Die weltweite Eisenbahnbrückeninfrastruktur altert und ist steigenden Verkehrslasten ausgesetzt. In Deutschland beträgt die durchschnittliche Lebensdauer einer Eisenbahnbrücke 122 Jahre. Während dieser Zeit haben sich die Eisenbahnfahrzeuge erheblich weiterentwickelt, was zu höheren Achslasten und Geschwindigkeiten führt. Der dringende Bedarf, die Lebensdauer dieser Brücken zu verlängern, hat zu einer intensiven Suche nach effizienten Methoden zur Bewertung bestehender Brückenstrukturen geführt.

Ein Ansatz dazu ist die schwingungsbasierte Überwachung. Diese wird typischerweise in direktes und indirektes Monitoring unterteilt. Bei der direkten Überwachung werden Sensoren direkt an der Struktur angebracht. Im Gegensatz dazu wird bei der indirekten Überwachung ein vorbeifahrendes Fahrzeug mit Sensoren verwendet, was üblicherweise als Drive-by-Monitoring bezeichnet wird.

Eine direkte Überwachung von Brücken ist derzeit noch die Ausnahme, und wenn Brücken instrumentiert sind, dann in der Regel mit einem spärlichen Einsatz von Sensoren. Daher werden Methoden benötigt, um die gemessenen Strukturantworten auf nicht gemessene Stellen zu extrapolieren. Diese Methoden werden unter dem Begriff Virtual Sensing zusammengefasst. Die vorliegenden Forschungen zum Virtual Sensing bei Eisenbahnbrücken zeigen Lücken in der Langzeituntersuchung, insbesondere unter Berücksichtigung verschiedener Umwelt- und Betriebsbedingungen. Besonders bemerkenswert ist, dass 95 % aller Eisenbahnbrücken in Deutschland mit Spannweiten kleiner als 30 m kurz gespannt sind, und es gerade in diesem Segment an Forschung mangelt. Ein Schwerpunkt dieser Dissertation war es, genau diese Forschungslücke anzugehen.

Der hohe Aufwand bei der direkten Instrumentierung erlaubt mit der zur Verfügung stehenden Technik derzeit keine Überwachung des Eisenbahnbrückennetzwerks. Ein kosteneffizienter Ansatz zur Überwachung der Eisenbahnbrücken ist das Drive-by Monitoring. Trotz des Potenzials dieses Ansatzes sind Feldtests und umfassende Experimente im Bereich der Eisenbahnbrücken selten. Es besteht ein Bedarf an einer robusten Methodik zur Frequenzidentifikation von Eisenbahnbrücken mittels Drive-by Monitoring, insbesondere bei regulären Betriebsgeschwindigkeiten. Die Entwicklung und Validierung einer geeigneten Methodik bildet den zweiten Schwerpunkt dieser Arbeit.

In dieser Dissertation wurden drei experimentelle Untersuchungen durchgeführt, um sowohl die direkte als auch die indirekte Überwachungsmethodik zu erforschen. Dabei wurden die HUMVIB-Brücke, die Eisenbahnbrücke über den Fluss Schmutter mit einem instrumentierten ICE 4 sowie eine Eisenbahnbrücke in Düsseldorf mit einem instrumentierten ICE TD detailliert analysiert.

Im Rahmen der Untersuchungen wurde die Modale Expansion, eine Methode, die die Eigenformen der Struktur zur Rekonstruktion der nicht gemessenen Strukturantworten verwendet, als geeignete Methodik für das Virtual Sensing bestätigt. Die Untersuchungen zu unterschiedlichen Betriebs- und Umweltbedingungen zeigen, dass der Einfluss der Betriebsbedingungen, wie Zugtyp und gefahrene Geschwindigkeit, gegenüber dem der Umweltbedingungen dominant ist.

Mit den Experimenten konnte ebenfalls die entwickelte Methodik zur Frequenzidentifikation mittels Drive-by Monitoring für zwei unterschiedliche Züge und Brücken validiert werden.

Diese Arbeit hat als Ziel, Beiträge zur Überwachung von Eisenbahnbrücken zu leisten, indem sie praxisnahe, kosteneffiziente und zuverlässige Methoden liefert.