Laserscanning von Stahlbetonfertigteilen für die Lärmschutzeinhausung Köln-Lövenich

Auf der Bundesautobahn A 1 bei Köln-Lövenich wurde eine Lärmschutzeinhausung mit einer Gesamtlänge von ca. 1.500 m gebaut. Das Bauwerk besteht aus einem autobahnüberspannenden Tunnel mit einer Ost- und Weströhre und jeweils drei Fahrspuren in jeder Fahrtrichtung. Die Gesamtbreite des Tunnels beträgt etwa 38 m bei einer lichten Höhe von 4,70 m. Die Lärmschutzeinhausung wird durch Stahlbetonbinder, auf denen eine lichtdurchlässige Stahlglaskonstruktion ruht, mit Spannweiten zwischen 17 m und 26 m überspannt. In der Entwurfsphase wurden die Binder mit Wandstärken von lediglich 25-30 cm und Höhen zwischen 1,2 und 3,6 m geplant. Aufgrund der sehr schlanken Ausbildung war im Rahmen der detaillierten Ausführungsplanung bei den Nachweisen im Grenzzustand der Tragfähigkeit auch deren Kippsicherheit zu beurteilen.

Bedingt durch die freigeformten Geometrien konnten die Nachweise gegen Kippen nicht mit einem der zahlreichen in der Fachliteratur vorliegenden Näherungsverfahren geführt werden. Obwohl die Binder aus verschiedenen Gründen im Verlauf der Ausführungsplanung mit weniger schlanken Abmessungen geplant wurden boten sich die Binder dennoch an, um die Größe der Vorverformungen, bedingt durch Schalungs- und Montageungenauigkeiten sowie ungleichmäßiges Schwinden und Temperaturänderungen, zu untersuchen. Um den Normansatz im Hinblick auf Realitätsnähe zu bewerten, wurden die geometrischen Vorverformungen der Binder der Lärmschutzeinhausung Köln-Lövenich mittels des Laserscanning Messverfahrens überprüft.

Mit Hilfe des Laserscanning Messverfahrens wurden ausgewählte Stahlbetonfertigteilbinder direkt nach dem Ausschalen im Fertigteilwerk und anschließend nach dem Einbau auf der Bundesautobahn A 1 in Köln – Lövenich messtechnisch untersucht. Als Bezug für die weitere Auswertung wurde für jeden Binder eine eigene Bezugsfläche definiert. Diese musste auch aus den Daten der zweiten Messung, d.h. nach Einbau auf der Baustelle, rekonstruierbar sein. Erreicht wurde dies indem eine ausgeglichene Mittelebene über bis zu 28 sich gegenüberliegenden Eckpunkten der Bindergeometrie erzeugt wurde. Im Weiteren wurden die beiden Seitenflächen jedes Binders zu unregelmäßigen Dreiecksnetzen (Triangulated Irregular Network – TIN) vermascht. Aus diesen Dreiecksvermaschungen ließen sich an beliebigen Stellen Schnittlinien erzeugen. Für die weitere Betrachtung wurde davon ausgegangen, dass Schnittlinien an allen Stellen, an denen sich die Bindergeometrie ändert, notwendig sind. Zusätzlich wurden im Abstand von zwei Metern zwischen diesen Unstetigkeitsstellen weitere Schnittlinien erzeugt. Die Schnitte entsprechen dem Binderquerschnitt, im Feldbereich also einem I-Profil mit verbreitertem Ober- / Untergurt (siehe Bild).

Die Abmessungen der Querschnittsfläche bezogen auf die vorher erzeugte ausgeglichene Mittelebene lassen sich nun mit den Abmessungen aus den Schalplänen vergleichen und somit eine Aussage über Imperfektionen der Binderabmessungen treffen. Mithilfe der so aufbereiteten Daten konnten die weiteren Untersuchungen zur Ermittlung geometrischer Ersatzimperfektionen am Lehrstuhl Betonbau der TU Dortmund durchgeführt werden.