aus dem Jahr 2021 behandelt ZfPBau-Verfahren für Ingenieurbauwerke aus Stahl sowie die Umsetzung einer Logik zur Nutzung und zum Abruf der Daten. Bericht 7 aus dem Jahr 2021 widmet sich der Erfassung, Beschreibung, Bewertung und Verknüpfung der ZfPBau-Verfahren und Techniken für Ingenieurbauwerke bei Straße und Schiene, mit Schwerpunkt auf Beton und Mauerwerk.

Ein weiteres Modul zu zerstörenden Prüfverfahren befindet sich in Bearbeitung, weitere Module sind geplant. Bis dahin bleibt es bei einem Mix aus Sensorik, klassischer Prüfung und genauer Kenntnis des jeweiligen Bauwerks. Für Brücken heißt das: hinhören, messen, nachrechnen – und nicht zu früh Entwarnung geben.