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99. Jahrgang April 2022 ISSN 0932-8351 A 1556

Bautechnik Zeitschrift für den gesamten Ingenieurbau

- Spannbetonkastenquerschnitte mit Stegspanngliedern und verbundloser Quervorspannung - Pfähle im Wellenfeld einer stationären oder bewegten Last - Außergewöhnliche Eisenbahnbrücke über das Filstal - Okavango River Bridge in Botsuana, Afrika - Muss denn immer alles neu sein? - Herausforderungen bei Planung von Spannbeton-Fertigteilträgern - Die Kampmannbrücke über die Ruhr in Essen - Die Chance des großen Ganzen - Neubau der Patton Brücke über die Sauer

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UNSERE BRÜCKENKOMPETENZ SIKA ALL-IN-ONE

Brücken bauen – Menschen verbinden Mit unserer Lösungskompetenz und unserem umfassenden Produktportfolio sind wir der geeignete, professionelle Partner für Brückenbauwerke. Mit Sika erhalten Sie schnelle, effiziente und nachhaltige Lösungen all-in-one für folgende Bereiche: • • • • •

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Inhalt Bautechnik 4/22 Zum Titelbild: Mit dem Ersatzneubau der Altglienicker Brücke findet eine unendliche Geschichte, wie sie die Presse nannte, ihr Ende – runde dreißig Jahre nach ihrer Stilllegung, in denen sie ihr Dasein als bloßer Leitungsträger fristete. Mit der Objekt- und Tragwerksplanung der neuen Brücke, der Straßen- sowie der Objektplanung für den Rückbau der Behelfsbrücke wurde AFRY betraut, ohne dass in der Ausschreibung von BIM die Rede gewesen wäre. Dennoch entschieden sich die Ingenieure des Büros für eine BIM-Planung unter Verwendung eines Software-Pakets aus den Lösungen Allplan Bridge, Allplan und Bimplus, was einen reibungslosen BIM-Workflow garantierte. Wie sich daraus eine ganze Reihe konkreter Vorteile für die Planungsarbeit ergab, lesen Sie ab S. A4f (Abb.: Allplan)

BRÜCKENBAU EDITORIAL

237

Martin Grassl Was machen wir mit unseren Brücken?

AUFSÄTZE

238

Alfred Krill, Gerhard Zehetmaier Spannbetonkastenquerschnitte mit Stegspanngliedern und verbundloser Quervorspannung

249

Georgia Efthymiou, Christos Vrettos Numerische Untersuchungen zur Abschirmwirkung von Einzel pfählen und Pfahlgruppen im Wellenfeld einer stationären oder bewegten harmonischen Last

BERICHTE

99. Jahrgang April 2022, Heft 4 ISSN 0932-8351 (print) ISSN 1437-0999 (online) Peer-reviewed journal Die Bautechnik ist im Journal Citation Report von Clarivate Analytics (vormals Thomson Reuters) sowie bei Scopus von Elsevier gelistet. Impact Factor 2020: CiteScore 2020:

0,408 0,7

262

Igor Zaidman, Marc Schumm, Peter Kotz, Tobias Steigerwald Außergewöhnliche Eisenbahnbrücke über das Filstal

272

Martin Grassl, Thomas Benz Okavango River Bridge in Botsuana, Afrika – steile Zähne am Delta

280

Peter Sprinke, Laura Giesing, Christian Lambracht Muss denn immer alles neu sein?

288

Tilo Behrmann, Manuel Fröhlich, Philipp Wenger, Martin Hierl Technische Herausforderungen bei der Planung von Spannbeton fertigteilträgern mit trockenen und geschliffenen Stoßfugen im Brückenbau

296

Andreas Keil, Sebastian Linden, Jakob Weber Die Kampmannbrücke über die Ruhr in Essen

305

Bernd Endres, Markus Wagner Die Chance des großen Ganzen

314

Heiko Gesella Neubau der Patton Brücke über die Sauer

323 327

BAUTECHNIK aktuell VERANSTALTUNGSKALENDER

Produkte & Objekte A4 Brückenbau und ‑sanierung A17 Abdichtung A21 Schneller Bauen A24 Aktuell

http://wileyonlinelibrary.com/journal/bate

www.ernst-und-sohn.de/bautechnik

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BRÜCKENBAU UND ‑SANIERUNG

Altglienicker Brücke in Berlin: BIM auf „Freiwilligenbasis“

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Die seit 1995 stillgelegte Altglienicker Brücke soll endlich durch einen ¬Neubau ersetzt werden. Geplant wird dieser als StahlverbundFachwerk durch die AFRY Deutschland GmbH aus Leipzig.

Bald 30 Jahre nach ihrer Stilllegung soll die Altglienicker Brücke in Berlin endlich einen Ersatzneubau erhalten. Die verantwortlichen Ingenieure von AFRY planten das Projekt freiwillig mit BIM. In Berlin-Treptow, zwischen den beiden Ortsteilen Adlershof und Altglienicke, führt im Zuge der Köpenicker Straße seit 1906 eine eingliedrige Stahlfachwerkbrücke über den zwischen 1900 und 1906 errichteten Teltowkanal. Wobei diese die längste Zeit schon nicht mehr dieselbe ist: Nachdem die ursprüngliche sogenannte Oppenbrücke 1945 von der Wehrmacht gesprengt wurde, wurde sie 1950 baugleich neuerrichtet. Seitdem trägt sie den Namen Altglienicker Brücke. Nachdem diese 1966 noch zusätzlich eine orthotrope Fahrbahnplatte erhalten hatte, hielt sie dem regen Berliner Verkehr noch knapp 30 weitere Jahre stand. Seit 1995 ist das marode Bauwerk jedoch nicht mehr befahrbar und dient lediglich noch als Leitungsträger, während eine Behelfsbrücke den Verkehr über den Kanal abwickelt. Die vor gesehene Lebensdauer letzterer von 30 Jahren ist allerdings bald erreicht, weshalb die Errichtung eines Ersatzneubaus für die Altglienicker Brücke mittlerweile drängt. Eine entsprechende Baumaßnahme wurde inzwischen durch das Wasserstraßen-Neubauamt Berlin eingeleitet. Für die Planung der neuen Brücke in den Leistungsphasen 1 – 4 zeichnet das Leipziger Büro des Beratungs- und Ingenieurdienstleistungsunternehmens AFRY Deutschland verantwortlich. Das Kuriose: Die Ingenieure planen das Projekt unter Anwendung der BIMMethode – und das völlig freiwillig.

nung) entwickelten die Ingenieure verschiedene Varianten für den Straßen- und Brückenentwurf. Die Vorzugsvariante für ersteren sieht eine Anbindung an das Ernst-Ruska-Ufer mit einem größeren Linksbogen (R = 120 m) vor, wobei die Brücke in die Bogenlage integriert wird. Gleichsam wird der Anbindepunkt des Knotenpunktes mit dem Ernst-Rufka-Ufer um etwa 43 m verschoben. Die bevorzugte Brückenvariante ist ein Stahlverbund-Fachwerk mit einer lichten Weite von 36 m sowie einem Einfeldträger mit einer Stützweite von lediglich ca. 41 m. Eine doppelte Krümmung in Gradiente und Lage verursacht Torsionsbeanspruchung. Die besondere Bogenform zwischen Gehweg und Straße ermöglicht einen optimalen Lastabtrag bei geringstmöglichen Abmessungen. Über eine geringe Querträgerspannweite wird eine gleichsam niedrige Bauhöhe erreicht, die zum einen den engen Verhältnissen im Gewässerbereich, zum anderen einem geringeren Materialverbrauch zugutekommt. Ein seitlicher Bogenüberhang, der die Querbiegung aufnimmt und für Stabilität sorgt, kann gleichzeitig als Beleuchtungsband genutzt werden. Um eine aufwändige und kostenintensive wasserdichte Baugrube im Widerlagerbereich zu vermeiden, entschied man sich zudem für eine kostengünstigere Variante mit Tiefgründung. Der Einbau der Brücke erfolgt über Einschwimmen

Optimaler Lastabtrag bei geringstmöglichen Abmessungen AFRY wurde im Rahmen des Projekts mit der Objekt- und Tragwerksplanung der neuen Brücke, der Straßen- sowie der Objektplanung für den Rückbau der Behelfsbrücke betraut. In Stufe 1 des Projekts (Grundlagenermittlung und Vorpla-

Bild 2

Durch eine Tiefgründung im Widerlagerbereich wird eine kostenintensive wasserdichte Baugrube vermieden.

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BRÜCKENBAU UND ‑SANIERUNG

ten wie der Umbaukategorie und der Gewerke-Zuordnung. Auch in Hinblick auf eine Mengenermittlung und die damit verbundene Kostenabrechnung wurden relevante Attribute und Werte hinzugefügt. Da AFRY intern mit open-BIM-Standards plant und seine Qualitätsprüfprozesse im Büro entsprechend eingerichtet hat, erfolgte der Datenaustausch beziehungsweise die Koor dination sowohl im eigenen Team als auch mit anderen Projektbeteiligten und Gewerken über die IFC-Schnittstelle.

Zahlreiche Mehrwerte durch BIM Bild 3

Die Vorzugsvariante beschreibt einen größeren Linksbogen (R = 120 m). Eine doppelte -Krümmung in Gradiente und Lage verursacht Torsionsspannung.

bzw. per Kraneinsatz. Eine weitere Besonderheit ergibt sich aus zahlreichen Versorgungsleitungen, die über das Bauwerk geführt werden müssen.

Lieber mit BIM Wenn BIM in einem Projekt zum Einsatz kommt, dann in der Regel auf Wunsch des Bauherrn respektive Auftraggebers. Bei der neuen Altglienicker Brücke verhält es sich jedoch anders. Hier entschieden sich die Leipziger Ingenieure von AFRY ohne jegliche entsprechende vertragliche Verpflichtung ganz von sich aus für ein BIM-basiertes Arbeiten. Die Gründe dafür sind so simpel wie gut. „BIM hilft uns enorm bei unserer täglichen Arbeit“, erklärt Paul-Christian Max, BIM Implementation Manager, Projektleiter und BIM-Koordinator bei der AFRY Deutschland GmbH. „Wir beobachten dadurch eine deutliche Effizienz- und Qualitätssteigerung in verschiedenen Teilbereichen. Zudem führt das modellbasierte Arbeiten zu einem besseren Verständnis der jeweiligen Situation – sowohl für uns als auch für unsere Projektpartner.“

Planung mit Allplan Bridge, Engineering und Bimplus

Um die Mehrwerte von BIM voll auszuschöpfen, versahen Paul-Christian Max und sein Team die verschiedenen Bauteile mit Attribu-

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Bautafel: Neue Altglienicker Brücke Eingesetzte Software: Allplan Bridge, Allplan Engineering Civil, Bimplus Auftraggeber: Wasserstraßen-Neubauamt Berlin Tragwerksplanung Brücke/ AFRY Deutschland GmbH Straßenplanung: Leistungsphasen: 1–4 Lichte Weite: 36 m Stützweite Einfeldträger: 41 m Geplanter Baubeginn: 2025 Geplante Fertigstellung: 2025 Geplanter Kostenumfang: 4 Mio. €

www.allplan.com

(Abb.: AFRY)

Während Grundlagenermittlung und Vorplanung (Stufe 1) noch ohne BIM erfolgten, änderte sich dies in den beiden späteren Planungsphasen (Stufen 2 und 3 beziehungsweise LP 3-4). Die Ingenieure verwendeten hierzu ein Software-Paket aus den Lösungen Allplan Bridge, Allplan und Bimplus, was einen reibungslosen BIM-Workflow ermöglichte. Dabei wurden zunächst die Daten zur geplanten Straßentrasse im XML-Format in die BIM-Plattform Bimplus hochgeladen und von dort aus anschließend in Allplan Bridge importiert. In der Brückenbau-Software konnte AFRY anhand der Trasse mithilfe von Achsen- und Querschnittsdefini tionen die zuvor in Stufe 1 entwickelte Vorzugsvariante der Brücke modellieren. Zur weiteren Bearbeitung – etwa in Form von Ausbaudetails, Planableitungen etc. – wurde das Modell im Anschluss noch einmal in Allplan Engineering Civil überführt.

Insgesamt ergab sich aus der geschilderten Arbeitsweise eine ganze Reihe von Vorteilen gegenüber einer klassischen Planung ohne BIM. So ließen sich etwa aus den „intelligenten“ (attribuierten) IFCs sowohl der Bauablauf (4D) als auch die Baukosten (5D) automatisiert und somit extrem zeitsparend ableiten. Attribute wie die Gewerke-Zuordnung ermöglichten zudem eine optimale Koordination der Gewerke. Ferner trugen regelbasierte und visuelle Kollisionskontrollen maßgeblich zu einer sehr hohen Planungsqualität – der wichtigsten Grundlage für ein nachhaltiges und hochwertiges Bauwerk – bei. Modellbasierte Issues ermöglichten überdies eine bessere Kommunikation unter den Projektbeteiligten. Weitere Mehrwerte stellten eine direkte Planableitung aus dem Modell und nicht zuletzt die Visualisierung der Brücke dar, die den Ingenieuren zu einem besseren Verständnis der doppelt gekrümmten Konstruktion im Raum verhalf, was wiederum eine höhere Detailqualität gewährleistete. Paul-Christian Max, BIM Implementation Manager, Projektleiter und BIM-Koordinator AFRY Deutschland GmbH resümiert: „Mit Allplan konnten wir bisher viele Probleme lösen und damit neue Standards im Unternehmen setzen.“

Bild 4

Zahlreiche Versorgungsleitungen müssen über die Brücke geführt werden.

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BRÜCKENBAU UND ‑SANIERUNG

Konstruktion der Filstalbrücke – mit Sika Viscocrete-3137 realisiert Stuttgart – Die 485 m lange Filstalbrücke über dem Talgrund zwischen der Gemeinde Mühlhausen im Täle und der Stadt Wiesensteig ist eine Schlüsselstelle des Bahnprojekts Stuttgart-Ulm. Ab Ende 2022 soll sie von den Zügen auf der neuen Bahnstrecke mit einer Geschwindigkeit von 250 km/h in sieben Sekunden passiert werden.

Bild 1

Die Filstalbrücke ist Teil des Bahnprojekts Stuttgart-Ulm und geht Ende 2022 in Betrieb. Die markante Y-Pfeiler-Konstruktion erfüllt die optischen, ökologischen und wirtschaftlichen Anforderungen am besten.

Die Transportbetonindustrie benötigt hochleistungsfähige Betone, die exakt an das jeweilige Bauwerk und die Verarbeitungsbedingungen vor Ort angepasst sind. Ein aktuell beeindruckendes Beispiel dafür ist die Filstalbrücke. Ihre semiintegrale Konstruktion konnte jetzt mit den innovativen PCE-Fließmitteln der Sika Deutschland GmbH fertiggestellt werden.

Eine bedeutende Anforderung bei der Realisierung des Eisenbahnviadukts war seine möglichst harmonische Eingliederung in die idyllische Landschaft des Albtraufs. Zudem sollten der Bau und seine spätere Wartung trotz der ausgesetzten Topographie in bis zu 85 m Höhe über dem Talgrund wirtschaftlich vertretbar sein.

Brückenpfeiler monolithisch mit dem Überbau verbunden Das mit der Planung beauftragte Stuttgarter Ingenieurbüro Leonhardt, Andrä und Partner entwickelte als beste der möglichen Lösungen eine Konstruktion mit Y-Pfeilern. Jeweils zwei dieser Stützen tragen die beiden getrennt verlaufenden Brückenstränge in einem Abstand von 150 m und sind in semiintegraler Bauweise ausgeführt. Das bedeutet, dass die Stützen und der jeweils als Hohlkasten ausgebildete Überbau fest miteinander verbunden sind und eine fugenlose Einheit aus Stahlbeton bilden. Die über die Jahre fällige Erneuerung der sonst üblichen Brückenlager wäre in einer Höhe von 85 m zu aufwändig. Brückenlager befinden sich daher nur an den beiden Überbau-Enden auf den Widerlagern.

Höchste Anforderungen an selbstverdichtenden Beton

Die beiden parallel verlaufenden Brückenteile werden von jeweils zwei Y-Pfeilern getragen.

Sika ViscoCrete speziell für die Filstalbrücke adaptiert

Bild 3

Die Besonderheit der Filstalbrücke ist ihre semiintegrale Bauweise. Überbau und Pfeiler sind dabei mit selbstverdichtendem Beton monolithisch verbunden.

Gemeinsam mit der Holcim Kies und Beton GmbH entwickelten die Experten von Sika das speziell für die Filstalbrücke adaptierte Fließmittel Sika ViscoCrete-3137, um die geforderten Eigenschaften des Betons sicherzustellen. Vor der Verarbeitung überprüften die Labormitarbeiter von Max Bögl die Qualität des mit Sika ViscoCrete-3137 hergestellten SVB sowohl am Boden

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Das Bauunternehmen Max Bögl realisierte einen zwängungsfrei hergestellten Überbau auf Hilfsstützen mit nachträglichem Anschluss der Schrägstreben. Dazu wurden die acht Anschlüsse der Y-Streben an den Überbau jeweils mit ca. 70 m3 selbstverdichtendem Beton (SVB) vergossen und so starr verbunden. Die bauausführende Arbeitsgemeinschaft aus Max Bögl und Porr definierte die Anforderungen an den SVB entsprechend der Brückenkonstruktion und den verarbeitungstechnischen Gegebenheiten während der Ausführung auf der Baustelle. Der Beton musste dafür auf eine Höhe von 85 m und in der Horizontalen bis 120 m gepumpt werden. Weitere Vorgaben waren eine Verarbeitungszeit von 90 Minuten und die Gleichmäßigkeit des SVB bei den unterschiedlichen jahreszeitlichen Temperaturbedingungen.

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Bild 4 Vor der Verarbeitung wurde der mit dem Fließmittel Sika ViscoCrete-3137 hergestellte selbstverdichtende Beton mit Unterstützung der Sika-Anwendungstechniker im Transportwerk genau auf die geforderten Eigenschaften überprüft.

(Fotos: Sika Deutschland GmbH)

als auch direkt an den Einbaustellen auf dem Überbau. Bei jeder Betonage war ein Anwendungstechniker des Herstellers anwesend.

PCE-Fließmittel sind eine Kernkompetenz von Sika Mit der Entwicklung des Fließmittels Sika ViscoCrete-3137 und dem Know-how der Produktingenieure und Anwendungstechniker hat Sika die Realisierung der semiintegralen Bauweise der Filstalbrücke nachhaltig unterstützt. Basis ist die Produktfamilie Sika ViscoCrete mit ihren Sika Polymeren, die exakt an die Anforderungen der Transportbetonindustrie für SVB und Faserbeton angepasst werden kann. Dabei sind Eigenschaften wie niedrige w/z-Werte, gute Konsistenzhaltung sowie eine optimierte Entwicklung der Frühfestigkeitsentwicklung auch im Winter entscheidend. Die Neu- und Weiterentwicklung maßgeschneiderter PCE-Fließmittel für Spezialbetone zählt zu den Kernkompetenzen von Sika.

Bild 5 Der selbstverdichtende Beton wurde bis auf eine Höhe von 85 m gepumpt. Das Fließmittel Sika ViscoCrete-3137 garantiert die gewünschten Verarbeitungseigen schaften des SVB.

Professioneller Partner für Brückenbauwerke Von Zusatzmitteln für die Betonherstellung bis hin zu Standardabdichtungen und schnellen Abdichtungssysteme nach H HANV – die Lösungskompetenz und das umfassende Produktportfolio von Sika für Brückenbauwerke sind über sichtlich in der neuen Broschüre „Unsere Brückenkompetenz – Sika All-In-One“ dargestellt. Sie kann unter http://www.sika.de/bruecke heruntergeladen werden. www.sika.de

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BRÜCKENBAU UND ‑SANIERUNG

Nachträgliche Verstärkung von Brücken unter laufendem Verkehr Der überwiegende Teil der Ingenieurbauwerke in Deutschland wurde in den 1960-1990er Jahren errichtet und ist heute demnach ca. 30 – 60 Jahre alt. Diese Bauwerke werden aktuellen Bemessungsanforderungen oft nicht mehr gerecht. Eine umwelt- und ressourcenschonende Alternative zum Abriss und Ersatzneubau stellt die Ertüchtigung dar. Dies lässt die Themenbereiche Instandsetzung und nachträgliche Verstärkung zu immer wichtiger werdenden Faktoren des Bauwesens werden. Mit der innovativen Verbund ankerschraube RELAST® der Firma Würth können Ingenieurbau werke wie Brücken nachträglich schnell und einfach unter laufendem Betrieb saniert werden. Um den gestiegenen Belastungen Rechnung zu tragen, wurden die anzusetzenden Lasten auf Brücken im Vergleich zu früheren Normen deutlich erhöht. Hierdurch soll die Auslegung von Bauwerken auch für zukünftige Belastungssituationen und Entwicklungen gegeben sein. Aufgrund der geänderten Lasten und Berechnungsmodelle, mit denen Brücken heute dimensioniert werden, haben sich starke Tragfähigkeitsdefizite bei vielen bestehenden Brücken ergeben. Dies stellt uns vor die große Auf gabe der Ertüchtigung bestehender Brücken oder der Errichtung von Ersatzneubauten.

RELAST® erhöht die Querkraft- und Durchstanztragfähigkeit bei Brücken nachträglich schnell und einfach Die Folgen von kosten- und zeitaufwendigen Sanierungen oder Neubauten sind Dauerbaustellen, Staus, Sperrrungen, frustrierte Verkehrsteilnehmer und hohe CO2-Emmisionen. Herkömm liche Verstärkungsmaßnahmen sind oft mit einem großen Aufwand und hohen Kosten verbunden, da das zu verstärkende Bauteil in der Regel von der Unter- und Oberseite aus zugänglich sein muss. Aus diesem Grund besteht ein bedeutender Bedarf nach Verstärkungsmaßnahmen, die unter Aufrechterhaltung der Nutzung eingebaut werden können. Mit RELAST® kann die Querkraft- und Durchstanztragfähigkeit bei Brücken nachträglich schnell und einfach unter laufendem Betrieb erhöht werden. Hierdurch werden Sperrungen, Umleitungen und CO2-Emissionen effektiv vermieden. Zu den Vorteilen des Systems zählt die sofortige Belastbarkeit, die schnelle und einfache Installation sowie die Verwendung bei statischen, quasi-statischen und ermüdungsrelevanten Beanspruchungen. Seit Oktober 2019 besitzt die Würth Verbundankerschraube RELAST® eine Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung/Allgemeine Bauartgenehmigung des DIBt (nachträglich verankerte Querkraftbewehrung Z-15.1-344, nachträglich verankerte Durchstanzbewehrung Z-15.1-345). Mit diesen Zulassungen ist die Bemessung mit RELAST® nach den aktuellen Normen geregelt. Die Bemessung lehnt sich sehr stark an die Stahlbetontheorie und damit den EC an. Eine moderne Softwarelösung unterstützt den Tragwerksplaner zusätzlich.

schnelle und einfache Installation ermöglichen. Der Einsatz von eingeklebten Betonschrauben als nachträgliche Querkraft- und Durchstanzverstärkung erfüllt diese Erfordernisse. Neben der schnellen Installation und der sofortigen Belastbarkeit weisen Betonschrauben einen mechanischen Verbund der Schraube mit der Betonstruktur auf. Die ursprünglich aus der Verankerungstechnik stammenden Betonschrauben wurden für diesen Einsatz optimiert, um den abgeänderten Anforderungen zu entsprechen. Um die Tragfähigkeit der Betonschrauben weiter zu erhöhen, wurden sogenannte Verbundankerschrauben entwickelt, bei denen ein Verbundmörtel vor dem Eindrehen der Schrauben in das Bohrloch injiziert wird. Damit wird der existierende Ringspalt zwischen Schraube und Beton verfüllt, was durch die größere Auflagefläche des Gewindes und den Klebeverbund zu größeren Traglasten führt. Die RELAST® Verbundankerschrauben sind in der Lage, direkt nach der Montage Kräfte aufzunehmen. Zur Installation der Schrauben muss das Bauwerk nur von einer Seite aus zugänglich sein. Im Falle einer Brücke kann daher unter laufendem Verkehr von unten verstärkt werden. Der bestehende Fahrbahnbelag sowie die Fahrbahnabdichtung bleiben erhalten.

Tragwirkung Während Betonschrauben als Verankerungselement externe Lasten in die Struktur ableiten, werden beim Einsatz als nachträgliche Bewehrung interne Kräfte der bestehenden Struktur aufgenommen, welche schließlich abgeleitet werden müssen. Dementsprechend ist es erforderlich, dass nicht nur Kräfte an der Schraubenspitze über das Betonschneidegewinde aufgenommen werden, sondern diese am anderen Ende der Schraube auch wieder abgeleitet werden können. Hierzu wird bei RELAST® eine Druckverteilungsscheibe mit einer Keilsiche rungsfederscheibe und eine Mutter am metrischen Gewinde der Schraube an der Außenseite des Tragwerks angeordnet (die sog. Rückverankerung). Über die Mutter an der Außenseite wird eine Vorspannung in der Schraube durch Anziehen mit einem definierten Anziehdrehmoment erzeugt. Der spezielle Verbundmörtel trägt hierbei signifikant zur Steigerung der Tragfähigkeit bei. Die einzelnen Bestandteile des Systems sind in Bild 1 dar gestellt. Das Tragverhalten der Verbundankerschraube beruht dabei auf den Effekten des Form- und des Stoffschlusses. Während bei Ersterem die Kräfte über den Hinterschnitt des Betonschneidegewindes vom Beton in die Schraube übertragen werden, findet die Lastübertragung beim Stoffschluss über Verbundkräfte statt, vgl. Bild 2. Die Kombination beider Tragprinzipien führt zu

RELAST® – das innovative Verstärkungssystem Um Defizite an vorhandener Querkraft- und Durchstanzbewehrung in bestehenden Strukturen auszugleichen, braucht es innovative Verstärkungssysteme. Diese müssen nicht nur einen hohen Verstärkungsgrad bei einer geringen Anzahl von Ver stärkungselementen aufweisen, sondern auch eine möglichst

Bild 1

Bestandteile von RELAST®

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Bild 2

Tragwirkung der RELAST® Verbundankerschraube

einer äußert zuverlässigen und robusten Verbindung, welche in der Lage ist, Kräfte direkt nach der Montage aufzunehmen. Bild 3

Nachträgliche Verstärkung der Brücke über den Werbellinkanal Bei der Nachrechnung der Brücke über den Werbellinkanal in Eichhorst, Schorfheide wurden Defizite der Tragfähigkeit festgestellt, da die vorhandene Durchstanzbewehrung den erhöhten Anforderungen aktueller Normen nicht gerecht wird. Zur nachträglichen Verstärkung des Bauwerks wurden insgesamt 230 RELAST® Verbundankerschrauben der Firma Würth mit einem Durchmesser von 22 mm und einer Standardlänge von 1000 mm eingebaut. Nach dem Einbau bis zur geforderten Einbindetiefe der Schrauben wurde die Rückverankerung aufgebracht und das System mit Hilfe des Anziehdrehmoments akti-

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Verstärkung der Brücke über den Werbellinkanal unter laufendem Verkehr

viert. Die Montage der Schrauben wurde in kürzester Zeit mit Hilfe eines Brückeninspektionsfahrzeugs unterhalb der Brücke unter laufendem Verkehr vorgenommen. Hierdurch ließen sich umfangreiche Umfahrungsstrecken effektiv vermeiden, welche sich in diesem Fall sowohl auf den Individualverkehr als auch auf den ÖPNV ausgewirkt hätten. Die nachträgliche Durchstanzverstärkung ermöglichte zusätzlich eine Redundanz im Falle eines Schiffsanpralls und die Brücke konnte als Umleitungsbauwerk für anstehende Baumaßnahmen vorbereitet werden. (Bild 3)

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raumprofil unterhalb der Brücke so gering wie möglich ausfällt. Während der Dauer der Verstärkungsarbeiten war der Verkehr der untergeordneten Straße unter der Brücke mit Hilfe einer Ampelschaltung geregelt. Der Verkehr auf der Oberseite der Brücke (Autobahn A96) konnte ohne Einschränkungen aufrechterhalten werden. Die komplette Sanierungsmaßnahme hat lediglich vier Tag in Anspruch genommen. (Bild 4)

(Fotos/Abb.: Würth GmbH & Co.KG)

Fazit

Bild 4

Sanierung der Brücke von der Unterseite unter laufendem Verkehr

Nachträgliche Verstärkung einer Autobahnbrücke, Lindau A96 Amerikaweg Bei der Nachrechnung der Autobahnbrücke stellte man eine unzureichende Querkraftbewehrung fest. Damit die Brücke den aktuellen und deutlich restriktiveren Normen gerecht wird, hat man diese entsprechend bemessen und bei laufendem Verkehr mit RELAST® Verbundankerschrauben verstärkt. Hierzu wurden 160 Schrauben mit einem Durchmesser von 22 mm wiederum von unten installiert. Vier verschiedene Längen stellten sicher, dass der vom Ingenieurbüro geplante Einbauzustand exakt erzielt wurde und der Überstand der Schrauben im Licht-

Wie zahlreiche realisierte Projekte zeigen, liegt der große Vorteil der nachträglichen Verstärkung mit RELAST® Verbundankerschrauben in der schnellen, einfachen Installation, dem für den Tragwerkplaner gewohnten Bemessungsmodell und der sofortigen Belastbarkeit der Schrauben. Da die Montage der Schauben von nur einer Seite aus erfolgen kann, kann der Betrieb des Bauwerks aufrechterhalten werden. Fahrbahnverengungen, Umfahrungen und Staus werden effektiv vermieden, CO2-Emissionen sowie zusätzliche Kosten durch die Erneuerung der Abdichtung und des Fahrbahnbelags werden eingespart. Effektiv sind auch die deutlichen Traglaststeigerungen; im Bereich der Querkrafttragfähigkeit bis zu 100 % und der Durchstanztragfähigkeit bis zu 40 %. Das innovative Sanierungssystem RELAST® der Firma Würth ermöglicht eine schnelle, dauerhafte sowie ressourcenschonende Möglichkeit der effektiven und wirtschaftlichen Ertüchtigung von Ingenieurbauwerken. Fabian Strobl und Christian Keitzl, Adolf Würth Gmbh & Co. KG www.wuerth.de/RELAST

Großeinsatz von Liebherr-Erdbewegungsmaschinen nach Brückensprengung Die 304 m lange, marode Salzbachtalbrücke in Wiesbaden wurde am 6. November vergangenen Jahres gesprengt. Vom Tag der Sprengung bis Ende November wurden mit 23 Liebherr-Erdbewegungsmaschinen 15.000 m³ Abbruchmaterial zerkleinert und abtransportiert. Die Liebherr Raupenbagger, Radlader und die knickgelenkten Muldenkipper gewährleisten einen zügigen und reibungslosen Ablauf der Aufräumarbeiten. Kirchdorf an der Iller/Baden-Württemberg – Die 300 m lange Salzbachtalbrücke, die ein halbes Jahrhundert zwischen den Anschlussstellen Wiesbaden-Biebrich und Wiesbaden-Mainzer Straße lag, wurde nun aufgrund ihrer Einsturzgefahr mit 220 kg Sprengstoff entfernt. Nach der Sprengung sind über 20 Liebherr Raupenbagger, Radlader und der neue knickgelenkte Mulden-

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Liebherr-Raupenbagger im täglichen Einsatz bei den Abräumarbeiten nach Sprengung der Salzbachtalbrücke in Wiesbaden.

kipper im Einsatz, um die Abräumarbeiten des dabei entstandenen Schutts schnell und sicher abzuwickeln.

23 Raupenbagger, Radlader und Muldenkipper für Abräumarbeiten im Einsatz Tel. 08724/88-447 . 84323 Massing

bauwerksverstaerkung.laumer.de

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Seit dem 6. November waren in Wiesbaden zur Beseitigung der 15.000 m³ Abbruchmaterial insgesamt 23 Baumaschinen im

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täglichen Einsatz – davon 18 Raupenbagger der Modelle R 966, R 956, R 954, R 946, R 938 und R 936, zwei Radlader L 566 XPower® und drei knickgelenkte Muldenkipper TA 230. Die Liebherr-Raupenbagger sind für diesen Einsatz ausgestattet mit Abbruchzangen, Sortiergreifern und Pulverisierern, die eine schnelle und saubere Trennung von Beton und Eisen erlauben. Das getrennte Material wird von den Radladern auf die knickgelenkten Muldenkipper überführt, die wiederrum den schnellen und sicheren Abtransport sicherstellen. Nach vollständigem Abräumen der Brückentrümmer können die Gleise und Oberleitungen der Bahnanlagen sowie der Bahnverkehr, der unterhalb der Brücke verläuft, wiederherge stellt werden. Der Abschluss des Projekts ist für Dezember vorgesehen, sodass die Strecke noch vor Weihnachten wieder regulär von Zügen befahrbar ist. Die Gesamtfertigstellung der neuen Süd- und Nordbrücke soll im Jahr 2026 stattfinden.

Erneut erfolgreich mit der Christof Brand GmbH

GSI – SICHERHEIT UND KOMPETENZ IN DER FERTIGUNGSÜBERWACHUNG

Liebherr pflegt eine langjährige Beziehung mit dem ausführenden Unternehmen der Abräumarbeiten der Salzbachtalbrücke, der Christof Brand GmbH. Der Kunde ergänzte für diesen Einsatz den eigenen Fuhrpark durch die Anmietung von zusätzlichen Maschinen der Liebherr-Mitpartner GmbH. Des Weiteren sind Monteure der Liebherr-Baumaschinen Vertriebs- und Service GmbH (Niederlassung Frankfurt) dauerhaft vor Ort, um einen reibungslosen Einsatz der Baumaschinen und lokale Serviceleistungen zu gewährleisten.

Damit Ihr Projekt keine Baustelle bleibt Auf unsere Erfahrung können Sie sich verlassen. Wir achten auf die professionelle Erfüllung aller Anforderungen an Ihr Bauprojekt und stehen Ihnen von der Vergabe von Aufträgen bis hin zur Endabnahme stets beratend zur Seite.

Dieser zuverlässige Liebherr-Kundendienst schuf über viele Jahre hinweg eine von gegenseitigem Vertrauen geprägte, solide Partnerschaft. Mittlerweile umfasst der Fuhrpark der Christof Brand GmbH über 30 Liebherr-Maschinen aller Größen und Varianten. Besonders das vollhydraulische Schnellwechselsystem LIKUFIX®, welches einen sicheren und schnellen Wechsel von mechanischen und hydraulischen Anbauwerkzeugen aus der Kabine heraus ermöglicht, überzeugt das Bauunternehmen.

Unser Leistungsportfolio für garantierte Produktqualität und Terminsicherheit:

www.liebherr.com

 Prüfung von Ausschreibungs- und Fertigungsunterlagen

 Abstimmung mit Prüfinstanzen  Bewertung von ausführenden Firmen  Festlegung von Überwachungsrhythmen und -terminen

 Bewertung von ZfP-Prüfergebnissen  Umfassende schweißtechnische und

korrosionsschutztechnische Überwachung

 Erstellung von gutachterlichen (Fotos: Liebherr)

Stellungnahmen

Bild 2

Mit 23 Liebherr-Baumaschinen wurden in sechs Wochen ca. 15.000 m³ Abbruchmaterial einer ehemaligen Großbrücke in Wiesbaden abtransportiert.

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www.gsi-slv.de

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Eisenbahnüberführung in Hersbruck saniert: Fertigteile passend zu denkmalgeschützten Stützwänden Hersbruck/Bayern, Mittelfranken – Groß, klein, jung, alt, aus Beton oder aus Stahl, wenige Meter oder einige Kilometer lang: Die DB Netz AG unterhält in Deutschland mehr als 25.000 Eisenbahnbrücken unterschiedlichster Bauart. Ihnen allen gemeinsam ist, dass sie alle stets einwandfrei befahrbar sein müssen. Um die Brücken in Schuss zu halten, setzt die Deutsche Bahn derzeit das größte Modernisierungsprogramm ihrer Geschichte um. Trotz des erfolgreichen Abschluss’ der Leistungs- und Finanzierungsvereinbarung II und der damit einhergehenden Erneuerung von 902 Eisenbahnbrücken in den Jahren 2015 – 2019, besteht weiterhin ein durchgängig hoher Erneuerungsbedarf bei Eisenbahnbrücken.

Bild 3 Der Abbruch der alten Eisenbahnüberführung erfolgte mit schwerem Gerät.

Vor diesem Hintergrund haben sich DB Netz AG und Bund im Frühjahr 2021 gemeinsam auf eine Fortsetzung im Rahmen der Leistungs- und Finanzierungsvereinbarung III verständigt. Konkret sieht diese bis zum Jahr 2029 die Modernisierung von insgesamt 2.000 Eisenbahnbrücken vor. Eine Brücke, die in diesem Rahmen saniert wurde, ist die Eisenbahnüberführung, die im Bereich des Bahnhofs Hersbruck bei Nürnberg einen öffentli-

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Vorher: Die einfeldrige Eisenbahnüberführung über die Kellerstraße im mittelfränkischen Hersbruck aus dem Jahre 1900 befand sich in einem schlechten Allgemeinzustand und musste zur Aufrechter haltung der Verfügbarkeit der überführten Streckengleise erneuert werden.

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Nachher: Statt in Ortbetonbauweise wurde das Bauwerk aus Rahmenfertigteilen aus Stahlbeton errichtet.

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Nach dem Bodenaustausch erfolgte der Einbau der Fertigteile auf Vorschubfundamenten.

chen Gehweg überführt. Aus mehreren Gründen entschieden sich die Planer bei dieser Maßnahme gegen eine Ortbetonbauweise und für den Einsatz von Betonfertigteilen. An der Eisenbahnstrecke Nürnberg – Schirnding befindet sich im mittelfränkischen Hersbruck die einfeldrige Eisenbahnüberführung über die Kellerstraße. Sie wurde im Jahr 1900 mit einem Überbau aus Walzträgern in Beton und massiven Widerlagern aus Kalksteinquadern errichtet. Durch den unterführten Gehweg wird von dort aus die südlich der Eisenbahnstrecken liegende Altstadt von Hersbruck sowie diverse Einkaufsmöglichkeiten erschlossen. Weil sich das alte Bauwerk in einem schlechten Allgemeinzustand befand, musste es zur Aufrechterhaltung der Verfügbarkeit der überführten Streckengleise erneuert werden. Athanasios Dosis, Projektleiter bei der DB Netz AG beschreibt die Maßnahme: „Bei dem Ersatzneubau der Brücke hatten wir zwei Besonderheiten zu beachten: Zum einen waren aufgrund der innerstädtischen Lage die Platzverhältnisse sehr beengt. Eine aufwändige Verschalung zum Bau einer neuen Brücke in Ortbetonbauweise wäre daher nur mit sehr großem Aufwand möglich gewesen. Andererseits galt es zu beachten, dass die an die Brücken anschließenden Stützwände in Richtung Innenstadt unter Denkmalschutz stehen. Unabhängig hiervon sind wir natürlich immer bestrebt, die Sperrzeiten, die ein Brückenneubau mit sich bringt so gering wie möglich ausfallen zu lassen.“ Aus diesem Grund entschieden sich die verantwortli-

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(Fotos: 1, 3 – 5 DB Netz AG; 2 u. 6 Kleihues Betonbauteile)

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Die Verspannung der 7 Fertigteile erfolgte über Spannstähle.

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chen Planer von der Bahn bei dem Neubau des 18,2 m langen Tunnels (zzgl. Stützwände) für eine Fertigteilbauweise aus Stahlbetonfertigteilrahmen und Stützwandelementen der Firma Kleihues Betonbauteile GmbH & Co. KG aus Emsbüren.

Betonfertigteile punkten bei beengten Platzverhältnissen Athanasios Dosis fährt fort: „Der Vorteil dieser Bauweise lag darin, dass die einzelnen Rahmenfertigteile mit einem Gewicht von jeweils ca. 34 – 40 t (lichte Breite 280 cm, lichte Höhe 365 cm, Bauteillänge 200 cm) „Just in time„ angeliefert und eingebaut werden konnten, sodass keine größeren Zwischenlagerflächen benötigt wurden. Dies kam uns aufgrund der beengten Platzverhältnisse sehr entgegen.“ Wichtig war den Planern auch, dass das neue Bauwerk den aktuellen Regelwerken der DB Netz AG entspricht. Mit Erfüllung der Richtlinie der Bahn RiL 804.9040 ist diese Bedingung erfüllt. Wie erfolgte der Einbau der 9 Rahmenfertigteile, der 2 Portale und der 7 inneren Rahmenfertigteile? Hierzu Athanasios Dosis: „Der Einhub erfolgte mit einem 500 t-Autokran. Nach dem Bodenaustausch erfolgte der Einbau der Fertigteile auf Fertigteilfundamenten. Alle Fertigteile wurden vor Ort miteinander verspannt und verpresst. Nach dem Versetzen der Fertigteile wurde vor Ort noch eine äußere Abdichtung der Fertigteile mittels Bitumenschweißbahnen aufgebracht. Anschließend wurden die Portale eingehoben und ebenso mit den 7 inneren Rahmenfertigteilen verspannt bevor schließlich die Flügelwände eingehoben und ausgerichtet wurden.“

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Im Vergleich zur Ortbetonbauweise bot die Bauweise mit Beton fertigteilen die effizienteste Lösung, um einen reibungslosen Bau ablauf und eine möglichst geringe Störung des Bahnbetriebs zu gewährleisten.

Betonfertigteile über gesamte Länge untereinander verspannt Eine wichtige Anforderung der DB Netz AG beim Einbau von Fertigteilen unter Gleisanlagen besteht darin, die Fugen so auszubilden, dass keine Verschiebungen untereinander zu erwarten sind. Bei diesem Bauwerk wurden dazu die einzelnen Fertigteile im Bereich der Fugen mit Schubdornen verzahnt und zusätzlich über die gesamte Länge untereinander verspannt. Wie erfüllten die Planer aber die Anforderungen an den Denkmalschutz? – Die an die Brücken anschließenden Stützwände in Richtung Innenstadt stehen unter Denkmalschutz, die Brücke selbst nicht. In Abstimmung mit der Denkmalschutzbehörde und der Stadt Hersbruck wurde sich darauf geeinigt, dass die dem Gehweg zugewandten Sichtflächen der Widerlager und Flügel eine Betonoberfläche mit Mauerwerksstruktur in Sandsteinoptik erhalten. So ergibt sich auch optisch ein harmonischer Übergang von der neuen Brücke zur vorhandenen Bausubstanz. Für uns als Projektleiter der DB Netz AG war hier die Bauweise mit Betonfertigteilen die effizienteste Lösung, um einen reibungs losen Bauablauf und eine möglichst geringe Störung des Bahnbetriebs zu gewährleisten. Der Einbau der Fertigteile erfolgte innerhalb einer festgelegten Sperrpause im September 2021 durch die Josef Hell Bauunternehmung aus Eltingshausen. www.kleihues-beton.de; www.josef-hell.de

Unser Portfolio im Bereich Bauwerks-Instandsetzung und Gussasphalt umfasst unter anderem:

Instandsetzung / Ertüchtigung von Brücken und allen Verkehrsbauwerken Bauwerksabdichtung / Parkraumsanierung / Gussasphalt im Straßen- und Hochbau Tunnelsanierung / Tunnelausstattung / innovative Brückensysteme Gussasphaltestriche / geschliffene Gussasphaltbeläge / WHG-Flächen

Wir sind für Sie deutschlandweit im Einsatz und beraten Sie gerne!

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LEONHARD WEISS GmbH & Co. KG – BAUUNTERNEHMUNG Kreuzackerstr. 4A, 85232 Bergkirchen | Leonhard-Weiss-Str. 22, 73037 Göppingen Heidenkampsweg 82, 20097 Hamburg | Max-Planck-Str. 29, 50858 Köln | Monzastr. 2, 63225 Langen P +49 7144 88672-0, big@leonhard-weiss.com, www.leonhard-weiss.de

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BRÜCKENBAU UND ‑SANIERUNG

Helsinki/Finnland – Sweco ist Teil einer ARGE, die in der finnischen Hauptstadt Helsinki die neuen sogenannten Kronenbrücken (englisch „Crown Bridges“ oder finnisch „Kruunusillat”) plant. Die längste dieser drei Brücken wird gleichzeitig die längste Brücke Finnlands werden. Das Projekt fördert umweltfreundliche Fortbewegung, indem neue Wege für den Fußund Radverkehr sowie öffentliche Verkehrsmittel geschaffen werden. Die Stadt Helsinki hat sich zum Ziel gesetzt, den Anteil des nachhaltigen Verkehrs am gesamten Verkehrsaufkommen in der Stadt zu erhöhen. Das Projekt leistet einen wichtigen Beitrag dazu, indem es die Stadtteile Laajasalo, Korkeasaari und Kalasatama über Mit ihren ca. 1200 m wird die Kruunusillat (dt. etwa: Kronenbrücke) die längste Brücke Finnlands sein. 3 neue Brücken und eine 10 km lange Straßenbahnlinie mit dem Stadtzentrum verbindet. Die neuen Brücken sind für den Straßennieurtechnischen Arbeiten verantwortlich. Das Design der bahn- und Leichtverkehr ausgelegt, zudem ist ein neuer Fußneuen Straßenbahnlinie orientiert sich stark am Prinzip der und Radweg geplant. Nach ihrer Fertigstellung im Jahr 2026 Nachhaltigkeit. wird eine der Kronenbrücken mit ca. 1.200 m die längste BrüDie Bauarbeiten für die neuen Kronenbrücken und die Straßencke Finnlands sein. bahnverbindung beginnen bereits im Herbst vergangenen Jahres. Die ersten Fahrgäste sollen die neue Straßenbahnlinie im Sweco Finnland ist bereits seit 2019 zusammen mit der NRC Group Finnland, YIT Corporation, Ramboll Finnland und der Jahr 2027 nutzen können. Sitowise Group Teil der ARGE, die für die Projektentwicklungsphase verantwortlich ist. Im Rahmen des Projekts ist Sweco für www.sweco-gmbh.de; www.nrcgroup.com; www.yitgroup.com; die Erstellung von Bauplänen und Gutachten für fast alle ingewww.ramboll.com; www.sitowise.com

(Foto: City of Helsinki, Crown Bridges alliance, WSP, Knight Architects)

Kruunusillat – „Neue Kronenbrücken“ in Helsinki

Ulrike Kuhlmann (ed.) (Hrsg.)

Stahlbau-Kalender 2022 2022

Schwerpunkte: Türme und Maste, Brandschutz (2 Teile)

Brandschutzlösungen für sichere und wirtschaftliche Bauten in Stahl- und Stahlverbundbauweise Heißbemessung von Verbundtragwerken Reaktive Brandschutzsysteme (RBS) für Stahltragwerke

Türme und Maste Brandschutz

vorl. Abb.

Der Brandschutz ist existenziell für die Stahlbauweise, dabei sind Brandschutzkonzepte und Naturbrandmodelle vorteilhaft. Die künftigen Entwicklungen in EN 1991-1-2 und EN 1993-1-2 werden vorgestellt. Die Planungsaufgaben bei Türmen und Masten und die Windlasten werden erläutert.

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Bauwerke langfristig und kosteneffizient erhalten Infrastrukturnetze bestehen aus einer Vielzahl von Bauwerken aus Beton oder Stahl. Diese Werkstoffe sind Umwelteinflüssen oder äußeren mechanischen Einwirkungen ausgesetzt und deshalb nicht dauerhaft haltbar. Deren wiederkehrende Unterhaltung bzw. eine umfangreiche Erhaltung ist daher notwendig, denn mit der Instandhaltung verlängert sich die Nutzungsdauer von Bauwerken erheblich.

Starke Kompetenz in vielen Belangen Das kompetente Team der Bauwerks-Instandsetzung und Guss asphalt – kurz BIG – von LEONHARD WEISS ist für solche Belange zuständig. Neben der Instandsetzung und Abdichtung von Bauwerken zählt sie auch Parkraum- und Tunnelsanierungen, innovative Brückensysteme, wie hochfester Beton auf Stahlbauwerken, schnelle Abdichtungen nach H HANV oder H PMMA, Anheben von Bauwerken, Lagertausch, Bauwerksverstärkungen, z. B. mit CKF Lamellen, sowie den Gussasphalt im Straßen- und Hochbau zu ihrem Portfolio.

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Gussasphalteinbau mit der Bohle

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Abbruch der Bankette – Tunnelinstandsetzung

Spezialisten mit langjähriger Projekterfahrung und den notwendigen Sachkenntnissen sind in der Lage, selbst komplexe Zusammenhänge von Schadensursachen richtig zu erkennen, sie zu beurteilen und zu beheben. Die BIG berät Bauherren und Architekten bei der Ausarbeitung von geeigneten Konzepten, Abläufen und Techniken zur Instandsetzung.

Flexibilität bei Parkdecksanierungen Das Team der BIG von LEONHARD WEISS beweist bei der Erarbeitung komplexer Instandhaltungslösungen regelmäßig höchste Flexibilität. Zu aktuellen Bauvorhaben, die mehrere Herausforderungen an Planung und Umsetzung mit sich führten, zählt z. B. jüngst die Parkhausinstandsetzung der Univer

sität Regensburg. Das ursprüngliche Bauwerk, das zeitgleich mit den Olympiade-Bauwerken der Landeshauptstadt München im Jahr 1972 realisiert wurde, musste, wie viele andere Bauten in Bayern zu der Zeit, an Baustahl einsparen. Als Ausgleich wurden damals beispielsweise einfach die Betondicken erhöht und nicht gemäß Plan, in 20 cm sondern in 40 und 50 cm Dicke ausgeführt. Diese Tatsache stellte bei den Sanierungsarbeiten der Tiefgarage eine große Herausforderung dar. Doch auch diese meisterte die BIG von LEONHARD WEISS mit viel Teamgeist und Kreativität.

Neue Verfahren bei der Instandhaltung von Brücken

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Brückeninstandhaltung

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Bei der Instandsetzung von Brücken kommt neben den technischen und logistischen Herausforderungen noch der hohe Zeitdruck durch den Verkehr hinzu. Die Erneuerung der Rheinbrücke Maxau, auf der B10, einer der wichtigsten Verkehrsverbindungen, die über den Rhein führt, stellte besonders große Anforderungen an die BIG. Der hohen Verkehrsbelastung konnte die Brücke nicht mehr dauerhaft

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(Fotos: 1 Frowin Ritzka; 2 – 4 LEONHARD WEISS)

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Beschichtung Parkdeck

standhalten und musste daher verstärkt werden. Um dem Ziel einer höheren Beständigkeit gerecht zu werden, wurde hier erstmals das Verfahren mit einer Verstärkung aus hochfestem Beton angewandt, das noch nie zuvor für eine Großbrücke zum Einsatz kam. Um Gewicht einzusparen, wurde hierbei ein Beton verwendet, dessen Druckfestigkeiten zwei- bis dreimal höher sind als andere übliche Betonarten im konstruktiven Ingenieurbau. Die Fahrbahn aus hochfestem Beton anstelle des seitherigen Asphaltbelags sorgte für eine Erhöhung der Tragwerkssicherheit um über 50 %. Damit ist das Bauwerk auch in Zukunft für die hohe Verkehrsbelastung bestens gerüstet. In gleicher Bauweise wurde im vergangenen Jahr die Brücke über den Saale-Elster-Kanal auf der A9 bei Leipzig durch die BIG verstärkt.

Instandsetzung von Tunnelbauwerken Die BIG hatte in den letzten Jahren einen erheblichen Anteil an der Sanierung und Instandsetzung von großen Tunnelbauwerken. Unter anderem wurden der Virngrundtunnel auf der A7, der Schönbuchtunnel auf der A81, der Edeltrudtunnel auf der B10 in Karlsruhe, der Lämmerbuckeltunnel auf der A8 und aktuell der Engelbergtunnel auf der A81 sowie der Elbtunnel auf der A7 instandgesetzt. Trotz der schwierigen Arbeitsbedingungen im Tunnel, „unter Tage“, zeigte das Team der BIG einen enormen Einsatz, um den stets hohen Ansprüchen an diese schwierigen Bauaufgaben gerecht zu werden. www.leonhard-weiss.com

A 14: Beginn der bauvorbereitenden Arbeiten für neue Muldebrücke Grimma Im September letzten Jahres starteten die bauvorbereitenden Arbeiten für den Ersatzneubau der Muldebrücke Grimma im Zuge der A 14. Dabei wird das Umfeld der Brücke zum einen auf Kampfmittel überprüft. Anschließend beginnen die archäologischen Untersuchungen auf den nach der Kampfmittelsondierung freigegebenen Flächen. Verkehrseinschränkungen auf der A 14 sind für diese Arbeiten nicht erforderlich. Der Beginn der Hauptbauleistungen für den Brückenersatzneubau ist für Mitte 2022 vorgesehen. Hierzu erfolgen im Vorfeld die gesetzlich vorgeschriebenen europaweiten Ausschreibungen. In den einzelnen Bauphasen wird grundsätzlich eine vierstreifige Verkehrsführung aufrechterhalten. Es ist geplant, zunächst einen neuen Überbau südlich des bestehenden Bauwerkes auf Behelfsunterbauten zu errichten. Während dieser Zeit läuft der Verkehr vierstreifig auf der bestehenden Autobahn. Der neue Überbau nimmt anschließend den gesamten vierstreifigen Autobahnverkehr auf. Danach können das bestehende Bauwerk vollständig zurückgebaut und die neuen Pfeiler und Widerlager errichtet werden. Nach Fertigstellung des neuen nördlichen Überbaus wird der Verkehr mit vier Fahrstreifen auf diesen verlegt, und der neue südliche Überbau kann von den provisorischen auf die endgültigen Unterbauten quer verschoben werden. Nach der Komplettierung der Fahrbahnanschlüsse wird der Verkehr mit jeweils zwei Fahrstreifen pro Richtung über das neue Bauwerk geführt. Nach aktuellem Stand der Planungen ist mit einer Fertigstellung des Ersatzneubaus Mitte 2027 zu rechnen.

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Über das Projekt Die Muldebrücke im Zuge der A 14 zwischen den Anschlussstellen Grimma und Mutzschen wurde Anfang der 1970er Jahre errichtet. Sie wurde als Stahlverbundbrücke ausgeführt. Unter den Einwirkungen der seit 1990 stetig steigenden Verkehrsmengen, insbesondere des Schwerverkehrs, hat sich der Bauwerkszustand deutlich verschlechtert. Regelmäßige Bauwerksprüfungen haben gezeigt, dass trotz aller umfangreich durchgeführten Instandsetzungen die Restnutzungsdauer der Muldebrücke zeitlich soweit herabgesetzt ist, dass mittelfristig die Stand- und Verkehrssicherheit nicht mehr gewährleistet werden kann. Weitere partielle Erhaltungsmaßnahmen am Bauwerk verzögern diesen Prozess, können aber längerfristig keine Abhilfe bewirken, sodass auch aus wirtschaftlichen Erwägungen heraus ein Ersatzneubau die beste Lösung darstellt. Der Ersatzneubau der Muldebrücke ist zudem erforderlich, damit die Verbindungsfunktion der A 14 im Transeuropäischen Verkehrsnetz auch weiterhin gewährleistet bleibt. Die neue Brücke wird 361 m lang sein. Sie verläuft wie das Bestandsbauwerk in einer Höhe von ca. 21 m über der Mulde. Die Projektkosten in Höhe von ca. 68 Mio. € werden vollständig vom Bund getragen.

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ABDICHTUNG

Rapid-System von tubag lässt Luxemburg früher feiern nelux wirklich jeden Tag just in time auf allen Teilbaustellen stets die benötigte Menge an Material zur Verfügung – wirklich eine logistische Meisterleistung“, sagt Johann Crochet, Chef de Projet bei Costantini SA.

Über 500 t Material Insgesamt lieferte tubag 500 t Bettungsmörtel, 50 t Fugenmörtel sowie 18 t Haftschlämme aus dem Straßenbauprogramm. Sievert hatte explizit das RapidSystem von tubag empfohlen, damit die Handwerker von Costantini und Sopinor möglichst viel Fläche in kürzester Zeit belegen konnten. „Das war schon krass: Im Mittel haben die Teams von Sopinor und Costantini mit 40 Leuten sechs Tage die Woche gearbeitet. Alle hatten stets Material von uns, es gab nie Stillstand“, sagt Armin Thonet, Managing Director Benelux bei Sievert. „Wir mussten die Silos während Bild 1 In der Rekordzeit von gerade mal vier Monaten wurde der Place de Paris im des laufenden Verkehrs von unseren LKWs aus befülBahnhofsviertel von Luxemburg mit dem Rapid-System von tubag umgestaltet. len, was auf dieser Straße wirklich nicht einfach war. Doch auch hier hat sich die volle Sievert-Kompetenz Luxemburg/Luxemburg – Manchmal muss es eben schnell gehen. gezeigt“, so Thonet. Auch bei diesem Projekt habe sich gezeigt: „Der persönliche Kontakt zwischen dem Bauleiter und unserem Oder sogar verdammt schnell, wie z. B. beim neueröffneten Place de Projektleiter ist der Schlüssel zum Erfolg. Sopinor und CostantiParis im Bahnhofsviertel der Stadt Luxemburg: Gerade mal vier ni hatten einen Ansprechpartner, der sich um das MaterialhandMonate hatten die beiden Fachunternehmen Sopinor Constructions ling kümmert. Ein Anruf genügt und schon ist alles geregelt. und Costantini SA Zeit für die Umgestaltung des 4.500 m2 großen Genau darauf kommt es an und das hat wirklich hervorragend Platzes. Die Auftraggeber, die Stadt Luxemburg und die staatliche funktioniert“. Das Projekt ist auch beispielhaft für die Erfolgs Eisenbahngesellschaft Luxtram, hatten die ursprünglich acht geschichte von tubag. Die Premiummarke für den GaLa- und monatige Bauzeit kurzerhand halbiert, damit der Place de Paris Straßenbau sowie auch für Sanieren und Restaurieren feiert pünktlich zum Nationalfeiertag wiedereröffnet werden konnte. 2022 ihr 100-jähriges Bestehen. Aufgrund der halbierten Bauzeit stockte die Arbeitsgemeinschaft von Sopinor und Costantini das Personal auf und verließ sich bei den verwendeten Baustoffen einmal mehr auf das beEin neues Kapitel Bahn- und Mobilitätsgeschichte sonders schnell abbindende Rapid-System aus dem Straßenbauprogramm von tubag. Die Premiummarke für GaLa- und StraBei der Neugestaltung des Place de Paris sorgte das hervorraßenbau der Sievert SE versorgte die Bauteams mit dem perfekt gende Zusammenspiel von Handwerkern, dem Baustoffhändler aufeinander abgestimmten System aus Pflastermörtel TPM-D Batipro und Baustoffhersteller dafür, dass Luxtram und die 4MM Rapid, Trass-Haftschlämme TNH Rapid und Pflaster Stadt Luxemburg am Ende ihr ehrgeiziges Ziel erreichten und fugenmörtel PFH Rapid. nun sogar früher als ursprünglich geplant ein neues Kapitel in der Bahn- und Mobilitätsgeschichte von Luxemburg geschrieben „Wir wussten, dass wir das in der halbierten Bauzeit nur schafwerden kann. Denn die Neugestaltung des Place de Paris mit fen können, wenn alles wie am Schnürchen klappt. Auf tubag der gebundenen Systembauweise von tubag krönt gleichzeitig war dabei wieder einmal Verlass. Wir hatten durch Sievert Bedie Renaissance der Straßenbahnen in der Stadt Luxemburg.

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(Fotos: 1 Luxembourg City Tourist Office; 2 – 4 Ingo Jensen/tubag)

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Das Rapid-System aus dem Straßenbauprogramm von tubag hält den Place de Paris in Luxemburg zusammen.

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Das Rapid-System von tubag ist das perfekte System für die gebundene Bauweise.

wendete Trass-Pflastermörtel TPM-D 4MM Rapid wurde speziell für den Straßenbau entwickelt und ist sehr gut für Flächen mit hoher Verkehrsbelastung geeignet. Durch sein beschleunigtes Abbindeverhalten ermöglicht er frühe Verkehrsfreigaben. Das Gleiche gilt für die Trass-Haftschlämme TNH Rapid, die ein gesetzt wird, um den Haftverbund zwischen Bettungsmörtel und Pflasterstein zu optimieren, sowie den Pflasterfugenmörtel PFH Rapid.

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Der Pflasterfugenmörtel PFH Rapid passt hervorragend zu den verwendeten Pflastersteinen und sorgt am Place de Paris für eine besonders harmonische Optik.

Nachdem 1964 die ursprüngliche Tramlinie eingestellt worden war, dauerte es über 50 Jahre, bis die Stadt Luxemburg schließlich im Jahr 2017 wieder ein Tramnetz eröffnete. Die Linie wird nun auch im Bahnhofsviertel ausgebaut, weshalb der anliegende Place de Paris aufgewertet wurde und einige Upgrades erhielt. Toll für die Bürgerinnen und Bürger in Luxemburg: Sie können den öffentlichen Nahverkehr kostenlos nutzen.

Rapide Komponenten für eine rapide Fertigstellung Auf die Rapid-Komponenten aus dem tubag-Straßenbauprogramm war am Place de Paris einmal mehr Verlass: Der ver

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Durch das schnelle Abbindeverhalten konnten die fertigen Flächen wieder früh für den Verkehr freigegeben werden. Die Stadtverwaltung hatte explizit darauf bestanden, die Straßensperrung für PKWs auf max. einen Tag zu reduzieren. Die Expertenteams von Sievert Benelux, Sopinor und Costantini konnten wenigstens durchsetzen, dass der LKW-Verkehr für drei Tage lang gesperrt war. Eine zu frühe LKW-Belastung wäre fatal gewesen, denn für den optimalen Haftverbund braucht es einfach eine genügend lange Aushärtung.

Gegenseitiges Vertrauen Der Place de Paris ist für tubag bereits das zweite erfolgreiche Projekt mit der Arbeitsgemeinschaft aus Costantini und Sopinor. Bereits am Boulevard Royal setzten die Fachunternehmen auf die Premiumbaustoffe, auf einer Fläche von 3.000 m2 am Bahnsteig und den Gehwegen. „Mit den 4.500 m2 vom Place de Paris kommen wir allein im Stadtgebiet von Luxemburg auf eine Fläche von insgesamt auf 9.000 m2, die mit tubag-Systemen realisiert wurde. Am Ende hat sich der gewaltige Aufwand für alle Beteiligten gelohnt, denn der neue Place de Paris kann sich wirklich sehen lassen. Das finden nicht nur die Hersteller und Bauunternehmen, sondern auch die Offiziellen der Stadt Luxemburg: „Nun verfügt auch das Bahnhofsviertel über einen wunderschönen Platz, der dem Stadtviertel eine neue Dynamik verleihen wird und Raum für Stadtviertel-Feste, Kulturveranstaltungen sowie den neuen, wöchentlich stattfindenden ,Garer Maart‘ bietet“, freut sich der Mobilitätsbeauftragte von Luxemburg, Patrick Goldschmidt. Ingo Jensen

www.tubag.de; www.sievert.de

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Sichere Sockelabdichtung

Mit Inkrafttreten der DIN-Norm 18533 im Juli 2017 wurde die Abdichtung von erdberührten Bauteilen erstmals in einer einzigen Normenreihe zusammengefasst. In der Folge entstanden daraus eine Vielzahl von Ausführungsvarianten mit unterschiedlichsten Konstruktionsweisen, häufig sehr zum Leidwesen der Bauausführenden – insbesondere hinsichtlich der Komplexität und der Kosten. Mit dem Ziel einer hohen Ausführungssicherheit sowie Wirtschaftlichkeit bei monolithischem Ziegelmauerwerk haben die Fa. Roland Wolf GmbH in Zusammenarbeit mit dem Ziegelwerk Bellenberg Wiest GmbH & Co.KG vor rund zwei Jahren eine praxisorientierte Ausführungslösung nach DIN 18533-1 konzipiert, die bereits heute als Branchenlösung bei monolithischem Ziegelmauerwerk gilt. Das neue System setzt bereits bei der Errichtung der Bodenplatte bzw. Kellerdecke an. So genannte thepro DDS-Elemente – eine Kombination von Frischbetonverbund-Dichtungsbahn und XPS Wärmedämmung – dienen nicht nur der Dämmung und Abdich-

(Foto: Ziegelwerk Bellenberg)

Die vom Ziegelwerk Bellenberg und der Roland Wolf GmbH ent wickelte Sockelabdichtung von Gebäuden mit monolithischem Wandaufbau hat sich als Branchenlösung im Mauerwerksbau etabliert. Mit PCI ist jetzt ein weiterer Partner an Bord, der die Außenabdichtung perfektioniert. Eine neue Broschüre mit Verarbeitungsanleitung ist unter www.sockeldetail.de verfügbar.

Das Ziegelwerk Bellenberg hat zusammen mit Roland Wolf und PCI eine neue Broschüre zur Ausbildung des Sockeldetails herausgegeben. Diese beinhaltet eine detaillierte Verarbeitungsanleitung bei unterkellertem und nicht unter kellertem einschaligen Ziegelmauerwerk. Die Broschüre ist kostenfrei zum Download erhältlich unter www.sockeldetail.de.

tung, sondern auch als Abschalelement. Damit ist Schalen und Abdichten erstmals in einem Arbeitsgang möglich. Die thepro DDS-Elemente stellen auch im Übergang zum Planziegelmauerwerk sowohl horizontal, als auch vertikal einen dichten Verbund zu elastischen Dichtungsschlämmen und bituminösen Dickbeschichtungen wie beispielsweise PCI Barraseal Turbo her. So entsteht eine fachgerechte Abdichtung zwischen Bodenplatte/ Kellerdecke und Mauerwerk nach DIN 18533-1. Final erfolgt dann die Aufbringung des fachgerechten Sockelputz-Systems. www.ziegelwerk-bellenberg.de

Pionier für zukunftssichere Dichtsysteme wird 70 illbruck steht seit 70 Jahren für hochwertige Lösungen in den Bereichen Abdichten, Kleben und Isolieren. Als einer der Marktführer in Europa arbeitet das Unternehmen eng mit Planern und Verarbeitern zusammen, um sein Produktportfolio stets weiterzuentwickeln und damit Gebäude zukunftssicher zu machen. Hierzu gehören heute Premiumlösungen für höchste Anforderungen ebenso wie Produkte für Standardanwendungen für schmalere Budgets. Aktuell hat die Weiterentwicklung des Sortiments im Rahmen des CPG Europe-Projekts „Europäisches Portfolio“ das Ziel, den Kunden ein breites Angebot zur Verfügung zu stellen. Dabei erleichtert ein neues Farbleitsystem für fünf Anwendungsbereiche und sieben Produktgruppen die Produktrecherche online auf www.illbruck.com und offline in den Produkt-Katalogen und am Regal. So findet sich die neue Farbcodierung auf den neu gestalteten Verpackungen. Zusammen mit Anwendungszeichnungen und Vorteilspiktogrammen findet der Kunde schnell das passende Produkt bzw. die gewünschte Produktgruppe in verschiedenen Sprachen. Außerdem steht die Marke illbruck mit ihren Anwendungstechnikern für persönliche Beratung – von der Detailplanung bis zu Einführung auf der Baustelle – zur Verfügung.

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28.04.22 Web-Seminar Abdichtung von wasserundurchlässigen Bauwerken aus Beton Anmeldung: www.pohlcon.com/unternehmen/events

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DOYMA liefert Dichtungseinsätze für die Nashornanlage des Berliner Zoos

Bild 1 Visualisierung der neuen Nashornanlage – mit dem Herzstück, der Pagode im Zentrum

Herzstück der Anlage ist eine 25 Meter hohe, zentral platzierte Pagode, die ein Zeichen für die vom Aussterben bedrohten Tiere setzt. Im Inneren des Gebäudes verfügen Nashörner & Co. über einen Naturboden, einen Badeteich und ein UV-durchlässiges Foliendach. Der Bau ist optisch an die ehemalige Elefanten-Pagode angelehnt, ein historisches Wahrzeichen des Zoos, das im Zweiten Weltkrieg zerstört wurde.

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Vom Aussterben bedrohte, indische Panzernashörner dürfen sich bald über ein neues, geräumiges Gehege freuen

Die Aufgabe der DOYMA GmbH & Co lag in der Lieferung von Dichtungseinsätzen des Typs Curaflex Nova® Uno, um die bauseitig vorhandenen Rohrdurchführungen abzudichten. Die Produkte der Curaflex Nova®-Produktserie lassen sich schnell und ohne Drehmomentschlüssel einbauen. Stattdessen kann man einen Akkuschrauber verwenden. Möglich machen dies die ITL-Muttern, die bei einem definierten Drehmoment abscheren. Internet: DOYMA Referenz: Zoo Berlin www.doyma.de

Wer den Zoologischen Garten in Berlin schon einmal besucht hat, ist beeindruckt. Auf der einen Seite von der unglaublichen Artenvielfalt und auf der anderen Seite von der beeindruckenden Architektur des Parks. Diese besticht durch einprägsame Bauwerke und wundervoll gestaltete Erlebniswelten. Aktuell entsteht ein neues Areal, die naturnahe Nashornanlage. Die Fertigstellung der 14.000 m2 großen Anlage ist für Herbst 2022 geplant und ab Frühjahr 2023 sollen die Zoo-Gäste die tierischen Bewohner in ihrem neuen Lebensraum beobachten können. Einziehen werden übrigens die vom Aussterben bedrohten Panzer nashörner sowie Tapire und Pustelschweine. Deren aktuelle Anlage ist in die Jahre gekommen und es musste dringend etwas Neues her.

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(Fotos/Abb.: 1 u. 2 © Zoologischer Garten Berlin; 3 DOYMA GmbH & Co)

Der Zoologische Garten Berlin ist mit seinem Gründungsjahr 1844 der älteste noch bestehende Zoo Deutschlands. Auf einer Fläche von 33 ha leben ca. 1.200 Arten, darunter Exoten und vom Aussterben bedrohte Tierarten. Ca. 4 Mio. Menschen besuchen den Zoo jedes Jahr. Aktuell entsteht eine neue Nashornanlage und die DOYMA GmbH & Co hat mit der Lieferung von Dichtungseinsätzen ihren Teil dazu beigetragen, die Attraktion um eine neue Erlebniswelt zu erweitern.

Bild 3

Die Dichtungseinsätze des Typs Curaflex Nova® Uno sind die Top-Produkte im DOYMA-Sortiment und können dank ITL-Muttern mit dem Akkuschrauber verspannt werden

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SCHNELLER BAUEN

Bauzeiten-Beschleuniger für HohlwandElemente Die Stöße der zunehmend beliebter werdenden Betonhohlwände, die auf der Baustelle nur noch mit Ortbeton vergossen werden, müssen vorher sorgfältig abgedichtet werden. Dafür haben Bauunternehmen teils aufwendige Individuallösungen entwickelt. Schneller und sicherer als alle anderen Methoden funktioniert das Abschalen von diesen Fugen mit dem FLUXX System der Mayer Schaltechnik GmbH. Dieses patentierte Verfahren dichtet Fugen qualitativ hochwertig, sauber und zuverlässig ab und macht unökonomische Improvisationen überflüssig – das Bauen mit Hohlwandelementen wird so MAXimal beschleunigt und noch wirtschaftlicher.

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Anpassung an jede übliche Fugenbreite Die FLUXX Abschalung für die Wand ist ein zweiteiliges System. Es besteht aus der wiederverwendbaren FLUXX Abschalschiene und dem FLUXX Arretierungsanker aus Kunststoff. Das flexible V-Profil der Abschalschiene passt sich individuell an jede übliche Fugenbreite an und dichtet diese optimal ab.

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Mit dem Anker wird die FLUXX Schiene einfach an den Betonfertigteilen verspannt. Der komplette Montagevorgang bei einer wandhohen Fuge kann allein von einer Arbeitskraft in weniger als einer Minute durchgeführt werden. Zum Vergleich: Die Abdichtung nach herkömmlicher Methode liegt bei ca. 15 Min./lfm. Schon kurze Zeit nach dem Betonieren, wenn der Beton erstarrt ist, darf die FLUXX Schiene wieder entfernt werden. Zur Demontage wird der Arretierungsanker aus Kunststoff einfach überdreht, sodass er an der vorgesehenen Sollbruchstelle bricht. Die Schiene kann abgenommen und wieder neu eingesetzt werden. Weder für die Montage noch für die Demontage der FLUXX Abschalschienen ist zusätzliches Werkzeug notwendig – dadurch erfolgt beides in Rekordzeit. Zurück bleibt eine technisch einwandfreie Fuge ohne lästige Nacharbeiten. Mühsames Herauskratzen, z. B. des PU-Schaums und vor allem dessen Entsorgung als Sondermüll entfallen. Die FLUXX Abschalschienen sind in den Längen 150 cm und 100 cm erhältlich. Um beliebige Wandhöhen abzuschalen, werden diese einfach stumpf aufeinandergestellt.

Stufenlose Einstellung aller Restmaße Mit der Teleskopschiene lassen sich alle Restmaße bis 25 cm stufenlos einstellen. Dazu wird die Teleskopschiene einfach in die Standard Abschalschiene gesteckt und mit einem Kunststoffanker befestigt. Alle Schienen sind standardmäßig mit der FLUXX Abdeckkappe ausgestattet. Diese verhindert das Eintreten von Beton in die Abschalschienen für den Fall, dass die Wand höher betoniert wird, als die Schienen montiert sind. Die zusätzlich erwerbliche FLUXX F6 Folie eignet sich besonders beim Einsatz von Füllbeton/Vergussbeton, aber auch, wenn optisch anspruchsvolle Fugen gefordert sind. Die Folie

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Bild 1

Mühelos einwandfreie Stöße

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Saubere Fugenausbildung mit der FLUXX Abschalschiene

Bild 3

Die neue FLUXX Bodenschiene im Einsatz

ist durch einen speziellen Kleber rückstandsfrei wieder entfernbar.

FLUXX Bodenschiene - die neue Erweiterung

Das System besteht aus robusten Leichtbau-Schienen, mit einem fest montierten Haltewinkel, der mit dem FLUXX Dübelfix im Boden befestigt wird. Nur 4 cm tief vorgebohrt können die Schienen von ebenfalls lediglich einer Arbeitskraft und nur mit einem Hammer unschlagbar schnell montiert werden. Beim Ausschalvorgang wird der FLUXX Dübelfix dank des Stufenkopf-Stahlstiftes einfach und schnell mit einem Latthammer oder Nageleisen wieder entfernt. Die Schienen und der Dübelfix sind danach komplett für den zigfachen Einsatz wiederverwendbar und können entweder einzeln oder gekoppelt umgesetzt werden.

Berufsportal mit Stellenmarkt für Bauingenieure [seit 2001]

„Im Forum erhalte ich einen Einblick, was mich in der Berufspraxis erwartet.“ Susanne Wegner, Studentin Bauingenieurwesen

(Fotos: Mayer Schaltechnik)

Die Erweiterung zur FLUXX Stoßabschalung für die Wand ist die FLUXX Bodenschiene. Zusammen mit der dazugehörigen Befestigung, dem FLUXX Dübelfix, können nun auch Bodenfugen rasch und ordentlich abgeschalt werden.

Die Kostenreduktion gegenüber herkömmlichen Methoden ist hier ebenso enorm, denn mit den FLUXX Bodenschienen lassen sich etwa 0,1 Stunde Arbeitszeit pro Laufmeter einseitige Fuge einsparen. Aufgrund der passiven Haltevorrichtung benötigt man 50 % weniger Material und Aufwand bei der Befestigung. Des Weiteren reduziert sich der Materialeinsatz durch robuste, langlebige Materialien und durch den nachhaltigen Verzicht von Holzverschnitt wird der Abfall auf der Baustelle beachtlich minimiert. Unter Berücksichtigung aller Faktoren ergibt sich insgesamt eine Senkung der Kosten um bis zu 8 € pro Laufmeter einseitiger Fuge. Für das FLUXX System für Bodenfugen sind nur 4 Schienentypen erforderlich: Die Standardschienen in den Längen 150 und 100 cm, sowie die Eck- und Teleskopschienen (inkl. verstellbarem Teleskop) in „linker“ und „rechter“ Ausführung. Mit dem Teleskopbereich der E- u. T-Schienen lassen sich zudem fehlende Längen ausgleichen. www.mayerschaltechnik.de

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Langlebigkeit und Ressourcenschonung durch modulare Gebäudestrukturen

Sowohl Holz- als auch Stahlmodule von KLEUSBERG, aus denen Gebäude für unterschiedlichste Nutzungszwecke entstehen, werden industriell in den deutschen Produktionsstätten vorgefertigt und bereits im Herstellungsprozess als Ressource für die nächste Nutzungsphase betrachtet. Stahl wird bis zu 100 % recycelt und wiederverwendet. Der Energiebedarf für die Herstellung der Baustoffe kann durch die Wiederverwendung auf verschiedene Nutzungsphasen verteilt werden und verschafft Bürogebäude Dortmund – ursprünglich für Wohnzwecke an einem anderen Standort erricheinen maßgeblichen Vorteil gegenüber anderen tet, rückgebaut und versetzt. Bauweisen, der mit der Anzahl der Lebenszyklen größer wird. Holzprodukte lassen sich am Ende der Lebensdauer ebenfalls energetisch verwerten. Bei der Verbrender bewährten Trockenbaumethode jederzeit ohne großen Aufnung wird lediglich so viel CO2 freigesetzt, wie ein Baum wähwand möglich. So wurde ein ursprünglich für Wohnzwecke errichtetes Gebäude in Dortmund nachträglich rückgebaut und rend seines Wachstums gebunden hat. Es entsteht ein neutraler CO2‑Kreislauf. an einem anderen Standort als Bürobau wiedererrichtet. Aufgrund des niedrigen Gewichts und des hohen Vorfertigungs KLEUSBERG hat anhand eines Beispielprojektes für die Hausgrades setzt KLEUSBERG binnen weniger Tage auch dort „eins burg Grundschule in Berlin gezeigt, dass auch der Holzmoduldrauf“, wo konventionelles Bauen an seine Grenzen stößt. bau den Rückbau eines Gebäudes und die darauffolgende Statisch einwandfrei, perfekt an den Bestand angebunden und Nachnutzung zulässt, sofern dies in der Planung berücksichtigt schnell. Vor allem aber in den Etagen darunter kaum bemerkt. wird. Das Konzept für die spätere Translozierung liegt bereits vor. Die Aufstockung oder Erweiterung eines Gebäudes trägt dazu bei, dass beispielsweise eine bereits bestehende Klinik oder Kita weiterhin in Nutzung befindlich bleiben kann. Besteht die Modularität als maßgeblicher Vorteil Option der räumlichen Erweiterung nicht und ein zusätzlicher, autarker Neubau in unmittelbarem Umfeld ist aufgrund der Modulgebäude von KLEUSBERG kommen ohne tragende örtlichen Gegebenheiten nicht möglich, geht die Tendenz dahin, Innenwände aus, was maximalen Spielraum für eine intelligente dass solche Gebäude früher oder später leer stehen, da sie keine und gleichzeitig wirtschaftliche Grundrissgestaltung bietet. Chancen für eine Standortentwicklung bieten. Spätere Raumanordnungen und damit Nutzungsänderungen sind dank der hochtragfähigen Stahlrahmenkonstruktion sowie www.kleusberg.de

(Foto: KLEUSBERG)

Das Kreislaufdenken wird insbesondere im Hinblick auf den Klimaschutz immer präsenter. Es geht um eine nachhaltige Art des Wirtschaftens und in diesem Zuge auch des Bauens, den Einsatz ressourcenschonender, recyclingfähiger Materialien und möglichst flexible Produkte und Systeme, die eine Nachnutzung erlauben.

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AKTUELL

KEMROC-Anbaufräsen KRC – Grabenbau neu definiert: Versetzte Schneidköpfe fräsen lückenlos Mit einer weiteren cleveren Erfindung setzt KEMROC völlig neue Akzente im Grabenbau. Die Doppelkopffräsen der Baureihe KRC haben zwei winkelig zueinander angeordnete Schneidköpfe, deren Hartmetallmeißel lückenlos aneinander anschließen. Auf diese Weise ergibt sich beim Arbeiten ein nahezu durchgängiges Fräsbild. Der beim Arbeiten mit üblichen Querschneidkopffräsen entstehende Mittelsteg aus Gestein oder Beton wird vollständig abgetragen oder auf ein Minimum reduziert. Damit entsteht ohne zeitraubendes Nacharbeiten ein Graben in der gewünschten Breite.

Bild 2 Marktweit einzigartig sind die schräg gegeneinander angestellten Fräsköpfe. Möglich wurde dies durch ein innovatives, von KEMROC selbst ent wickeltes Getriebe konzept.

Dem Hersteller KEMROC ist es gelungen, mit der Serie KRC eine neue Generation an Bagger-Anbaufräsen für Grabenarbeiten zu entwickeln. Das Modell KRC kommt gänzlich ohne die typische Mittelkette aus, die man von den Kettenfräsen der Baureihe EK kennt. Zentrales Element der KRC-Fräsen ist ein einzigartiges Getriebekonzept. Dank dieser Konstruktion sind die beiden Schneidköpfe schräg zueinander am Getriebege häuse angeordnet. Sie stehen damit im Arbeitsbereich besonders dicht aneinander – dort, wo bei den Kettenfräsen die Mittelkette zwischen den seitlichen Schneidköpfen verläuft.

Mit dieser winkeligen Stellung der Schneidköpfe zueinander können die KRC-Fräsen in den meisten Fällen das Material lückenlos unter sich abfräsen. Damit wird der beim Einsatz üblicher Querschneidkopf- bzw. Doppelkopffräsen entstehende Mittelsteg aus Gestein zwischen den Schneidköpfen minimiert bzw. in den meisten Gesteinen vollständig entfernt. Auf diese Weise kann in nahezu allen Felsarten ein seitliches Bewegen des Baggerarms mit Schneidkopf zum Entfernen des Mittelstegs vermieden werden. Der Hersteller erzielt mit dieser Neueinführung einen Lückenschluss seiner verschiedenen Fräsen-Modellreihen. Im Aufbau entsprechen die neuen KRC-Fräsen – bis auf ihre schräg ange-

Bild 1 Mit den neuartigen Querschneidkopf- bzw. Doppelkopffräsen der Baureihe KRC – hier das Modell KRC 120 (120 kW) – komplettiert KEMROC sein umfangreiches Programm an Bagger-Anbaufräsen.

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(Fotos: KEMROC)

Lückenschluss der Fräsen-Konzepte

Bild 3

Die Hartmetallmeißel der beiden Fräsköpfe stehen so dicht aneinander, dass in den meisten Gesteinen kein Mittelsteg entsteht, der aufwendig entfernt werden müsste.

stellten Schneidköpfe – überwiegend den Schwestermodellen der bekannten KR-Baureihen. Im Vergleich zu den Kettenfräsen der Serie EK von KEMROC wiederum sind diese Maschinen preisgünstiger und auch einfacher in der Instandhaltung. Die äußerst schmalen Fräsbreiten, welche von Maschinen der Serie EK erzielt werden, können mit diesen Maschinen aber nicht ganz erreicht werden. So hat jede Baureihe ihre individuellen Vorteile. Parallel zur Markteinführung der KRC-Anbaufräsen mit abgewinkelten Schneidköpfen wird man bei KEMROC die bekannten Kettenfräsen der Baureihe EK, die wandelbaren EKT-Fräsen sowie die Querschneidkopffräsen der Baureihen KR und KRD weiterentwickeln. Kunden von KEMROC können sich ab September 2022 auf die ersten Modelle der Serie KRC freuen. Im ersten Schritt sind drei Modelle mit 80, 90 und 100 cm Fräsbreite für Bagger von 15 bis 55 t Einsatzgewicht geplant: – KRC 90 (90 kW Leistung, 80 cm Fräsbreite, 15 – 25 t Baggergewicht), – KRC 120 (120 kW, 90 cm, 25 – 45 t), – KRC 160 (160 kW, 100 cm, 40 – 55 t).

www.kemroc.de

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Anbieterverzeichnis

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Getzner Spring-Solutions GmbH Gottlob Grotz Str.1 74321 Bietigheim-Bissingen Tel.: +49 7142 91 753 0 Email.: info.stuttgart@getzner.com Internet www.getzner.com Sylomer® und Sylodyn® PUR-Werkstoffe zur Schalldämmung

Paul Maschinenfabrik GmbH & Co. KG Max-Paul-Straße 1 88525 Dürmentingen/Germany Phone: +49 (0) 73 71/5 00-0 Fax: +49 (0) 73 71/5 00-1 11 Mail: stressing@paul.eu Web: spannbeton.paul.eu

Befestigungstechnik

mb AEC Software GmbH Europaallee 14 67657 Kaiserslautern Tel. 0631 550999-11 Fax 0631 550999-20 info@mbaec.de www.mbaec.de

Fachliteratur

Ernst & Sohn GmbH Rotherstraße 21 D-10245 Berlin Tel. +49 (0)30 47031 200 Fax +49 (0)30 47031 270 E-Mail: info@ernst-und-sohn.de Internet: www.ernst-und-sohn.de

Geotechnik/ Spezialtiefbau n B augrundverbesserung/ Bodenstabilisierung

n Grundbau

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DC-Software Doster & Christmann GmbH Rubensstraße 13 D-81245 München E-Mail: service@dc-software.de Internet: www.dc-software.de

n Software für den Verbundbau

Kretz Software GmbH Europaallee 14 67657 Kaiserslautern Tel. 0631 550999-11 Fax 0631 550999-20 info@kretz.de www.kretz.de

Laumer GmbH & Co. CSV Bodenstabilisierung KG D-84323 Massing Tel. (0 87 24) 88-9 00 Fax (0 87 24) 88-8 60 info@laumer.de www.laumer.de

Ingenieurholzbau

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EDITORIAL

Martin Grassl

Was machen wir mit unseren Brücken? Im deutschen Bundesfernstraßennetz befinden sich ca. 40.000 Brücken, welche sich in Bauart, Größe und Alter stark unterscheiden. Eine Sache haben sie jedoch gemeinsam: Sie werden älter und ihr Zustand verschlechtert sich. Wollen wir nicht mehr und mehr in die Situation geraten, dass Bauwerke aufgrund ihres schlechten Zustandes gesperrt werden müssen, ist eine immense Kraft anstrengung aller Prozessteilnehmer von der Verwaltung über die Planer bis hin zur Bauindustrie notwendig. Wir müssen in jedem der Schritte, von der Vergabe der Planungsleistung, der Planung selbst, der Genehmigungsprozesse sowie in der Phase des eigentlichen Errichtens des Bauwerks schneller und effizienter werden. Martin Grassl

Aber all dies wird ohne die positive Personalentwicklung in sämtlichen Bereichen bei Auftraggebern, Planern und Bauwirtschaft nicht erfolgreich sein. Denn die oben genannten Anstrengungen und die Investitionen des Bundes und der Kommunen erreichen nur dann die angestrebten Ziele, wenn die Maßnahmen projektiert, geplant, gebaut und betreut werden können. Hier fehlt uns aber an allen Ecken und Enden die erforderliche Ingenieurkapazität. Wir müssen die jungen Menschen für unseren spannenden und vielseitigen Beruf begeistern und ihnen auch und insbesondere die entsprechenden finanziellen Perspektiven bieten – und wir müssen das alles jetzt sofort tun. Denn lässt man die zeitliche Komponente beiseite, stellt man fest, dass der Kampf um die klügsten Köpfe in Deutschland schon fast entschieden scheint. Das Bau ingenieurwesen ist im Vergleich zu den anderen Ingenieurdisziplinen wie Maschinenbau und Elektrotechnik schon lange ins Hintertreffen geraten. Diese Ausgabe der Bautechnik allerdings zeigt hervorragende Beispiele auf, wie abwechslungsreich und herausfordernd der Brücken- und Ingenieurbau sind. Lassen Sie uns alle bei den kommenden Generationen für die Schönheit unseres Berufes werben.

Dipl.-Ing. Martin Grassl Ingenieurbüro Grassl GmbH

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DOI: 10.1002/bate.202100124

Alfred Krill, Gerhard Zehetmaier

AUFSATZ

Spannbetonkastenquerschnitte mit Stegspanngliedern und verbundloser Quervorspannung Mit Einführung der Regelungen und Richtlinien für die Bemessung von Ingenieurbauten (BEM-Ing) speziell zur Berechnung und Bemessung von Betonbrücken (Teil 1, Abschnitt 2) wird sich der Straßenbrückenbau in Spannbetonbauweise verändern. Erstmals seit dem Jahr 1999 ist dann wieder die Anordnung interner Spannglieder in den Stegen von Kastenträgern zugelassen. Um jedoch die bei manchen Straßenbrücken beobachteten Unzulänglichkeiten zu vermeiden, die u. a. aus einer mangelhaften Verdichtung des Stegbetons herrühren, sind zukünftig schärfere Randbedingungen zum Einsatz der Stegspannglieder im Straßenbrückenbau verankert, während deren Einsatzmöglichkeiten im Bahnbrückenbau unverändert bleiben. Zudem wird ausdrücklich empfohlen, Fahrbahnplatten großer Breite mit Quervorspannung auszubilden. Zur Durchbiegungsbegrenzung quervorgespannter Fahrbahnplatten ist in der BEM-Ing die maximale Quervorspannkraft begrenzt, über die sich mit dem Dekompressionsnachweis die erforderliche Plattendicke ermitteln lässt. Der vorliegende Aufsatz gibt Hinweise zu Entwurf und Konstruktion von Spannbetonkastenbrücken nach neuer BEM-Ing und zeigt auf, welche Bauteildimensionen sich mit den neuen Regeln ergeben.

Prestressed concrete box girders with web tendons and unbonded transverse prestressing With the introduction of regulations and guidelines for the design of civil engineering structures (BEM-Ing) especially for the calculation and design of concrete bridges (part 1, section 2), road bridge construction using prestressed concrete will change. For the first time since 1999 the arrangement of internal tendons in webs of box girders, it is permitted again. However, in order to avoid the shortcomings observed in some road bridges, which result, among other things, from a insufficient compaction of the concrete in the webs, stricter boundary conditions for the use of the bridge tendons in road bridge construction will be anchored in the future, while their possible applications in railway bridge construction will remain unchanged. In addition, it is strongly recommended to design road slabs of large width with transverse prestressing. For the deflection limitation of transversely prestressed road slabs, the maximum prestress force is limited in BEM-Ing, which can be used to determine the required plate thickness by controlling of the concrete tension stresses. This article provides hints on the design and construction of prestressed concrete box bridges according to the new BEM-Ing and shows which component dimensions result from the new rules.

Stichworte Spannbetonkastenquerschnitte; Stegspannglieder; Quervorspannung; BEM-Ing

Keywords post-tensioned box sections; tendons in webs; transverse unbonded post-tensioning in slabs; BEM-Ing-rules

Allgemeines

1.1

Entwicklung der Vorschriftenlage

Mit der Einführung der Richtlinie für Betonbrücken mit externen Spanngliedern im Jahre 1999 [3] waren interne Spannglieder in Kastenquerschnitten nur noch außerhalb der Stegbereiche als Mischbauweise zugelassen. Bei Taktschiebebrücken, deren Überbauten ohnehin geringere Schlankheiten aufweisen, kann die erforderliche zentrische Vorspannung für die wechselnden Beanspruchungen des Bauzustands in der Regel problemlos in den Gurten des Kastenquerschnitts untergebracht werden. Zur Abdeckung der Biegemomente aus Zwang und Verkehr reicht dann eine vergleichsweise geringe Anzahl von externen Spanngliedern aus, die im Kastenquerschnitt umgelenkt geführt werden. Ähnlich verhält es sich bei Freivorbaubrücken, deren Spannglieder im Obergurt den Bauzustand abdecken. Eine Ergänzung für den Endzustand erfolgt dann durch eine Mischung aus wenigen Spanngliedern im Untergurt mit zusätzlichen externen Spanngliedern im Kasten.

Bis zum Jahr 1999 wurden in Deutschland Spannbetonbrücken mit Kastenquerschnitt mittels Stegspanngliedern vorgespannt. Übliche Querschnitte wiesen häufig zwei nebeneinanderliegende Spannglieder je Lage in einem geneigten, im Extremfall nur 58 cm dicken Steg auf und machten angesichts der engen Rüttelgassen eine ausreichende Betonverdichtung zur Herausforderung. Durch die seinerzeit häufige Praxis, Angebotspreise in Kombination mit Nebenangeboten zu pauschalieren, bestand bei Baufirmen oftmals großes Interesse, Spannbetonquerschnitte mit Fokus auf Materialersparnis bis an die Grenzen zu optimieren. Schwierigkeiten in der Ausführung waren mitunter die Folge. Wie Schadensberichte [1, 2] zeigen, sind diese Fehler bei Kastenquerschnitten mit Stegspanngliedern systematischer Natur und meist durch mangelhafte Betonverdichtung entstanden, die durch zu schmale Rüttelgassen zwischen den Spanngliedern begründet waren. 238

Im Gegensatz dazu eignet sich die Mischbauweise für die Herstellung von Spannbetonbrücken auf Vorschubrüstung nur bedingt. Seit 1999 wurden daher nur wenige

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Quelle: WTM

AUFSATZ ARTICLE

A. Krill, G. Zehetmaier: Prestressed concrete box girders with web tendons and unbonded transverse prestressing

Bild 1

Kraftfluss der Spanngliedkräfte bei Mischbauweise ohne Spannglieder in den Stegen Force flow of the tendon forces in construction type “mixed tendons” without tendons in the webs

Brücken mit der in der Blütezeit des Spannbetonbrückenbaus äußerst beliebten Bauweise hergestellt. Während bei üblichen Taktschiebebrücken der Spannstahlbedarf bei ca. 40 kg/m2 bezogen auf die Brückenfläche liegt und die gegenüber einer Herstellung auf Traggerüst höheren Spannstahlmengen bzw. Kosten durch Ersparnisse in der Herstellung kompensiert werden, liegt der Spannstahlbedarf bei Kastenquerschnitten, hergestellt auf Lehr- oder Vorschubgerüst, bei ca. 30 kg/m2. Um diese geringeren Bewehrungsgrade zu erreichen, ist es erforderlich, die Spannbewehrung nur dort im Querschnitt einzulegen, wo sie erforderlich ist. Der Obergurt der Feldquerschnitte sollte bei dieser Bauweise keine Spannglieder aufweisen, für den Untergurt der Stützquerschnitte ist eine zusätz liche Vorspannung der Druckzone darüber hinaus eher schädlich. Bekannte Beispiele von Spannbetonkastenbrücken der Bauzeit zwischen 2000 und 2015, hergestellt mithilfe eines Vorschubgerüsts oder eines Lehrgerüsts, sind – die nördliche Brückenrampe der Strelasundquerung mit den Bauwerken BW3, BW4 und BW5 und einer maximalen Stützweite von 54 m bei einer Konstruktionshöhe von nur 2,12 m (Schlankheit L/25), – die Etzelsbachtalbrücke Wingerode BAB A 38 mit maximaler Stützweite von 62 m und einer Konstruk tionshöhe von 3,70 m (L/17), – die Mainbrücke Eltmann BAB A 70 mit maximaler Stützweite von 40,4 m und einer Konstruktionshöhe von 2,20 m (L/18) und – die Haseltalbrücke BAB A 71 mit maximaler Stütz weite von 65 m und einer Konstruktionshöhe von 3,50 m (L/19). Der Grund für die Herstellung auf Gerüst kann zum einen in der gewünschten Schlankheit (z. B. Strelasundquerung), zum anderen in der zugrunde liegenden Trassierung mit z. B. stark veränderlichen Krümmungen im Grundriss, die eine Anwendung des Taktschiebeverfahrens ausschließen (z. B. Haseltalbrücke), liegen. All diesen Brücken ist gemein, dass durch die geforderte Spanngliedführung gemäß Richtlinie für Betonbrücken mit externen Spanngliedern [3] erhebliche Kräfte innerhalb der Kastenquerschnitte über Betonstahlbewehrung

umgeleitet werden müssen. Insbesondere von der Haseltalbrücke BAB A 71 ist bekannt, dass trotz hoher Bewehrungsgrade als Konsequenz zahlreiche Risse in den Stegen und im Bereich der Verankerungsstellen interner Spannglieder in den Platten entstanden sind. Solche Risse stellen zwar grundsätzlich keinen Mangel dar, sofern deren Breite unterhalb der Grenzwerte bleibt, wären aber durch eine konsequente Spanngliedführung innerhalb der Stege entsprechend dem Verlauf der Zug- und Druckkräfte vermeidbar (Bild 1). Mit der Wiederzulassung von Spanngliedern in Stegen von Spannbetonkastenquerschnitten wird dem nun Rechnung getragen. Mit Blick auf nachhaltiges Bauen und damit auf die CO2Bilanz der Bauweise wird bei Spannbetonbrücken dann ein ressourceneffizienter Querschnitt erreicht, wenn alle Möglichkeiten zur Optimierung des Querschnitts ausgeschöpft sind, ohne gleichzeitig die Dauerhaftigkeit des Bauwerks zu gefährden. Die BEM-Ing gibt hierfür dem Planer Instrumente an die Hand. Gutes Beispiel eines ressourceneffizienten Spannbetonüberbaus ist, wie in [4] gezeigt, die Kochertalbrücke Geislingen, deren längs- und quervorgespannter Überbau stark optimiert ist. Die Verstärkung und Instandsetzung der Brücke konnte mit geringem Aufwand erfolgen und erhielt den Deutschen Brückenbaupreis. Befürchtungen, dass durch Optimierungen wieder Brücken mit sehr abgemagerten Querschnitten entworfen werden, sind durch die in der BEMIng [5] gegebenen Randbedingungen unbegründet.

1.2

Neuerungen der BEM-Ing

Die BEM-Ing [5] lässt Spannglieder in Stegen von Kastenquerschnitten zu, wenn die maximale Anzahl in einer Lage auf vier Spannglieder begrenzt wird und zudem eine Rüttelgasse von 25 cm vorgesehen ist. Damit wird die in NCI zu 8.10.1.3. (1) in [6] geforderte allgemeine Rüttelgasse von 10 cm bei Verwendung von Spanngliedern im Steg deutlich erhöht. Gleichzeitig ist für die Betonierbarkeit die Neigung der Steginnenseite auf 70° bei Höhen bis 3,00 m und 80° bei Höhen über 4,00 m begrenzt. Zwischenwerte können interpoliert werden. Grundsätzlich sollen gemäß [5] Stegspannglieder die Anschlussbewehrung oder Querbewehrung der FahrbahnBautechnik 99 (2022), Heft 4 239

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Quelle: WTM

A. Krill, G. Zehetmaier: Spannbetonkastenquerschnitte mit Stegspanngliedern und verbundloser Quervorspannung

Bild 2

Beispielhafte Bewehrungsführung der Gurtbewehrung: a) Untergurt/Bodenplatte, b) Obergurt/Fahrbahnplatte Exemplary reinforcement guidance of the flange reinforcement: a) bottom slab/flange, b) top slab/flange

bzw. Bodenplatte nicht schneiden, um deren ungestörte Verlegung zu gewährleisten. Die BEM-Ing [5] lässt dabei Sonderfälle zu, in denen Spannglieder zur Ausnutzung des inneren Hebelarms in die Gurtbereiche geführt werden. In Bereichen, in denen Spannglieder mit der Querbewehrung kollidieren würden, ist dann eine geeignete konstruktive Durchbildung des Anschlussbereichs zu wählen; entsprechende Möglichkeiten der Bewehrungs anordnung zeigt Bild 2. Über die Zulassung von Stegspanngliedern bei Kastenquerschnitten hinaus wird auch der Einsatz verbundloser Quervorspannung von Fahrbahnplatten gefördert. Dabei wird auf die Austauschbarkeit der Spannglieder verzichtet, sodass aufwendige Konstruktionen im Kappenbereich entfallen können. Eine Begrenzung der Durchbiegung für Fahrbahnplatten in Querrichtung ohne Quervorspannung erfolgt zurzeit über eine Begrenzung der Randzugspannungen nach Tabelle 7.101DE mit Verweis auf 7.103DE in [6]. Um ein analoges Kriterium zur Durchbiegungsbeschränkung bei quervorgespannten Platten zu erhalten, die im Gegensatz zu schlaff bewehrten Platten im Zustand I verbleiben, ist die maximale Vorspannkraft zum Zeitpunkt t = ∞ nach aktueller Diskussionslage zur BEM-Ing [5] auf ca. max PV,∞ = 1,25 MN/m begrenzt. In Bild 3 ist der Zusammenhang zwischen Quervorspannkraft und Kragplattenstärke, mit Eintrag der maximalen Vorspannkraft max PV,∞ abgemindert um den Faktor rinf nach NCI zu 5.10.9 (1) [6], dargestellt, wie er sich für das Lastbild SLW 60/30 nach DIN 4227 ergäbe. Grundlage hierfür bildet die Untersuchung in [7]. Bei der gewählten Formulierung zu max PV,∞ ist von einem ca.-Wert die Rede, was bedeutet, dass es sich hier um den Grundwert für die Querbiegung und nicht um Spitzenwerte handelt, wie sie z. B. in der Umgebung der steifen Querträger auftreten können. Hier können ggf. höhere Spannbewehrungsgrade erforderlich werden. Eine ausführliche Übersicht über die Neuerungen in der BEM-Ing kann [8] entnommen werden. Der Entwurf zweier Pilotbrücken unter Anwendung dieser Regeln ist in [9] beschrieben. 240

Bild 3

Zusammenhang Quervorspannkraft und erforderliche Plattendicke für DIN 4227 mit Lastbild SLW 60/30 für Kappe Kap1 [7] Relationship of transverse prestressing force and required plate thickness for DIN 4227 with load pattern SLW 60/30 for parapet Kap1 [7]

1.3

Kenndaten eines Musterüberbaus zur Untersuchung der Auswirkungen

Zur Untersuchung der Auswirkungen der ergänzenden BEM-Ing-Regeln auf Spannbetonkastenquerschnitte werden nachfolgend verschiedene Varianten eines typischen Brückenentwurfs betrachtet. Brücken mit Kastenquerschnitt müssen uneingeschränkt begehbar sein, also gemäß RE-Ing Teil 2 Abschnitt 3 [10] im Kasten eine lichte Durchgangshöhe von 2,00 m aufweisen. Mit der Annahme, dass die Fahrbahnplatte 40 cm und die Bodenplatte 20 cm dick ausgeführt werden können, beträgt die Mindestkonstruktionshöhe 2,60 m. Gleichzeitig wird in RE-Ing [10] Tabelle 2.2.1 für parallelgurtige Durchlaufträger als Erfahrungswert eine Schlankheit von L/20 bis L/30 angegeben. Demnach erscheinen Spannbetonkastenbrücken erst ab einer Stützweite von ca. 50 m sinnvoll. Der übliche Spannweitenbereich der Kastenbrücken auf Vorschubrüstung liegt bei etwa 60 m Stützweite. Für den Musterüberbau wird daher eine Mehrfeldbrücke mit 60 m Spannweite und den Konstruktionshöhen von 3,00 m, 3,50 m und 4,00 m (Schlankheiten L/20, L/17 und L/15) untersucht. Die zugehörigen Stegneigungen sind 70°, 75° und 80°.

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Quelle: WTM

Bild 4

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Finite-Elemente-Modell zur Ermittlung der Schub- und Biegebeanspruchung der Fahrbahnplatte Finite element model for calculation of shear- and bending stresses in the deck slab

Bezüglich der Brückenbreite wird von einer 14,50 m breiten Fahrbahn (RQ 36 B, dreispurig + Standstreifen) ausgegangen. Für einen quasisymmetrischen Überbau wird ein 4,00 m breiter Mittelstreifen mit Randkappen gemäß Kap. 1/Kap. 2, jeweils Blatt 1 [11] gewählt. Damit ergibt sich die Breite der Fahrbahnplatte nach Abzug der Gesimse von je 35 cm zu bges = 2,05 m – 0, 35 m + 14, 50 m

(

)

+ 4,00 m – 0,10 m /2 – 0, 35 m = 17,80 m. Geht man z. B. von einem Stützweitenverhältnis 0,5 : 1,0 : 0,5 für die Querrichtung des einzelligen Kastenquerschnitts aus und setzt dabei eine Stegbreite von ca. 0,50 m an, dann beträgt die maximale Kragarmlänge des Querschnitts

(

)

(

)

bKrag = 17,80 m – 2 ⋅ 0, 50 m ⋅ 0, 5/ 0, 5 + 1,0 + 0, 5 = 4, 20 m. Mit den in der BEM-Ing angegebenen maximalen Stegneigungen ergeben sich Bodenplattenbreiten von 7,60 m bei 3,00 m Konstruktionshöhe, 7,80 m bei 3,50 m Kon struktionshöhe und 8,18 m bei 4,00 m Konstruktions höhe (s. Bild 6).

Parameterstudie zur Optimierung der Fahrbahnplatte

2.1

Vorgehen

Zunächst werden die Auswirkungen einer Quervorspannung auf erforderliche Dicke und Bewehrungsgehalt der Fahrbahnplatte betrachtet. In der Regel maßgebend für die Dicke einer nicht vorgespannten Fahrbahnplatte ist die Begrenzung der Randzugspannungen nach Tabelle 7.101 DE mit 7.103 DE in [6] als impliziter Nachweis der Durchbiegungsbegrenzung. Bei Quervorspannung wird der Dekompressionsnachweis nach Tabelle 7.101 DE unter quasiständiger Last mit y2 = 0,5 nach Fuß note b) dieser Tabelle maßgebend. Mit Blick auf die Plattendicke ist allerdings auch ein weiteres Entwurfsziel, Querkraftbewehrung in der Fahrbahnplatte zu vermeiden. Hierzu werden in BEM-Ing Hinweise zur Berechnung der Querkraftbeanspruchungen mithilfe eines FE‑Modells gegeben, u. a. eine maximale Schalenelementgröße von 20 cm [12]. Die Auswertung der Biege- und Querkrafttragfähigkeit des hier betrachteten Modellüberbaus erfolgt mit dem in Bild 4 dargestellten FE-Modell für eine mit der maximal zulässigen Vorspannkraft (unter

Berücksichtigung von Wert rinf = 0,95 gemäß NCI zu 5.10.9 (1) in [6]) quervorgespannte Platte, zum anderen für eine schlaff bewehrte Platte.

2.2

Querkraftbeanspruchung der Fahrbahnplatte

Die Berechnungsergebnisse der Fahrbahnplatte zeigen für den Modellüberbau nur eine geringe Abhängigkeit der Biege- und Querkraftbeanspruchung von der Konstruk tionshöhe des Hohlkastens sowie der Stegdicke, auch wenn diese die Verteilung der Tandemlasten beeinflussen. Die höchsten Beanspruchungen zeigen sich erwartungsgemäß bei starker Einspannung der Kragplatte, also kleinster Kastenhöhe und größter Stegdicke. Für die Betrachtung zu optimalen Plattendicken wird daher zunächst von einer deutlichen Einspannung der Kragplatte nach folgenden Parametern ausgegangen: Die Kastenhöhe beträgt 3,00 m. Für die Stegdicke ergibt sich ein oberer Grenzwert für vier Spannglieder; hier gewählt: 22 Litzen zu 150 mm2 der Spannstahlgüte 1570/1770. Die nach BEM-Ing [5] nun für interne und externe Spannglieder zulässige Spannkraft von etwa 4 MN je Spannglied wird mit Pm0 = 0,85 ⋅1500 MN/m2 ⋅ 22 Litzen ⋅1, 5 ⋅10−4 m2 /Litze = 4, 2 MN ≅ 4 MN näherungsweise eingehalten. Der Hüllrohrdurchmesser dieses Spanngliedtyps beträgt ca. 110 mm, sodass sich die maximale Stegbreite für vier Spannglieder bSteg,min,4 bei Einhaltung einer Rüttelgasse von 25 cm, der Betondeckung cnom = 45 mm, 10 mm Montagebewehrung und dem lichten Spanngliedabstand von 0,8 · dHüllrohr gemäß NCI zu 8.10.1.3 (3) in [6] folgendermaßen errechnet: bSteg,min,4 = 2 ⋅ 45 + 10 + 4 ⋅ 20 + 4 ⋅110 + 2 ⋅ 0,80 ⋅110 + 250 = 1046mm Für die Untersuchung der Plattendicke wird nachfolgend von einer Stegdicke von 105 cm ausgegangen. Die Auswertung der Ergebnisse, wie sie in Bild 5 dargestellt sind, erfolgt für die Betonfestigkeiten C35/45 und C45/55. Gemäß [5] wird für die Dimensionierung der Plattendicke die Querkrafttragfähigkeit ermittelt mit:

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A. Krill, G. Zehetmaier: Spannbetonkastenquerschnitte mit Stegspanngliedern und verbundloser Quervorspannung

Quelle: WTM

Plattendicke und nur wenig durch die übrigen geometrischen Parameter beeinflusst sind. Der Einfluss des Einspanngrads der Kragplatte zeigt sich an den Ergebnissen einer Berechnung mit einer Hohlkastenhöhe von 4,0 m bei (hypothetischer) Stegdicke von nur 40 cm, d. h. geringer Einspannung im Vergleich zum oben betrachteten Fall mit hohem Einspanngrad: Für die seltene Einwirkungskombination ergeben sich ca. 5 % geringere Biegemomente. Für die häufige Kombination, maßgebend zur bewehrungsbestimmenden Rissbreitenbegrenzung, beträgt die Reduktion 7 %, in der quasiständigen Kombina tion, maßgebend für den Dekompressionsnachweis bei der Verwendung von Quervorspannung, beträgt die Abminderung des Biegemoments nur 1 %. Damit können die hier vorgestellten Ergebnisse für den betrachteten Querschnitt in guter Näherung verallgemeinert werden.

Bild 5

Ermittlung der Plattenquerkraft vyd [kN/m] (h = 52 cm) am Finite- Elemente-Modell im Abstand d = 46 cm vom Stegrand Calculation of the slab-shear-force vyd [kN/m] (h = 52 cm) at the finite element model in the distance d = 46 cm from the edge of the web

1   * vRd,c = C * ⋅ k ⋅(100 ⋅ ρ ⋅ f ) 3 + k ⋅σ  ⋅ d ≥ vRd,ct,min cp Rd,c l ck 1   = vmin + k1σ cp  ⋅ d * Die Kenngrößen sind – mit Ausnahme des Werts CRd,c – der DIN EN 1992-2/NA [6] NDP zu 6.2.2(101) zu * entnehmen; CRd,c wird nach BEM-Ing [5] abweichend von [6] für Fahrbahnplatten mit vorwiegender Beanspruchung durch konzentrierte Einzellasten (LM1) mit * CRd,c = 0,225/gc, d. h. gegenüber [6] um 50 % erhöht, angesetzt. Dieser nun weniger konservative Ansatz ist aus neueren Untersuchungen abgeleitet. Für ρl wird eine Mindestbewehrung Durchmesser 14 mm im Abstand von 15 cm angesetzt. Wie die Ergebnisse in Tab. 1 zeigen, wird hier der Nachweis der Querkrafttragfähigkeit ohne Querkraftbewehrung nach [5] in keiner der Beispielrechnungen maßgebend.

2.3

Biegebeanspruchung der Fahrbahnplatte

Für die Ermittlung der Biegebeanspruchungen ist eine gegenüber Bild 5 abweichende Laststellung der Tandemlast zugrunde zu legen; die Radlast des Tandem systems wird an das Schrammbord geschoben. Eine Lärmschutzwand wird nicht berücksichtigt, da diese die Bemessung des Kragarmanschnitts maßgebend beeinflussen würde. Die Ergebnisse des FE-Modells zeigen, dass die Biege beanspruchungen nahezu unabhängig von der Wahl der 242

Der Betrachtung einer quervorgespannten Platte wird ein hierfür typisches Spannglied mit vier Litzen je 150 mm2 der Stahlgüte 1570/1770 zugrunde gelegt. Bei ca. 15 % Verlust aus Kriechen, Schwinden und Relaxation muss die maximal zugelassene Vorspannkraft von max PV,∞ = 1,25 MN/m zur Ermittlung der erforderlichen Spannstahlmenge näherungsweise mit dem Faktor 1/0,85 = 1,18 für den Zeitpunkt t = 0 erhöht werden. Damit ergibt sich bei maximaler Ausnutzung der Spannglieder (Pm0,max = 765 kN/Spannglied) ein Achsabstand e von e = 765 kN/Spannglied/1250 kN/m/1,18 = 0,51 m. Das entspricht einem auf die Brückenfläche bezogenen Spannbewehrungsgehalt von etwa g = 9,5 kg/m2 für die Quervorspannung. Der maximale Hüllrohrdurchmesser des zugrunde gelegten Spannglieds ist kleiner als 8 cm. Daraus ergibt sich der Achsabstand des Spannglieds von der Oberkante des Querschnitts zu ca. 13 cm; die Mindestüberdeckung des Spanngliedhüllrohrs von 8 cm ist damit eingehalten. Im Weiteren wird – angesichts der näherungsweisen statischen Bestimmtheit der Fahrbahnplatte in Querrichtung – die statisch unbestimmte Wirkung der Vorspannung vernachlässigt. Die Mindestdicke der Platte am Kragarm anschnitt wird durch das Dekompressionskriterium für den oberen Rand bestimmt und ergibt sich zu ca. 52 cm (Tab. 1). Im Unterschied dazu liegt die erforderliche Dicke nichtvorgespannter Platten bei ca. 64 cm (C35/45, zulässige Randzugspannung zul. sc,Rand = 5,0 MN/m2 nach Tab 7.103DE in [6]) bzw. 58 cm (C45/55 mit zul. sc,Rand = 6,0 MN/m2) und ist – anders als bei vorgespannten Platten – deutlich abhängig von der Betonfestigkeitsklasse. Bei der hier betrachteten Kragarmlänge sind die drei gezeigten Lösungen vertretbar, während bei größeren Kragarmlängen die Vorteile der Quervorspannung noch deutlicher hervortreten werden. Die Ergebnisse der Schnittkräfte und Spannungen aus den FEM-Berechnungen sowie die daraus abgeleiteten erforderlichen Plattendicken sind in Tab. 1 dargestellt.

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Tab. 1

Ermittlung der Mindestanschnittsdicke der Fahrbahnplatte mit lk = 4,20 m und Bewehrung ∅14/15 Calculation of minimum section thickness of top slab with lk = 4.20 m and reinforcement ∅14/15

Tab. 2

Erforderliche Biegebewehrung zur Begrenzung der Rissbreite auf 0,2 mm Required bending reinforcement for limitation of crack-width to 0.20 mm

Variante

h nyy,freq myy,freq erf as [cm] [kN/m] [kNm/m] [cm2/m]

C35/45 nicht vorgespannt

271

25,4

C45/55 nicht vorgespannt

268

28,1

C35/45 bzw. C45/55 quervorgespannt

–1187

266

3,2

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A. Krill, G. Zehetmaier: Prestressed concrete box girders with web tendons and unbonded transverse prestressing

Das Potenzial der Quervorspannung wird aus der vergleichenden Betrachtung der erforderlichen schlaffen Querbewehrung deutlich. Maßgebend hierfür ist der Rissbreitennachweis unter häufiger Einwirkungskombination. Vereinfachend wird von einem Randabstand der Bewehrung von 55 mm und einem Stababstand von 150 mm ausgegangen. Für wmax = 0,20 mm ist die erforderliche Bewehrung in Tab. 2 angegeben. Für die quervorgespannte Fahrbahnplatte wird nach Tab. 2 nur wenig Bewehrung zur Rissbreitenbegrenzung erforderlich; die für den Querkraftnachweis angenommene Grundbewehrung ∅14/15 reicht damit auch für die Querbiegung aus. Bei den schlaff bewehrten Fahrbahnplatten ergeben sich die derzeit üblichen Bewehrungsmengen von 25,4 cm2/m (∅20/12,5) für C35/45 bzw. 28,1 cm2/m (∅25/15) für C45/55. Die technischen Vorteile einer Quervorspannung ergeben sich aus dem Platzgewinn zur Betonverdichtung und der Steigerung der Querkrafttragfähigkeit der Platte, die wirtschaftlichen Vorteile aus der gesamtheitlichen Betrachtung von Beton, Betonstahlbewehrung und Spannbewehrung. Hier sei darauf hingewiesen, dass eine schlaff bewehrte Fahrbahnplatte der Betonfestigkeitsklasse C45/55 zwar eine nur geringfügig größere Dicke am Anschnitt im Vergleich zur quervorgespannten Platte (C35/45) erfordert, allerdings neben der deutlich höheren Querbewehrungsmenge infolge der höheren Betonzugfestigkeit auch ca. 15 % mehr Längsbewehrung aufweist.

2.4

Verankerungen von Längsspanngliedern in der Fahrbahnplatte

Die Fahrbahnplattendicke ist überdies häufig abhängig vom erforderlichen Platzbedarf für die Verankerung von Längsspanngliedern. Offensichtlich wird dies z. B. bei den Primärspanngliedern von Taktschiebebrücken. Für die Plattendicke ist entscheidend, ob dort Spannglieder verankert werden sollen, ob alle Spannglieder außerhalb der Platten verlaufen können, oder ob kleinere Spannglieder ausreichend sind, die sich innerhalb der optimierten Plattendicken verankern lassen. Unabhängig davon haben sich in der jüngeren Vergangenheit Probleme bei der Betonverdichtung im Bereich von SpanngliedverankerunBautechnik 99 (2022), Heft 4 243

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A. Krill, G. Zehetmaier: Spannbetonkastenquerschnitte mit Stegspanngliedern und verbundloser Quervorspannung

Stegdicke sind je nach Anzahl der nebeneinander angeordneten Spannglieder 54 cm, 65 cm, 85 cm und 105 cm (entsprechend ein, zwei, drei oder vier Spannglieder nebeneinander in einer Lage) berücksichtigt. Als externe Spannglieder werden für alle Varianten jeweils drei je Stegseite angesetzt, die einen Achsabstand zum oberen Rand (Stützbereich) von 80 cm bzw. zum unteren Rand (Feldbereich, einfache Umlenkung) von 60 cm aufweisen. Auf interne Spanngliedzulagen in den Gurtplatten wird verzichtet, obwohl diese wegen des günstigen Hebelarms den Gesamtspannstahlbedarf senken würden. Mithilfe des Dekompressionsnachweises wird so für jede Kombination von Stegbreite und Bauhöhe nach Bild 6 die Anzahl der erforderlichen Stegspannglieder im Gesamtquerschnitt ermittelt und der Fläche des Spannbetonquerschnitts gegenübergestellt. Die nachfolgend angegebenen Kennwerte und insbesondere die Kenngrößen für Mate rialbedarf und Kosten sind lediglich als Vergleichsgrößen im Rahmen der vorliegenden Variantenuntersuchung zu sehen und geben Tendenzen an, besitzen allerdings darüber hinaus keine allgemeine Verbindlichkeit. Zwei wesentliche nicht berücksichtigte Einflussgrößen sind z. B. die Interaktion des Überbaus mit der Vorschubrüstung und die nicht betrachteten Schubnachweise, die bei extremen Verhältnissen zu Stegverdickungen im Auflagerbereich führen können.

gen gezeigt, die vereinzelt sogar zum Versagen der Verankerung beim Vorspannen geführt haben. In [5] sind deshalb drei Varianten angegeben, wie die Zusatzbewehrung der Spannglieder angeordnet werden kann. Es wird empfohlen, bereits im Entwurf die gewählte Plattengeometrie daraufhin zu überprüfen.

Parameterstudie zur Optimierung des Kastenquerschnitts

3.1

Vorgehen

Die BEM-Ing [5] sieht vor, dass die Längsvorspannung in den Stegen im Regelfall nur zwischen der oberen Querbewehrungslage der Bodenplatte und der unteren Querbewehrung der Fahrbahnplatte verläuft und nur im Ausnahmefall die Querbewehrungslagen durchquert, sofern ein Auswechseln der Querbewehrung konstruktiv ermöglicht wird. Nachfolgend sollen die Auswirkungen der Regelungen anhand des Modellüberbaus betrachtet werden. Ausgehend von der Variante mit Quervorspannung beträgt die Plattendicke am Anschnitt 52 cm, die Dicke des Untergurts am Anschnitt nach [5] 35 cm, für die Stegneigungen werden die Mindestwerte nach [5] angesetzt. Im Stützbereich werden die mitwirkenden Gurtbreiten nach [6] berücksichtigt. Zur Vergleichbarkeit werden interne und externe Spannglieder mit je 22 Litzen á 150 mm2 mit einer Vorspannkraft von je 4,2 MN vorgesehen. Für die

3.2

Begrenzte Hebelarme – Längsspannglieder bleiben innerhalb der Gurt-Querbewehrung

Zunächst wird davon ausgegangen, dass die Längsspannglieder die Gurt-Querbewehrung nicht durchqueren. Die Schwerelinien der Spanngliedführung im Steg werden damit über die Dicken der Gurtplatten bestimmt (Tab. 3) und ergeben sich unter Berücksichtigung des lichten Spanngliedabstands von 80 % des Hüllrohrdurchmessers. Im Sinne einer systematischen Untersuchung werden hier auch ungerade Spanngliedanzahlen angenommen; in der Praxis würden die Spanngliedgrößen entsprechend verkleinert werden.

Quelle: WTM

Für die abschließende Bewertung der Varianten werden vereinfachend zwei Bezugsgrößen gewählt: zum einen die CO2-Bilanz der eingesetzten Baustoffe (Globales Erwärmungspotenzial GWP in kg CO2-Äquivalent) gemäß [13] – Beton C35/45 mit 254 kg CO2/m3 und Spannstahl (analog zum Baustahl) mit 1125 kg CO2/t, zum anderen die bezogenen Herstellkosten für Beton mit 250 Euro/m3 unabhängig vom Schalungsaufwand und für Spannstahl mit 3500 Euro/t unabhängig vom Ankeranteil.

Bild 6

244

Spannbetonkastenquerschnitte für 60 m Stützweite mit drei Konstruktionshöhen und vier unterschiedlichen Stegdicken Box girder sections for 60 m span length with three construction heights and four different webs

Die CO2-Bilanz der Baustoffe ist im Rahmen des Vergleichs als Indikator für eine nachhaltige Bauweise geeignet. Als alleiniger Bewertungsmaßstab ist sie angesichts der Vielzahl von Einflussgrößen auf Nachhaltigkeit allerdings nicht hinreichend. Die Ergebnisübersicht in Tab. 3 zeigt sowohl bezüglich der Kosten als auch der CO2-Bilanz, dass die Varianten

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Tab. 3

Untersuchungsergebnis: Längsspannglieder durchqueren die Gurt-Querbewehrung nicht Analysis result: longitudinal tendons do not cross the flange transverse reinforcement

mit dünnen Stegen tendenziell die günstigsten Ergeb nisse liefern. Bei größeren Schlankheiten als L/20 (d. h. hier Bauhöhe kleiner 3,0 m) ist jedoch damit zu rechnen, dass auch drei Spannglieder nebeneinander effi zient sein können. Gleichzeitig ist erkennbar, dass Schlankheiten kleiner als L/20, d. h. größere Konstruk tionshöhen, nur unwesentlich günstigere Ergebnisse bewirken. Ergänzend sei angemerkt, dass die Optimierung aller Querschnittsabmessungen wesentliche Voraussetzung für das dargestellte Ergebnis ist. Wird die Fahrbahnplatte z. B. ohne Quervorspannung geplant oder der Untergurt entsprechend dicker ausgeführt, hat dies neben den geometrischen Auswirkungen, z. B. reduzierter Parabelstich der internen und externen Längsvorspannung, zusätzlich höheres Eigengewicht zur Folge. Darüber hinaus erfordert eine größere Betonquerschnittsfläche mehr Längsvorspannung, um das gewünschte Normalspannungs niveau zu erreichen; der Spannstahlbedarf kann dadurch überproportional ansteigen und ggf. zusätzliche Spannglieder in den Gurten erforderlich machen – mit negativen Auswirkungen auf die erforderliche Plattendicke aus den Spanngliedverankerungen.

3.3

Maximierte Hebelarme – Längsspannglieder durchqueren die Gurt-Querbewehrung

In einem zweiten Schritt wird davon ausgegangen, dass die Längsspannglieder die Querbewehrung der Gurte durchqueren; zu konstruktiven Maßnahmen s. Bild 2. Damit ergibt sich die Schwerachse der parabolisch im Steg geführten Spannglieder aus der Anzahl der Lagen und der in der Fahrbahnplatte verlaufenden Quervorspannung, deren Unterkante 170 mm unterhalb der Plattenoberseite liegt. Das sonstige Vorgehen entspricht dem zuvor beschriebenen.

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Zur Ermittlung der durch die Längsvorspannung erzeugten Biegetragwirkung wird in Tab. 4 (analog der Angabe in Tab. 3) der theoretische Umlenkradius der Spanngliedschwerachse und damit ein Vergleichswert der Gesamtumlenkkraft ermittelt, der mit dem Eigengewicht des Überbaus ins Verhältnis gesetzt werden kann. Da raus ist der Anteil des Eigengewichts ablesbar, der über die umgelenkten Stegspannglieder ausbalanciert wird. Insbesondere bei minimaler Stegdicke, geringer Kon struktionshöhe und der Anordnung aller Spannglieder übereinander in nur einer Ebene ist dieser Anteil sehr gering, da die Spannglieder nur mehr mit minimaler Umlenkung, also nahezu zentrisch durch den Querschnitt verlaufen. Die Ergebnisübersicht in Tab. 3 zeigt im direkten Vergleich mit Tab. 4, dass der Mehrbedarf an Vorspannung sowie der Zuwachs an Kosten und CO2-Äquivalent bei Beschränkung des Hebelarms, d. h. bei einem Verzicht auf das Durchqueren der Gurtbewehrung bei mittlerer bis kleiner Schlankheit, nur gering sind. Lediglich für den Querschnitt mit der größten Schlankheit ist die Variante mit einem Spannglied je Lage, d. h. minimaler Stegbreite, nicht möglich.

3.4

Zusammenfassung der Ergebnisse für die Brückenlängsrichtung

Die aufgezeigten Ergebnisse lassen sich in die Darstellung nach Bild 7 übertragen. Für den schlanken Überbau mit h = 3,00 m steigt die – aus dem Dekompressionsnachweis ermittelte – erforderliche Anzahl der Längsspannglieder erwartungsgemäß stärker an, wenn die Spannglieder nicht in die Gurte geführt werden, d. h. der Hebelarm nicht maximiert wird. Für geringere Schlankheiten sind die Auswirkungen weniger ausgeprägt; sofern die Gurt dicken entsprechend optimiert werden, ist eine Führung Bautechnik 99 (2022), Heft 4 245

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A. Krill, G. Zehetmaier: Spannbetonkastenquerschnitte mit Stegspanngliedern und verbundloser Quervorspannung Untersuchungsergebnis: Längsspannglieder durchqueren die Gurt-Querbewehrung Analysis result: longitudinal tendons cross the flange transverse reinforcement

Bild 7

Ergebnisse: a) erforderliche Spanngliedanzahl ohne (o.) und mit (m.) Durchqueren der Gurtanschlussbewehrung [–], b) erforderliche Querschnitts flächen [m2], c) Kosten Spannstahl und Beton ohne (o.) und mit (m.) Durchqueren der Gurtanschlussbewehrung [T€/m], d) CO2-Äquivalent für Beton und Spannstahl (längs) ohne (o.) und mit (m.) Durchqueren der Gurtanschlussbewehrung [t/m] Results: a) required number of tendons without (o.) and with (m.) crossing of flange reinforcement [–], b) required section areas [m2], c) costs of PT and concrete without (o.) and with (m.) crossing of flange reinforcement [T€/m], d) CO2-equivalent of PT (longitudinal) and concrete without (o.) and with (m.) crossing of flange reinforcement [t/m]

Quelle: WTM

Tab. 4

der Stegspannglieder außerhalb der unmittelbaren Gurtbereiche nur mit geringem Spannstahlmehrbedarf verbunden. Die bei Bestandsbrücken häufig anzutreffende Anordnung mit zwei Spanngliedern nebeneinander im Steg zeigt sich auch vor dem Hintergrund der BEM-Ing als effizient, obwohl die erforderliche Stegdicke im Sinne einer 246

Verbesserung der Verdichtbarkeit des Betons von früher 58–60 cm auf nun 65 cm anwächst. Die leichtesten Querschnitte ergeben sich allerdings, wenn nur ein Spannglied pro Lage bei einer Stegdicke von 54 cm im schlanken Querschnitt mit 3,0 m Bauhöhe angeordnet wird. Bemerkenswert ist dabei, dass die Umlenkkraft aus Vorspannung nur 1/3 des Querschnittsei-

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Quelle: WTM

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Bild 8

Spannbetonquerschnitt mit Spanngliedanordnung bei der Schlankheit L/20 und zwei Spanngliedern pro Steg Prestressed concrete cross-section with tendon arrangement at slenderness L/20 and two tendons per web

gengewichts ausmacht. Der Normalspannungsanteil der Vorspannung liegt hier bei ca. –9 MN/m2, also in der Größenordnung einer Taktschiebebrücke. Wird als Entwurfsziel eine Schlankheit von L/20 oder geringer verfolgt, ist die Variante mit zwei nebeneinanderliegenden Spanngliedern je Steg empfehlenswert (Bild 8). Es werden 109 % des Kasteneigengewichts durch Umlenkkräfte aufgenommen, sofern die Spannglieder in die Gurte hineingeführt werden, bzw. 79 %, wenn die Spannglieder zwischen den Gurten verlaufen. Den Querschnitt mit möglicher Spanngliedanordnung beim Hi neinführen in die Gurte zeigt Bild 8. Die angegebene mittlere Dicke von dm = 68 cm bezieht sich auf den Feldquerschnitt; auf den gesamten Überbau bezogen könnte eine mittlere Dicke von dm = 75 cm erreicht werden. Wesentlicher Vorteil des dargestellten Querschnitts ge genüber heute üblichen Querschnitten wird der deutlich geringere Gehalt an Betonstahlbewehrung sein, dessen Ermittlung allerdings nicht Gegenstand der vorliegenden Untersuchung ist.

Zusammenfassung und Ausblick

Mit der Einführung der BEM-Ing [5] wird im deutschen Straßenbrückenbau nach 22 Jahren wieder die Spanngliedführung in Stegen von Kastenquerschnitten zugelassen. Gleichzeitig wird der Einbau von verbundlosen Spanngliedern in der Fahrbahnplatte gefördert, da sich im Zuge der Nachrechnungen von Bestandsbrücken die günstigen Auswirkungen einer Quervorspannung gezeigt haben. Vor diesem Hintergrund ist zu erwarten, dass zukünftige Entwürfe von Spannbetonkastenbrücken im Vergleich zur derzeitigen Praxis breitere Stege und dün-

nere Gurtplatten im Rahmen der durch die BEM-Ing aufgezeigten Grenzen aufweisen werden. Zur Einordnung der sich ergebenden Querschnittsdimensionen sind in der vorliegenden Parameterstudie für eine Brücke mit 60 m Stützweite und 14,50 m Fahrbahnbreite bei Schlankheiten von L/20, L/17 und L/15 verschiedene Spanngliedanordnungen untersucht worden. Gleichzeitig wurde die neue Querkraftbemessung für Fahrbahnplatten ohne Querkraftbewehrung nach [5] angewandt. Im Rahmen der untersuchten Parameter hat sich gezeigt, dass zum einen die Querkraftbemessung für die Bestimmung der Plattendicke hier nicht maßgebend wird und dass zum anderen die Querkrafttragfähigkeit durch die Anwendung der Quervorspannung stark anwächst. Zusätzlich zu den hier untersuchten Auswirkungen, die sich nur auf Beton und Spannstahl beziehen, muss bei der Bewertung der Quervorspannung der Fahrbahnplatten in Kombination mit Längsspanngliedern im Steg die erhebliche Reduktion der Betonstahlbewehrung berücksichtigt werden. In Querrichtung wird gleichzeitig deutlich weniger Gurtanschlussbewehrung und Fahrbahnplattenbiegebewehrung erforderlich. Zudem entfallen viele Verankerungsstellen von Längsspanngliedern, weil diese nun kontinuierlich durchlaufen können. Um die Mindestbewehrung der Kastenquerschnitte gering zu halten, scheinen schlanke Querschnitte mit höherem Normalspannungsanteil aus Vorspannung zielführend zu sein. Die Betonfestigkeit sollte dabei nicht unnötig groß gewählt werden. Bei schlanken Querschnitten lohnt es sich zudem, die konstruktive Durchbildung der Betonstahlbewehrung in den Kreuzungsbereichen mit den Stegspanngliedern bereits im Entwurf zu planen, um den Hebelarm der Stegspannglieder optimal auszunutzen. Bautechnik 99 (2022), Heft 4 247

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A. Krill, G. Zehetmaier: Spannbetonkastenquerschnitte mit Stegspanngliedern und verbundloser Quervorspannung

In weiteren Untersuchungen könnten die erforderlichen Bewehrungsgehalte der dargestellten Querschnitte ermittelt werden. Mit diesen Kennzahlen werden die Wirtschaftlichkeit und das geringere Globale Erwärmungspotenzial GWP der neuen Querschnitte im Vergleich zu den

heute üblichen Querschnitten belegbar sein. Für die einfache Festlegung der benötigten Fahrbahnplattendicken sollten für die allgemeine Anwendung Entwurfshilfen analog dem Dokument [7] erstellt werden.

Literatur [1] Bundesministerium für Verkehr, Bund-Länder-Fachausschuß Brücken- und Ingenieurbau (1982) Dokumentation von Schäden an Brücken und anderen Ingenieurbauwerken. Dortmund: Verkehrsblatt Verlag. [2] Bundesministerium für Verkehr, Bund-Länder-Fachausschuß Brücken- und Ingenieurbau (1994) Dokumentation von Schäden an Brücken und anderen Ingenieurbauwerken. Dortmund: Verkehrsblatt Verlag. [3] ARS 17/1999 (1999) Allgemeines Rundschreiben Straßenbau Nr. 17/1999; Sachgebiet 05.4: Brücken- und Ingenieurbau; Bauarten; Spannbetonbrücken; Richtlinie für Betonbrücken mit externen Spanngliedern. Ausgabe 8. Juli 1999. [4] Krill, A.; Andlauer, L.; Frenzl, R. (2015) Vergleich zweier großer Talbrücken unterschiedlicher Bauweise nach 35 Jahren. Vortrag Deutscher Bautechnik-Tag. Düsseldorf, 23. Apr. 2015. [5] Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (voraussichtlich 2022) Regelungen und Richtlinien für die Bemessung von Ingenieurbauten – BEM-Ing – Teil 1 Berechnung und Bemessung von Brückenneubauten – Abschnitt 2 Betonbrücken. Dortmund: Verkehrsblatt Verlag. [6] DIN EN 1992-2/NA (2013) Nationaler Anhang – National festgelegte Parameter – Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken – Teil 2: Betonbrücken – Bemessungs- und Konstruktionsregeln. Berlin: Beuth. Ausgabe Apr. 2013. [7] Bundesministerium für Verkehr (1994) Kragarme von Fahrbahnplatten – Entscheidungshilfe für die Dimensionierung

Autoren Dr.-Ing. Alfred Krill (Korrespondenzautor) a.krill@wtm-hh.de WTM Engineers GmbH Johannisbollwerk 6–8 20459 Hamburg

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

von Kragarmen für Beton- und Stahlverbundbrücken (schlaffe Bewehrung oder Quervorspannung). ARS 31/1994; Dokument-Nr. B 5255. Dortmund: Verkehrsblatt Verlag. Haveresch, K. (2021) Innovationen bei Betonbrücken. Bautechnik 98, H. 2, S. 105–114. https://doi.org/10.1002/ bate.202000104 Schmidt, J.; Gausmann, A. (2021) Pilotprojekt zu „Innovationen bei Betonbrücken“, Entwurf der Talbrücken Germinghausen und Ottfingen mit Stegvorspannung. 6. VDI-Fachkonferenz Zukunftsprogramm Brückenmodernisierung. Bonn, 23./24. Nov. 2021. Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (2016) Richtlinien für den Entwurf, die konstruktive Ausbildung und Ausstattung von Ingenieurbauten – RE-Ing. Ausgabe Dez. 2016. Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (2020) Richtzeichnungen für Ingenieurbauten RiZ-Ing. Dortmund: Verkehrsblatt Verlag. Ausgabe Dez. 2020. Adam, V. et al. (2020) Querkrafttragfähigkeit von Stahlbetonfahrbahnplatten ohne Querkraftbewehrung von Brücken im Bestand unter vorwiegend konzentrierten Radlasten. Bauingenieur 95, H. 11, S. 419–429. Bundesministerium des Innern für Bau und Heimat [Hrsg.] Ökobaudat – Informationsportal nachhaltiges Bauen [online]. Berlin: BMI. https://www.oekobaudat.de

Zitieren Sie diesen Beitrag Krill, A.; Zehetmaier, G. (2022) Spannbetonkastenquerschnitte mit Stegspanngliedern und verbundloser Quervorspannung. Bautechnik 99, H. 4, S. 238–248. https://doi.org/10.1002/bate.202100124 Dieser Aufsatz wurde in einem Peer-Review-Verfahren begutachtet. Eingereicht: 23. Dezember 2021; angenommen: 21. März 2022.

Dr.-Ing. Gerhard Zehetmaier g.zehetmaier@wtm-hh.de WTM Engineers GmbH Johannisbollwerk 6–8 20459 Hamburg

248

Bautechnik 99 (2022), Heft 4

00_BATE_0422.indb 248

01.04.22 10:58

1185.ind

Partnerschaft mit akademischen Institutionen Ernst & Sohn hat mit seiner Muttergesellschaft John Wiley & Sons, Inc. 2019 einen Vertrag mit dem Projekt DEAL unterzeichnet. Das Projekt DEAL repräsentiert als Konsortium etwa 700 akademische Einrichtungen in Deutschland. Um die allgemeine Förderung der wissenschaftlichen Forschung zu unterstützen, starten Wiley und Projekt DEAL im Rahmen der Partnerschaft gemeinsam drei wichtige neue Initiativen.

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Berechtigte Autoren an teilnehmenden deutschen Institutionen können Open Access veröffentlichen und profitieren zugleich vom Lesezugriff auf die Zeitschriften von Wiley und Ernst & Sohn.

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Autoren von Projekt-DEAL-Institutionen können Forschungs- und Übersichtsartikel OA in Wiley-Zeitschriften veröffentlichen. Das Urheberrecht an ihren Werken bleibt erhalten, ohne dass Kosten für Autoren entstehen.

Steel Construction

Volume 12 May 2019 ISSN 1867-0520

Design and Research

– Eurocode 4 Development – Local buckling strength of HSS stub cruciform column – Reusing steel parts from single-storey buildings – MOCAPE – Experimental behaviour of bolted connections with stiffeners – Box girder selection for cable-supported railroad bridges – Tension-shear interaction of HS bolts in fire – Dynamic behaviour of unbraced steel frames resting on soft ground – European buckling curves for aluminium members – Review of Wöhler’s fatigue strength research

VOLUME 2 / OCTOBER 2020

Ernst & Sohn ist mit den Zeitschriften Civil Engineering Design und Steel Construction Bestandteil dieser Partnerschaft und bietet ab 2019 Veröffentlichungen im Open Access Modell an.

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Chefredakteur: Prof. Dr. Konrad Bergmeister Editorial Board: Prof. Dr. Peter Mark, Prof. Dr. Manfred Curbach, Prof. Dr. Oliver Fischer, Prof. Dr. Jan Akkermann, Dipl.-Ing. Torsten Schoch

Call for Papers Civil Engineering Design

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09.12.2020 13:24:34 01.04.22 10:58

Georgia Efthymiou, Christos Vrettos

AUFSATZ

Numerische Untersuchungen zur Abschirmwirkung von Einzelpfählen und Pfahlgruppen im Wellenfeld einer stationären oder bewegten harmonischen Last In dem Beitrag werden Ergebnisse aus Finite-ElementeBerechnungen zur kinematischen Interaktion von Einzelpfählen und Pfahlgruppen vorgestellt. Der Fokus liegt in der Ermittlung der erzielbaren Schwingungsreduktion bei einer Beanspruchung durch eine stationäre oder bewegte harmonische ver tikale Punktlast. Eine bewegte konstante Last wird ebenfalls betrachtet. Der Boden in Form eines Halbraums oder einer Bodenschicht wird als lineares visko-elastisches Kontinuum abgebildet. Das FEM-Modell wird hinsichtlich Abmessungen und Diskretisierung optimiert. Die erzielbare Genauigkeit wird anhand von Vergleichen mit genauen Lösungen für das Nahund Fernfeld beurteilt. Untersucht wird ein Frequenzbereich zwischen 20 und 40 Hz. Die Ergebnisse zur vertikalen Antwort zeigen, dass die Pfahlkopfschwingungen generell kleiner als die zugehörigen Freifeldwerte sind und dass diese Minderung bei höheren Frequenzen stärker ist. Die Verbindung der Pfähle über eine starre masselose Kopfplatte führt zu einer weiteren Reduktion des Schwingungseintrags in die Pfahlgruppe. Bei einer bewegten Last ist die Abschirmwirkung mit Ausbildung von Schattenzonen stärker, wenn die Last in minimalem Abstand vorbeifährt.

Numerical investigations on the shielding efficiency of single piles and pile groups in the wave field of a stationary or moving harmonic load This article presents results from finite-element analyses on the kinematic interaction of single piles and pile groups. The focus lies on the assessment of the resulting transfer functions due to an excitation with a stationary or moving harmonic vertical point load. A moving constant load is also considered. The soil is modelled as a linear viscoelastic continuum, and further distinguished between a half-space and a stratum on rigid base. The finite-element model has been optimised with respect to its size and the fineness of the discretization. The achieved accuracy is assessed on the basis of comparisons with exact solutions for the near- and the far-field. A frequency range between 20 and 40 Hz is examined. The results on the vertical response show that the vibrations of the pile head are considerably smaller than those of the free-field and that this reduction is more pronounced at higher frequencies. The connection of the piles through a rigid massless cap leads to an additional reduction of the vibration level in the pile group. In the case of a moving load, the shielding efficiency, as indicated by the emanating shadow zones, becomes stronger as the load passes by at minimum distance.

Stichworte Pfähle; Finite-Elemente-Methode (FEM); kinematische Interaktion; bewegte Lasten; Schwingungsreduktion

Keywords piles; finite-element method (FEM); kinematic interaction; moving loads; vibration reduction

Während für die Steifigkeitsfunktionen in der Fachliteratur eine Fülle von Diagrammen zu verschiedenen figurationen sowie Näherungsverfahren zu finden Kon ist [2–5], wurde die kinematische Interaktion vornehmlich für seismische Anregungen durch vertikal propagierende Scherwellen betrachtet [6, 7]. Die Lösung derartiger Aufgabenstellungen erfolgt fast ausschließlich mithilfe von speziellen leistungsstarken Rechenprogrammen, die nicht allgemein zugänglich sind. Die Modellierung des unendlich ausgedehnten, geschichteten Bodens als Ausbreitungsmedium erfolgt darin mittels der Methode der Übertragungs-/Steifigkeitsmatrizen, der Methode der dünnen Schichten oder der Randelementmethode [2–4]. Numerische Kontinuumsmethoden auf Grundlage der Finite-Elemente-Methode (FEM), wie diese z. B. in PLAXIS oder ABAQUS implementiert sind, werden in der Praxis eher selten angewandt wegen der aufwendigen Modellierung und der langen Rechenzeit. Letztere ist durch die zur Erfassung der kleinen Wellenlängen (hohe Frequenzen) erforderliche feine Diskretisierung in Kombination mit den großen Systemabmessungen bedingt.

Einleitung

Bei wenig tragfähigem Baugrund werden Pfahlgründungen eingesetzt. In der Praxis des Erschütterungsschutzes interessiert die Frage, in welcher Form eine Pfahlgründung das induzierte Wellenfeld modifiziert. Wegen der großen Anzahl der Einflussparameter wie Pfahlabmessungen, Pfahlgruppengeometrie, Entfernung von der Erschütterungsquelle sowie Erregerfrequenz ist die Lösung des dynamischen Wechselwirkungsproblems viel komplizierter als bei Fundamenten. Die Frequenzcharakteristik der Anregung sowie die Baugrundeigenschaften sind von grundlegender Bedeutung. Bei der direkten Kraft anregung der Gründung (z. B. Maschinenfundament) wird das dynamische Verhalten mittels frequenzabhängiger Steifigkeitsfunktionen erfasst [1, 2]. Bei einer indirekten Anregung durch ein Wellenfeld (Verkehrserschütte rungen) muss zusätzlich die kinematische Interaktion zwischen der Pfahlgründung und dem ankommenden Wellenfeld im Boden berücksichtigt werden. Der vorliegende Beitrag beschäftigt sich mit der letztgenannten Problematik.

AUFSATZ ARTICLE

DOI: 10.1002/bate.202100058

00_BATE_0422.indb 249

01.04.22 10:58

G. Efthymiou, C. Vrettos: Numerische Untersuchungen zur Abschirmwirkung von Einzelpfählen und Pfahlgruppen im Wellenfeld einer stationären oder bewegten harmonischen Last

Bei praktischen Aufgabenstellungen des Erschütterungsschutzes wird eine Zwei-Schritte-Methode angewandt: Zuerst werden die am Standort zu erwartenden Freifeldschwingungen entweder direkt messtechnisch erfasst (an der Geländeoberfläche und/oder in einem Bohrloch) oder durch geeignete analytische/numerische Verfahren anhand der Quellencharakteristik prognostiziert [8]. Anschließend wird dieser Zeitverlauf als ortsfeste Anregung einem FEM-Modell des Gebäudes eingeprägt, wobei die Gründung durch geeignete Federn und Dämpfer abstrahiert wird. Alternativ wird das Gebäude in einem Bodenkontinuum eingebettet. Je nach Verfügbarkeit werden hierfür 2D- (ebene) oder 3D- (räumliche) Modelle verwendet [9–11]. Zur Abschirmwirkung von Einzelpfählen oder Pfahlgruppen wird in der Fachliteratur nur selten berichtet. Die bisher gewonnenen Erkenntnisse aus Messungen [12] erlauben noch keine zuverlässige Quantifizierung. Bezüglich der numerischen Simulation seien die Arbeiten von Kaynia & Novak [13] sowie von Makris [14] zu erwähnen. Sie betreffen die frequenzabhängige Antwort eines Einzelpfahls auf das Wellenfeld einer Rayleighwelle. In [13] wird ein versatiles numerisches Kontinuumsmodell für geschichteten Boden verwendet. In [14] wird in Anlehnung an die Bettungsmodultheorie die Boden-PfahlInteraktion näherungsweise mittels geeigneter WinklerFedern und Dämpfer erfasst und zudem auch eine ex plizite Lösung der Übertragungsfunktion Freifeld-Pfahl hergeleitet. Die Abschirmwirkung einer Pfahlreihe von dicht nebeneinanderstehenden Pfählen wurde ebenfalls numerisch untersucht [10, 15–17]. Ein weiterer Gesichtspunkt ist die Art der Anregung. Lasten aus dem schienengebundenen Verkehr sind ortsvariabel. Die bisherigen Studien betreffen jedoch hauptsächlich ortsfeste Lasten variabler Frequenz. Die Fahrgeschwindigkeit der bewegten Last stellt einen weiteren Einflussparameter dar [18]. In Kombination mit der Frequenz und der Entfernung der Pfahlgruppe von der wandernden Quelle führt dies zu Veränderungen des induzierten Wellenfelds.

Einzelpfahl in einem Rayleighwellenfeld – Berechnung nach dem Bettungsmodulverfahren

Die Antwort eines Pfahls auf eine Rayleighwelle fand bisher wenig Beachtung. Ausnahme ist das praxisnahe Modell von Makris [14], dessen Grundmerkmale nachfolgend zusammengestellt sind. Betrachtet wird ein Mantelreibungspfahl mit der Länge l, dem Durchmesser d, der Dichte ρp und dem Elastizitätsmodul Ep unter harmonischer Schwingung infolge des Verschiebungsfelds einer einfallenden Rayleighwelle der Frequenz f bzw. der Kreisfrequenz w = 2 ⋅ p ⋅ f. Es wird nur die vertikale Schwingung betrachtet, da diese den wesentlichen Einflussfaktor auf den Erschütterungseintrag ausmacht. Der Boden wird als homogener Halbraum durch die Dichte ρ, die Geschwindigkeit der Scherwelle (S-Welle) cS oder den Schubmodul G und die Poissonzahl ν beschrieben. Der Elastizitätsmodul E beträgt E = 2 ⋅ G ⋅ (1 + ν). Die Verteilung mit der Tiefe z der vertikalen Verschiebungskomponente der Rayleighwelle, die hier gleich der Freifeldbewegung gesetzt und deswegen mit wff bezeichnet wird, lautet [14, 19] (Gln. (1)–(4)):

()

(

)

(

)

wff z = w1 ⋅ exp −α1 ⋅ z + w2 ⋅ exp −α 2 ⋅ z (1)

α1 =

ω 1 − ψ P2 cR

w1 = − 1 − ψ P2

ψS =

cR cS

, ψP =

α2 = w2 =

ω 1 − ψ S2 (2) cR 2 − ψ S2

2 1 − ψ S2

(3)

cR 1 − 2 ⋅ν (4) =ψS cP 2 1−ν

(

)

wobei cP und cR die Geschwindigkeiten der Kompres sionswelle (P-Welle) und der Rayleighwelle im Boden sind. cR lässt sich aus cS und ν bestimmen [19]. Die Wechselwirkung zwischen Pfahl und Boden wird durch eine Reihe von Winkler-Federn analog zum Bettungsmodulverfahren modelliert (Bild 1). Die Federkon

Im Rahmen einer Grundsatzuntersuchung wurden obige Einflussparameter mithilfe verfügbarer FEM-Software untersucht und Erkenntnisse hinsichtlich der numerischen Modellierung und der möglichen Abschirmwirkung hervorgehoben. Der Fokus der vorgestellten Untersuchungen liegt auf der Verwendung der FEM statt der Randelemente methode (BEM) oder spezialisierter Verfahren, die einerseits gegenüber der FEM große Vorteile für die Abbildung von Wellenausbreitungsphänomenen bieten, andererseits aber nicht allgemein verfügbar sind. Durch die große Leistungsfähigkeit moderner Computer schwinden diese Vorteile zunehmend, sodass auch weitverbreitete FEM-Software für derartige Problemstellungen unter bestimmten Randbedingungen verwendet werden kann. 250

Bild 1

Einzelpfahl im Rayleighwellenfeld Single pile in a Rayleigh wavefield

Bautechnik 99 (2022), Heft 4

00_BATE_0422.indb 250

01.04.22 10:58

εz =

δ2 =

kz + i ⋅ ω ⋅ cz (10) Ep ⋅ Ap kz + i ⋅ ω ⋅ cz − mp ⋅ ω 2 Ep ⋅ Ap

(11)

AUFSATZ ARTICLE

G. Efthymiou, C. Vrettos: Numerical investigations on the shielding efficiency of single piles and pile groups in the wave field of a stationary or moving harmonic load

wobei i die imaginäre Einheit, mp die Masse und Ap die Querschnittsfläche des Pfahls (Ap = π ⋅ d2/4) sind.

Bild 2

Kinematischer Übertragungsfaktor in Abhängigkeit von der dimen sionslosen Frequenz nach Gl. (8) Kinematic transfer factor dependent on dimensionless frequency acc. to Eq. (8)

stante kz und die Dämpfungskonstante cz werden frequenzabhängig angesetzt. Von den verschiedenen Formeln in der Fachliteratur werden in [14] in Anlehnung an [20] folgende Ausdrücke verwendet:

(

)

kz = 0, 6 ⋅ E ⋅ 1 + 0, 5 ⋅ a0 (5) cz = cz, Abstrahlung + cz, hysteretisch = 1, 2 ⋅ π ⋅ a0−1/4 ⋅ ρ ⋅ cS ⋅ d + ξ

(6)

kz π ⋅f

wobei a0 die dimensionslose Frequenz (Gl. (7)) a0 =

ω ⋅d (7) cS

und ξ die Materialdämpfung des Bodens sind. Bei der Herleitung der Gln. (5), (6) wurde vereinfachend der Einfluss der Schlankheit l/d sowie der Steifigkeit des Pfahls vernachlässigt und v = 0,4 vorausgesetzt. Aus der Differenzialgleichung für die vertikale Pfahlverschiebung wp(z) und unter Ansatz der Randbedingungen einer Spannungsfreiheit am Pfahlkopf und am Pfahlfuß (kein Spitzendruck) ergibt sich aus [14] nach einigen Umrechnungen die Verschiebung des Pfahlkopfs in expliziter Form (Gl. (8)):

(

) ( (

( ) ) )

 h + h cosh δ ⋅ l −  2  1   h1 ⋅ exp −α1 ⋅ l +   (8) wp 0 = δ ⋅ sinh δ ⋅ l     h2 ⋅ exp −α 2 ⋅ l   h h  −ε z  1 + 2   α1 α 2 

εz

()

( )

mit (Gln. (9)–(11)) h1 =

w1 ⋅ α1

α12

−δ

h2 =

w2 ⋅ α 2

α 22 − δ 2

(9)

Repräsentative Ergebnisse sind in Bild 2 dargestellt. Man erkennt die starke Frequenzabhängigkeit des Übertragungsfaktors Freifeld–Pfahlkopf. Dieser variiert mit der Schlankheit l/d sowie mit dem Verhältnis der Moduln Ep/E. Dies ist ein wesentliches Ergebnis mit Relevanz für den Erschütterungsschutz.

Anregung durch das Wellenfeld einer harmonischen Einzellast – Berechnung mit der FEM

3.1

Modellierung des Nah- und Fernfelds

3.1.1 3D-Modellierung des Nahfelds Untersucht wird die dynamische Antwort des Freifelds, eines Einzelpfahls sowie einer 3 × 3 Pfahlgruppe unter harmonischer Wellenbelastung. Wie oben, wird auch hier nur die vertikale Komponente betrachtet. Das Programm Plaxis 3D [21] wird für die Berechnungen verwendet. Der Algorithmus ist im Zeitbereich implementiert. Bei Ausnutzung der Symmetrie muss lediglich die Hälfte des Systems diskretisiert werden. Das verwendete 3DModell ist in Bild 3 dargestellt. Die untere Modellgrenze liegt in einer Tiefe von 20 m. Zur Simulation eines Halbraums werden an den Systemrändern die programminternen viskosen Randbedingungen auf Grundlage des Algorithmus nach Lysmer/Kuhlemeyer aktiviert [21]. Für den Fall einer Bodenschicht auf starrer Unterlage wird der untere Rand als unverschieblich angesetzt. Der Boden wird als linear-elastisch angenommen mit Schubmodul G = 30,5 MPa, Dichte ρ = 1,89 Mg/m3, v = 0,4, sodass cS = 127 m/s und cR = 120 m/s. Die frequenzabhängige Dämpfung vom Rayleigh-Typ wird so gewählt, dass sich in guter Näherung eine Materialdämpfung ξ = 1 % zwischen 15 Hz und 45 Hz ergibt. Die Wahl v = 0,4 erfolgt, um einen direkten Vergleich mit der Lösung [14] zu ermöglichen. Für den Pfahl, der aus Volumenelementen besteht, wird für alle Untersuchungen angesetzt: l/d = 15 mit Länge l = 10 m und Durchmesser d = 0,67 m, linear-elastisches Material mit Ep = 30 GPa, Poissonzahl vp = 0,2 und Wichte γp = 25 kN/m3. Für diese Grundkonfiguration gilt somit Ep/E = 350 und ρp/ρ = 1,35. Der Pfahl ist fest mit dem umliegenden Bodenkontinuum verbunden. Die Entfernung x0 der Pfahlachse von der harmonischen Punktlast ist variabel mit x0 = 4, 8, 12, 16 m. Angaben zu der Geometrie der Pfahlgruppe finden sich in Abschn. 3.4. Bautechnik 99 (2022), Heft 4 251

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G. Efthymiou, C. Vrettos: Numerische Untersuchungen zur Abschirmwirkung von Einzelpfählen und Pfahlgruppen im Wellenfeld einer stationären oder bewegten harmonischen Last

Bild 3

3D-FEM-Modell des Nahfelds bei harmonischer Belastung 3D FEM model of the near field for harmonic loading

Die Frequenz der harmonischen vertikalen Einzellast Q an der Bodenoberfläche beträgt in der Grundkonfigura tion f = 30 Hz. Zusätzlich werden Frequenzen zwischen 20 Hz und 40 Hz betrachtet. Es wurde die maximal mögliche Feinheit des Netzes in Abhängigkeit von der Modellgröße gewählt. Die Elementlänge beträgt im Mittel ca. 0,35 m und entspricht somit bei 30 Hz ca. elf Elementen pro Rayleighwellenlänge λR.

3.2

Verifizierung der Freifeldantwort

In Bild 4 sind die mit dem axialsymmetrischen Modell 20 m × 50 m ermittelten Tiefenprofile der vertikalen Verschiebung für verschiedene Entfernungen r (Nahfeld, Fernfeld) dargestellt. Jedes Profil ist eine numerische

Da die Berechnung im Zeitbereich erfolgt, muss eine Mindestzyklenzahl zur Einstellung des stationären Zustands definiert werden. Bei 30 Hz wird dieser Zustand nach ca. 15 Belastungszyklen erreicht. Erst nach diesem Zeitpunkt wird die Amplitude der Antwort (Verschiebung) bestimmt. Diese wird gleich der halben Doppelamplitude des Zeitverlaufs im stationären Zustand gesetzt. Die Streuung ist dabei gering. Das Tiefenprofil der Verschiebungen wird aus den Zeitverläufen in den entsprechenden Tiefen an einem Zeitpunkt im stationären Zustand bestimmt, an dem die Verschiebung an der Oberfläche ihren Maximalwert erreicht. Ziel ist es, die Zeitbereichsberechnungen mit Kontinuumslösungen im Frequenzbereich zu verifizieren. Dabei wird auch die Phase berücksichtigt.

3.1.2 2D-Modellierung des Fernfelds Für die Verifizierung der Freifeldlösung im Fernfeld wurden zwei axialsymmetrische (2D-) Modelle mit einer Tiefe von 20 m und einem Radius von 50 m bzw. 32 m aufgestellt. Sie werden mit AX bezeichnet. Hierzu wurde Plaxis 2D [22] verwendet. Damit ist eine wesentlich fei nere Diskretisierung realisierbar (Unterschied 2D zu 3D). Die Netzfeinheit bei 30 Hz entspricht 20 Elementen pro λR. 252

Bild 4

Tiefenprofile der vertikalen Verschiebungen bei verschiedenen Entfernungen von einer harmonischen Last; axialsymmetrisches FEM-Modell Depth-profiles of the vertical displacements at different distances from a harmonic load; axisymmetric FEM model

Bautechnik 99 (2022), Heft 4

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Moment aufnahme zu einem Zeitpunkt im stationären Zustand (z. B. zwischen 15 und 20 Belastungszyklen bei 30 Hz), an dem die vertikale Oberflächenverschiebung ein Maximum aufweist. Anhand der Tiefenprofile kann das Fernfeld identifiziert werden, d. h. die Entfernung, ab der der Einfluss der Lastausbreitung sowie des P- und S-Wellenfelds abgeklungen ist, sodass das Wellenfeld von der Rayleighwelle allein dominiert wird. Bild 4 zeigt, dass diese Entfernung zwischen 7,5 und 10 ⋅ λR beträgt. Man beachte, dass an der Oberfläche das Fernfeld für praktische Anwendungen bereits bei (2–3) ⋅ λR angenommen werden kann [23–25]; da aber hier die Pfahlantwort untersucht wird, muss auch die Phase berücksichtigt werden, sodass es sinnvoll ist, das gesamte Tiefenprofil für den Vergleich heranzuziehen. Die Kontinuumslösung für die Verschiebung an der Halbraumoberfläche ist in dimensionsloser Form in Abhängigkeit von (Gl. (12))

ω=

ω ⋅r (12) cS

darstellbar [23–25]. Somit kann die analytische Lösung als Verifizierung von mehreren Kombinationen von Frequenz und Entfernung verwendet werden. Die erzielbare Genauigkeit numerischer Berechnungen kann dann in Abhängigkeit von w beurteilt werden. Als Referenz wird die bei Vrettos [23] hergeleitete analytische Lösung herangezogen. Die in den FEM-Berechnungen angesetzte geringe Materialdämpfung von ξ = 1 % wird in der analytischen Lösung unter Anwendung der Mintrop-Approximation [1, 8] berücksichtigt, wobei die linear-elastische Antwort mit dem Faktor exp(–2 ⋅ π ⋅ ξ ⋅ r/λR) multipliziert wird. Für das Nahfeld könnte eine genauere Berechnung mittels des elastisch-viskoelastischen Korrespondenzprinzips erfolgen. Wegen der geringen Dämpfung ist dies allerdings nicht erforderlich.

Bild 5

Vertikale Verschiebungsamplitude an der Halbraumoberfläche in Abhängigkeit von der Entfernung bei f = 30 Hz: Vergleich der FEMErgebnisse mit der analytischen Lösung Vertical displacement amplitudes at the half-space surface in dependence on distance at f = 30 Hz: comparison of FEM results with the analytical solution

Die Gegenüberstellung von FEM und analytischer Lösung für die vertikale Verschiebung w an der Halbraumober fläche in Bild 5 zeigt eine gute Übereinstimmung bis zu r = 25 m (ω ⋅ r/cS ≈ 37). Das größere, 50 m breite Modell ergibt eine geringe Verbesserung der Genauigkeit. Die Abweichung verstärkt sich erwartungsgemäß mit zunehmendem Abstand von der Quelle und steigender Frequenz. Die Grenzen der FEM zur Reproduktion der genauen Lösung werden verdeutlicht.

3.3

AUFSATZ ARTICLE

G. Efthymiou, C. Vrettos: Numerical investigations on the shielding efficiency of single piles and pile groups in the wave field of a stationary or moving harmonic load

Ergebnisse für den Einzelpfahl

In den Untersuchungen werden die oben beschriebenen 3D-FEM-Modelle um einen Pfahl erweitert (l = 10 m, d = 0,67 m). Die kinematische Wechselwirkung wird anhand von frequenzabhängigen Übertragungsfunktionen am Pfahlkopf beurteilt. Diese beziehen die induzierte Verschiebung des Pfahlkopfs wp(0) auf die des Freifelds an gleicher Stelle ohne Pfahl wff(0), wie bereits in Bild 2 dargestellt. Die mittels der FEM berechneten Übertragungsfunktionen sind in Bild 6 für f = 20–40 Hz in zwei Entfernungen x0 = 12 m, 16 m grafisch wiedergegeben. Man beachte, dass bei allen Berechnungen dieselbe FEMDiskretisierung gewählt wurde; dies führt zu einer veränderlichen Anzahl von finiten Elementen pro Wellenlänge. Bei 30 Hz z. B. sind es elf finite Elemente pro Rayleigh wellenlänge λR. Insgesamt stimmen die FEM-Ergebnisse mit denen nach [14] trotz der Vereinfachung bei der

Bild 6

Vertikale Übertragungsfunktionen am Pfahlkopf für zwei Entfernungen des Pfahls von der Last; l/d = 15 Vertical transfer functions at the pile head for two distances of the pile to the load; l/d = 15

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G. Efthymiou, C. Vrettos: Numerische Untersuchungen zur Abschirmwirkung von Einzelpfählen und Pfahlgruppen im Wellenfeld einer stationären oder bewegten harmonischen Last Tab. 1

Freifeldantwort bei Entfernung x0 für verschiedene Frequenzen; die erste Zahl ist die FEM-Lösung, die zweite aus [23] bzw. [26] Free-field response at distance x0 for different frequencies; the first number is the FEM solution, the second from [23] or [26]

wff(0) G x0/Q Frequenz [Hz]

Halbraum Schicht H=2⋅l

x0 [m]

0,169/0,160

0,201/0,185

0,185/0,174

0,185/0,178

0,211/0,207

0,181/0,184

0,158/0,172

0,200/0,207

0,213/0,209

0,204/0,211

0,185/0,177

0,201/0,186

0,186/0,165

0,174/0,162

0,207/0,207

0,164/0,154

0,156/0,167

0,184/0,193

0,191/0,196

0,182/0,200

Feder- und Dämpfungskonstante recht gut überein. Die Übereinstimmung ist besser bei der größeren Entfernung, da das Modell nach [14] nur für das Fernfeld (Rayleigh welle) im Halbraum gilt. Darüber hinaus sind die typi-

schen Effekte der kinematischen Wechselwirkung zu erkennen: Mit steigender Frequenz widersteht der Pfahl stärker der Freifeldbewegung, wie die abnehmenden Übertragungsfunktionen verdeutlichen. Die zugehörigen Amplituden der Freifeldantwort sind in Tab. 1 zusammengestellt. Zur Verifikation werden die Ergebnisse mit der analytischen Lösung nach [23] für den Halbraum und mit der numerischen Lösung nach der Methode der dünnen Schichten [26] für eine Bodenschicht gegenübergestellt. Tiefenprofile der Pfahlantwort wp(z) bezogen auf die Freifeldantwort an der Oberfläche wff(0) in verschiedenen Entfernungen sind in Bild 7 für f = 30 Hz dargestellt. Es werden sowohl ein Halbraum als auch eine Bodenschicht der Dicke H = 20 m (H = 5 ⋅ λR = 2 ⋅ l) betrachtet. Wie oben erläutert, konvergieren bei ausreichend großer Entfernung die Kurven gegen die Näherungslösung nach [14].

Bild 7

Tiefenprofile der vertikalen Übertragungsfunktion eines Einzel pfahls im Halbraum bzw. in einer Bodenschicht für verschiedene Entfernungen von der harmonischen Last (f = 30 Hz); ν = 0,4 Depth-profiles of the vertical transfer function of a single pile in a half-space or a soil stratum for different distances from the har monic load (f = 30 Hz); ν = 0.4

Die Verzerrung der Freifeldbewegung im Halbraum durch den Pfahl ist zusätzlich in Bild 8 für x0 = 16 m (4 ⋅ λR) dargestellt. Zusätzlich ist dort das Tiefenprofil des Freifelds nach [26] angegeben. Die komplexen Wellenausbreitungsmuster um den Einzelpfahl entsprechen denen bei einer schmalen, tiefen Wand. Wie bei Haupt [27] erläutert, beruht dann die Abschirmwirkung hauptsächlich auf der durch den starren Pfahl hervorgerufenen Umleitung der Energie der an die Oberfläche gebundenen Rayleigh welle in die Tiefe des Halbraums. Zusätzlich wird in der Nähe der Oberfläche die Wellenausbreitung behindert und die Welle teilweise reflektiert.

3.4

Bild 8

254

Gegenüberstellung der Tiefenprofile der vertikalen Verschiebung des Freifelds und des Einzelpfahls in einer Entfernung von 16 m (4 ⋅ λR) von der harmonischen Last (f = 30 Hz); Halbraum mit ν = 0,4 Comparison of the vertical displacement depth-profiles of the freefield and a single pile at a distance of 16 m (4 ⋅ λR) from the harmonic load (f = 30 Hz); half-space with ν = 0.4

Ergebnisse für eine Pfahlgruppe

Als Nächstes wird die Abschirmwirkung einer 3 × 3 Pfahlgruppe im Halbraum, wie in Bild 9 dargestellt, untersucht. Alle Pfähle sind mit dem zuvor untersuchten Einzelpfahl identisch. Der Pfahlachsabstand beträgt s = 3 ⋅ d. Für die untersuchten Frequenzen 20–40 Hz bei cR = 120 m/s variiert somit das Verhältnis s/λR zwischen 1/3 und 2/3. Der Abstand der jeweiligen Pfahlreihe von der Last Q wird mit x0 bezeichnet (Bild 9). Die Pfähle sind entweder frei stehend oder biegestarr an einer starren, masselosen Pfahlkopfplatte angeschlossen.

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größere Amplitude als der allein stehende Einzelpfahl aufweisen. Dagegen ist für den Fall einer starren Kopfplatte die Amplitude im betrachteten Frequenzbereich immer kleiner als die des Einzelpfahls.

Bild 9

Pfahlgruppe im Wellenfeld einer harmonischen Punktlast Pile group in the wavefield of a harmonic point load

Für die hintere Pfahlreihe bei 16 m kann die Reduktion bezogen auf den allein stehenden Einzelpfahl in den höheren Frequenzen bis zu ca. 80 % betragen. Dort erfolgt die Schwingungsreduktion vornehmlich durch die Störung/ Diffraktion des Wellenfelds durch die zwei vorderen Pfahlreihen, sodass auch bei einer frei stehenden Gruppe eine Schwingungsminderung generell festgestellt wird, außer bei 40 Hz, wo ähnliche Amplitudenwerte auftreten. Die Abschirmwirkung hängt zudem von dem Verhältnis der Wellenlänge λR zu den charakteristischen Längen der Pfahlgruppengeometrie ab, wobei das frequenzabhängige Tiefenprofil der Rayleighwelle einen entscheidenden Einflussfaktor darstellt.

Anregung durch das Wellenfeld einer bewegten Einzellast – Berechnung mit der FEM

4.1

Einzellast auf dem Halbraum

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4.1.1 Analytische Lösung nach Barber Als Erstes wird hier die analytische Lösung von Barber [28] vorgestellt. Sie betrifft die vertikale Verschiebung an der Oberfläche eines linear-elastischen Halbraums in folge einer sich mit der Geschwindigkeit v0 bewegenden Punktlast Q. Für den sog. unterkritischen Bereich mit v0 < cR lautet die Lösung wie folgt (Gl. (13)):

( )

wv r , θ = −

Q ⋅ 2 ⋅π ⋅G ⋅ r

(

MS2 1 − MP2 2 − MS2

)

(13)

−

4 1 − MP2 1 − MS2 mit (Gl. (14)) MP = Bild 10 Vertikale Übertragungsfunktion eines Einzelpfahls verglichen mit der eines Pfahls in der Mitte der vorderen und der hinteren Reihe einer 3 × 3 Pfahlgruppe mit s/d = 3; Wellenbelastung infolge einer harmonischen Punktlast; ν = 0,4 Vertical transfer function of a single pile compared to that of a pile in the center of the front and back row of a 3 × 3 pile group with s/d = 3; wave loading due to a harmonic point force; ν = 0.4

Der Pfahl in der Mitte der vorderen Pfahlreihe im Abstand von 12 m von der Last und derjenige in der Mitte der hinteren Reihe bei 16 m werden für die Beurteilung herangezogen. Deren Antwort als vertikale Übertragungsfunktion wp(0)/wff(0) ist in Bild 10 dargestellt und der Antwort eines allein stehenden Einzelpfahls an gleicher Position gegenübergestellt. Der Gruppenpfahl in der vorderen Reihe der frei stehenden Gruppe bei 12 m kann je nach Frequenz auch eine

v0 ⋅ sin θ cP

MS =

v0 ⋅ sin θ (14) cS

wobei 0 < θ < π der Winkel zwischen der Fahrtachse und der Verbindungslinie zwischen Last und Beobachtungspunkt und r die radiale Entfernung zwischen Last und Beobachtungspunkt sind. Der minimale Abstand des Beobachtungspunkts von der Fahrtachse ist x0 = r ⋅ sin(θ), sodass θ = π/2 bei r = x0. Für den überkritischen Bereich mit v0 > cR verkompliziert sich die Lösung. Diese Situation entspricht jedoch dem seltenen Sonderfall einer sehr hohen Fahrgeschwindigkeit in weichem Boden [29]. Für sehr kleine Fahrgeschwindigkeiten (v0 → 0) konvergiert Gl. (13) zu der Boussinesq-Lösung für eine statische Punktlast (Gl. (15)):

()

wst r = −

(

Q ⋅ 1−ν

) (15)

2 ⋅π ⋅G ⋅ r

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4.1.2 FEM-Modell Das mit dem Programm Plaxis 3D [21] aufgestellte FEMModell basiert auf den Untersuchungen bei [30] und wurde entsprechend den Bedürfnissen der vorliegenden Studie erweitert bzw. modifiziert. Ähnliche Untersuchungen werden in [31] mit einem anderen Programm angestellt.

tungspunkt steht) sehr gut erfasst, und auch danach wird eine extrem gute Übereinstimmung mit der analytischen Lösung von Barber [28] verzeichnet. Unter Ausnutzung der Zeitsymmetrie kann die Lösung vor dem Setzungspeak durch eine Spiegelung der Lösung nach dem Peak ersetzt werden [32]. In Bild 11 ist zusätzlich die statische

Unter Ausnutzung der Symmetrie wird die Hälfte des Systems diskretisiert. Die Länge des Modells wird mit 104 m gewählt, wobei die von der Last zurückgelegte Strecke 100 m beträgt. Die Breite und Tiefe des Modells werden mit 50 m bzw. 100 m angesetzt. Die im Programm eingebauten viskosen Randbedingungen werden an den seitlichen Rändern und am unteren Rand aktiviert, um dadurch den unendlich ausgedehnten Halbraum zu simulieren. Die Last Q ist zunächst als konstant (zeitinvariant) angenommen. Hinsichtlich der Lastgeschwindigkeit v0 werden betrachtet: 50 m/s und 100 m/s, die mit 180 km/h bzw. 360 km/h typisch für Hochgeschwindigkeitszüge sind. Für den Boden werden angesetzt: G = 30,5 MPa, ρ = 1,89 Mg/m3 und ν = 0,3, sodass cS = 127 m/s und cR = 118 m/s. Der Beobachtungspunkt wird in Modell mitte in einem Abstand x0 = 6 m von der Achse gelegt. Zum Erzielen einer glatten Antwortfunktion wird eine geringfügige Rayleigh-Dämpfung eingebaut. Die Antwort des Bodens auf die vorbeifahrende Last erreicht am Beobachtungspunkt ein Maximum, wenn diese im Abstand x0 steht. Die Simulation einer aus großer Entfernung kommenden Last (in der analytischen Lösung aus unendlich großer Entfernung) erfordert ein extrem langes Modell, was numerisch nicht realisierbar ist. Die zu Beginn der Berechnung notwendige Lastaufbringung am Startpunkt der Fahrstrecke stellt einen transienten Vorgang dar, dessen Auswirkung auf das Signal am Beobachtungsort in Form einer der Last vorauseilenden Störung minimiert werden muss. Hierzu werden verschiedene Zeitverläufe für die Lastaufbringung untersucht: eine schlagartige Stufenfunktion oder eine Rampe konstanter Steigung. Die zweite Variante mit einer Rampenaufstiegsdauer von 20 % bis 30 % der Gesamtrechenzeit (Modelllänge dividiert durch Fahrgeschwindigkeit) erwies sich als optimal.

Bild 11 Bewegte konstante Last auf dem Halbraum mit v0 = 100 m/s: vertikale Verschiebung am Beobachtungspunkt in einem Abstand x0 von der Fahrtachse; ν = 0,3 Moving constant load on the half-space at v0 = 100 m/s: vertical displacement at the observation point at distance of x0 from the travel axis; ν = 0.3

4.1.3 Ergebnisse Bild 11 zeigt die Ergebnisse für v0 = 100 m/s (v0/cR = 0,847). Trotz der großen Modelllänge wird nach ca. 0,4 s eine sig nifikante Störung festgestellt. Sie entspricht der Ankunftszeit der Störung mit der Geschwindigkeit der Scherwelle am Beobachtungspunkt. Die Störung ist weniger ausgeprägt, wenn die Rampe der Lastaufbringung flacher ist, verschwindet jedoch nicht. Das System benötigt zudem eine gewisse Zeit, bis sich ein stationärer Zustand einstellt. Trotz der unvermeidbaren Störung wird der Setzungspeak (wenn die Last am nächsten zum Beobach256

Bild 12 Bewegte konstante Last auf dem Halbraum mit v0 = 50 m/s: vertikale Verschiebung am Beobachtungspunkt in einem Abstand x0 von der Fahrtachse; ν = 0,3 Moving constant load on the half-space at v0 = 50 m/s: vertical displacement at the observation point at distance of x0 from the travel axis; ν = 0.3

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Bild 13 3D-FEM-Modell für bewegte Last auf Bodenschicht 3D FEM model for a moving load on soil stratum

Lösung aufgetragen; sie beträgt ca. 43 % der Setzung infolge der fahrenden Last. Die Ergebnisse für v0 = 50 m/s (v0/cR = 0,423) sind in Bild 12 dargestellt. Die geringe Abweichung von der Boussinesq-Lösung deutet auf den statischen Charakter der Beanspruchung bereits bei dieser Geschwindigkeit hin. Nach dem Setzungspeak zeigen sich signifikante Abweichungen von der analytischen Lösung. Grund dafür ist die unzureichende Genauigkeit der viskosen Randbedingungen bei niedrigen Geschwindigkeiten, d. h., wenn man sich der statischen Lösung nähert. Zur Abhilfe werden die viskosen Randbedingungen weggelassen und der untere Modellrand starr angesetzt. In Anbetracht der großen Tiefe ist dies unbedenklich. Wenn aber wegen einer notwendigen feinen Diskretisierung große Modelltiefen nicht realisierbar sind, stellt dies eine wesentliche Einschränkung der FEM dar. Für die nachfolgende Untersuchung der Antwort eines Einzelpfahls bzw. einer Pfahlgruppe wird deswegen eine Bodenschicht der Dicke 20 m auf starrer Unterlage zugrunde gelegt.

4.2

der Lastaufbringung verläuft über 1,1 s (20 % der Gesamtlaufzeit). Man beachte, dass wegen der Ausnutzung der Symmetrie in diesem FEM-Modell auf beiden Seiten der Symmetrieebene Pfähle vorhanden sind. Dies könnte einen eher geringen Einfluss auf die Ergebnisse haben. Eine Berechnung mit einem vollen FEM-Modell (ohne die entsprechenden Pfähle auf der gegenüberliegenden Modellhälfte) war allerdings wegen des immensen Rechenaufwands nicht möglich. Die Rechenzeit für eine dynamische Analyse mit dem fein diskretisierten Modell auf einer Workstation mit einem Prozessor Intel i9-10900K, 3.70 GHz mit 64 GB Arbeitsspeicher betrug ca. 15 h.

4.2.2 Ergebnisse Zunächst wird eine bewegte konstante Last Q betrachtet. Aufgrund der relativ geringen Geschwindigkeit, der langen Wegstrecke und der rampenförmigen Lastaufbringung tritt hier praktisch keine Störung in den Zeitverläufen der Bodenverschiebung auf (Bild 14). Man beachte, dass wegen der Normierung die Kurven für die größeren

Einzellast auf einer Bodenschicht

4.2.1 FEM-Modell Das zuvor beschriebene FEM-Modell für eine Bodenschicht auf starrer Unterlage wird in der Breite auf 40 m und in der Tiefe auf 20 m gekürzt (Bild 13). Bezüglich der Diskretisierung wird zwischen zwei Konfigurationen differenziert: i) ungleichmäßiges Netz, das entlang der Fahrstrecke fein ist und mit zunehmender Entfernung davon gröber wird, und ii) gleichmäßig feines Netz mit fünf Elementen pro λR. Das erste Schema wird für die Analysen mit einer bewegten Last konstanter Größe angewandt, das zweite für eine oszillierende bewegte Last. Als Frequenz wird 30 Hz angesetzt. Dies entspricht für den gängigen Schwellenabstand von 0,6 m einer Geschwindigkeit v0 = 18 m/s (64,8 km/h). Für den Boden werden angesetzt: G = 30,5 MPa, ρ = 1,89 Mg/m3, ν = 0,4. Die RayleighDämpfung wird entsprechend ξ = 1 % gewählt. Die Rampe

Bild 14 Vertikale Verschiebung an der Oberfläche einer Bodenschicht der Dicke H = 20 m infolge der Vorbeifahrt einer konstanten Last mit v0 = 18 m/s; ν = 0,4 Vertical displacement at the surface of a soil stratum of thickness H = 20 m during the passage of a moving constant load at v0 = 18 m/s; ν = 0.4

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Bild 15 Maximale vertikale Verschiebung an der Oberfläche einer Bodenschicht ohne bzw. mit eingebettetem Pfahl infolge einer bewegten Last konstanter Magnitude Maximal vertical displacement at the surface of a soil stratum without/with embedded pile due to a moving load of constant magnitude

Entfernungen stärker skaliert sind. Die Ergebnisse wurden mit dem Algorithmus für beliebig geschichteten Boden nach Kausel [33] verifiziert (Bild 15). Interessanterweise zeigen sich vernachlässigbare Abweichungen von den Ergebnissen eines axialsymmetrischen Modells mit statischer Belastung. Die angesetzte Fahrgeschwindigkeit v0 = 18 m/s (65 km/h) in Kombination mit den ausgewählten Bodenparametern führt zu einer Antwort, die nahe zur statischen Lösung liegt. Bei höheren Fahrgeschwindigkeiten bzw. Frequenzen sind allerdings größere Abweichungen vom stationären harmonischen Fall zu erwarten.

4.3

Antwort eines Einzelpfahls

Hierfür wird ein Einzelpfahl mit den in Abschn. 3.1 definierten Eigenschaften in variablem Abstand x0 von der Fahrtachse positioniert. Die dadurch hervorgerufene Veränderung des Verschiebungsfelds an der Oberfläche infolge einer konstanten Last ist aus Bild 15 erkennbar. Lediglich im Nahfeld bei x0 = 4 m wird eine nennenswerte Reduktion der Freifeldverformung von 23 % registriert. Im Fernfeld erfolgt praktisch keine Reduktion. Dies wird dadurch erklärt, dass eine konstante Lastmagnitude eher ein statisches als ein dynamisches Problem darstellt: Rayleighwellen entstehen nicht und der Einfluss der Frequenz bleibt aus. Die Berechnung mit dem feineren Netz zeigte kaum Unterschiede. Im Gegensatz zu der bewegten Last konstanter Magnitude, die zu einer maximalen Antwort im Freifeld führt, sobald die Last den Minimalabstand zum Beobachtungspunkt erreicht, wird im Fall einer oszillierenden bewegten Last dieses Verhalten lediglich für das Nahfeld beobachtet; für weiter entfernte Punkte tritt dieses Maximum bereits früher auf. Bild 16 stellt die vertikalen Amplituden in verschiedenen Abständen von der Fahrtachse dar. Das Diagramm in Bild 16 oben dient der Beantwortung der Frage, ob der Ansatz einer stationären harmonischen Last eine vertretbare Approximation einer fahrenden har258

Bild 16 Maximale Amplitude an der Oberfläche einer Bodenschicht ohne bzw. mit eingebettetem Pfahl infolge einer oszillierenden bewegten Last Maximal amplitude at the surface of a soil stratum without/with embedded pile due to an oscillating moving load

monischen Last ist. Es ist ersichtlich, dass dies bei eher niedrigen Fahrgeschwindigkeiten in guter Näherung angenommen werden kann. Die weiteren Diagramme in Bild 16 verdeutlichen die starke Reduktion der Freifeldschwingung infolge der Präsenz eines Pfahls. Der Einfluss bereich um den Pfahl erstreckt sich von 1 m davor bis 2 m danach. Die Minderung der Freifeldschwingung ist umso stärker, je näher der Pfahl an der Fahrtachse steht. Für die untersuchte Konfiguration variiert wp(0)/wff(0) zwischen 0,26 bei x0 = 4 m und 0,38 bei x0 = 16 m. Diese Abminderungsfaktoren sind ähnlich den zugehörigen Werten für die stationäre Last (s. Bild 7).

4.4

Abschirmwirkung einer Gruppe von Pfählen

Schließlich wird die zuvor untersuchte 3 × 3 Pfahlgruppe unter der Einwirkung einer oszillierenden bewegten Last (f = 30 Hz, v0 = 18m/s) betrachtet. Die Fahrtrichtung verläuft parallel zu der vorderen Pfahlreihe in einem Abstand x0 = 12 m (s. Bild 9). Die erzielte Abschirmwirkung wird anhand der Übertragungsfunktion am Pfahl in der Mitte der hinteren Pfahlreihe bei x0 = 16 m beurteilt (s. Bild 9). Zeitverläufe der vertikalen Verschiebungen sind in Bild 17 sowohl für das Freifeld als auch für den Referenzpfahl (x0 =16 m) dargestellt; er ist entweder ein Einzelpfahl oder Bestandteil einer 3 × 3 Pfahlgruppe (s/d = 3) mit bzw. ohne starre, masselose Kopfplatte. Für ausgewählte Zeitpunkte im Fall der frei stehenden Pfähle wer-

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Bild 17 Vertikale Verschiebung des Freifelds und des Referenzpfahls als Einzelpfahl oder Gruppenpfahl infolge einer oszillierenden bewegten Last (f = 30 Hz, v0 = 18m/s) in einem Abstand von 16 m; Bodenschicht mit H = 20 m und ν = 0,4 Vertical displacements of the free-field and of the reference pile as single pile or part of a pile group due to an oscillating moving load (f = 30 Hz, v0 = 18 m/s) at distance 16 m; soil stratum with H = 20 m and ν = 0.4

Bild 18 Momentaufnahme des vertikalen Verschiebungsfelds bei Ankunft einer oszillierenden bewegten Last (f = 30 Hz, v0 = 18m/s) im Mindestabstand von der 3 × 3 frei stehenden Pfahlgruppe; Bodenschicht mit H = 20 m und ν = 0,4 Snapshot of the vertical displacement field by the arrival of an oscillating moving load (f = 30 Hz, v0 = 18 m/s) at the minimum distance from the 3 × 3 free-standing pile group; soil stratum with H = 20 m and ν = 0.4

den zudem in Bild 17 drei Momentaufnahmen während der Vorbeifahrt der Last hinzugefügt. Wie bereits im vorigen Abschnitt erörtert, führt die Präsenz eines Einzelpfahls zu einer deutlichen Reduzierung der Freifeldantwort, was auch in den Zeitverläufen ersichtlich ist. Die abmindernde Wirkung einer Pfahlgrup-

pe wird stärker, wenn sich die Last in deren Nähe befindet (Fenster in Bild 17). Die zugehörigen Übertragungsfaktoren wp(0)/wff(0) bei dem minimalen Abstand (Zeitraum 2,75–2,8 s) betragen: 0,46 für den Einzelpfahl, 0,27 für den Pfahl in der Gruppe ohne Platte und 0,09 für denselben Pfahl in der Gruppe mit starrer Kopfplatte. Wenn der gesamte Verlauf ausgewertet wird, ergeben sich Bautechnik 99 (2022), Heft 4 259

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folgende Übertragungsfaktoren: 0,38/0,34/0,18 für den Einzelpfahl, den Gruppenfahl ohne Platte und den Gruppenpfahl mit Platte (jeweils in 16 m Abstand – s. Bild 9). Die in Bild 18 dargestellte Momentaufnahme mit der Last im Mindestabstand zur 3 × 3 Pfahlgruppe ohne Platte vi sualisiert die Wirkung der Pfahlgruppe als Barriere für die ankommenden Wellen. An der Rückseite der Pfahlgruppe ist klar die Schattenzone mit deutlich abgeminderten Wellenamplituden zu erkennen.

Schlussfolgerungen

Die kinematische Wechselwirkung von Einzelpfählen und Pfahlgruppen wurde mittels der FEM untersucht. Das Wellenfeld wurde induziert durch i) eine stationäre zeitharmonische Last, ii) eine bewegte konstante Last und iii) eine bewegte oszillierende Last. Die erforderliche feine Diskretisierung in Verbindung mit der ausreichenden Modellgröße führte zu einer zufriedenstellenden Reproduktion von analytischen Lösungen und zeigte zugleich die Grenzen der FEM zur Behandlung derartiger Problemstellungen auf. Für die stationäre harmonische Last zeigte sich, dass eine existierende Näherungslösung für einen Einzelpfahl im Rayleighwellenfeld (Fernfeld) auf Grundlage des Bettungs modulverfahrens die wesentlichen Merkmale der dynamischen Antwort wiedergibt. Sowohl beim Einzelpfahl als auch bei der Pfahlgruppe wird eine wesentliche Abminderung der Freifeldschwingung festgestellt, hauptsächlich durch die Umleitung der Energie in größere Tiefen, aber auch infolge der Wellendiffraktion durch die davorstehenden Pfahlreihen. Bei höheren Anregungsfrequenzen verstärkt sich die Abschirmwirkung. Die Antwort eines Einzelpfahls auf das Verschiebungsfeld einer bewegten konstanten Last unterscheidet sich

von der des Freifelds lediglich im Nahfeld. Dies ist auf die primär statische Natur der Belastung zurückzuführen. Für die angesetzte Geschwindigkeit von ca. 65 km/h (30 Hz bei Schwellenabstand von 0,6 m) kann für den angenommenen Boden eine oszillierende fahrende Last hinsichtlich der maximalen Freifeldantwort in guter Näherung durch eine stationäre harmonische Last ersetzt werden. Aufgrund der dynamischen Natur der Belastung und der einhergehenden kinematischen Wechselwirkung erfährt ein eingebetteter Pfahl eine wesentlich geringere Beanspruchung verglichen mit der Freifeldantwort, auch bei größeren Entfernungen. Im Falle einer Gruppe von Pfählen ist die Schwingungsminderung am stärksten, wenn die Last den geringsten Abstand zur Gruppe aufweist. Die über eine starre Kopfplatte verbundene Pfahlgruppe zeigte erwartungsgemäß die stärkste Abminderung. Für die untersuchte Frequenz von 30 Hz, die typisch für Erschütterungen in der Praxis ist, und die angenommenen Bodeneigenschaften und Pfahlgeometrie bleibt die Pfahlkopfverschiebung unterhalb von 50 % des Freifeldwerts. Dies stellt eine wesentliche Erkenntnis für den Erschütterungsschutz dar. Der Vorteil der angewandten FEM-Vorgehensweise im Zeitbereich besteht darin, dass dadurch bei adäquater Modellierung auch ein nichtlineares Bodenverhalten erfasst werden kann. Dies ist insbesondere für die Beurteilung des Nahfelds von Bedeutung.

Dank Die Untersuchungen wurden im Rahmen des Forschungsprojekts INSPIRE durchgeführt. Das Vorhaben wurde als Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahme innerhalb des europäischen Programms „Horizont 2020“ unter der Kennnummer 813424 gefördert. Prof. Eduardo Kausel wird für die Zurverfügungstellung seiner Programme gedankt.

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Autorin und Autor Dipl.-Ing. Georgia Efthymiou georgia.efthymiou@bauing.uni-kl.de Technische Universität Kaiserslautern Fachgebiet Bodenmechanik und Grundbau Gottlieb-Daimler-Straße 47 67663 Kaiserslautern

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AUFSATZ ARTICLE

G. Efthymiou, C. Vrettos: Numerical investigations on the shielding efficiency of single piles and pile groups in the wave field of a stationary or moving harmonic load

Efthymiou, G.; Vrettos, C. (2022) Numerische Untersuchungen zur Abschirmwirkung von Einzelpfählen und Pfahlgruppen im Wellenfeld einer stationären oder bewegten harmonischen Last. Bautechnik 99, H. 4, S. 249–261. https://doi.org/10.1002/bate.202100058 Dieser Aufsatz wurde in einem Peer-Review-Verfahren begutachtet. Eingereicht: 13. Juli 2021; angenommen: 26. Januar 2022.

Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Christos Vrettos (Korrespondenzautor) christos.vrettos@bauing.uni-kl.de Technische Universität Kaiserslautern Fachgebiet Bodenmechanik und Grundbau Gottlieb-Daimler-Straße 47 67663 Kaiserslautern

Bautechnik 99 (2022), Heft 4 261

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DOI: 10.1002/bate.202200009

Igor Zaidman, Marc Schumm, Peter Kotz, Tobias Steigerwald

BERICHT

Außergewöhnliche Eisenbahnbrücke über das Filstal Entwurf, Planung und Ausführung des neuen Wahrzeichens von Baden-Württemberg Die EÜ Filstal ist Teil des Projektabschnitts Albaufstieg der Neubaustrecke Wendlingen–Ulm und stellte die Beteiligten mit der Abfolge Tunnel – Brücke – Tunnel in der vorhandenen Topografie mit den steilen Talflanken des Filstals vor besondere Randbedingungen, denen im Brückenentwurf sowie in der Bauausführung Rechnung getragen werden musste. Aufgrund der anschließenden Tunnel mit 30 m Gleisabstand waren zwei unabhängige Brückenbauwerke erforderlich. Daher wurden zwei eingleisige Brückenbauwerke als fugenlose Durchlauf träger mit 485 m bzw. 472 m Länge über sechs Felder in semi integraler Bauweise entworfen. Im Bereich der Y-förmigen Hauptpfeiler ist die Voute in aufgelöster Form mit flach geneigten Schrägstielen ausgebildet. Der Überbau ist ein einzelliger Hohlkastenquerschnitt, in Längsrichtung vorgespannt und in Querrichtung schlaff bewehrt. Die dritthöchste Eisenbahn brücke Deutschlands überquert das Filstal in einer lichten Höhe von 75 m. Große Herausforderungen in der Planung und Bauausführung waren u. a. die Ausbildung der monolithischen Anschlüsse sowie die Längskraftabtragung des semiintegralen Bauwerks mit seinen schlanken Pfeilern. Im Rahmen der Bauausführung erfolgte zunächst die abschnittsweise Herstellung des Überbaus mit oben laufender Vorschubrüstung auf Hilfs türmen zur bauzeitlichen Zwischenunterstützung. Nach der Fertigstellung des Überbaus wurden die Schrägstiele auf einem abgehängten Traggerüst unterbetoniert, wobei am Überbau anschluss selbstverdichtender Beton (SVB) zum Einsatz kam. Die Gesamttonnage der Bauhilfskonstruktionen belief sich auf ca. 3500 t je Brücke.

Extraordinary railroad bridge over the Filstal valley – basic and detailed design of the new landmark of Baden-Württemberg The Viaduct Filstal is part of the Albaufstieg project section of the new railway line Wendlingen–Ulm, and its tunnel-bridgetunnel sequence within the existing topography and the Filstal’s steep valley slopes presented the project participants with special conditions that had to be taken into account in the bridge design as well as during construction work. The adjoining tunnels with 30 m track spacing required two independent bridge structures. Therefore, two single-tracked bridge structures were designed as jointless continuous girders with a length of 485 m and 472 m respectively, running over six spans and built as semi-integral structures. In the area of the Y‑shaped main piers, the haunch is designed in a dissolved form with shallow inclined struts. The superstructure is a single-cell box girder section prestressed in longitudinal direction and mildly reinforced in transverse direction. The third-highest railroad bridge in Germany crosses the Filstal valley at a clear height of 75 m. A major challenge for design and construction of the semi-integral structure with its slender piers was, among other things, the design of the monolithic connections and the longitudinal force transfer due to breaking loads. The selected construction method envisaged to initially build the superstructure in sections with top-running launching truss on auxiliary towers for temporary support during construction. After completion of the superstructure, the inclined piers were concreted underneath on a suspended scaffolding, and self-compacting concrete (SCC) was used at the superstructure connection. The total tonnage of the auxiliary construction structures amounted to approx. 3500 t per bridge.

Stichworte Eisenbahnbrücke; Hochgeschwindigkeit; Spannbetonbrücke; semiintegral; filigran; Y-Pfeiler; eingleisig; selbstverdichtender Beton; Vorschubrüstung; Building Information Modeling (BIM)

Keywords railway bridge; high-speed; prestressed concrete bridge; semiintegral; filigree; Y-column; single track; self-compacting concrete; moving scaffolding system (MSS); Building Information Modeling (BIM)

Fahrtzeit zwischen Stuttgart und Ulm im Fernverkehr auf 30 min nahezu halbiert. Ein Großteil der Strecke (ca. 50 %) führt unterirdisch in insgesamt elf Tunnelbauwerken, ansonsten folgt sie auf Geländeniveau in enger Bündelung zur parallel verlaufenden BAB A 8. Hier wurden 37 Eisenbahn- und Straßenbrücken erforderlich, darunter die mit rd. 75 m Höhe dritthöchste Eisenbahnbrücke Deutschlands über das Filstal.

Einleitung

Aufgrund des hohen Zugverkehrs auf den bestehenden Gleisanlagen der Bahnstrecke Stuttgart–Ulm–Augsburg wird die bestehende Eisenbahninfrastruktur durch den Bau von zwei zusätzlichen Gleisen ausgebaut. Die ca. 60 km lange Neubaustrecke Wendlingen–Ulm ist ein wesentlicher Teilbereich dieser Bahnstrecke und als Bestandteil des Transeuropäischen Verkehrsnetzes nach den Richtlinien der Technischen Spezifikation Inter operabilität (TSI) zu planen. Die NBS Wendlingen–Ulm ist für Güterzüge und Reisezüge im Hochgeschwindigkeitsverkehr mit 250 km/h ausgelegt, wodurch sich die 262

Die EÜ Filstal liegt im 15 km langen Projektabschnitt Albaufstieg (PfA 2.2). Der Anstieg auf die Albhochfläche erfolgt hier mit einer Längsneigung von 25 ‰ zunächst im 8,8 km langen Boßlertunnel und anschließend im

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Quelle: DB AG

BERICHT REPORT

I. Zaidman, M. Schumm, P. Kotz, T. Steigerwald: Extraordinary railroad bridge over the Filstal valley

Lageplan NBS Wendlingen–Ulm PfA 2.2 Site plan of the new railway line Wendlingen–Ulm PfA 2.2

Bild 2

Längsschnitt NBS Wendlingen–Ulm PfA 2.2 Longitudinal view of the new railway line Wendlingen–Ulm PfA 2.2

Quelle: DB AG

Bild 1

4,8 km langen Steinbühltunnel (Bild 1). Unmittelbar zwischen den beiden Tunneln quert die Strecke bei Mühlhausen im Täle das Filstal. Da die beiden Tunnelröhren in einem bautechnisch notwendigen Abstand von 30 m liegen, ist die Zusammenführung der Gleise auf ein Brückenbauwerk nicht möglich, sodass das Filstal mit zwei eingleisigen Brückenbauwerken überspannt werden muss (Bild 2).

Variantenuntersuchungen

Beim Entwurf der Filstalbrücken musste neben den Anforderungen der Funktionalität der Ingenieurbauwerke im Zuge der Hochgeschwindigkeitsstrecke der Deutschen Bahn AG (DB) u. a. den Randbedingungen der schonenden Einbindung der Brückenbauwerke in die Kulturlandschaft und den daraus resultierenden hohen Anforderungen an die Gestaltung besondere Bedeutung zugemessen werden. Aufgrund der hohen Schutzgutbedeutung des unmittelbaren Landschaftsbereichs der Fils und der Querung des Trinkwasserschutzgebiets sowie der schützenswerten Biotope waren die Pfeilerstellungen auf ein Minimum zu reduzieren, sodass eine Planung gemäß Rahmenplanung Talbrücken (RIL 804.9020) [1] als Durchlaufträger mit Regelstützweiten von 40 bis 45 m und konstanter Konstruktionshöhe von ca. 3,6 m (≈ Ls/12) von vornherein ausschied. Folgende Varianten

Bild 3

Brückenvarianten Bridge solutions

wurden im Rahmen der Vorplanung untersucht, bewertet und gegenübergestellt (Bild 3): – Variante Bogenbrücke – Variante Spannbetonbrücke (Y-Lösung) – Variante Trogbrücke Unter Berücksichtigung der spezifischen Randbedingungen der Filstalbrücken und der wesentlichen Kriterien zur Bewertung gemäß dem Leitfaden zur Gestaltung von Eisenbahnbrücken [2] (Form und Konstruktion, Funktionalität, Ökonomie und Ökologie) wurde die Y-Lösung sowohl in gestalterischer als auch in umwelttechnischer und in wasserwirtschaftlicher Hinsicht als Vorzugslösung ermittelt. Bei der Bogenlösung wurden die starken Beeinträchtigungen des Landschaftsbilds durch die Vielzahl an Pfeilern auf den beiden Bogentragwerken sowie in den naturnahen Talhängen als negativ angesehen. Bei der Troglösung führte u. a. der geringere Abstand der Pfeiler zur Fils bzw. zu den Trinkwassergewinnungsanlagen zu einer ungünstigeren Bewertung. Bautechnik 99 (2022), Heft 4 263

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I. Zaidman, M. Schumm, P. Kotz, T. Steigerwald: Außergewöhnliche Eisenbahnbrücke über das Filstal

Bild 4

3D-Darstellung der Brückenbeiratsvariante 3D view of the final bridge alternative

Ausschreibungsentwurf

3.1

Allgemeines

Die Brückenbauwerke sind fugenlose Durchlaufträger über sechs Felder in semiintegraler Bauweise mit mono lithischem Anschluss zwischen Pfeilern und Überbau (Bild 5). Lediglich an den Brückenenden in den Wider lagerachsen sind offene Fugen mit Lagern, Ausgleichsplatten und Schienenauszügen vorhanden. Im Bereich der Hauptpfeiler ist die Voute in aufgelöster Form mit flach geneigten Schrägstielen ausgebildet. Die Stütz weiten betragen: rechtes Gleis: 44 – 95 – 150 – 93 – 58 – 45 m (L = 485 m) linkes Gleis: 44 – 95 – 150 – 88 – 50 – 45 m (L = 472 m)

Die Y-Lösung wurde daher im Rahmen der weiteren Planungen weiterverfolgt und auch im Rahmen des Planfeststellungsverfahrens durch das Eisenbahnbundesamt (EBA) bestätigt. Die detaillierte Gestaltung der Tragwerkslösung für die Y-Lösung sollte jedoch anschließend noch einmal eingehend im Brückenbeirat der DB diskutiert und in einem Workshop weiter aus gearbeitet werden. Als Ergebnis dieser sehr konstruktiven Diskussionen wurde dann letztendlich die Variante der Durchlaufträgerbrücke mit Y-förmig aufgelösten Vouten im Bereich der Hauptpfeiler und flach geneigten Schrägstielen (Bild 4: Brückenbeiratsvariante) als Grundlage für die weitere Entwurfsbearbeitung vom Brückenbeirat der DB ausgewählt.

Bild 5

Längsschnitt und Grundriss Longitudinal section and plan view of the final bridge layout

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Bautechnik 99 (2022), Heft 4

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Der Achsabstand der Filstalbrücken beträgt 30 m und resultiert aus den angrenzenden Tunnelröhren. Dieser ergibt sich einerseits aus der Mindestlänge der Verbindungsbauwerke (Querschläge) von rd. 16 m und andererseits aus der erforderlichen minimalen Dicke des zwischen den Tunnelröhren verbleibenden Gebirgs pfeilers der angrenzenden Tunnelbauwerke im Bereich des Weißjura. Der Brückenentwurf zeichnet sich durch eine schlanke Gestaltung mit hoher Transparenz und guter Einbindung in das charakteristische Landschaftsbild aus. Die aufgelösten Vouten mit flach geneigten Schrägstielen unterstreichen die Dynamik der Brücke, sie betonen den Kraftfluss anschaulich und ermöglichen eine Stützweite von

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150 m im Hauptfeld ohne Zwischenpfeiler. Unter Berücksichtigung des Kreuzungswinkels zwischen der NBSTrasse und der Hauptachse des Filstals von ca. 92 gon werden die beiden Bauwerke gegeneinander versetzt. Dabei kommen die Widerlagerachse 10 (Buch) und die Pfeilerachsen 20, 30, 40 der Brücke des linken Gleises (Richtung Stuttgart) um 4 m weiter nördlich zu liegen als die Achsen der Brücke des rechten Gleises (Richtung Ulm). Die Standorte der Unterbauten in den Achsen 50, 60, 70 sind an die topografischen Randbedingungen angepasst.

BERICHT REPORT

I. Zaidman, M. Schumm, P. Kotz, T. Steigerwald: Extraordinary railroad bridge over the Filstal valley

Die Widerlager bilden den Übergang von der Brücke zu den Tunneln und werden als Kastenwiderlager mit oberer Kammerdecke ausgeführt. Zwischen den Widerlagern der Brücken werden aufgrund des Abstands der Gleisachsen von 30 m Überfahrtbauwerke angeordnet, um so eine Wendemöglichkeit für Rettungsfahrzeuge zu schaffen. Die Haubenbauwerke, die zur Einhaltung der Grenzwerte der Schallemissionen aufgrund der Mikrodruckwellenthematik (Sonic Boom) erforderlich sind, lagern auf den Flügelwänden der Widerlager. Sie haben ein kreisrundes Tunnelprofil und erhalten zur Druckentlastung an der Oberseite zusätzliche Öffnungen (Schwallöffnungen), wodurch sich die Knalleffekte aus der Druckwelle des Zugs beim Einfahren in die Tunnel vermeiden lassen.

3.2

Überbau

Der Überbau ist ein in Längsrichtung vorgespannter und in Querrichtung schlaff bewehrter einzelliger Hohlkastenquerschnitt mit variabler Konstruktionshöhe. Diese beträgt 3,00/2,80 m an den Widerlagern und in Feldmitte der Hauptöffnung 4,00 m sowie 4,65 m an den Verzweigungspunkten der Schrägstiele. Die Breite des Überbaus zwischen den Geländern ergibt sich zu 8,34 m. Die vorgesehene Breite der Randwege und die Ausbildung der Randkappen ermöglichen den Einsatz von Brückenbesichtigungsfahrzeugen auf beiden Randwegen. Der Abstand zwischen den Außenkanten der Stege beträgt 5,30 m (Bild 6). Um den raschen Einsatz der Rettungskräfte zu ermöglichen, wird der Oberbau auf den Filstalbrücken und in den angrenzenden Tunnelröhren (Feste-Fahrbahn-System RHEDA 2000) so ausgebildet, dass ein Befahren mit luftbereiften Straßenfahrzeugen möglich ist. Die Randwege dienen auch als Flucht- und Rettungsweg auf –5 cm unter SOK. Die Fläche wird durch abnehmbare Betonfertigteile realisiert. Die 1,5 m über SOK hohe Windschutzwand wird an der Außenseite des Gesimses befestigt und dient gleichzeitig als Abkommensschutz für Rettungsfahrzeuge auf der Brücke.

3.3

Lagerungssystem und Längskraftabtragung

Aufgrund der semiintegralen Tragwerkslösung war die Längskraftabtragung über die schlanken Pfeiler nicht

Bild 6

Überbauquerschnitt Cross section of the bridge girder

möglich, sodass die Ausbildung der Widerlager als Festpunkt erforderlich wurde. Zur Abtragung der Brems lasten wurden an beiden Widerlagern Hydrobremsdämpfer (HBD) vorgesehen (Bild 7). Deren Funktionsweise ist, dass langsame Bewegungen z. B. infolge thermischer Einflüsse ohne merklichen Widerstand zugelassen, schnelle Bewegungen aus Zugbremsung hingegen blockiert werden. Der Verformungsruhepunkt für Temperaturbeanspruchungen befindet sich dann etwa in der Brücken mitte, wodurch sich die Zwangsbeanspruchungen der Pfeiler reduzieren. Da die Bremslasten direkt über die HBD abgetragen werden, können die Pfeiler sehr schlank ausgebildet werden.

Anpassungen der Entwurfsplanung

4.1

Alternatives Bauverfahren

Im Ausschreibungsentwurf war die Herstellung des Überbaus und der Schrägstiele im Freivorbau vorge sehen. Von den ausführenden Baufirmen wurde ein alternatives Bauverfahren gewählt, bei dem zunächst der Überbau in zehn Abschnitten mit einer oben lau fenden Vorschubrüstung auf Hilfspfeilern errichtet wurde (Bild 8) und anschließend die Schrägstiele auf einer am Überbau abgehängten Schalung unterbetoniert wurden. Bautechnik 99 (2022), Heft 4 265

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I. Zaidman, M. Schumm, P. Kotz, T. Steigerwald: Außergewöhnliche Eisenbahnbrücke über das Filstal

4.3

Bild 7

4.2

Ausschreibungsentwurf – Hydrobremsdämpfer in den Widerlager achsen Tender design – shock transmitters in the axis of the abutement

Alternative Längskraftabtragung

Im Zuge der Ausführungsplanung wurde in Abstimmung mit dem Bauherrn ein alternatives Konzept zur Längskraftabtragung gewählt, bei dem der Festpunkt am Widerlager in Achse 10 angeordnet wurde. Dadurch konnte auf die Anordnung von HBD verzichtet werden, wodurch sich die Instandhaltungskosten der Brücke reduzieren lassen.

Bild 8

Alternatives Bauverfahren – Bauausführung Final construction method

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Bautechnik 99 (2022), Heft 4

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Gründungsoptimierung

Aufgrund der vorhandenen Baugrundsituation im Filstal, u. a. auch wegen der vorliegenden Filstalverwerfung, wurden im Bereich der Hauptpfeiler Pfahlprobebelastungen ausgeschrieben, mit dem Ziel, zum einen eine realitäts nahe Aussage zum Last-Verformungsverhalten der Gründung treffen zu können und zum anderen eine sichere Bemessung zu ermöglichen [3]. Die Auswertung der Pfahlprobebelastungen zeigte, dass der Baugrund eine deutlich höhere Tragfähigkeit aufwies, als sich aus den Vorabuntersuchungen auf der Grundlage des Baugrundgutachtens bzw. der vorliegenden Laborwerte ergab. Aus diesem Grund konnte die Gründung optimiert und in der Achse 20 Flachgründungen im Festgestein ausgeführt werden. Weiterhin war eine Reduktion der Pfahllängen und der Pfahlanzahl in den Hauptpfeilerachsen 30, 40, 50 möglich.

Ausführungsplanung

5.1

Semiintegrale Bauweise

Bei der semiintegralen Bauweise von Bauwerken muss grundsätzlich der realitätsnahen Erfassung der Baugrundsteifigkeit eine hohe Aufmerksamkeit geschenkt werden, da infolge der biegesteif angeschlossenen Pfeiler Zwangsbeanspruchungen aus Kriechen und Schwinden bzw. aus Temperatur und aus Verkehrslasten resultieren. Mit einer vorab durchgeführten Sensitivitätsanalyse konnte gezeigt

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Bild 9

Bemessung und Bewehrungsführung Y-Knoten Reinforcement Y-knot

werden, dass eine Grenzwertbetrachtung mit oberen und unteren Baugrundkennwerten für alle Achsen hinreichend genaue Ergebnisse liefert.

5.2

Untersuchte Systeme

Neben der Baugrundsteifigkeit sind auch der Elastizitätsmodul und die rheologischen Effekte des Betons streuende Größen, die nur durch obere bzw. untere Grenzwerte berücksichtigt werden können. Um eine realistische Größenordnung der Effekte zu erhalten, wurden Versuche mit den zur Anwendung kommenden Betonsorten durchgeführt und die experimentell validierten Werte für Kriechen und Schwinden in der statischen Berechnung berücksichtigt. Aufgrund des gewählten Bauverfahrens mit Vorschubrüstung unterscheiden sich die Systeme im Bauund Endzustand voneinander, weshalb die Schnittgrößen im Endzustand von den jeweiligen Kriech- und Schwindumlagerungen abhängen. Im Bereich der aufgelösten Voute war zusätzlich zu berücksichtigen, dass es durch das Kriechen und Schwinden des Betons im Überbau zu Spannkraftverlusten infolge des Abwanderns der Vorspannkraft kam. Die in Tab. 1 aufgeführten vier Systeme wurden untersucht.

Tab. 1

BERICHT REPORT

I. Zaidman, M. Schumm, P. Kotz, T. Steigerwald: Extraordinary railroad bridge over the Filstal valley

Grenzwertbetrachtungen – untersuchte Systeme Limit value consideration – examined systems

Baugrund steifigkeit

E-Modul Beton

Kriechen und Schwinden

System 1

steif

hoch

System 2

steif

hoch

niedrig

System 3

weich

niedrig

hoch

System 4

weich

niedrig

5.3

Statisches System und Modellierung

Die Modellierung der Knotenbereiche zwischen den flach geneigten Schrägstielen und dem Überbau erfolgte mit Koppelbedingungen, die an einem dreidimensionalen Volumenmodell abgeleitet werden konnten. Der kom plette Bauablauf einschließlich der Hilfsunterstützungen und der Vorschubrüstung wurde im statischen System abgebildet, um das reale Tragverhalten der Gesamtkon struktion erfassen zu können. Der Überbau wurde feldweise errichtet, wobei jeder Bauabschnitt in zwei Teilen betoniert wurde (Trog bzw. Fahrbahnplatte). Die oben laufende Vorschubrüstung wurde als Biegeträger mit der abgehängten Schalung vollständig im Modell abgebildet. Dies war erforderlich, da beim Betonieren der Fahrbahnplatte der vorab hergestellte Trogquerschnitt und die Vorschubrüstung zusammenwirken, d. h., dass sich die Lasten aus dem Betonieren der Fahrbahnplatte entsprechend den Steifigkeitsverhältnissen auf den Trog und auf die Vorschubrüstung aufteilen.

5.4

Knotennachweise

Die monolithischen Anschlüsse (Knotenpunkte) zwischen Überbau und den Schrägstielen wurden mit räum lichen Stabwerkmodellen bemessen. In den Schrägstielen treten Drucknormalkräfte von bis zu 180 MN = 18.000 t im Grenzzustand der Tragfähigkeit auf, die über eine verzahnt ausgebildete Fuge zwischen Überbau und Schrägstiel übertragen werden. Am Knotenpunkt zwischen den Schrägstielen und dem aufgehenden Pfeiler (Y-Knoten) waren neben der Normalkraft auch erhebliche Biege momente zu berücksichtigen. Aus der Bemessung ergaben sich an dieser Stelle an der Unterseite der Schrägstiele fünf Bewehrungslagen ∅32-15 und an der Oberseite sieben Lagen ∅32-15. Im Y-Knoten wurden ein Beton C50/60 und ca. 100 t Bewehrung eingebaut (Bild 9), was einem Bewehrungsgehalt von ca. 235 kg/m3 entspricht. Bautechnik 99 (2022), Heft 4 267

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I. Zaidman, M. Schumm, P. Kotz, T. Steigerwald: Außergewöhnliche Eisenbahnbrücke über das Filstal

wicht von ca. 6,5 t (Bild 11), die auf Zug- und Druckkräfte von ca. 25 MN auszulegen war. Mit der doppelt verschränkten Form der Federlamelle werden die Kräfte aus dem Überbau in das Widerlager übertragen, durch die Biegeweichheit der Bleche entsteht jedoch keine relevante Einspannung des Überbauendes. Die Federlamelle wird über Verankerungsstühle im Überbau- und Wider lagerbereich mit verbundlosen Stabankern ∅ 40 mm S950/1050 der Fa. DSI rückverankert.

Bild 10 Bemessung und Bewehrungsführung T-Knoten Reinforcement T-knot

Für den Einbau dieser Bewehrung war ein separates stählernes Traggerüst erforderlich, das zusätzlich als Rückverankerung der Zugkräfte der darüberliegenden Hilfsstütze diente. Bei den monolithischen Anschlüssen der schlanken Pfeiler in den Achsen 20, 50, 60 an den Überbau (T-Knoten) stand zur Einleitung der Kräfte und Momente aus den Pfeilern in den Überbau aufgrund der 1,20 m breiten In spektionsöffnung im Hohlkasten lediglich eine effektive Breite von 4,10 m zur Verfügung. In diesem Bereich musste dann die erforderliche Längsbewehrung der Pfeiler am oberen Ende des Überbaus schlaufenartig umgelenkt und wieder nach unten geführt werden (Bild 10).

5.5

Alternative Längskraftabtragung in Achse 10

Durch die alternative Anordnung des Festpunkts in Achse 10 mussten zur Übertragung der Zugkräfte am Widerlager zusätzliche Felsanker zur Rückverankerung eingebracht werden (21 Litzenanker mit zwölf Litzen 140 mm2 St1660/1860 und Längen zwischen 24 m und 34 m). Hauptbestandteil des Festpunkts ist die doppelt verschränkte Federlamelle aus zwei Blechen mit einer Dicke von 70 mm in der Stahlgüte S460 und einem Ge-

Bild 11 Festpunkt Achse 10 – Federlamelle Longitudinal fixed point – steel construction

268

Durch die Anordnung des Festpunkts in Achse 10 entstanden die maximalen Zwangsbeanspruchungen infolge Temperatur, Schwinden und Kriechen in der Pfeilerachse 60, da dieser Pfeiler den größten Abstand zum Festpunkt hat. Es musste dort eine zusätzliche Nachgiebigkeit der Gründung geschaffen werden. Daher wurde die Gründung des Pfeilers auf eine einreihige Bohrpfahlgründung mit Pfählen ∅ 150 cm (Länge 25 m) umgestellt, wobei die Bohrpfähle auf den oberen 7 m durch eine stählerne Hülse vom umgebenden Erdreich konstruktiv getrennt sind. Um eine Bewegungsmöglichkeit zu gewährleisten, werden jeweils ein inneres Stahlrohr (oben ∅ 1158 mm, unten ∅ 1330 mm) und ein äußeres Stahlrohr mit einem Durchmesser 1350 mm kombiniert. Die Pfähle haben durch die Hülse keine seitliche Bettung, d. h., die Biege linie des gesamten Pfeilers wird um die Länge der Hülse verlängert und der Pfeiler somit in Brückenlängsrichtung entsprechend weicher. In Brückenquerrichtung liegt aber immer noch näherungsweise die ursprüngliche Steifigkeit vor. Diese Gründungsart wurde bei der EÜ Aurachtal erfolgreich umgesetzt. Zur Reduktion der höheren Zwangsbeanspruchungen in den Pfeilern wurde zusätzlich nach der Errichtung des Überbaus eine Voreinstellung durchgeführt, indem der fertiggestellte Überbau vom Wider lager Achse 10 aus um 45 mm in Richtung Achse 70 verschoben wurde.

Besonderheiten bei der Bauausführung

6.1

Herstellung der Schrägstiele

Aufgrund des gewählten Bauverfahrens – Überbauherstellung mit Vorschubrüstung – wurde zunächst der Überbau auf ca. 75 m hohen Stahlhilfstürmen, die im Bereich der späteren Y-Pfeiler angeordnet wurden, hergestellt. Im Anschluss daran waren die Schrägstiele herzustellen und zwischen den bestehenden Bauteilen Pfeiler (Y-Knoten) und Überbau zu ergänzen (Bild 12a). Das je Schrägstiel erforderliche 33 m lange und 135 t schwere Traggerüst wurde zunächst per Litzenhub von der Talsohle in Posi tion gehoben und anschließend mit Stabankern im Meterraster am fertiggestellten und vorgespannten Überbau befestigt (Bild 12b). Die Betonage erfolgte in fünf Abschnitten (Bild 12c). Hierbei wurden zunächst das untere Schrägstieldrittel (BA 1) und das Mittelteil (BA 2 + 3) bei freibleibender 1-m-Lücke (BA 5) hergestellt. Der Betonierabschnitt zum Überbau hin (BA 4) wurde mit selbstverdichtendem

Bautechnik 99 (2022), Heft 4

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BERICHT REPORT

I. Zaidman, M. Schumm, P. Kotz, T. Steigerwald: Extraordinary railroad bridge over the Filstal valley

Bild 12 Herstellung der Schrägstiele mit abgehängtem Traggerüst: a) Überbau auf Hilfstürmen aufgelagert, b) Traggerüst Schrägstiel vom Überbau abgehängt, c) Bauabschnitte der Schrägstielherstellung, d) Visualisierung Bauzustand BA 5 mit „offenem Lückenschluss“ Construction of inclined piers by suspended scaffolding: a) superstructure temporary supported, b) suspended scaffolding, c) construction stages, d) 3D visualization

Beton (SVB) in der Güte C50/60 ausgeführt. Dabei musste in diesem hoch beanspruchten Knotenpunkt mit engem Bewehrungsraster eine Fläche von ca. 50 m2 durch den oberhalb vorhandenen Überbau hindurch untergossen werden. Komplettiert wurde der Schrägstiel durch den Lückenschluss (BA 5), bei dessen Herstellung die vorhe rigen Betonierabschnitte bereits mehrere Wochen alt waren, wodurch das Kriechen und Schwinden der Schrägstiele günstig beeinflusst werden konnte. Darüber hinaus musste eine weitere Zwangsbeanspruchung bei der Herstellung der Schrägstiele berücksichtigt werden. Der Überbau lag auf ca. 70 m hohen Stahlhilfstürmen, welche der Umgebungstemperatur sowie der direkten Sonneneinstrahlung ausgesetzt waren. Gemäß statischer Berechnung und belegt durch Messungen am Hilfsturm musste mit einer Hebung oder Senkung des Überbaus von 2 bis 3 cm gerechnet werden. Daher wurde gleichzeitig mit der Herstellung des Lückenschlusses eine vorher installierte Pressensteuerung auf den Hilfstürmen aktiviert, wodurch die auftretenden Verschiebungen durch Anheben oder Absenken kompensiert und die Kraft auf den Lückenschluss reguliert werden konnte.

erfolgen. Mit Schließen des Kräftedreiecks, bestehend aus zwei Schrägstielen und dem dazwischenliegenden Überbauabschnitt, gab es eine Systemänderung, wodurch es erforderlich wurde, die Lückenschlüsse an den benachbarten Schrägstielen eines Y-Pfeilers zeitgleich auszuführen. Weiterhin musste das Absenken der Brücke und damit die Lastumlagerung von den Hilfstürmen auf die Schrägstiele im Wechsel an den Y-Pfeilern in den Achsen 30 und 40 schrittweise bei gleichzeitiger Kontrolle der weiteren Entwicklung der Betonfestigkeiten erfolgen. Zusätzlich wurden die Betonagen und der Beginn der Last umlagerung auf die Abendstunden gelegt, um eine direkte Sonneneinstrahlung auf die Hilfstürme auszuschließen. Der aufgestellte Zeitplan bestand aus strikten termin lichen und statischen Vorgaben, wie z. B. dem Erreichen der erforderlichen Betonmindestfestigkeit am Lückenschluss für den nächsten Absenkvorgang, was jeweils durch Würfeldruckversuche belegt wurde. Nach ca. 18 h und einem Hubweg von ca. 13 cm war die Lastumlagerung von den stählernen Hilfstürmen auf die Schrägstiele abgeschlossen.

6.3 6.2

Lastumlagerung auf die Schrägstiele

Die Herstellung der beiden Schrägstiele konnte bis zum Zeitpunkt des Lückenschlusses unabhängig voneinander

Zurückfahren der Vorschubrüstung mit anschließendem Querverschub

Aufgrund der Vorteile, die zweite Brücke in gleicher Richtung und damit in erprobter Art und Weise herzu stellen, erfolgte ein Zurückfahren der Vorschubrüstung Bautechnik 99 (2022), Heft 4 269

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I. Zaidman, M. Schumm, P. Kotz, T. Steigerwald: Außergewöhnliche Eisenbahnbrücke I. Zaidman, überM. dasSchumm, Filstal P. Kotz, T. Steigerwald: Extraordinary railroad bridge over the Filstal valley

Bild 13 Zurückfahren der VSR mit SPMT Backwards moving of launching truss

Bild 14 Fertiggestellte Brücke Final bridge after completion

auf dem Überbau über ca. 430 m mit SPMTs (Self-Propelled Modular Transporter, Bild 13) und anschließendem Querverschub. Die seitlich am Überbau herabhängenden Schalpaneele wurden bereits vor dem Zurückfahren demontiert, wodurch das Transportgewicht reduziert werden konnte. Anschließend wurde der verbleibende Hauptträger mit den Querträgern von den drei SPMTs geschultert und mit ca. 3 km/h über das Filstal zurück zur Startposition transportiert. Der Querverschub erfolgte im Bereich des ersten Überbauherstellungsabschnitts auf zwei parallel verlaufenden Verschubbahnen – für die bergseitige wurde die bereits hergestellte Verbindungsbrücke zwischen den Widerlagern als Auflagerung herangezogen, für die talseitige musste der Achsabstand von 30 m zwischen den jeweils ersten Brückenpfeilern durch Hilfstürme unterstützt werden.

nur gelöst werden durch eine partnerschaftliche Herangehensweise aller Beteiligten sowie eine vertrauensvolle Zusammenarbeit zwischen Planern, Ausführenden und dem Bauherrn. Für zukünftige Bauaufgaben mit ähnlich innovativem Lösungsansatz wird jedoch vorgeschlagen, die Genehmigungs- und Ausführungsplanung bereits vor Vergabe der Bauleistungen durch den AG zu erbringen, sodass auf die komplexen Sondergenehmigungsverfahren mit deren nicht unerheblichem Abstimmungsbedarf und einem hohen Genehmigungsrisiko während der Bauausführung verzichtet werden kann. Die Maßnahme war eines der BMVI-Pilotprojekte zur Anwendung von BIM (Building Information Model ing) im Infrastrukturbau und wurde durch die ARGE I NFRABIM wissenschaftlich begleitet [4]. Aufgrund der Komplexität des Bauvorhabens ergab sich durch die Anwendung von BIM ein Mehrwert in der Planung und Ausführung durch die 3DModellerstellung und den BIM-Anwendungsfall 4DBauablaufvisualisierung. Weiterhin wurde parallel zur klassischen Abrechnungsmethode eine 5D-Kostensteuerung umgesetzt.

Schlussbemerkung

Mit der EÜ Filstal wurde ein weithin prägendes Inge nieurbauwerk geschaffen, welches bereits in der Öffentlichkeit als ein weiteres Wahrzeichen für das Land Baden-Württemberg angesehen wird. Das für eine Eisenbahnbrücke ungewöhnlich schlanke und transparente Bauwerk fügt sich hierbei gut in das bestehende Landschaftsbild ein und erfüllt alle Anforderungen der Funk tionalität eines Ingenieurbauwerks im Zuge der Hochgeschwindigkeitsstrecke der DB. Ab Ende 2022 werden die ersten Züge im Regelbetrieb den Albaufstieg überwinden und damit den Lückenschluss für die Neubaustrecke Stuttgart–Ulm herstellen. Neben der semiintegralen Bauweise, der Hauptspannweite von 150 m über der Fils, den aufgelösten Vouten mit flach geneigten Schrägstielen und den schlanken Pfeilerscheiben setzt die EÜ Filstal neue Maßstäbe im Eisenbahnbrückenbau des 21. Jh. Die Besonderheiten und Schwierigkeiten im Rahmen der Genehmigungsverfahren und der Bauausführung konnten

270

Die Verfasser sind sich einig, dass die EÜ Filstal einen wichtigen Beitrag zur Weiterentwicklung sowie zur innovativen und ästhetischen Gestaltung im Eisenbahn brückenbau leistet und das Ergebnis letztendlich den Aufwand rechtfertigt (Bild 14). Projektbeteiligte Bauherr DB Netz AG Auftraggeber DB Projekt Stuttgart–Ulm GmbH EBA Prüfsachverständiger Büchting + Streit AG, Kempfert + Partner Geotechnik ZiE Gutachter (semiinteProf. Dr.-Ing. Reinhard Maurer, grale Bauweise) Prof. Dr.-Ing. Kempfert Entwurfsverfasser Leonhardt, Andrä und Partner VBI AG Ausführungsplanung SSF Ingenieure AG, SRP – Ingenieure-Consult GmbH Bauausführung ARGE MAX BÖGL/Porr

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Literatur [1] DB Netz AG (2003) Richtlinie 804.9020 – Rahmenplanung Talbrücken. [2] Brückenbeirat der DB AG (2008) Leitfaden Gestalten von Eisenbahnbrücken. [3] Boley, C. et al. (2019) Geotechnische Herausforderungen bei der Planung der Filstalbrücke als semiintegrales Bauwerk auf der Neubaustrecke Wendlingen–Ulm. Bautechnik

Autoren Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.-Ing. Igor Zaidman igor.zaidman@deutschebahn.com DB Projekt Stuttgart–Ulm GmbH Räpplenstraße 17 70191 Stuttgart

Dipl.-Ing. Marc Schumm (Korrespondenzautor) marc.schumm@lap-consult.com Leonhardt, Andrä und Partner, Beratende Ingenieure VBI AG Heilbronner Straße 362 70469 Stuttgart Dipl.-Ing. Peter Kotz pkotz@ssf-ing.de SSF Ingenieure AG, Beratende Ingenieure im Bauwesen Domagkstraße 1a 80807 München

96, H. 10, S. 773–779. https://doi.org/10.1002/bate. 201900051 [4] Borrmann, A. et al. (2017) Wissenschaftliche Begleitung der BMVI-Pilotprojekte zur Anwendung von Building Information Modeling (BIM) im Infrastrukturbau (Endbericht). Wissenschaftliche Begleitung Pilotprojekt EÜ Filstal.

BERICHT REPORT

I. Zaidman, M. Schumm, P. Kotz, T. Steigerwald: Extraordinary railroad bridge over the Filstal valley

Dipl.-Ing. (FH) Tobias Steigerwald tsteigerwald@max-boegl.de MAX BÖGL Postfach 11 20 92301 Neumarkt i. d. OPf.

Zitieren Sie diesen Beitrag Zaidman, I.; Schumm, M.; Kotz, P.; Steigerwald, T. (2022) Außer gewöhnliche Eisenbahnbrücke über das Filstal – Entwurf, Planung und Ausführung des neuen Wahrzeichens von Baden-Württemberg. Bautechnik 99, H. 4, S. 262–271. https://doi.org/10.1002/bate.202200009

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DOI: 10.1002/bate.202200004

BERICHT

Martin Grassl, Thomas Benz

Okavango River Bridge in Botsuana, Afrika – steile Zähne am Delta Okavango River Bridge in Botswana, Africa – elephant tusks for the Okavango The Okavango River in Botswana, Africa, flows into an inland delta. The resulting fertile areas are the basis for the unique richness of flora and fauna – a point of attraction for tourists from all over the world. To facilitate access to the northeastern part of the delta, it was decided to replace the existing ferry connection with a fixed bridge connection as a cable-stayed bridge. To emphasize the symbolic character of the structure, the towers were designed in a special design idea as A-towers in the shape of crossing elephant tusks. This article describes the design history as well as the implementation of the special proposal of the execution with its important details. Construction has been underway on site since 2018, with the ceremonial opening and traffic clearance taking place at approximately the same time as the publication of this journal issue. The structure will make a significant contribution to the improvement and development of the infrastructure of the Okavango Delta.

Stichworte Botsuana; Okavango; Elefantenzähne

Keywords Botswana; Okavango; elephant tusks

zwei Fahrzeuge gleichzeitig aufnehmen kann. Östlich dieser Fährverbindung existiert nur eine für diese Region typische Sandpiste. Um den nordöstlichen Teil des Deltas

Einleitung

Botsuana befindet sich im Zentrum des südlichen Afrikas und besitzt keinen eigenen Meereszugang (Bild 1). Es ist 582.000 km2 groß, was in etwa der Größe Frankreichs entspricht, hat aber nur rd. 1,8 Mio. Einwohner. Damit gehört es zu den am dünnsten besiedelten Ländern der Erde. Das gesamte Land liegt auf einem Hochplateau; nur wenige Bereiche liegen unterhalb von 1000 m ü NN. Große Teile des Landes macht die Halbwüste Kalahari im Südteil aus. Im Nordwesten liegt das große Binnendelta des Flusses Okavango. Der Fluss entspringt im Zentrum von Angola auf dem Hochland von Bié und fließt von dort aus in das wüstenhafte Landesinnere von Botsuana. Dadurch entsteht inmitten einer Wüstenregion eines der beeindruckendsten und artenreichsten Gebiete Afrikas. Das volkswirtschaftliche Einkommen Botsuanas beruht auf dem Erschließen von Bodenschätzen im Bergbau, auf der Fleischproduktion aus Rinderhaltung und auf Einnahmen aus dem Tourismus. Hier spielt das Okavango-Delta mit seinem einzigartigen Artenreichtum eine wesentliche Rolle. Große Teile des Deltas sind im Moment nur per Kleinflugzeug zu erreichen. Lediglich südlich und westlich des Deltas sind die Straßen asphaltiert. Nördlich des Deltas gibt es derzeit als einzige Kreuzungsmöglichkeit auf botsuanischem Boden eine Autofähre, welche jeweils nur 272

Quelle: www-delta-camp.com

Der Fluss Okavango im afrikanischen Botsuana mündet in ein inländisches Delta. Die dadurch entstehenden fruchtbaren Gebiete bilden die Grundlage für den einmaligen Artenreichtum der Flora und Fauna – ein Anziehungspunkt für Touristen aus aller Welt. Um die Erschließung des nordöstlichen Teils des Deltas zu erleichtern, wurde entschieden, die bestehende Fährverbindung durch eine feste Brückenverbindung als Schrägseilbrücke zu ersetzen. Die Pylone wurden, um den Symbolcharakter des Bauwerks zu unterstreichen, in einer speziellen Gestaltungsidee als A-Pylone in der Form von sich kreuzenden Elefantenzähnen entworfen. Dieser Beitrag beschreibt die Entwurfsgeschichte sowie die Umsetzung des Sondervorschlags der Ausführung mit seinen wichtigen Details. Die Bauausführung erfolgt vor Ort seit dem Jahre 2018. Die feierliche Eröffnung und die Verkehrsfreigabe erfolgen ungefähr zeitgleich mit dem Erscheinen der vorliegenden Aus gabe der Bautechnik. Das Bauwerk wird einen wesentlichen Beitrag zur Verbesserung und Entwicklung der Infrastruktur des Okavango-Deltas leisten.

Bild 1

Karte von Botsuana Map of Botswana

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Bild 2

Brückenbauwerk kurz vor der Fertigstellung Bridge structure nearing completion

auch für den Autoverkehr und somit für den Tourismus besser zu erschließen, wurde entschieden, eine feste Brückenverbindung über den Okavango zu errichten (Bild 2). Der Standort der Brücke befindet sich in unmittelbarer Nähe der jetzigen Fährverbindung, da die Topografie des Flusses mit seiner Breite und seinen unzugänglichen Ufern eine Querung an anderer Stelle nahezu unmöglich macht.

BERICHT REPORT

M. Grassl, T. Benz: Okavango River Bridge in Botswana, Africa – elephant tusks for the Okavango

gen zur Pylonausbildung an einem Computergesamt modell visualisiert, um die Einpassung in die vorhandene Situation besser beurteilen zu können. Hierbei handelte es sich um eine klassische Pylonausbildung mit vertikalen Pylonen mit achteckigen Stahlquerschnitten beidseits des Brückendecks angeordnet sowie eine speziell für Botsuana entwickelte Gestaltungsidee: A-Pylone in der Form von sich kreuzenden Elefantenzähnen (Bild 4). Durch diese

Entwurfsgeschichte

Der Okavango ist in seinem festen Flussbett an der Stelle der Brückenquerung etwa 120 m breit. Beidseits dieses ständig mit Wasser gefüllten Flussbetts schließen sich breite Überflutungsgebiete an, welche durch das alljähr liche Hochwasser teilweise meterhoch überflutet werden. Um diese natürlichen Retentionsflächen nicht einzuschränken, schließen sich an die Strombrücke beidseitig Vorlandbrücken an, sodass sich ein Brückenzug mit einer Gesamtlänge von 1161 m ergibt. Beidseitig anschließend an das Brückenbauwerk werden zudem asphaltierte Straßen neu hergestellt. Den Auftrag für die Generalplanung erhielt das Büro CPP Consulting Engineers aus Garba rone, Botsuana. Für die Brückenplanungen wurden das Inge nieurbüro Grassl für die Strombrücke sowie das Büro APCO, Andre Oosthuizen Consult aus Johannesburg, für die Vorlandbrücken als Nachunternehmer tätig. Die Brücke hat an ihrem Standort einen hohen Symbolcharakter. Deshalb wurden an die Konstruktion der Strombrücke hohe gestalterische Ansprüche gestellt, und man entwickelte als Gestaltungsidee eine Schrägseil brücke. Die Ausbildung des Querschnitts wurde als Stahlbetonverbundkonstruktion festgelegt. In der Vorplanungs phase wurden insgesamt sechs Varianten der Schrägseilbrücke – einhüftig, zweihüftig – sowie unterschiedliche Pylonformen untersucht (Bild 3). Nachdem sich der Auftraggeber für die zweihüftige Va riante entschieden hatte, wurden die beiden Vorzugslösun

Bild 3

Optionale Pylonformen der Vorplanungsphase Optional tower designs of the pre-planning phase

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Bild 4

Vergleich der optischen Wirkung der Pylongeometrien (Visualisierung): a) H-Pylone, b) A-Pylone Comparison of the visual effect of the tower geometries (visualisation): a) H-towers, b) A-towers

Bild 5

Übersicht über die Schrägseilbrücke General arrangement of the cable-stayed bridge

Formensprache sind mehrere wichtige Kriterien der Gestaltung erfüllt. Einerseits bilden die Pylone einen Tor charakter, der den Eingang zum Okavango-Delta darstellt. Andererseits symbolisieren Elefantenzähne das Land Botsuana, das die größte Elefantenpopulation in Afrika besitzt. Der Elefant ist ein wichtiger Tourismusmagnet. Dieser Entwurfsidee konnte der Auftraggeber folgen und legte sich im Juni des Jahres 2008 auf die Variante der sich kreuzenden Elefantenzähne fest [1].

Die Ausschreibungsplanung

Da die Brückenachse sich in einer Geraden befindet, war es Ziel der Entwurfsplanung, für die Brückenkonstruk tion möglichst viele Symmetriebeziehungen zu schaffen. So wurde die Strombrücke sowohl zur Brückenmitte als auch zur Brückenachse vollkommen symmetrisch entworfen. Es wurde ein exakt 200 m langes Mittelfeld mit zwei jeweils 100 m langen Seitenfeldern gewählt. Die Seile wurden in acht Seilebenen zu jeweils neun Seilen arrangiert. Es ergaben sich dadurch Seilquerträgerabstände von i. d. R. 10 m. Nur in Brückenmitte und im Bereich der Pylonachsen wurden die Abstände auf 15 m bzw. 25 m vergrößert (Bild 5). Der Regelquerschnitt hat eine Gesamtbreite von 12,40 m. Er nimmt die beiden Fahrbahnen mit jeweils 3,35 m Breite sowie beidseitig jeweils ca. 1,80 m breite Gehwege auf, welche durch Betonschutzwände von den Fahrbahnen dauerhaft getrennt werden. Der Querschnitt wird als 274

Dachprofil mit einer Querneigung von 2,5 % ausgeführt. Der Ausschreibungsentwurf sah einen Stahlverbundquerschnitt mit zwei trapezförmigen, luftdicht verschweißten Stahlhohlkästen als Hauptträger und einer Fahrbahnplatte in Ortbetonbauweise vor (Bild 6). Durch die symmetrische Ausbildung der Strombrücke entsteht ein Verhältnis der Stützweiten von 0,5 – 1,0 – 0,5. Dies stellt für einen Durchlaufträger mit drei Feldern ein nicht optimales Stützweitenverhältnis dar, sodass der Ausschreibungsentwurf eine Ballastierung in den Seitenfeldern vorsah, damit der Lagesicherheitsnachweis an den Trennpfeilern mit der geforderten Sicherheit auch im Grenzzustand der Tragfähigkeit erbracht werden konnte. Bezüglich der Idee, die Pylone in der Form von sich kreuzenden Elefantenzähnen auszubilden, wurde in einer ersten Phase ein intensives Designstudium betrieben, mit

Bild 6

Entwurfsquerschnitt der Schrägseilbrücke Design cross section of the cable-stayed bridge

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Bild 7

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Brückenmodell im Maßstab 1:87 Model of the bridge scale 1:87

dem Ziel, die Geometrie möglichst naturnah hinsichtlich Form und Proportionen auszubilden.

Hier musste allerdings schon im Entwurf genau untersucht werden, wie die Pylone gefertigt werden können, was bei einem in der Höhe veränderlichen sowie gekrümmten Querschnitt beim Baustoff Stahl gewisse technologische Anstrengungen mit sich bringt. So wurde das folgende Herstellungskonzept entwickelt. Die Pylone werden aus einzelnen Stahlschüssen, bestehend aus sich verjüngenden Kegelschnitten, hergestellt. Die einzelnen Kegelschnitte werden durch konische Walzen (Bild 12) in Form gebracht und anschließend längs verschweißt. Die einzelnen Kegelstümpfe werden in der Folge miteinander polygonal verschweißt bzw. verschraubt (Sondervorschlag). Dadurch entsteht eine ge wisse Abweichung von der ideal gekrümmten Form. Um die Sichtbarkeit dieser Abweichung, evtl. erkennbare

Konstruktionszeichnung: ARGE Itinera/Cimolai

Zudem wurde in der Vorplanung die Frage des Materials (Stahl oder Beton) ausführlich erörtert. Beton hätte hier den wesentlichen Vorteil gehabt, dass er beinahe in jede beliebige Form gebracht werden kann. Allerdings hätte eine Verankerung der Seile im Inneren der Pylone sowie deren erforderliche Begehbarkeit durch die massiven Außenwände zu erheblichen Abmessungen geführt, die das Erscheinungsbild der Pylone äußerst negativ beeinflusst hätten. So fiel die Wahl auf den Baustoff Stahl. Bild 8

Pylon im Schnitt Tower in section

Knicke und Schattenkanten für den Betrachter einzuschätzen, wurde zunächst eine Vollmodellcomputervisualisierung inkl. verschiedener Perspektiven und Beleuchtungszustände aufbereitet. Darüber hinaus wurde ein zu wesentlichen Teilen gedrucktes 3-D-Modell eines Pylons inkl. eines Teils des Fahrbahndecks und einiger Seile im Maßstab 1:87 gefertigt. Durch die hohe erzielbare Fertigungsgenauigkeit werden etwaige geometrische Unstetigkeiten zutreffend abgebildet. Das so erstellte Modell wurde im Anschluss aus verschiedenen Perspektiven, teilweise unter extremen Lichtverhältnissen, fotografiert. Die Ergebnisse waren Bautechnik 99 (2022), Heft 4 275

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Bild 9

Konstruktion der Regelquerträger Construction of the cross member

durchweg positiv, sodass davon ausgegangen werden konnte, dass es zu keiner sichtbaren Verfälschung der Idealform im fertiggestellten Zustand kommen wird (Bild 7). Die Stahlpylone haben eine Höhe von ca. 53 m über den Pfahlkopfplatten. Auf diesen wurden Betonsockel mit einer Höhe von ca. 1 m geplant, um die Stahlkonstruktion oberhalb der üblichen Hochwasserstände anzuordnen. Am Fuß beträgt der Durchmesser der Pylonschäfte 3 m und verjüngt sich zur Spitze hin bis auf einen Durch messer von 1,11 m (Bild 8). Die Pylonfüße sind mittels 66 Ankerstäben ∅ 50 mm auf die Pfahlkopfplatten aufgespannt. Die Verankerung der Parallellitzenseile erfolgt im Inneren der Pylone an neun Verankerungsebenen. Die Konstruktion ist zu Wartungszwecken vom Brückendeck aus durch eine Tür zugänglich. Sowohl die Aufspannpunkte am Fuß wie auch die Seilverankerungen sind über Steigleitern erreichbar. Damit sind alle wartungsrelevanten Teile der Konstruktion zugänglich. Um den Pylonen auch farblich ein realistisches Erscheinungsbild zu verleihen, werden sie mit einer Deckbeschichtung in dem Elfenbeinfarbton RAL 1015 versehen. Überbauseitig schließen die Seile zu beiden Seiten des Überbaudecks an auskragenden Seilquerträgern an.

Der Sondervorschlag

Nach der Angebotsphase im Herbst 2016 erfolgte die Prüfung der eingereichten Offerten. Das wirtschaftlichste Angebot wurde durch einen Sondervorschlag abgebildet. Dieser Sondervorschlag sieht für die Strombrücke vor, dass statt der luftdicht verschlossenen Hohlkästen offene Stahlprofile mit geneigten Stegen die Hauptträger bilden. Ebenso wird die Ausbildung der Regelquerträger als offene Stahlprofile vorgeschlagen (Bild 9). Die Seilquerträger werden entsprechend dem Ausschreibungsentwurf als Kastenprofile beibehalten. Für die Fahrbahnplatte werden Betonfertigteile mit einer Ergänzung aus Ort beton vorgesehen. 276

Bild 10 Sonderschrauben Typ HRC Special bolts type HRC

Der Sondervorschlag sieht mit dem Ausschreibungsentwurf identische Stützweitenverhältnisse vor. Da die offenen Querschnitte für die Anordnung einer Ballastierung weniger gut geeignet sind als Hohlkästen, wird das erste Feld jeder Vorlandbrücke noch der Strombrücke zugeschlagen. Die Trennpfeiler werden jeweils um eine Achse in Richtung der Widerlager verschoben. Damit ergibt sich bei gleicher Gesamtlänge des Brückenzugs die Länge der Strombrücke zu 44,35 m – 100 m – 200 m – 100 m – 44,35 m = 488,70 m. Der Seiltyp für die Strombrücke wird entsprechend dem Ausschreibungsentwurf als Parallellitzenseile gewählt. Eine wesentliche Änderung des Sondervorschlags gegenüber dem Ausschreibungsentwurf ist, dass zur Vermeidung von Baustellenschweißungen alle Montagestöße auf der Baustelle als geschraubte, vorgespannte Verbindungen ausgeführt werden. Dies betrifft sowohl die Brückenlängsund Querträger als auch die Pylone. Um mögliche Fehler quellen bei der Aufbringung der Vorspannung zu minimieren, werden Sonderschrauben des Typs HRC gemäß EN 14399-10 vorgesehen (Bild 10), bei denen nach Aufbringen des geforderten Anziehmoments eine Sollbruch-

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stelle versagt. Somit entscheidet über das Anziehmoment eine mechanische Grenzgröße und nicht die manuelle Einstellung an einem Drehmomentenschlüssel. Zudem ist eine visuelle Kontrolle der Arbeiten einfach möglich. Bei den Vorlandbrücken ist der Sondervorschlag weitreichender. Hier werden statt der im Entwurf vorgesehenen Spannbetonhohlkästen in der Taktschiebebauweise ebenfalls Stahlverbundquerschnitte mit offenen Stahlträgern ausgeführt, sodass hier eine krangestützte Montage der Stahlträger möglich wird. Dem Sondervorschlag wurde nach intensiver Prüfung durch den Auftraggeber zugestimmt, und so erfolgte am 16. Januar 2017 die Auftragsvergabe an ein italienisches Konsortium, bestehend aus den renommierten italienischen Baufirmen Itinera und Cimolai.

Die Ausführung

5.1

Bemessungsvorschriften

Das südliche Afrika steht historisch bedingt unter starkem britischem Einfluss. So ist für die Vergabe von öffentli-

chen Bauaufträgen die Anwendung des British Standard als Bemessungsvorschrift üblich. Im vorliegenden Fall kamen die Eurocodes unter Berücksichtigung der britischen nationalen Anhänge zur Anwendung.

5.2

BERICHT REPORT

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Die Fertigung und der Transport

Die Fertigung sämtlicher Stahlbauteile erfolgte in den norditalienischen Werken der Firma Cimolai (Bild 11). Hier wurden die Montageeinheiten verschweißt und beschichtet. Ebenso erfolgte hier die Walzung der bis zu 70 mm starken Bleche für die runden Pylonschäfte (Bild 12). Nach der Fertigstellung wurden die kompletten Stahlbauteile, bestehend aus den Überbauten der Vorlandbrücken, der Strombrücke und den Pylonen, in einer einzigen Schiffsladung im Mai 2019 nach Walvisbay, Namibia verschifft. Von dort aus erfolgte der Transport der Konstruktionsteile mittels 160 Lkw-Ladungen über den Caprivi-Streifen an ihren Bestimmungsort in Botsuana an den Okavango-River in der Nähe der Ortschaft Mohembo.

5.3

Der Bau

Die örtlichen Verhältnisse erlaubten es, dass neben dem Baufeld eine Montagefläche vorgehalten werden konnte, auf der die Lagerung sämtlicher Stahlbauelemente erfolgte. Ebenso wurde eine Feldfabrik aufgebaut, in der die Betonage und Lagerung der Fahrbahnplattenfertigteile möglich war (Bild 13). Für die Bautätigkeit waren zeitweise ca. 45 Facharbeiter der ausführenden Firmen sowie 550 Hilfsarbeiter, die aus der umliegenden Region angeworben wurden, beschäftigt. Für diese Mitarbeiter wurde ein Containerdorf errichtet, welches neben den Wohnunterkünften auch ein umfangreiches Angebot an Freizeiteinrichtungen vorweisen konnte.

Bild 11 Werksfertigung Pylonfußpunkt (Stahlbau Cimolai) Factory production tower base (steelwork Cimolai)

Bild 12 Walzung der Pylonschäfte Rolling of the tower shafts

Ab Mai 2018 begannen die Bautätigkeiten vor Ort mit den Gründungsarbeiten. Der vorgefundene Baugrund in dieser Region besteht in weiten Teilen aus unterschied-

Bild 13 Feldfabrik zur Betonage der Fahrbahnplattenfertigteile Field factory for concreting the precast roadway slabs

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Bild 14 Montage der Pylone (Juli 2020) Assembly of the towers (July 2020)

Bild 15 Geometrie der Vorlandbrückenpfeiler Geometry of the approach bridge pier

lich stark verwittertem Fels, sodass die Gründung des Bauwerks über die gesamte Länge auf Bohrpfählen ausgeführt wurde. Während die Gründung der Unterbauten der Vorlandbrücken über einen Pfahlkopfbalken auf einzelnen Pfahlreihen mit ausschließlich vertikalen Pfählen mit einem Durchmesser von 1,20 m erfolgte, wurden für die Pylone Pfahlkopfplatten mit den Abmessungen von 19,20 m × 36,70 m und einer Dicke von 4 m gewählt, die jeweils auf 37 Pfählen gegründet sind. Der Durchmesser der Pfähle für die Pylongründung beträgt ebenfalls 1,20 m. Auch hier wurden ausschließlich vertikale Pfähle ausgeführt. Die Pfahllängen für die Pylongründungen ergaben sich zu 31 m. Die Herstellung der insgesamt 189 Pfähle für das gesamte Bauwerk erfolgte in einem Zeitraum von 15 Monaten. Zeitversetzt wurden die Pfahlkopfbalken der Vorlandbrücken sowie die Pfahlkopfplatten der Pylone über einen Zeitraum von 14 Monaten betoniert und bis zum März 2020 fertiggestellt.

Die Betonierarbeiten der Unterbauten erstreckten sich über einen Zeitraum von 14 Monaten und wurden im Juli 2020 fertiggestellt. Dabei hatte sich über die Zeit gezeigt, dass die geometrisch anspruchsvolle Formgebung der Vorlandbrückenpfeiler für den wiederkehrenden Einsatz der Schalung herausfordernd war (Bild 15). Damit das Erscheinungsbild den gesetzten Ansprüchen entspricht, wurden mit zunehmendem Einsatz der Schalung vermehrt Nacharbeiten am Beton im Bereich der Stöße der Schalungsplatten erforderlich.

Jeder Pylon ist über die Höhe in sechs Montageabschnitte unterteilt, sodass sich mit dem Kreuzungsbauteil 13 Montageeinheiten je Pylon ergeben. Während die Montage stöße der Überbauten durch die gelaschten Verbindungen deutlich als geschraubte Verbindungen erkennbar sind, wurden an die visuelle Erscheinung der Pylone erhöhte Anforderungen gestellt. Alle Schweißnähte der im Werk gefertigten Pylonschüsse wurden blecheben beschliffen. Außerdem sollten die baustellenseitig geschraubten Stöße der Montageeinheiten visuell ebenfalls so wenig wie möglich für den Betrachter in Erscheinung treten. Daher wurden in der Planungsphase verschiedene Ausführungen dieser Verbindungen diskutiert und die visuelle Wirkung des verbleibenden Spalts an Probestücken untersucht. Die gewählte Ausführung mittels innen liegender Flansche und eine erhöhte Anforderung an die Planebenheit der Stoßflanken führten zu einem befriedigenden Ergebnis. So konnte im Mai 2020 die Errichtung des Pylon 1 begonnen und nach zweimonatiger Montagezeit fertiggestellt werden. Direkt im Anschluss erfolgte der Aufbau des Pylons 2 mit ebenfalls zweimonatiger Dauer. Diese Arbeiten wurden mithilfe von mobilen Autokränen durchgeführt (Bild 14). 278

Die Stahlbauarbeiten der Überbauten der Vorlandbrücken begannen im Januar 2020. Das Auflegen der vorgefertigten Stahlsegmente erfolgte ebenfalls mittels mobiler Autokräne. Es wurden dabei die werksgefertigten Stahlbaueinheiten vor Ort zu Montageeinheiten verschraubt, die einer Feldlänge (i. d. R. 45 m) entsprachen. Diese Einheiten wurden mit zwei Kränen eingehoben, sodass auf Hilfsstützen verzichtet werden konnte. Im Nachgang wurden die Fertigteile der Fahrbahnplatte ausgelegt und durch die Ortbetonergänzung komplettiert. Die Montage der Randfelder der Strombrücke erfolgte in vergleichbarer Weise. Hier wurden jedoch für die 100 m großen Randfelder jeweils drei temporäre Zwischen unterstützungen erforderlich. Mit Fertigstellung der Stahlbauarbeiten in den Randfeldern wurden bereits die rückwärtigen Seile eingebaut (Bild 16). Für das Stromfeld er-

Bild 16 Schrägseilbrücke im Bauzustand (Januar 2021) Cable stayed bridge in the state of construction (January 2021)

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Fertigstellung des Bauwerks wird den Menschen, die östlich des Flusses leben, eine Querungsmöglichkeit zur Verfügung gestellt, die unabhängig von Wasserständen und Fährbetriebszeiten einen Zugang zur nahe gelegenen Stadt Mohembo und damit z. B. zu medizinischer Versorgung ermöglicht.

BERICHT REPORT

M. Grassl, T. Benz: Okavango River Bridge in Botswana, Africa – elephant tusks for the Okavango

Darüber hinaus wird das Bauwerk als Landmarke einen touristischen Anziehungspunkt darstellen, der zu einer wirtschaftlichen Belebung der Region führen wird. Projektbeteiligte Auftraggeber: The Government of the Republic of Botswana, Roads Department Ministry of Transport and Communication Bild 17 Einschwimmen des Schlussstücks Floating in the final section

folgte die Montage der Stahlbausegmente im freien Vorbau. Die Segmentlänge entsprach dabei dem Abstand der Seilquerträger von 10 m. Dabei wurden die Fertigungs schüsse per Ponton an die Einbaustelle eingeschwommen und mittels Pressen in die gewünschte Lage gehoben. Nach dem Verschlossern der Überbausegmente erfolgten der Einbau und das Anspannen des Seilpaars für diese Montageeinheit. Am 22. März 2021 wurde das letzte Passstück in Feldmitte eingeschwommen und verschlossert (Bild 17). Ein Ereignis, das durch die örtlichen Medien mit ihrer Berichterstattung begleitet wurde. Nach dem Komplettieren der Fahrbahnplatte mit Ortbeton erfolgen nunmehr die Betonage der Betongleitwände seitlich der Fahrbahn, das Aufbringen des Fahrbahn belags sowie die Montage der Geländer. Das Bauwerk erhält neben der üblichen Beleuchtung zur Flugsicherung an den Pylonspitzen auch ein gestalterisches Lichtkonzept, welches durch die verwendete LEDTechnik mit wechselbaren Farbtönen angesteuert werden kann.

Planung: Generalplaner Okavango-Querung, Planung Verkehrsanlage: CPP, Botswana (Pty) Ltd., Consulting Engineers & Planners Broadhurst, Gaborone Vorentwurfs- und Entwurfsplanung sowie Aufstellen der Verdingungsunterlagen: Büro APCO, Oosthuizen, Johannesburg, South Africa (Vorlandbrücken) Vorentwurfs- und Entwurfsplanung, Genehmigungs planung, Ausführungsplanung sowie Aufstellen der Verdingungsunterlagen: Ingenieurbüro Grassl GmbH, Hamburg (Strombrücke) Ausführungsplanung (Sondervorschlag): SETECO Ingeneria, Genova – Italia Bauausführung:

Itinera/Cimolai J.V., Italia

Statisch-konstruktive Prüfung: Superstructures Consulting Engineers, Pretoria, South Africa (Vorlandbrücken) Prüfingenieur Dipl.-Ing. Holger Cordes, Hamburg (Strombrücke) Technische Prüfung des Sondervorschlags und Beratung des Bauherrn während der Ausführung: Superstructures Consulting Engineers, Pretoria, South Africa (Vorlandbrücken) Ingenieurbüro Grassl GmbH, Hamburg (Strombrücke)

Literatur [1] Grassl, M.; Benz, T. (2010) Okavango River Bridge in Botsuana, Afrika. Stahlbau 79 (2010), H. 11, S. 854–862. https://doi.org/10.1002/stab.201001375

Zusammenfassung und Ausblick

Um die Erschließung des nordöstlichen Teils des Okavango-Deltas zu erleichtern, wurde entschieden, die bestehende Fährverbindung im Norden Botsuanas durch eine feste Brückenverbindung als Schrägseilbrücke zu ersetzen. Um den Symbolcharakter des Bauwerks zu unterstreichen, wurden die Pylone in einer speziellen Gestaltungsidee als A-Pylone in der Form von sich kreuzenden Elefantenzähnen entworfen. Die Bauausführung erfolgt vor Ort seit dem Jahre 2018. Die feierliche Eröffnung und die Verkehrsfreigabe erfolgen in etwa zeitgleich mit dem Erscheinen der vorliegenden Ausgabe der Bautechnik. Das Bauwerk wird einen wesentlichen Beitrag zur Verbesserung und Entwicklung der Infrastruktur des Okavango-Deltas leisten. Mit der

Autoren Dipl.-Ing. Martin Grassl martingrassl@grassl-ing.de Ingenieurbüro GRASSL GmbH Anckelmannsplatz 1 20537 Hamburg

Dipl.-Ing. Thomas Benz (Korrespondenzautor) tbenz@grassl-ing.de Ingenieurbüro GRASSL GmbH Anckelmannsplatz 1 20537 Hamburg

Zitieren Sie diesen Beitrag Grassl, M.; Benz, T. (2022) Okavango River Bridge in Botsuana, Afrika – steile Zähne am Delta. Bautechnik 99, H. 4, S. 272–279. https://doi.org/10.1002/bate.202200004

Bautechnik 99 (2022), Heft 4 279

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DOI: 10.1002/bate.202200016

BERICHT

Peter Sprinke, Laura Giesing, Christian Lambracht

Muss denn immer alles neu sein? Teilerneuerung der Brücke Viersener Straße in Mönchengladbach Die im Jahre 1968 erbaute Brücke Viersener Straße liegt im innerstädtischen Bereich von Mönchengladbach und überführt die B 57 (Hermann-Piecq-Anlage). Aufgrund von Tragfähigkeitsdefiziten des Spannbetonüberbaus mit einhergehenden verkehrlichen Einschränkungen der Viersener Straße war eine Erneuerung des Überbaus unabdingbar. Neben den gängigen Varianten von einer Ertüchtigung der Brückenkonstruktion bis hin zur Kompletterneuerung wurden hier zudem neue Wege begangen und auch eine Teilerneuerung – Ersatzüberbau mit Weiternutzung der Unterbauten – untersucht. Der neue Überbau, auf alten Unterbauten, sichert heute den innerstädtischen Verkehrsfluss.

Does everything always have to be new? Partial renewal of the bridge Viersener Straße The bridge, built in 1968, is located in the inner-city of Mönchengladbach and crosses the B 57 (Hermann-Piecq- Anlage). Due to load capacity deficiencies of the prestressed concrete superstructure, a short-term replacement was required. In addition to the common method of strengthening the prestressed concrete superstructure and a complete renewal, a partial renewal – replacement superstructure with further use of the substructure – was analyzed. Today, the new superstructure, on top of the old substructure, secures the inner-city traffic flow.

Stichworte Bestand; Ersatzüberbau; Stahlverbundbau; Instandsetzung

Keywords existing structure; replacement superstructure; composite steel construction; restoration

Aufgrund dieser sichtbar vergrößerten Rissbildung wurde im Dezember 2019 durch eine Brückennachrechnung festgestellt, dass der Überbau Tragfähigkeitsdefizite, besonders hinsichtlich der Querkrafttragfähigkeit, aufweist.

Einleitung

Die Viersener Straße liegt im innerstädtischen Bereich der Stadt Mönchgladbach. Die Brücke überführt die Bundesstraße B 57 sowie einen Geh- und Radweg. Die Strecke ist für den Nah- und Autoverkehr sowie für Radfahrer und Fußgänger eine wichtige Verkehrsader im Stadtzen trum von Mönchengladbach.

Quelle: Schüßler-Plan

Im Zuge der Brückenhauptprüfung wurden erstmals breite Risse im Stützbereich des Spannbetonplattenbalkens festgestellt, die sich im Vergleich zur vorangegangenen Hauptprüfung deutlich vergrößert hatten (Bilder 1, 2).

Bild 1

Teilerneuerung – Ersatzüberbau Partial renewal – replacement superstructure

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Quelle: Schüßler-Plan

Basierend auf den Ergebnissen der Nachrechnung wurden durch die Stadt Mönchengladbach als Sofortmaßnahme zur Entlastung der äußeren Träger die Fahrspuren auf die Innenträger verschoben sowie das zulässige Fahrzeuggesamtgewicht auf 30 t beschränkt. Zudem wurden die Risse bzw. die Rissentwicklung ständig beobachtet und entsprechend Bild 3 dokumentiert.

Bild 2

Schubriss im Steg des Spannbetonplattenbalkens Shear crack at web of the prestressed conrete slab beam

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Quelle: Schüßler-Plan

BERICHT REPORT

P. Sprinke, L. Giesing, C. Lambracht: Does everything always have to be new?

Bild 3

Rissmonitoring Crack monitoring

Im Ergebnis der Variantenuntersuchung entschied sich die Stadt Mönchengladbach als Bauherrin aufgrund einer Wirtschaftlichkeitsanalyse sowie zur Minimierung einhergehender verkehrlicher Einschränkungen für eine Teilerneuerung (Bild 1).

Bestandsbauwerk

Quelle: Schüßler-Plan

Bei dem Bestandsbauwerk aus dem Jahr 1968 handelt es sich um einen Dreifeldträger mit einer Gesamtlänge von 56 m und den Stützweiten 14 m – 28 m – 14 m. Die Widerlager- und Pfeilerachsen sind parallel zur kreuzenden B 57 angeordnet. Hierdurch weist das Bestandsbauwerk eine Schiefwinkligkeit von 65,1 gon auf. Bild 5

Bestehend aus zwei getrennten Überbauten mit je einer Richtungsfahrbahn wurde das Bestandsbauwerk mit einer Breite von 25 m zwischen den Geländern auf einen perspektivischen Ausbau der Viersener Straße ausgelegt. Bei den Überbauquerschnitten handelt es sich jeweils um einen zweistegigen Plattenbalken aus Spannbeton (Homberg-Querschnitt, Bild 4). Die Überbauten wurden jeweils als Eingusssystem auf einem Lehrgerüst hergestellt.

dass die Längsfuge stetig überfahren und die nicht befahrene Brückenfläche als Parkplatzfläche ausgewiesen wurde (Bild 5). Die Aufweitung zur Zufahrtsrampe erfolgte durch einen monolithisch angebundenen Hohlkasten. Die Bauwerke sind nicht entkoppelt, sondern der Überbau der Brücke liegt auf der Stütze des Rampenbauwerks über einer Konsole auf (Bild 6). Quelle: Stadt Mönchengladbach Bestandsplänee

Im Laufe der Zeit veränderte sich die angrenzende Verkehrsführung der Viersener Straße mit der Konsequenz,

Bild 4

Bestandsquerschnitt Existing cross-section

Brücke im Jahr 2016 Bridge in 2016

Variantenuntersuchung

Auf die im Jahr 2019 festgestellten Tragfähigkeitsdefizite des Bestandsbauwerks erfolgte umgehend eine Variantenuntersuchung. Im Zuge der Variantenbetrachtung wurden in einer Bandbreite von möglichen VerstärkungsBautechnik 99 (2022), Heft 4 281

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siken betrachtet. Zudem konnte hierdurch das Problem der ständig überfahrenen Längsfuge nicht behoben werden. Aus diesen Diskussionen heraus entstand die Idee, ausschließlich den Überbau zu erneuern (Bild 7).

Quelle: Schüßler-Plan

Hierbei sollte der vorhandene „schwere“ Plattenbalken des Bestandsbauwerks durch einen Überbau in leichter Stahlverbundbauweise ersetzt werden. Das verringerte Eigengewicht des neuen Überbaus ermöglicht dann die Abtragung von aktuellen erhöhten Verkehrslasten in die Bestandsunterbauten.

Bild 6

Anschluss der Rampe Connection to the ramp

maßnahmen und Instandsetzungen des Bestandsbauwerks bis hin zur vollständigen Erneuerung zahlreiche Lösungen aufgezeigt und diskutiert. Bei der Variantendiskussion wurden die verkehrlichen Einschränkungen als eine der wesentlichen Randbedingungen herausgearbeitet. Die verkehrlichen Einschränkungen waren hierbei nicht nur auf die unten liegende Hermann-Piecq-Anlage (B 57) beschränkt, sondern auch die Verkehrsbeziehungen auf der Viersener Straße (Busverbindungen, Zufahrtsstrecke zum nahe gelegenen Krankenhaus, geplante Baustellenverkehre) wurden betrachtet.

Die Unterbauten waren augenscheinlich als auch basierend auf den Ergebnissen der zuletzt durchgeführten Brückenprüfung im Jahr 2017 – im Gegensatz zu den Überbauten – in einem guten Zustand. Im Rahmen der durchgeführten Brückenprüfung wurden an den Unterbauten nur lokale Schäden festgestellt. Zur Absicherung eines ausreichenden Erhaltungszustands der Unterbauten wurden zusätzlich Materialproben an den zugängigen Teilen der Unterbauten entnommen. Hierbei lag der Fokus auf der Bestimmung der Carbonatisierung und der Chloridhaltigkeit. Die Ergebnisse zeigten keinerlei Verdachtsmomente. Bei den Betonfestigkeiten wurden Überfestigkeiten festgestellt. Anhand dieser Untersuchungsergebnisse konnte von einem robusten Zustand der Unterbauten ausgegangen werden. In Abstimmung mit der Bauherrin sowie dem Prüfinge nieur erfolgte die globale statische Nachweisführung für den Bestand auf Basis eines Lastvergleichs von Alt zu Neu. Hierbei wurde das Prinzip, dass durch den neuen Überbau keine erhöhten Lasten in die Unterbauten eingeleitet werden, umgesetzt. Des Weiteren konnten bei der Erneuerung des Überbaus die Anpassungen an die bestehende Verkehrssituation vorgenommen und somit die Brückenbreite deutlich reduziert werden. Zur Gewährleistung einer dauerhaften und vollen Funk tionsfähigkeit der gesamten Konstruktion wurden die Unterbauten des Bestandsbauwerks instand gesetzt.

Ein vollständiger Ersatzneubau für die Unter- und Überbauten wurde in Anbetracht der Eingriffe in den Verkehr als auch der resultierenden Baukosten verworfen. Mögliche Verstärkungen und Instandsetzungen des Bestands wurden in Bezug auf die durchgeführten Materialbeprobungen (Carbonatisierung, Chloride) mit gewissen Restri-

Im Zuge einer Wirtschaftlichkeitsbetrachtung ergab sich mit den theoretischen Lebenszyklen (massive Unterbauten 110 Jahre/Stahlverbundüberbau 70 Jahre) unter Beachtung der geplanten Sanierung der Unterbauten ein annähernd gleicher theoretischer Zeitpunkt der kompletten Erneuerung zum Jahr 2090.

Quelle: Schüßler-Plan

So entstand ein Spagat: Das „neue“ Bauwerk, ob instand gesetzt oder erneuert, sollte zum einen im Endzustand eine dauerhafte Lösung – ohne verkehrliche Einschränkungen – beinhalten und zum anderen während der Bauzeit die betreffenden Verkehrsströme der B 57 und der Viersener Straße so wenig wie möglich verkehrlich beeinträchtigen. Die baulichen Eingriffe im Bereich der Widerlager sollten aufgrund der unmittelbar angrenzenden Gebäude so gering wie möglich gehalten werden.

Bild 7

Entwurfskonzept Design concept

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Quelle: Schüßler-Plan

BERICHT REPORT

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Längsschnitt Longitudinal section

Bild 9

Neuer Verbundquerschnitt New composite section

Quelle: Schüßler-Plan

Bild 8

Im Ergebnis der Variantenuntersuchung entschied sich die Stadt Mönchengladbach im Jahr 2019 für eine Teil erneuerung des Brückenüberbaus (Bild 7).

Ersatzüberbau

4.1

Allgemein

Die Planung eines Ersatzüberbaus erscheint zunächst banal, da wesentliche Randbedingungen wie die Straßengradiente und die Lagerachsen bereits vorhanden sind. Der Blick auf den Bestand ermöglicht jedoch auch Verbesserungen, Anpassungen und Aktualisierungen. So wurde z. B. die Brücke an die verkehrliche Situation angepasst, sodass die Breite deutlich reduziert werden konnte. Auf den äußerst schlanken Stützen waren keine Pressenansatzpunkte für einen Lagertausch vorhanden. Da an den Stützenköpfen Verstärkungen erforderlich wurden, wurden die Pressenansatzpunkte in diese Kopfverstärkungen integriert.

Anpassungen bzw. Angleichungen der Gradiente in den Anbindungspunkten der Einfahrt des anliegenden Parkhauses konnten ebenso vorgenommen werden wie die Anordnung von Mastkonsolen für die städtische Beleuchtung und Verkehrszeichenanlagen.

4.2

Tragwerk, Querschnitt

Entgegen dem Planungsprozess bei einem kompletten Brückenneubau (Unter- und Überbau) sind die statischen Berechnungen bei einer Teilerneuerung wesentlich durch den zu erhaltenden Bestand beschränkt. Ferner bestimmen die Lagerachsen des Bestands die Spannweiten. Das statische Längssystem eines Dreifeldträgers mit 14 m – 28 m – 14 m Spannweiten wurde somit aus dem Bestand übernommen (Bild 8). Infolge der verringerten Brückenbreite wurden in der Querrichtung lediglich drei der vorhandenen vier Stützen weitergenutzt. Hier wurde entgegen dem Bestand mit den jeweils zwei Stützungen je Überbauhälfte das statische System von einem Einfeldträger in einen statisch unbeBautechnik 99 (2022), Heft 4 283

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Quelle: Schüßler-Plan

P. Sprinke, L. Giesing, C. Lambracht: Muss denn immer alles neu sein?

Bild 10 Vereinfachte Visualisierung Simplified visualization

stimmten Zweifeldträger auf drei Stützen (Abstand der Stützen von 6,25 m) geändert. Der Spannbetonplattenbalken wurde durch eine leichtere Stahlverbundbauweise und verringerte Breite zwischen den Geländern von 18,70 m ersetzt. Die primäre Tragkonstruktion der stählernen Längsträger wurde über insgesamt elf offene Walzprofile in einem Abstand von 1,7 m gebildet. Infolge des geringen Abstands der Längsträger konnte die Stärke der Fahrbahnplatte auf 25 cm optimiert werden. Die massive Fahrbahnplatte und die Längsträger wurden mittels Kopfbolzendübel schubfest mitei nander verbunden. Der Belag für die Fahrbahn wurde gemäß der ZTV-ING Teil 7, Abschnitt 1 mit bituminöser Abdichtung und als Asphaltbelag mit Schutz- und Deckschicht erstellt (Bild 9). Bild 10 zeigt eine vereinfachte Visualisierung der Teilerneuerung. Um zu gewährleisten, dass die Bestandsunterbauten aus dem neuen Überbau keine größeren Lasten als in der Urstatik bzw. der Nachrechnung erfahren, sowie in Bezug auf die verkehrliche Nutzung wurden die Kappen der beidseitig angeordneten Gehwege in Leichtbeton mit einer Rohwichte von 16 kN/m3 geplant. Aus einer Vielzahl von Untersuchungen und Vergleichsberechnungen entwickelte sich somit eine äußerst leichte und schlanke Stahlverbundkonstruktion. Der schiefwinklige Überbau wurde – analog zum Bestand – ohne Festhaltung in Längs- und Querrichtung gelagert. In allen Lagerachsen wurden Querträger für eine flexible Lasteinleitung vorgesehen. An den Stützen wurden Stahlquerträger und an den Widerlagern massive Stahlbeton endquerträger angeordnet. Zur Reduktion von Zwangsbeanspruchung infolge des linearen Temperaturunterschieds in Querrichtung wurde die Fahrbahnplatte mit den Stahlquerträgern nicht verbunden. An den Stützenachsen ergab sich hierdurch ein Vierendeelträger. 284

4.3

Statisch-konstruktive Besonderheiten

Der Überbau wurde nach aktueller Norm bemessen. Der Nachweis der Unterbauten erfolgte in Abstimmung mit dem Prüfingenieur und der Stadt Mönchengladbach über einen Lastenvergleich von Alt zu Neu. Hierbei wurden die Auflagerkräfte aus der Bestandsstatik, welche auf Basis der Nachrechnungen hinreichend verifiziert waren, zugrunde gelegt. Auf Basis der Untersuchungen und der zuvor beschriebenen Querschnittsfestlegungen zu dem optimierten Stahlverbundtragwerk wurden in Abstimmung mit der Bauherrin nachstehende Festlegungen getroffen. Die Bemessung der Straßenbrücke erfolgte für zivile Verkehrslasten mit Einwirkungen aus dem Lastmodell LM1 nach DIN EN 1991-2 sowie unter Berücksichtigung von Militärlasten gemäß ARS 31/1982 auf Grundlage der STANAG 2021 für MLC 50-50/100. Auf Grundlage einer durchgeführten Verkehrszählung mit durchschnittlichem Verkehr pro Tag (DTV-KFZ/d: 13.000, DTV-SV/d: 550 (4 %)) wurden für die Doppelachsen die Mindestwerte nach DIN EN 1991-2 mit aQi = 0,8 angesetzt. Für die Hauptspur wurde für die gleichmäßig verteilte Hauptspur aq1 = 1,0 angesetzt. Die restlichen aqi ergaben sich gemäß nationalem Anhang DIN EN 1991-2/ NA:2010-12 zu aq2 = 2,4, aq3 = 1,2, aqr = 1,2. Die Para meter für Ermüdungsnachweise wurden mit der Verkehrskategorie 2 und der Verkehrsart Lokalverkehr festgelegt. In der Bestandsstatik wurde von einer schwimmenden Lagerung mit Verformungsruhepunkt in Brückenmitte ausgegangen. Entgegen der ZTV-Ing Teil 8 wurde daher trotz einer Brückenschiefe von 65,1 gon < 80 gon auf Führungen in Längsrichtung an den Widerlagern verzichtet und eine schwimmende Lagerung ausgeführt.

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Quelle: Schüßler-Plan

BERICHT REPORT

P. Sprinke, L. Giesing, C. Lambracht: Does everything always have to be new?

Bild 11 Stützenkopfverstärkung Column head reinforcement

Die Stützen wurden als Pendelstützen bemessen, sodass diese lediglich Normalkräfte in ihrer Achse aufnehmen können. Bei Abbruch und Montage war daher eine Abstützung der Stützen notwendig. Die Detailbetrachtungen an den Lasteinleitungspunkten zeigten, dass die vorhandene Spaltzugbewehrung in den Stützen nicht ausreichend war. Hierzu wurde eine Stützenkopfverstärkung aus Stahl konstruiert (Bild 11). Mit der eingesetzten Umschnürungswirkung kann das Tragverhalten von Beton unter Druckkraft markant verbessert werden. Durch die Stützenkopfkonstruktion konnten zudem Pressenansatzpunkte geschaffen werden, sodass auf eine aufwendige bauzeitliche Hubkonstruktion beim Lagerwechsel verzichtet werden kann. Im Zuge der Planungen wurden zum Nachweis der Lastneutralität die Kappen in Leichtbeton geplant. Für die statischen Nachweise zu der massiven Verbundplatte und den Endquerträgern wurde zunächst der konventionelle normative Ansatz mit einer Rohwichte des Normalbetons von 25 kN/m3 verfolgt. Nach der Betonage des Überbaus wurden die Rückstellproben auch auf die Rohwichte hin überprüft. Der Beton lag im Durchschnitt bei 22,4 kN/ m3. Unter Berücksichtigung der eingelegten Bewehrung ergab sich eine Rohwichte von 23,6 kN/m3 für die Stahlbetonplatte. Anhand der Einbaumenge des Betons – als auch anhand der Messungen zur Maßhaltigkeit der Platte

– wurde der Istzustand für die Verbundplatte zu dem Soll bestätigt. Auf Basis dieser Erkenntnisse wurde der Nachweis der Lastneutralität mit den bestätigten Ist-Rohwichten erneut geführt und die Kappen konnten ebenfalls aus Normalbeton hergestellt werden.

Bauausführung

Bereits in der Planungsphase wurde sowohl der baupraktischen Durchführung als auch den resultierenden verkehrlichen Eingriffen größte Aufmerksamkeit gewidmet. Die verkehrliche Bedeutung der Hermann-Piecq-Anlage (B 57) und der Viersener Straße für die Stadt Mönchengladbach wurde bereits betont. Die Herstellung eines Ersatzes bedingt zunächst den Rückbau und dann den Neubau. Um die Einschränkungen für die Verkehrsteilnehmer so gering wie möglich zu halten, war im Zuge der baubetrieblichen Erwägungen immer eine Bündelung der verkehrlichen Eingriffe geplant. Grundsätzlich waren zwei Konzepte zum Bau vorgesehen. Konzept A sah eine Bauzeit von 19 Monaten mit immer wiederkehrenden Sperrungen der Verkehrswege vor. Bei der Variante B verkürzte sich die Bauzeit auf acht Monate, jedoch ging hiermit eine Vollsperrung der Viersener Straße von sechs Monaten einher. Bautechnik 99 (2022), Heft 4 285

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P. Sprinke, L. Giesing, C. Lambracht: Muss denn immer alles neu sein?

Nach der Vorstellung der Konzepte in den politischen Gremien der Stadt Mönchengladbach wurde durch die Stadt die Variante B mit kürzerer Bauzeit und Vollsperrung der Viersener Straße beschlossen. Hierzu wurde durch die Bauherrin ein großräumiges Umleitungskonzept geplant.

Der baubetriebliche Ablauf sah vor, dass parallel zu der Vorfertigung des Stahlbaus im Werk vorbereitende Maßnahmen vor Ort durchgeführt werden, um unmittelbar nach dem Rückbau der Bestandsüberbauten mit der Montage der Stahlbaukonstruktion für den Überbau beginnen zu können.

Quelle: Rheinischer Spiegel (online)

Auf Basis des festgelegten Bauablaufs wurde die Ausschreibung erarbeitet und die Bauleistung am 7. September 2020 an die Firma Wayss&Freytag (Düsseldorf) vergeben.

Bild 13 Rückbau der Bestandsüberbauten Removal of the existing superstructure

Für den Rückbau des Bestands wurde die B 57 gesperrt (Bild 13). Die Vollsperrung der Bundesstraße von zehn Tagen wurde bewusst in die Osterferien 2021 gelegt.

Grund dieser Schädigungen war eine verstopfte Auflagerbankentwässerung, die zuvor aufgrund des geringen Auflagerspalts nicht eingesehen werden konnte. Über die bekannten defekten und verschlissenen Übergangskon struktionen gelangte chloridhaltiges Wasser auf die Auflagerbänke und stand fast permanent in der Kehl rinne. In der Konsequenz war die Betonsubstanz massiv angegriffen und die Bewehrung vollständig korrodiert. Hier blieb nur der Ersatz der Kammerwand als einzig dauerhafte und sinnvolle Lösung.

Quelle: Schüßler-Plan

Nach erfolgtem Rückbau der Überbauten konnten erstmalig die Kammerwände und Widerlagerbänke eingesehen werden. Die Kammerwand des Widerlagers Nord war entgegen den Erwartungen und den getätigten Materialbeprobungen erheblich geschädigt (Bild 12).

Bild 14 Schutz- und Arbeitsgerüst zur Herstellung des neuen Brückenüberbaus Safety and working scaffold for the production of the new superstructure

In dem Zeitraum der Vollsperrung der B 57 wurden das Schutzgerüst und die Tragrahmen zur Montage des Stahlbaus erstellt (Bild 14). Der Verkehr auf der B 57 wurde danach wieder freigegeben. Fast zeitgleich erfolgten die Montage zum Stahlbau, die Ertüchtigung der Stützenköpfe, die Sanierung der Unterbauten und die erforderliche Erneuerung der Kammerwand. Nach der Montage des Stahlbaus und der Verschlosserung wurden die Montagenähte verschweißt und anschließend mit dem Aufbau der Schalung für die Verbundplatte begonnen. Die Betonage der Verbundplatte erfolgte am 29. Juli 2021 (Bild 15).

Quelle: Schüßler-Plan

Die nachlaufenden Abdichtungsarbeiten wurden begleitet von der Verlegung der Leitungsstränge für die Straßenbeleuchtung, der Verkehrsregelung sowie der Beleuchtung des Brückengeländers.

Bild 12 Schäden an der Kammerwand Damage at the chamber wall

286

Die Vollsperrung der Viersener Straße war für den Zeitraum von März bis August 2021 geplant. Infolge der unplanmäßigen erweiterten Erneuerung der Kammerwand, Lieferengpässen und Unwetterereignissen in Form von Starkregen verlängerte sich die Vollsperrung. Zum November 2021 rollte der Verkehr auf dem neuen Über-

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Quelle: Schüßler-Plan

Die pragmatische, aber durchaus ingenieurmäßige Vorgehensweise, den Nachweis der Unterbauten über einen Lastvergleich (Alt/Neu) zu führen, hat es ermöglicht, die Unterbauten zu erhalten. Dass dabei die zu erhaltende Bausubstanz frei von inneren und/oder äußeren Schäden ist bzw. sein sollte, ist selbstverständlich.

Bild 15 Betonage der Fahrbahnplatte Concreting of the deck slab

bau der Brücke der Viersener Straße. Die teilerneuerte Brücke stellt sich als modernes Element der Infrastruktur dar.

Zusammenfassung und Ausblick

„Muss denn immer alles neu sein“ lautet der Titel des Beitrags. Das Projekt der Viersener Straße zeigt, welche Verantwortung Ingenieure tragen und in welchem Zwiespalt sie sich oft bewegen. Dem Streben, etwas Neues zu schaffen, werden durch Themen wie Nachhaltigkeit und Finanzen natürliche Grenzen gesetzt. Hier liegt es auch an den Ingenieuren, mit Kreativität auf die Randbedingungen des Projekts im Speziellen einzu gehen und Lösungen abseits der bekannten Pfade zu suchen.

Autorin und Autoren Dipl.-Ing. Peter Sprinke PSprinke@schuessler-plan.de Schüßler-Plan Ingenieurgesellschaft mbH Abteilung Ingenieurbau Grafenberger Allee 293 40237 Düsseldorf

Laura Giesing, M. Sc. (Korrespondenzautorin) LGiesing@schuessler-plan.de Schüßler-Plan Ingenieurgesellschaft mbH Abteilung Ingenieurbau Grafenberger Allee 293 40237 Düsseldorf

BERICHT REPORT

P. Sprinke, L. Giesing, C. Lambracht: Does everything always have to be new?

Selbstverständlich dagegen ist es nicht, dass Bauteile oder Bauwerke rückgebaut werden, nur weil aktuelle Nachweisführungen theoretische Defizite ausweisen, das betreffende Bauteil oder Bauwerk jedoch bestenfalls vollständig schadensfrei ist. Am Beispiel der Viersener Straße in Mönchengladbach wird gezeigt, dass es zwischen einer Instandsetzung und der kompletten Erneuerung eines Bauwerks durchaus noch weitere sinnhafte Optionen gibt, den Verkehrsfluss zu erhalten. Diese Optionen sind immer projektspezifisch und hängen von einer Vielzahl von beeinflussenden Faktoren ab. Es ist die Aufgabe von Ingenieur:innen und Planer:innen, diese Optionen zu erkennen, die möglichen Vor- und Nachteile offen zu benennen und sich auch abseits der bekannten Wege dem Neuen zu öffnen.

Dank Die Autorin und die Autoren bedanken sich bei allen Beteiligten, insbesondere bei dem Prüfingenieur, für die offene, angenehme und äußerst sachkundige, konstruktive Zusammenarbeit. Ganz besonderer Dank geht an das Land Nordrhein-Westfalen, vertreten durch die Bezirksregierung Düsseldorf, die im Rahmen der Förderrichtlinie kommunaler Straßenbau FöRi-kom-Stra das Projekt unterstützt und gefördert hat.

Dipl.-Ing. Christian Lambracht Christian.Lambracht@moenchengladbach.de Stadt Mönchengladbach Fachbereich 66, Straßenbau und Verkehrstechnik Abt. 66.20, Straßen- und Ingenieurbau Rathaus Rheydt, Markt 11 41236 Mönchengladbach Zitieren Sie diesen Beitrag Sprinke, P.; Giesing, L.; Lambracht, C. (2022) Muss denn immer alles neu sein? Teilerneuerung der Brücke Viersener Straße in Mönchengladbach. Bautechnik 99, H. 4, S. 280–287. https://doi.org/10.1002/bate.202200016

Bautechnik 99 (2022), Heft 4 287

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DOI: 10.1002/bate.202200014

BERICHT

Tilo Behrmann, Manuel Fröhlich, Philipp Wenger, Martin Hierl

Technische Herausforderungen bei der Planung von Spannbetonfertigteilträgern mit trockenen und geschliffenen Stoßfugen im Brückenbau Am Frankfurter Flughafen wird derzeit ein drittes Terminal errichtet. Die Anbindung des Terminals 3 an den Hauptkomplex des Flughafens erfolgt durch ein neues, autonomes Passagiertransportsystem (PTS), welches auf einer Länge von ca. 2,5 km in Hochlage auf einem Brückenzug fahren wird. Für den Brückenzug sind u. a. neuartige, bis zu 40 m lange Tragwerke als vorgespannte Betonfertigteilträger vorgesehen. Die Besonderheit besteht hier in der Art der Fügung der Trägersegmente – die Segmente werden als Vollfertigteile mit geschliffenen, trockenen und unverzahnten Fugen im Werk hergestellt und mittels Vorspannung mit nachträglichem Verbund zusammengefügt. Im Gegensatz zu üblichen, verzahnten Fugen mit entsprechend formschlüssiger Querkraftübertragung wird der Kraftschluss bei den plangeschliffenen Fugen ausschließlich über die durch die Vorspannung erzeugte Reibung in der Stoßfuge erzeugt. Zwar gibt es zu geschliffenen, über Reibung lastabtragenden Fugen bereits Erkenntnisse und Erfahrungen (z. B. bei Windenergieanlagen), die Besonderheit beim PTS in Frankfurt besteht jedoch in der erstmaligen Anwendung dieses Konstruktionsprinzips im Brückenbau durch die Firma Max Bögl für einen hoch frequentierten Fahrweg mit entsprechend hohen ermüdungsrelevanten Beanspruchungen. Der vorliegende Beitrag befasst sich mit den Besonderheiten der Bemessung und Nachweisführung sowie den hohen Anforderungen an die geschliffene Fuge beim Herstellungsprozess.

Technical challenges in the design of prestressed concrete precast beams with dry and smooth joints in bridge construction A third terminal is currently being built at Frankfurt Airport. The connection of Terminal 3 to the main complex of the airport will be by means of a new, autonomous passenger transport system (PTS), which is to run on an elevated viaduct over a length of about 2.5 km. As one type of construction form for the viaduct, up to 40 m long girders are designed as prestressed concrete precast beams. Their special feature is the way in which individual girder elements are joined – the segments are fully precast with smooth, dry and non-toothed joints in the factory and joined together by means of post-tensioning. Unlike the load transfer in conventional, keyed joints with shear keys arranged on the segment face, the shear resistance in plane, smooth joints is generated exclusively by the friction generated by the clamping force across the joint. Even though there already are findings and experiences with smooth joints which are transferring loads via friction (e. g. in wind turbines), the special feature of the PTS in Frankfurt is the first application of this design principle in bridge construction by Max Bögl for a highly frequented track with high fatigue loads. This paper deals with the special features of design and verification as well as the high demands on the smooth joint in the manu facturing process.

Stichworte Spannbetonträger; trockene Fuge; Segmentbauweise

Keywords prestressed concrete girders; dry joints; segmental construction

gesehen. In Abschnitten, in denen Träger auf bereits vorhandene Unterbauten aufgelegt werden, in engen Kurven oder für sehr große Spannweiten bis 60 m kommen leichte Stahlverbundüberbauten zum Einsatz. Wo möglich, wurde im Bereich von Weichen und Fahrwegverzweigungen die wirtschaftlichere Spannbetonbauweise, bestehend aus Halbfertigteilen und Ortbetonergänzung, gewählt. Darüber hinaus sah der Entwurf vor, einen neuartigen Trägertyp einzusetzen, welcher als vorgespannter Betonfertigteilträger komplett im Werk hergestellt und als Einfeldträger in Längen bis zu 40 m verwendet werden kann. Die Besonderheit besteht dabei in der Art der Fügung der Trägersegmente – einzelne Segmente werden als Vollfertigteile mit geschliffenen, trockenen und unverzahnten Fugen im Werk hergestellt und mittels Vorspannung mit nachträglichem Verbund zusammengefügt.

Einführung

Am größten deutschen Verkehrsflughafen Frankfurt Main wird derzeit ein drittes Terminal im Süden des bisherigen Flughafengeländes errichtet. Die Inbetriebnahme ist für das Jahr 2026 geplant. Die Anbindung des neuen Terminals an den Hauptkomplex des Flughafens erfolgt durch ein neues, autonomes Passagiertransportsystem (PTS). Fahrzeuge der Firma Siemens vom Typ AirVal verkehren auf der ca. 5,5 km langen Strecke zwischen der an den Fern- und S-Bahnhof am Terminal 1 angebundenen Station F über eine bestehende Station am Terminal 2 bis zum neuen Terminal 3. Auf einer Länge von ca. 2,5 km verläuft der neue Fahrweg in Hochlage – teilweise parallel zum Bestandssystem, welches die Terminals 1 und 2 verbindet – und besteht auf der gesamten Strecke aus einer direkt befahrenen Betonfahrbahn. Für den Brückenzug wurden im Entwurf drei unterschiedliche Bauweisen für die Fahrwegüberbauten vor288

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Quelle: schlaich bergermann partner

BERICHT REPORT

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Bild 1

Übersicht über Trägergeometrien und Querschottanordnung Overview of girder geometries and positioning of intermediate diaphragms

Vollfertigteilträger als Systemträger

2.1

System und Querschnitt

Insgesamt 59 Fertigteilträger, und somit knapp die Hälfte der rund 120 erforderlichen Fahrwegüberbauten, werden als Vollfertigteile in drei unterschiedlichen Bauhöhen ausgeführt. Für die größte Spannweite von 39 m kommt eine Bauhöhe von 2,4 m zum Einsatz. Diese Träger sind gerade und werden aus drei Segmenten zusammengefügt. 1,5 m hohe, ebenfalls gerade Träger aus maximal zwei Segmenten kommen für kleinere Spannweiten bis 33 m zur Anwendung. Die Bauhöhe 1,5 m wird auch im Testgleis verwendet, wo die Auflagerung einiger Träger auf auskragenden Gebäuderiegeln des zugehörigen Werkstattgebäudes – mit entsprechend kürzeren Spannweiten – erfolgt. Träger bis zu einer Länge von 15 m werden aus einem einzigen Segment hergestellt und schlaff bewehrt. In Fahrweg abschnitten mit Grundrisskrümmung (Kurvenradien von rund 250 m) wird trotz vergleichbarer Spannweiten aufgrund der zusätzlichen Torsionsbeanspruchung eine BauTab. 1

höhe von 1,80 m benötigt. Die gekrümmten Träger weisen eine Querneigung auf, um bei der Kurvenfahrt trotz Fahrtgeschwindigkeiten von nahezu 80 km/h die Grenzwerte für die maximal zulässige Querbeschleunigung nach BOStrab [1] einzuhalten. Die erforderliche Querneigung von 10 % wird durch Drehung des Querschnitts erzeugt. Bild 1 und Tab. 1 zeigen die verschiedenen System- und Querschnittsgeometrien. Allen Trägern ist der konstante Querschnitt des Obergurts gemein. Er stellt die 2,90 m breite, direkt befahrene Fahrbahnplatte dar und besteht aus zwei jeweils 85 cm breiten Rollflächen (Expositionsklasse XM2 wegen mechanischen Abriebs durch das gummibereifte Fahrzeug) sowie einer 120 cm breiten, 15 cm starken Zwischenplatte. Aufgrund deutlicher Vorteile in der Herstellbarkeit und um den Einsatz eines flexiblen Schalungssystems zu ermöglichen, schließen an die Fahrbahnplatte Stege mit getrennten, nach außen gerichteten Untergurten an. Die maximal 22 cm breiten Stege sind für einen einfachen Ausbau der Innenschalung leicht nach außen geneigt. Neben den

Verwendete Trägertypen Girder types

Bauhöhe 1,50 m

Bauhöhe 1,80 m

Bauhöhe 2,40 m

Länge: 5,7–34,0 m Radius: r = ∞ Segmentanzahl: 1–2 Querneigung: 0 %

Länge: 28,5–33,1 m Radius: r ≈ 250 m Segmentanzahl: 2 Querneigung: bis 10 %

Länge: 39,9 m Radius: r = ∞ Segmentanzahl: 3 Querneigung: 0 %

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50 cm dicken Endquerträgern in den Lagerachsen sind die Stege lediglich durch beidseits der Segmentfugen angeordnete Querschotte mit einer mittleren Dicke von 20 cm verbunden. Die Spannglieder verlaufen sowohl horizontal in den Untergurten als auch girlandenförmig in den geneigten Stegen. Für die Vorspannung mit nachträglichem Verbund kommen sieben-, neun- oder zwölflitzige Spannglieder vom Typ Suspa-Litze DW der Firma Dywidag mit einer Spannstahlgüte St1860 zum Einsatz. Die Spannstahlflächen liegen zwischen 31,5 cm2 und 63 cm2 je Trägerhälfte.

Die Entwässerung erfolgt über regelmäßig angeordnete Brückenabläufe, welche die Zwischenplatte durchdringen und in eine zwischen den Stegen verlaufende Sammel leitung münden. Zur Gewährleistung eines störungsfreien Winterbetriebs wird die Fahrbahnplatte zudem mit einer elektrischen Fahrwegheizung ausgestattet. Die Heizkabel verlaufen dabei in Kupferrohren, die innerhalb der Betondeckung der Rollflächen verlegt werden. An den Trägerenden werden Übergangskonstruktionen zur Aufnahme von Gesamtdehnwegen bis 200 mm benötigt. Hierzu werden Fingerplatten aus Stahl direkt auf dem durch Schleifen vorbereiteten Konstruktionsbeton verschraubt. Auf der Zwischenplatte wird mittels diskreter Schienenstützpunkte die in Trägerachse verlaufende Führungsschiene kontinuierlich am Überbau befestigt. Parallel zur Führungsschiene sind entlang der inneren Stirn flächen des Obergurts beidseitig Stromschienen angeordnet, die das Fahrzeug kontinuierlich mit Strom versorgen. Die Stromschienen und die Führungsschiene werden direkt auf den Konstruktionsbeton des Fahrwegs verschraubt (Bild 4).

Quelle: Max Bögl

Ausstattungselemente

Bild 2

Vorgefertigter Bewehrungskorb für einen 15-m-Träger Reinforcement cage for a 15 m long girder

Bild 3

Fertiges, 2,4 m hohes Mittelsegment Finished 2.4 m deep middle segment

Bild 4

Betonoberfläche mit Bohrungen für die Befestigung des Führungsschienensystems Concrete deck surface with drill holes for fixation of guiding rail system

Quelle: Max Bögl

2.2

Zur Entfluchtung der Fahrzeuge verläuft zwischen parallelen Fahrwegträgern eine Notgehwegkonstruktion, welche mithilfe von Einbauteilen an den Trägern befestigt ist. Auf der dem Notgehweg gegenüberliegenden Trägerseite wird ein Geländer zur Absturzsicherung vorgesehen.

2.3

Fertigung und Montage

Es können zudem viele kritische Arbeitsschritte zur Integration von Ausstattungselementen bereits im Werk erledigt werden. Neben der präzisen Ausrichtung der verschiedenen Einbauteile werden u. a. die Bohrungen für die Stützpunkte der Führungsschiene bereits im Werk hergestellt sowie die Entwässerungsleitungen vormontiert, um den Aufwand auf der Baustelle zu reduzieren. 290

Quelle: Max Bögl

Die Herstellung der Träger erfolgt im Fertigteilwerk der Firma Max Bögl am Standort Sengenthal. Die Bauweise mit Vollfertigteilträgern ermöglicht es, die Vorteile industrieller Fertigungsmethoden mit höchster Ausführungsqualität und -überwachung im Werk optimal zu nutzen (Bilder 2, 3).

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BERICHT REPORT

T. Behrmann et al.: Technical challenges in the design of prestressed concrete precast beams with dry and smooth joints in bridge c onstruction

lassener Transportanker erfolgt, kommen für den Einhub der gefügten Träger aufgrund der hohen Gesamtgewichte Hubtraversen zum Einsatz (Bild 7).

Quelle: Max Bögl

2.4

Zwei 2,4 m hohe, knapp 40 m lange Träger vor dem Einheben Two 2.4 m deep, nearly 40 m long girders prior to installation

Quelle: Max Bögl

Bild 5

Bild 6

Anlieferung eines 1,5 m hohen, 30 m langen Trägers auf die Baustelle Delivery to site of a 1.5 m deep and 30 m long girder

Tragverhalten und Berechnungsmethoden

Die für den Einsatz als Fahrwegträger hinsichtlich Herstellbarkeit und Gewicht optimierten Vollfertigteilträger wurden aufgrund ihrer schlanken Bauteilabmessungen sowie besonderer Anforderungen an das Tragverhalten im Bereich der Segmentfugen im Zuge der statischen Berechnung und Nachweisführung an zwei verschiedenen räumlichen Finite-Elemente-Modellen untersucht. Zum einen wurden die kompletten Träger mit Schalenelementen abgebildet (Faltwerk, Bild 8a), zum anderen als Zweistabmodell, dessen Längstragsystem durch Balkenelemente (Bild 8b) idealisiert wird. Das Faltwerk liefert eine realitätsnahe Spannungsverteilung unter Berücksichtigung der Profilverformung und Flanschbiegung. Ebenfalls können durch dieses Modell lokale Einflüsse, wie z. B. die punktuelle Lasteinleitung aus dem angehängten Notgehweg, der Einfluss von Durchbrüchen oder der Querschotte, erfasst werden. Das linear-elastische Faltwerkmodell wurde in erster Linie für Nachweise im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit (GZG) verwendet, da bei den voll vorgespannten Trägern im Gebrauchszustand von einem ungerissenen Querschnitt ausgegangen werden kann und somit die volle Biege- und Torsionssteifigkeit vorhanden ist.

Quelle: Max Bögl

Im Stabmodell erfolgt die Abbildung des Längstragsystems durch zwei Stabzüge aus Balkenelementen, welche jeweils die beiden Querschnittshälften darstellen. Zur Lastverteilung in Querrichtung und zur Übertragung von Schubkräften in Längsrichtung wird die obere Platte des

Einheben eines 1,8 m hohen, gekrümmten Trägers mit Querneigung Installation of a 1.8 m deep, curved girder with superelevation

In Abhängigkeit von Trägerlänge und Transportgewicht werden die einzelnen Segmente im Werk gefügt und vorgespannt und anschließend als Ganzes auf die Baustelle transportiert (Bild 6). Nur besonders lange Träger müssen als einzelne Segmente auf die Baustelle transportiert und vor Ort mittels Vorspannung gefügt werden (Bild 5). Einzelne Trägersegmente weisen dabei Längen bis zu 17 m und ein Gewicht von bis zu 77 t auf. Das Maximalgewicht der gefügten Träger liegt bei 200 t. Während das Anheben der einzelnen Segmente mittels in den Fertigteilen einge-

Quelle: schlaich bergermann partner

Bild 7

Bild 8

a) FE-Faltwerkmodell aus Schalenelementen, b) FE-Stabmodell a) Finite element shell model, b) finite element beam model

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Gesamtquerschnitts mit Schalenelementen modelliert. Da die einzelnen Trägerhälften jeweils bereits die halbe Platte enthalten, verfügen die Schalenelemente der zusätzlichen Platte über keine Membran- oder Biegesteifigkeit in Längsrichtung. Anhand dieses Modells lassen sich Schnittgrößen herauslesen, welche zur Nachweisführung im GZT auf Querschnittsebene herangezogen werden können. Weiterhin erlaubt das Stabmodell die Manipulation einzelner Steifigkeitsanteile zur Erfassung eines realitätsnahen Tragverhaltens unter Berücksichtigung einer Rissbildung im GZT. Zum Beispiel ist davon auszugehen, dass im GZT die Torsionssteifigkeit der beiden Trägerhälften aufgrund einer Öffnung der Fuge in Feldmitte gegen null geht und eine Torsionsbeanspruchung ausschließlich als Kräftepaar in den beiden Stegen abgetragen werden muss. Dieser Effekt kann durch gezielte Abminderung der Torsionssteifigkeit der Balkenelemente im Bereich der Fuge berücksichtigt werden. Die Modellierung der beiden Rechenmodelle basiert auf derselben Grundstruktur (z. B. Materialien, Achsdefinitionen, Lagerbedingungen). Ebenfalls werden die Lasten in beiden Modellen nach dem gleichen Vorgehen aufgebracht. In beiden Modellen werden die gleichen Lastfälle und Lastfallkombinationen berücksichtigt, sodass beide Modelle identische Auflagerkräfte liefern. Neben den Eigengewichts- und Ausbaulasten sind für die statisch bestimmten Einfeldträger im Wesentlichen Wind- und Verkehrslasten relevant. Letztere beinhalten verschiedene Lasteffekte wie vertikale Achslast, Schlingern, Fliehkräfte und Bremsen. Ein großer Anteil der zuvor genannten Verkehrslast ist ermüdungswirksam und es musste eine hohe Lastwechselzahl von über 10 Mio. Fahrzeugüberfahrten berücksichtigt werden. Somit kam auch den Nachweisen gegen Ermüdung große Bedeutung zu.

Trockene Fuge

3.1

Stand der Technik

Die in Frankfurt umgesetzte Ausführung der Fertigteilträger mit offenem Querschnitt und plangeschliffener Trockenfuge stellt eine Sonderform der Segmentbauweise im Brückenbau dar. Brücken in Segmentbauweise werden üblicherweise mit Hohlkastenquerschnitten im sog. Kontaktverfahren (Match-Cast-Verfahren) mit mechanisch verzahnten Fugen hergestellt. Dabei dient die Oberfläche des zuvor hergestellten Segments als Stirnschalung für das benachbarte Segment für eine präzise Passung der Verzahnung. Die in der Regel an den Stirnseiten der Hohlkastensegmente umlaufend angeordnete Verzahnung mittels Schubnocken gewährleistet eine annähernd dem monolithischen Querschnitt entsprechende Übertragung von Schubspannungen aus Querkraft- und Torsionsbeanspruchung [2–4]. Zum Ausgleich von Unebenheiten werden die Kontaktflächen dabei häufig mittels Epoxidharz oder Zementmörtel verklebt. In Abgrenzung zur trockenen Fuge spricht man bei derart verklebten Fugen von sog. Pressfugen. Diese Art der Segmentbauweise 292

stellt im internationalen Brückenbau die am weitesten verbreitete Bauweise dar. Mit den vorgespannten Segmentfertigteilträgern mit trockenen, geschliffenen und unverzahnten Fugen setzt die Firma Max Bögl in Frankfurt erstmalig eine Bauweise im Brückenbau in einem öffentlichen Infrastrukturprojekt um, die bisher vorwiegend bei vorgefertigten, modular aufgebauten Windenergieanlagen mit Beton- oder hybriden Türmen zum Einsatz gekommen ist. Darüber hinaus wird diese Technologie der Trägerfügung mittels Reibschluss auch bei den zweiteiligen Fahrweg-Spannbetonfertigteilträgern für die Magnetschwebebahn, das Transportsystem Bögl (TSB) [5], eingesetzt. Umfangreiche U ntersuchungen, Versuche und Erfahrungen zum Torsionstragverhalten der trockenen Fugen [6, 7] bilden die Grundlage für die Anwendung dieses Prinzips im Straßenbrückenbau.

3.2

Normative Situation

Gemäß [8], NCI zu 6.3.2 (106) ist „für die Anwendung der Segmentbauweise in Deutschland eine Zustimmung der zuständigen Bauaufsichtsbehörde notwendig“. Weiterhin sind rechtwinklig zur Systemachse verlaufende Bauteil fugen für vorwiegend auf Biegung beanspruchte Bauteile grundsätzlich rau oder verzahnt auszuführen ([8], NCI zu 6.2.5). Aufgrund der zuvor genannten normativen Forderungen und in Ermangelung eines durchgängigen und geschlossenen Nachweisformats in den technischen Regelwerken [8–12] für das Konstruktionsprinzip der Schubspannungsübertragung durch Reibung musste für die Umsetzung der Segmentbauweise mit geschliffener Trockenfuge ein Bemessungskonzept erarbeitet werden [13], welches in der Folge im Rahmen eines ZiE-Verfahrens bauaufsichtlich genehmigt wurde [14, 15].

3.3

Nachweisführung

Anforderungen an die Nachweisführung der Träger, insbesondere im Hinblick auf die Fuge, werden in [13, 14] definiert. Im Folgenden werden die Besonderheiten der Nachweisführung im GZT und GZG hinsichtlich der geschliffenen, trockenen Fuge erläutert.

3.3.1 Grenzzustand der Tragfähigkeit (GZT) Der GZT-Nachweis Biegung mit Normalkraft kann unter der Voraussetzung im Verbund liegender Spannglieder entsprechend den Vorgaben aus [11] Kapitel 6.1 geführt werden. Eine im GZT eintretende Fugenöffnung führt dabei zu keiner Abminderung der Biegetragfähigkeit [13]. Neben dem Nachweis des Grenzzustands der Tragfähigkeit, welcher den Versagenszustand des Querschnitts darstellt, wird die unter Bemessungsschnittgrößen auftretende Fugenöffnung begrenzt. Dadurch wird das Eben-

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Druckzonenhöhe und Normalspannungsverteilung in der Fuge Compression zone and axial stress distribution at the joint

bleiben des Querschnitts gewährleistet. Entsprechend den gutachterlichen Stellungnahmen [13, 14] wird für die geraden Träger eine Begrenzung der Fugenöffnung auf 2/3 der Trägerhöhe vorgegeben. Für die gekrümmten Träger ist die zulässige Fugenöffnung auf die halbe Träger höhe limitiert (Bild 9). Neben dem Einhalten einer Mindestdruckzonenhöhe ist die Querkraftübertragung auf Bemessungslastniveau der wesentliche Nachweis der Fuge. Der Nachweis erfolgt durch Gegenüberstellung der vorhandenen Schubspannung tEd (z) und der aufnehmbaren Schubspannung tRd (z) in sämtlichen Fasern des Querschnitts. Die vorhandene Schubspannung wird entsprechend den Regeln der technischen Mechanik für den überdrückten Restquerschnitt, unter Berücksichtigung der einwirkenden γ -fachen Querkraft VEd, ermittelt. Da im Fugen bereich keine Torsionssteifigkeit angesetzt wird (Abschn. 2.4), treten hier keine Bemessungstorsionsmomente auf. Somit resultieren die in der Fuge auftretenden Schubspannungen tEd (z) ausschließlich aus der Querkraft VEd. Der Widerstand tRd (z) wird anhand des Produkts aus vorherrschender Längsspannung σx (z) und Reibbeiwert mRd ermittelt. Somit lässt sich der Nachweis folgendermaßen formulieren (Gl. (1)):

Quelle: schlaich bergermann partner

Bild 9

τ Rd ( z) = µRd ⋅σ x ( z) ≥ τ Ed ( z)

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Bild 10 Schubspannung und Reibung in der Fuge Shear stress and friction at the joint

Bei den aus zwei Segmenten bestehenden Trägern ist der Nachweis aufgrund der Lage der Fuge in Feldmitte und der damit verbundenen geringen Querkraft in der Regel unkritisch. Die dreigeteilten Träger, bei welchen sich die Fugen zu den Auflagern hin verschieben, weisen deutlich höhere zu übertragende Querkräfte auf. Der Nachweis der Querkraftübertragung in der Fuge wurde hier zum entscheidenden Kriterium für die Positionierung der Fugen. Somit kann dieser Nachweis mitunter entwurfsbestimmend werden, da sich durch ihn die mögliche Lage einer Segmentfuge auf bestimmte Bereiche beschränkt.

3.3.2 Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit (GZG) Insbesondere zur Gewährleistung der Dauerhaftigkeit ist es erforderlich, dass die trockene Fuge unter Gebrauchslasten stets überdrückt ist. Die gutachterliche Stellungnahme [14] fordert diesbezüglich eine Druckspannungsreserve von –0,5 N/mm2, welche in sämtlichen Querschnittsfasern unter der charakteristischen (seltenen) Einwirkungskombination einzuhalten ist. Bild 11 zeigt die minimalen Druckspannungen an der Elementunterseite und Elementoberseite unter der charakteristischen Einwirkungskombination im Fugenbereich.

(1)

Bild 10 zeigt exemplarisch die Gegenüberstellung der vorhandenen Schubspannung tEd (z) und der aufnehmbaren Schubspannung tRd (z). Anhand der Abbildung ist ersichtlich, dass trotz der hohen Gesamtkapazität ʃA σx dA · mRd, welche die aufzunehmende Querkraft um ein Vielfaches überschreitet, der Nachweis im Bereich der Nulllinie nur knapp erfüllt ist. Aufgrund der durch die hohe Gesamtkapazität vorhandenen Umlagerungsmöglichkeiten sind geringe Überschreitungen der Widerstandslinie als unkritisch zu bewerten. Das Bemessungskonzept [13] erlaubt solche „geringe Überschreitung […] im Bereich der Nulllinie“, sofern die „Reibungskraft des überdrückten Stegbereichs jedoch nicht kleiner als das 1,5-Fache“ der einwirkenden Querkraft ist.

Neben der einzuhaltenden Druckspannungsreserve und der zu berücksichtigenden Einwirkungskombination unterscheidet sich der Nachweis gegenüber dem herkömmlichen Dekompressionsnachweis dadurch, dass die Dekompression in allen Querschnittsfasern und somit an Ober- und Unterseite gleichermaßen einzuhalten ist. Beim gegenwärtigen Projekt stellte es sich als Herausforderung dar, für die exzentrisch verlaufenden Spannglieder eine Vorspannung zu finden, welche das Kriterium sowohl an der Ober- als auch an der Unterseite erfüllt. Insbesondere bei den im Radius liegenden Trägern erforderte die Ermittlung der Vorspannkraft daher mehrere Iterationen. Die Führung des Nachweises der Dekompression, insbesondere der Druckspannungsreserve in der Fuge erfolgt Bautechnik 99 (2022), Heft 4 293

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Quelle: Max Bögl

Quelle: schlaich bergermann partner

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Bild 11 Minimale Druckspannungen unten/oben in der Fuge Residual compression at the joint Bild 12 Geschliffene Kontaktfläche und Hüllrohraufweitung Segment face at joint after grinding and formed voids at ducts

am dreidimensionalen FE-Modell der mittels Schalen elementen modellierten Träger. Die Verwendung eines dreidimensionalen Modells mit Schalenelementen ist nach Auffassung der Autoren obligatorisch, da dieses Modell im Gegensatz zum auf Balkenelementen basierenden Modell die volle Faltwerkswirkung der Träger berücksichtigt. Auch lokale Einflüsse, wie z. B. der Einfluss der Querschotte, können somit berücksichtigt werden. Aufgrund der Tatsache, dass die Fuge unter Gebrauchslasten stets vollständig überdrückt bleibt und der Querschnitt somit wie ein ungerissener Querschnitt behandelt werden darf, ergeben sich für die Bemessung der Fuge im GZG keine weiteren Besonderheiten.

3.4

Herstellung und bauliche Durchbildung

Die Kontaktflächen der Fuge werden nach ausreichender Aushärtung des Betons mittels CNC-gesteuerter Fräse im Werk geschliffen. Die Unebenheiten in der Fuge werden dadurch auf ein Maß < 0,20 mm reduziert. Durch die Oberflächenbearbeitung wird neben der Dichtigkeit eine Homogenisierung der Reibeigenschaften der Kontakt flächen erreicht. Die Hüllrohre der fugenkreuzenden Spannglieder werden im Fugenbereich derart aufgeweitet, dass die Spannglieder im Bereich der Fuge vollständig vom Verpressmörtel umschlossen werden und somit trotz unterbrochenem Hüllrohr ausreichend vor Korrosion geschützt sind (Bild 12). Auf diese Weise wird eine umlaufende Betondeckung der Spannlitzen sichergestellt. Als zusätzlicher Schutz vor Feuchtigkeitseintritt wird umlaufend um die Hüllrohraufweitungen sowie an Träger oberseite ein selbstklebendes Dichtband aus Butyl kautschuk vorgesehen. Durch die Komprimierung des Butylbands infolge Vorspannung lässt sich ein dichter Abschluss erzielen. Die Wirksamkeit des Butylbands wurde im Rahmen von Dichtigkeitsuntersuchungen der Firma Max Bögl nachgewiesen. 294

Fazit und Ausblick

Während sich die Segmentbauweise mit geschliffener Trockenfuge bei Windkraftanlagen in den letzten Jahren durchsetzen konnte, ist diese Bauweise im Brückenbau national wie international derzeit nur selten anzutreffen. Neben der fehlenden Verfügbarkeit der zur Herstellung der Fuge erforderlichen Schleiftechnologie mag dies auch den fehlenden Erfahrungen und normativen Regelungen geschuldet sein. Mit den Fertigteilbrücken für die Anbindung des Terminals 3 am Flughafen Frankfurt konnte die Segmentbauweise mit geschliffener Trockenfuge durch die Firma Max Bögl erstmals im Rahmen eines infrastrukturellen Großprojekts erfolgreich umgesetzt werden. Nach intensiver Planung und erwirkter baurechtlicher Genehmigung konnte Anfang 2021 mit der Produktion der Träger im Fertigteilwerk der Firma Max Bögl begonnen werden. Durch die Herstellung der Träger unter industriellen Bedingungen im Werk, den Einsatz eines flexiblen Schalungssystems und das werkseitige Vorsehen erster Ausstattungselemente wurden kurze Taktzeiten in Verbindung mit einem hohen Vorfertigungsgrad erreicht. Die heute mögliche CNC-gesteuerte Bearbeitung von Betonoberflächen erlaubte, die aufgrund zulässiger Transportlängen und Transportgewichte erforderlichen Segmentfugen der Fertigteile als trockene Fugen auszuführen, die keiner weiteren Behandlung bedürfen. Weniger als ein Jahr nach Herstellungsbeginn konnte über die Hälfte der zu errichtenden Träger erfolgreich eingehoben werden. Aufgrund der kurzen Taktzeiten und der hohen Vorfertigungsgrade erweisen sich die Segmentfertigteilträger mit geschliffenen Trockenfugen bei der Erschließung des Terminals 3 am Flughafen Frankfurt als vielversprechende Bauweise, die in terminlicher und wirtschaftlicher Hinsicht konkurrenzfähig zu herkömmlichen Bauweisen ist.

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Die Umsetzung der innovativen Bauweise aus modularen Vollfertigteilspannbetonträgern mit geschliffener Tro ckenfuge in Frankfurt erforderte eine technologieoffene Mitwirkung aller Beteiligten, insbesondere auch des Bauherrn.

Dank Dank der offenen und sehr konstruktiven Zusammenarbeit zwischen Ausführungsplaner, Baufirma, Prüfinge nieur und Bauherrn sowie unter maßgeblicher Mitwirkung der Gutachter Univ.-Prof. Dr.-Ing. Nguyen Viet Tue

und Univ.-Prof. Dr.-Ing. Oliver Fischer konnte diese neue Bauweise innerhalb eines sehr engen Terminplans realisiert werden. Mit dem vorliegenden Beitrag wollen die Verfasser auch ihren Dank für diese gute Zusammenarbeit zum Ausdruck bringen. Projektbeteiligte Bauherr: Ausführende Firma: Ausführungsplaner: Bauaufsichtsbehörde: Prüfingenieur: Gutachter:

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Fraport Ausbau Süd GmbH Max Bögl Stiftung schlaich bergermann partner – sbp gmbh, Stuttgart Regierungspräsidium Darmstadt, Technische Aufsichtsbehörde Dr.-Ing. Herbert Duda, Frankfurt Univ.-Prof. Dr.-Ing. Nguyen Viet Tue Univ.-Prof. Dr.-Ing. Oliver Fischer

Literatur [1] BOStrab (1987) Straßenbahn-Bau- und Betriebsordnung. 11. Dez. 1987. [2] Specker, A. (2001) Der Einfluss der Fugen auf die Querkraft- und Torsionstragfähigkeit extern vorgespannter Segmentbrücken [Dissertation]. Technische Universität Hamburg-Harburg. [3] Theiler, W.; Reicht, O.; Tue, N. (2015) Auswirkungen von Unebenheiten bei trockenen Druckverbindungen bei Betonbauteilen. Beton- und Stahlbetonbau, H. 10, S. 687–698. https://doi.org/10.1002/best.201500003 [4] Rombach, G.; Specker, A. (2004) Segmentbrücken in: Bergmeister, K.; Wörner, J.-D. [Hrsg.] Beton-Kalender 2004, Teil 1. Berlin: Ernst & Sohn. [5] TSB (o. J.) Fahrweg – Smarte Integration ins Stadtbild [online]. Sengenthal: Transportsystem Bögl. https://transportsystemboegl.com/fahrweg [Zugriff am: 5. Feb. 2022] [6] Hartwig, S.; Betz, T.; Marx, S. (2019) Statische und dynamische Reibwertermittlung an geschliffenen Segmentfugen. Bautechnik 96, H. 2, S. 112–119. https://doi.org/10.1002/ bate.201800023 [7] Hartwig, S.; Marx, S. (2017) Zum Torsionstragverhalten extern vorgespannter Kreissegmente mit trockenen Fugen. Beton- und Stahlbetonbau 112, H. 11, S. 740–746. https:// doi.org/10.1002/best.201700042 [8] DIN EN 1992-2/NA (2013) Nationaler Anhang – National festgelegte Parameter – Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken – Teil 2: Betonbrücken – Bemessungs- und Konstruktionsregeln. Berlin: Beuth. [9] DIN EN 1992-1-1 (2010) Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken –

Autoren Dipl.-Ing. Tilo Behrmann (Korrespondenzautor) t.behrmann@sbp.de Schwabstraße 43 70197 Stuttgart

Manuel Fröhlich, M. Sc. m.froehlich@sbp.de Schwabstraße 43 70197 Stuttgart Dipl.-Ing. (FH) Philipp Wenger p.wenger@sbp.de Schwabstraße 43 70197 Stuttgart

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau; Deutsche Fassung EN 1992-1-1:2004 + AC:2010. Berlin: Beuth. DIN EN 1992-1-1/NA (2013) Nationaler Anhang – National festgelegte Parameter – Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken – Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau. Berlin: Beuth. DIN EN 1992-2 (2008) Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken – Teil 2: Betonbrücken – Bemessungs- und Konstruktionsregeln; Deutsche Fassung EN 1992-2:2005 + AC:2008. Berlin: Beuth. DIN EN 15050 (2012) Betonfertigteile – Fertigteile für Brücken; Deutsche Fassung EN 15050:2007+A1:2012. Berlin: Beuth. Tue, N.; Rieger, M. (2020) Bemessungskonzept PTS-Fahrweg mit trockener Fuge. TU Graz, 9. Mai 2020. Internes Dokument. Fischer, O. (2020) Gutachterliche Stellungnahme zur Ausführung und zum Nachweiskonzept der CT-Träger in Segmentbauweise mit geschliffener Trockenfuge. DokumentNr. SMK G PV B 065 TG UEB 3510 –1001. 6. Mai 2020. Internes Dokument. Regierungspräsidium Darmstadt (2020) Zustimmung im Einzelfall (ZiE) für Fahrwegträger in Segmentbauweise mit geschliffenen, ebenen Trockenfugen. Darmstadt, 7. Sept. 2020. Internes Dokument.

Dipl.-Ing. Martin Hierl mhierl@max-boegl.de Max-Bögl-Straße 1 92369 Sengenthal

Zitieren Sie diesen Beitrag Behrmann, T.; Fröhlich, M.; Wenger, P.; Hierl, M. (2022) Technische Herausforderungen bei der Planung von Spannbetonfertigteilträgern mit trockenen und geschliffenen Stoßfugen im Brückenbau. Bautechnik 99, H. 4, S. 288–295. https://doi.org/10.1002/bate.202200014

Bautechnik 99 (2022), Heft 4 295

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DOI: 10.1002/bate.202100118

BERICHT

Andreas Keil, Sebastian Linden, Jakob Weber

Die Kampmannbrücke über die Ruhr in Essen Die neue Kampmannbrücke über die Ruhr verbindet die Essener Stadtteile Heisingen und Kupferdreh und dient als Ersatz für eine Stahlbeton-Verbundbrücke aus den 1950er-Jahren, die aufgrund fortschreitender Korrosionsschäden abgerissen werden musste. Die neue Hauptbrücke ist als einhüftige, selbstverankerte Schrägseilbrücke mit Verbundfahrbahnplatte ausgeführt. Die bestehenden Stützen und Pfahljoche der alten Brücke konnten als Auflager für ein Traggerüst zur Herstellung der Stahlkonstruktion und des Seiltragwerks verwendet werden, wodurch eine aufwendigere Herstellung im Freivorbau vermieden wurde. Entstanden ist ein ingenieurtechnisch prägnantes und wirtschaftliches Bauwerk, das sich elegant in das umliegende Naturschutzgebiet einfügt. Das liegt auch an der Entwicklung eines innovativen Spannverfahrens, das es ermöglichte, die Seilverankerungen besonders kompakt zu entwerfen. Dadurch treten diese am Brückendeck in den Hintergrund und bieten einen freien Blick auf die Ruhr und den Baldeneysee.

The Kampmann bridge across the river Ruhr in Essen The new bridge Kampmann bridge over the river Ruhr connects the Essen districts of Heisingen and Kupferdreh replacing a steel-concrete composite bridge from the 1950s, which had to be torn down. The new main bridge is designed as a selfanchored cable-stayed bridge with a composite deck. The existing columns and pile trestles of the old bridge served as supports for a shoring for the steel and cable construction, thus avoiding a more complex construction with the free cantilever method. The result is a distinctive and economical structure that fits in elegantly into the surrounding area. This is also due to the development of an innovative tensioning method for the stay cables, allowing for the design of the cable anchorages to be particularly compact. As a result, they fade into the background, providing an unobstructed view on the river Ruhr.

Stichworte Straßenbrücke; Schrägseilbrücke; Seiltragwerk; integrale Konstruktion

Keywords road bridge; cable-stayed structure; cables; integral construction

Einleitung

1.1

Geschichtlicher Hintergrund

auf der Ruhr schwimmende Pontonbrücke ersetzt, die bei Hochwasser durch Seilwinden festgemacht werden konnte (Bild 1). Die Brücke ermöglichte die für den Nahverkehr wichtige permanente Verbindung der ehemals selbstständigen, aber zwischenzeitlich eingemeindeten Orte Essen-Kupfer dreh und Essen-Heisingen.

Die neue Kampmannbrücke über die Ruhr ersetzt eine bestehende Flussquerung, die bereits seit 1790 genutzt wird. Zunächst war diese als Fährverbindung in Betrieb, unterhalten von der namensgebenden Familie Kampmann. Um 1894 wurde die Ruhrfähre dann durch eine

Nach Zerstörung durch ein Hochwasser im Jahr 1928, anschließendem Wiederaufbau, kriegsbedingter Zerstörung 1943 und erneuter provisorischer Wiedererrichtung wurde die Schwimmbrücke in den Jahren 1950–1951 durch eine ursprünglich als Behelfsbrücke gedachte Balkenbrücke ersetzt.

Quelle: Privatsammlung Peter Brée

1.2

Bild 1

Kampmannbrücke als Pontonbrücke 1894–1950 Floating bridge, 1894–1950

296

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Die Bestandsbrücke von 1951

Die 1951 eröffnete Balkenbrücke bestand aus einer Stahlverbund-Einfeldträgerkette mit ca. 7 × 13,50 m = 94,5 m Länge. Der Überbau wurde im Flussquerschnitt durch sechs Stahlbetonpfeiler gestützt, von denen die vier östlichen als Joche auf Pfahlböcken aus Stahlbetonbohrpfählen mit Stahlmantel und die zwei westlichen auf ausbetonierten Spundwandkästen gegründet waren (Bild 2). Die Gründung der Widerlager erfolgte ebenfalls durch aus betonierte Spundwandkästen.

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Quelle: sbp/Sebastian Linden

Bild 2

Balkenbrücke, 2016 Beam bridge, 2016

Ursprünglich mit zwei Fahrspuren und beidseitigen Gehwegen ausgestattet, musste der Straßenverkehr jedoch aufgrund baulicher Schäden an Gründungen und Überbau seit ca. 2005 auf Einspurverkehr reduziert werden. Obwohl die Notwendigkeit eines Ersatzneubaus demnach schon einige Zeit offensichtlich war, konnten erst 2016 die dazugehörigen Planungen abgeschlossen und der Auftrag für den Abbruch und Neubau der Kampmannbrücke erteilt werden.

Der Brückenquerschnitt war wiederum für zwei Fahr spuren auszulegen, wobei zusätzlich auf der Südseite ein 3,50 m breiter Rad- und Fußweg zu berücksichtigen war. Eine letzte maßgebliche Anforderung bestand in der Überführung von zwei DN350-Wasserleitungen und einer DN200-Gasleitung der Stadtwerke Essen.

2 1.3

BERICHT REPORT

A. Keil, S. Linden, J. Weber: The Kampmann bridge across the river Ruhr in Essen

Vorgaben für den Neubau

Der Ersatzneubau sollte jedoch nicht nur das marode Bestandsbauwerk ersetzen, sondern vielmehr auch zusätzliche Randbedingungen erfüllen, die maßgebliche Auswirkungen auf den Entwurf hatten. So sollte insb. die Anzahl der Flusspfeiler minimiert und so arrangiert werden, dass ein Lichtraumprofil von 20,00 m Breite und 4,70 m Höhe zur Verfügung stand, um die Möglichkeiten der Ruhrschifffahrt flussaufwärts zu verbessern. Diese Forderung ging einher mit der Aufgabe, die westliche Zufahrtstraße Richtung Heisingen um ca. 1,50 m anzuheben und den damit entstehenden Vorlandbereich aufzuständern. Damit sollte der Wasserabfluss bei Überschwemmungen optimiert werden.

Die neue Kampmannbrücke über die Ruhr wurde als schlanke, einhüftige Schrägseilbrücke mit integraler, durchlaufender Vorlandbrücke entworfen. Im Bereich der Seilbrücke wurde der Entwurf durch das Vorhandensein der rückzubauenden Bestandsbrücke motiviert, da die bestehenden Pfeiler und Pfahljoche in idealer Weise als Auflager zur Herstellung des Überbaus he rangezogen werden konnten. Eine aufwen dige Herstellung im Freivorbau konnte somit vermieden werden, da das Seiltragwerk erst nach der Herstellung des Überbaus installiert und die Horizontalkräfte direkt kurzgeschlossen werden konnten. Die neue Hauptbrücke wurde als einhüftige, in sich selbst verankerte Schrägseilbrücke mit Verbundfahrbahnplatte ausgeführt. Daraus ergaben sich ein Hauptfeld mit 68,00 m und ein Seitenfeld mit 45,20 m Spannweite. Im Bereich des Hauptfelds wurde das vorgegebene Schifffahrtsprofil von 20,00 m lichter Breite und einer kleinsten lichten Höhe von 4,50 m eingehalten (Bild 3). Der Entwurf für die 59,80 m lange Vorlandbrücke als integraler Durchlaufträger mit schlaff bewehrter Fahrbahnplatte berücksichtigte die Forderung nach einer schlanken,

Quelle: schlaich bergermann partner

Auf der Westseite in Richtung Kupferdreh musste die Bestandshöhe am Ufer jedoch eingehalten werden, um einen kontinuierlichen Straßenverlauf und die uneingeschränkte Nutzung der Nachbargrundstücke zu gewährleisten.

Entwurf

Bild 3

Ansicht neue Kampmannbrücke von Süden Southern view of the new Kampmannbridge

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wartungsarmen und robusten Lösung, die sich unaufdringlich an die weithin sichtbare Seilbrücke anschließt.

samtentwurfs so schlank wie möglich auszuführen, wodurch eine Begehbarkeit ausgeschlossen wurde.

Bei der Gestaltung der neuen Brücke standen, neben den bereits genannten funktionalen Anforderungen, die sorgfältige Ausführung und die minimierten Abmessungen der Konstruktionsdetails im Vordergrund. Die Brücke kann nämlich „von allen Seiten“ aus der Nähe erfahren werden, durch Autofahrer, durch Spaziergänger darunter und darüber, durch Radfahrer und auch durch Wassersportler.

Die beiden Seilebenen werden jeweils durch einen ca. 21,50 m hohen Stahlmast mit sechseckigem, geschweißtem Querschnitt gestützt. Die beiden Maste sind unterhalb des Decks mit einem kräftigen Querträger aus einem geschweißten I-Profil biegesteif verbunden und quer stabilisiert, was eine besonders klare und schlanke Gestaltung der Maste ohne oben liegenden Aussteifungsverband erlaubt. Die Auflagerung der Maste erfolgt durch verschiebliche Kalottenlager oberhalb der Hochwasserlinie auf grafisch gezeichneten Betonsockeln.

Dementsprechend wurde, einer Fußgängerbrücke ähnlich, ein besonderes Augenmerk auf die Proportionen der Anschlüsse und Details gelegt, was in vielen Fällen besondere und teilweise neue Bauverfahren notwendig machte.

Konstruktion

3.1

Hauptbrücke

Der Überbau der Seilbrücke besteht aus geschweißten Stahllängsträgern in den Mastachsen mit Bauhöhen von 91 cm und geschweißten Querträgern im Abstand von 3,10 m (Bild 4). Die Längsträger sind biegesteif an die Maste angeschlossen und zu den Masten hin angevoutet. Für das Seiltragwerk werden Litzenbündelseile verwendet. Die Verankerung der Schrägkabel an der Oberseite der Längsträger des Überbaus erfolgt mit Standard-Anker plattenverankerungen als verstellbare Anker. Die Verankerung der Schrägkabel an den Mastköpfen erfolgt ebenfalls über Standardverankerungen, allerdings als nicht verstellbare Festanker.

3.2

Vorlandbrücke

Der Betonüberbau der Seilbrücke geht in Richtung Westen kontinuierlich als Durchlaufträger in die Vorlandbrücke über, die Regelstützweiten von 16,60 m und ein Endfeld mit 10,00 m Stützweite aufweist. Die Fahrbahnplatte wird dort jedoch mit 60 cm Konstruktions höhe ausgeführt (Bild 5). Am Anschluss an die Pfeilerscheiben wird der Überbau beidseitig über eine Länge von 3,00 m auf eine Bauhöhe von 90 cm angevoutet. Die Vorlandbrücke wird auf drei dünne, 4,50 m breite bewehrte Stahlbetonscheiben aufgelagert, die mono lithisch mit dem Überbau verbunden sind. Die dünnen Scheiben reduzieren die Zwangsbeanspruchung durch Längsverformungen des Überbaus in Richtung des öst lichen Widerlagers. Am westlichen Widerlager ist der Überbau monolithisch an ein Kastenwiderlager ange-

Quelle: schlaich bergermann partner

Üblicherweise werden, insb. bei größeren Schrägseil brücken, die Spannanker innerhalb der Mastköpfe der (dann zwingenderweise begehbaren) Maste angeordnet. Bei der Kampmannbrücke wurde jedoch darauf Wert gelegt, die Maste entsprechend den Proportionen des Ge-

Das Brückendeck wird am Ende des Hauptfelds (östlich) gelenkig/verschieblich aufgelagert. Am Übergang zur Vorlandbrücke sind Zug-Druck-Pendelstützen angeordnet, mittels derer die vertikale Komponente der Abspannseilkräfte in den Baugrund verankert und darüber hinaus eine Verschieblichkeit in Längsrichtung gewährleistet wird.

Bild 4

Überbauquerschnitt Seilbrücke Cross section, cable-stayed bridge

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Quelle: schlaich bergermann partner

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Bild 5

Überbauquerschnitt Vorlandbrücke Cross section, approach bridge

lager- und fugenlose Konstruktion entsteht ein wirtschaftliches, dauerhaftes Bauwerk, das nahezu keine Wartungsund Unterhaltskosten an Lagern oder Fahrbahnübergängen erwarten lässt.

schlossen, dieses bildet damit den Fest- und Verformungsruhepunkt der Brücke. Aufgrund der monolithischen Konstruktion der Vorlandbrücke muss die Boden-Bauwerks-Interaktion durch Variation der Steifigkeitsparameter der betroffenen Bodenschichten in besonderer Weise berücksichtigt werden.

Darüber hinaus können sämtliche Konstruktionsteile, insb. Überbauplatte und Brückenpfeiler, sehr schlank, ästhetisch ansprechend und ausschließlich entsprechend ihren statischen Beanspruchungen dimensioniert und ausgeführt werden (Bild 6).

Die gesamte Brücke folgt damit der robusten semiintegralen Bauweise, wobei durch die Wahl des monolithischen Anschlusses am westlichen Widerlager die Menge von wartungsund kostenintensiven Bauteilen wie Lager und Dehnfugen auf ein Minimum reduziert wird.

3.3.2 Zug-Druck-Pendel mit Bolzengelenk

Die Gründung der Brückenunterbauten erfolgt als Pfahlgründung unter Verwendung von Großbohrpfählen mit 90 cm Durchmesser (Vorlandbrücke und Widerlager Heisingen) bzw. 120 cm Durchmesser (Mastfundament). Für die Gründung des Widerlagers Kupferdreh werden verpresste Mikropfähle mit doppeltem Korrosionsschutz vorgesehen.

3.3

Am Übergang zwischen Vorland- und Hauptbrücke befinden sich seitlich der Fahrbahnplatte zwei Zug-DruckPendel, über die die Vertikalkomponenten der Abspannkräfte in den Baugrund eingeleitet werden. Die Zugpendel sind beidseitig als Augenstab ausgeführt und als geschweißte Doppelbleche aus Baustahl der Güte S355 hergestellt (Bild 7). Die Verankerung der Augenstäbe erfolgt oben und unten mit Bolzen Durchmesser 180 mm aus Edelstahl 1.4462: oben an der Unterseite der Längsträger, unten an der massiven Lasche der Bügelböcke. Die gleitende Lagerung

Besondere Bauteile und Verfahren

3.3.1 Integrale Bauweise

Quelle: Conné van d‘Grachten

Quelle: schlaich bergermann partner

Die ca. 60 m lange Vorlandbrücke wird als monolithisches Bauwerk in integraler Bauweise hergestellt. Durch die

Bild 6

Vorlandbrücke Approach bridge

Bild 7

Zugpendel Drawbar

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Quelle: schlaich bergermann partner

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Bild 8

Bolzengelenk Bolt joint

der Bolzen erfolgt über abgedichtete Faserverbundbuchsen (Bild 8). Vorbereitete Anschlusslaschen für Zugstäbe ermög lichen zukünftig den Austausch der Zugpendel, falls dies aus Verschleißgründen der Gleitbuchsen notwendig werden sollte.

3.3.3 Seilverankerungen am Überbau

Da die Verankerungen dementsprechend eine erhebliche visuelle Präsenz in der Ansicht, aber insb. für Fußgänger und Radfahrer haben, wurde ein besonderes Montageund Spannverfahren entwickelt, wodurch die Abmessungen der Anschlusslaschen minimiert werden konnten. Diese sollten nämlich die Oberkante des Geländers in keinem Fall überragen (Bild 9). Herkömmliche Spannverfahren für Litzenbündelseile erfordern großen Platzbedarf hinter den Ankermuttern, um die zugehörigen Spannpressen aufsetzen zu können. Um diesen Platzbedarf zu minimieren, wurden die Schräg seile nunmehr exakt abgelängt und vormontiert, am Mastkopf eingebaut und an den unteren Anschlüssen durchgesteckt und verankert. Das deckseitige Spannen und Nachspannen wurde durch eine besondere, vorderseitig angeordnete Spannvorrichtung vorgenommen, da die minimierte Anschlussgeometrie den Einsatz von herkömmlichen, hinter dem Ankerkopf angeordneten Spannverfahren (z. B. Einzellitzenpressen oder Gradientenpressen) nicht zugelassen hat (Bild 20). 300

Quelle: Conné van d‘Grachten

Die Verankerung der Schrägseile am Überbau erfolgt oberseitig, da unterseitige Verankerungen in das Lichtraumprofil der Schifffahrtsstraße hereingeragt hätten.

Bild 9

Seilverankerung Stay-cable anchorage

Die Einbaureihenfolge der Litzenbündelseile wurde entsprechend dem Baufortschritt und der Betonierreihen folge der Fahrbahnplatte derart optimiert, dass die erforderlichen Verstellwege zum Nachspannen der Seile minimiert werden konnten.

3.3.4 Seilverankerungen am Mastkopf Der Mastkopf, als weithin sichtbares Zeichen und prägendes Charakteristikum der neuen Brücke, wurde besonders prägnant gestaltet. Die Schrägseile werden fächerförmig an einem mittigen, eingeschlitzten Blech verankert. Nach oben hin nehmen die Seildurchmesser und die Größe der Verankerungen harmonisch mit den Außenlinien der Mastspitze zu.

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Quelle: Conné van d‘Grachten

Quelle: sbp/Sebastian Linden

Bild 10 Mastkopf Pylon head

Bild 12 Untersicht mit Versorgungsleitungen View from below with service pipes

Die Abmessungen der Verankerungen wurden auf das Äußerste minimiert, um ein kompaktes und elegantes, individuelles Erscheinungsbild zu ermöglichen (Bild 10).

Tragverhalten und Nachweisführung

4.1

Allgemeines zum Tragverhalten

3.3.5 Überführung von Leitungen Die neue Kampmannbrücke soll zur Überführung von Leitungen herangezogen werden. Zur Versorgung der angrenzenden Stadtteile Heisingen und Kupferdreh sollen – 2 Wasserleitungen DN350 im Schutzrohr DN500 – 1 Gasleitung DN200 im Schutzrohr DN300 über die Brücke geführt werden. Die Anordnung der Leitungen erfolgt seitlich des Überbaus auf der Nordseite und ist derart konzipiert, dass sie für die Nutzer nahezu unsichtbar sind (Bild 11).

Die Betonplatte der Vorlandbrücke wirkt als Durchlaufträger mit regelmäßiger Stützung durch die schlanken Pfeilerscheiben. Im Sinne der integralen Bauweise erfolgt der Anschluss biegesteif ohne Lager. Die Nachgiebigkeit in Längsrichtung wird über die Schlankheit der Pfeilerscheiben realisiert. Die Hauptbrücke wird als einhüftige Schrägseilbrücke mit fächerförmiger Seilanordnung und zwei außen liegenden Seilebenen ausgebildet. Der Abstand der Seilverankerungen am Überbau ist verhältnismäßig klein, um dem schlanken und biegeweichen Überbau die nötige Stützung zu geben. Die gewählten Abstände der Seilverankerungen liegen zwischen 9,00 m und 12,50 m. Die infolge der ungleichen Seitenverhältnisse größeren Lasten aus dem Hauptfeld werden über zwei Rückhalteseile je Seilebene aufgenommen. Der vertikale Anteil der Seilkraft in jenen Seilen wird direkt über die Zugpendel in den Baugrund eingeleitet und dort verankert.

Quelle: schlaich bergermann partner

Die Leitungen werden auf Stahlkonsolen aufgelegt, die in regelmäßigen Abständen (ca. 5,00–6,60 m) unterseitig an die Überbauplatte der Vorlandbrücke bzw. seitlich an die Längsträger der Seilbrücke angeschlossen sind. Weitere Leitungen von Kabelbetreibern können in Leerrohren in der südlichen Brückenkappe verlegt werden (Bild 12).

BERICHT REPORT

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Bild 11 Seitliche Versorgungsleitungen Lateral pipelines

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Die horizontale Komponente wird über die Längsträger und Verbundmittel in die Betonfahrbahnplatte eingeleitet, wo sie sich mit den horizontalen Kraftanteilen der Seile des Hauptfelds kurzschließt und so für eine vorteilhafte Druckspannung im Beton der Fahrbahnplatte sorgt.

Berechnungsmodell

Im Gesamtmodell der Brücke sind die integrale Vorlandbrücke einschließlich der Pfähle (Achsen 10–40) und die Seilbrücke bis zu den Auflagerpunkten enthalten. Die gelenkigen Auflagerpunkte befinden sich an den Unterseiten der Zugpendel (Achse 50), der Maste (Achse 60) und des Überbaus (Achse 70). In den Achsen 60, 70 sind die Lager längs bzw. allseitig verschieblich modelliert. Der Trägerrost der Seilbrücke und die Maste wurden mit Stabelementen abgebildet. Die Betonplatte wurde mit Schalenelementen abgebildet, um die Lastverteilung präzise zu erfassen. In gleicher Weise sind auch die Widerlager und Pfeilerscheiben als flächige Bauteile mit Schalenelementen diskretisiert. Der Verbund zwischen Stahl und Beton wurde mittels starrer Kopplungen berücksichtigt. Im Zuge der Berechnungen wurde dem Überbau durch iterative Vorgabe der Seilkräfte ein optimierter Momentenverlauf eingeprägt, der sowohl den Bauablauf als auch nichtlineare Kriech- und Schwindvorgänge berücksichtigt. Als vorbereitende Maßnahme wurde dafür eine Sensitivitätsanalyse zur Bestimmung der Einflüsse einzelner Seilkräfte unter Berücksichtigung der Systemsteifigkeiten, des vorgesehenen Bauablaufs, des Betonlangzeitverhaltens und der geometrischen Solllage des Überbaus durchgeführt.

4.3

Nachweisführung

Die integral angeschlossenen Gründungsbauteile (Widerlager und Pfähle der Vorlandbrücke) sind im globalen Berechnungsmodell berücksichtigt und konnten daher auf einfache Weise mit den Berechnungsergebnissen bemessen werden (Bild 13). Die Mastgründung und das Widerlager der Seilbrücke wurden separat betrachtet, da hier über die klassische Lagerung eine klare Trennung möglich war. Auch die Pfeilerscheiben der Vorlandbrücke wurden am Globalmodell bemessen. Hier wurden zusätzlich zur Bemessung der Flächenelemente die Schnittgrößen zu Stabschnittgrößen zusammengefasst, um damit einen klassischen Stabnachweis als Vergleichsrechnung führen zu können. 302

Bild 13 FE-Modell Gesamtsystem Global FEM model

Die Spannungsnachweise für den Stahlbau wurden ebenfalls am Globalmodell geführt und durch Detailnach weise (Seilverankerungen (Bild 14), Mastkopf, Mastfuß) ergänzt. Die Bemessung erfolgte grundsätzlich elastischelastisch mit dem Zugeständnis, dass an diskreten Stellen der Anschlussdetails im GZT lokale Plastizierungen auftreten können.

Herstellung und Montage

5.1

Montagekonzept

Die Besonderheit des Entwurfs liegt in dem schon frühzeitig konzipierten Herstellungsverfahren, wobei die Brückenpfeiler der bestehenden Brücke als Auflager für das Traggerüst zur Herstellung des neuen Überbaus he rangezogen wurden. Dieser Ansatz stellte somit die Grundlage für die wirtschaftliche Realisierung einer einhüftigen, selbstverankerten Schrägseilbrücke dar, da der Überbau zunächst komplett hergestellt werden konnte. Erst danach wurde das Seiltragwerk eingebaut und vorgespannt, die Hilfsstützen entlastet und die Längskräfte im Überbau aktiviert.

5.2

Bauausführung

Im Herbst 2016 begannen die Bauarbeiten an der neuen Kampmannbrücke, zunächst mit dem Abbruch des Überbaus der alten Brücke sowie den Gründungsarbeiten für den Neubau (Bild 15). Die anschließende Herstellung der Pfahlgründungen im Vorland bereich, des Spundwandkastens inkl. Pfahlgründung für den Flusspfeiler sowie Quelle: schlaich bergermann partner

4.2

Quelle: schlaich bergermann partner

Verkehrslasten werden über die Fahrbahnplatte vorrangig zu den Querträgern des Trägerrosts und von dort zu den außen liegenden Längsträgern geleitet, wo sie über das Seiltragwerk und die Maste zu den Auflagern abgetragen werden.

Bild 14 FE-Modell Anschlussdetail Seilverankerung Local FEM-model for the cable anchorage

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Quelle: sbp/Sebastian Linden

Quelle: eberhardt – die ingenieure gbr Quelle: sbp/Sebastian Linden

Quelle: eberhardt – die ingenieure gbr

Bild 18 Montage Stahlüberbau auf Hilfskonstruktion (Mai 2018) Steel assembly on temporary works (May 2018)

Bild 15 Abbruch Bestand (Dez. 2016) Demolition of existing bridge (Dec. 2016)

Bild 16 Herstellung der Pfeilerscheiben (Mär. 2018) Construction of pier walls (Mar. 2018)

Bild 19 Seilmontage (Nov. 2018) Cable erection (Nov. 2018)

der Mikropfähle am östlichen Widerlager waren im Oktober 2017 nach ca. einem Jahr Bauzeit abgeschlossen. Die anschließende Herstellung der Fundamente, Widerlager und Pfeilerscheiben konnte im Frühjahr 2018 weitestgehend abgeschlossen werden, während parallel dazu die Stahlbau- und Seilfertigung begann (Bild 16). Im Anschluss daran wurden ab April 2018 die ersten Bauteile des Stahlüberbaus, der Zugpendel und der Maste montiert (Bilder 17, 18).

Quelle: Prof. Klaus Thiele

Quelle: SEH Engineering GmbH

Bild 17 Montage Stahllängsträger auf Hilfskonstruktion (Apr. 2018) Assembly of longitudinal girders on temporary works (Apr. 2018)

BERICHT REPORT

A. Keil, S. Linden, J. Weber: The Kampmann bridge across the river Ruhr in Essen

Bild 20 Vorspanneinrichtung für vormontierte LBS Pre-stressing device

Seile „schlaff“ eingebaut werden konnten und erst durch die Betonage und das Ablassen der Hilfskonstruktion belastet wurden. Dadurch konnten große Spannwege und der Einsatz von großformatigen Spannpressen vermieden werden. Die gesamte Seilmontage dauerte von August 2018 bis April 2019 (Bild 19). Die Herstellung des Überbaus der Vorlandbrücke war derart eingetaktet, dass der Betonierfortschritt vom Widerlager ausgehend nahtlos in die abschnittsweise Herstellung der Fahrbahnplatte der Seilbrücke übergehen konnte.

Die Herstellung der Fahrbahnplatte wurde detailliert mit dem Einbau des Seiltragwerks synchronisiert, sodass alle Bautechnik 99 (2022), Heft 4 303

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Quelle: Conné van d‘Grachten

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Bild 21 Die neue Kampmannbrücke, Blick Richtung Kupferdreh The new Kampmannbridge, view towards Kupferdreh

Im Anschluss an die Fertigstellung des letzten Überbausegments inkl. des Lückenschlusses zur Vorlandbrücke wurde die Brückengeometrie vermessen und den Sollwerten gegenübergestellt. Um die daraufhin planmäßig vorgesehenen Korrekturmaßnahmen definiert festlegen zu können, wurden darüber hinaus alle Seilkräfte durch Schwingungsmessungen ermittelt. Auf Grundlage des so ermittelten Kraftzustands und der gemessenen Geometrie wurden die notwendigen Verstellwege an den Seilverankerungen festgelegt und die Gra dientenkorrektur durch einen abschließenden Spannvorgang umgesetzt. Im Anschluss daran wurden die Abdichtung, Brückenkappen und der Asphaltbelag mit Ausgleichsgradiente hergestellt sowie die Gas- und Wasserleitungen installiert. Die Brückenentwässerung konnte durch ein neuartiges, wartungsarmes System im Schrammbord integriert werden. Im Dezember 2019, noch rechtzeitig vor dem Jahreswechsel, wurde die neue Kampmannbrücke für den Verkehr freigegeben.

Zusammenfassung

Die neue Kampmannbrücke über die Ruhr ermöglicht seit Dezember 2019 die historische Flussquerung am östlichen Ende des Baldeneysees in Essen.

der Örtlichkeit und des Anforderungsprofils. Maßgeblichen Einfluss hatten dabei insb. die Nutzung der historischen Flusspfeiler als Tragkonstruktion für die Herstellung des Überbaus und der Wunsch nach einer Lösung, die die Uferbereiche transparent und unverbaut freistellt. Durchdachte, wohlproportionierte Anschlussdetails, besonders prägnant die Seilverankerungen am Mastkopf und Überbau sowie die Zugpendel zur Verankerung der Rückspannkräfte, verleihen dem Bauwerk einen unverwechselbaren und identitätsstiftenden Charakter. Als zeichenhaftes, weithin sichtbares und ästhetischtechnologisches Ingenieurbauwerk ermöglicht die neue Kampmannbrücke nun die bereits seit 1790 vorhandene wichtige innerstädtische Verbindung zwischen den Essener Stadtteilen Kupferdreh und Heisingen. Planungsbeteiligte Bauherr: Stadt Essen, Tiefbauamt; Andreas Kordt Gesamtplanung: schlaich bergermann partner sbp, Stuttgart; Andreas Brodbeck, Andreas Keil, Sebastian Linden, Jakob Weber, Mathias Widmayer zusammen mit Breinlinger Ingenieure, Tuttlingen; Frank Breinlinger Prüfingenieur: Prof. Ulrich Weyer, Dortmund; Dr. Jürgen Uhlendahl, Dortmund Prüfung Seiltragwerk/ Litzenbündel: Prof. Klaus Thiele, Braunschweig Bauüberwachung: eberhardt – die ingenieure gbr, Tecklenburg; Dennis Midden Ausführung: ARGE Neubau Kampmannbrücke | Köster-Meyer-SEH

Der besondere Entwurf einer einhüftigen, selbstverankerten Schrägseilbrücke reflektiert eine detaillierte Analyse Autoren Dipl.-Ing. Andreas Keil (Korrespondenzautor) a.keil@sbp.de schlaich bergermann partner sbp Schwabstraße 43 70197 Stuttgart

Dipl.-Ing. Sebastian Linden s.linden@sbp.de schlaich bergermann partner sbp Schwabstraße 43 70197 Stuttgart 304

Dipl.-Ing. Jakob Weber j.weber@sbp.de schlaich bergermann partner sbp Schwabstraße 43 70197 Stuttgart Zitieren Sie diesen Beitrag Keil, A.; Linden, S.; Weber, J. (2022) Die Kampmannbrücke über die Ruhr in Essen. Bautechnik 99, H. 4, S. 296–304. https://doi.org/10.1002/bate.202100118

Bautechnik 99 (2022), Heft 4

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BERICHT

Bernd Endres, Markus Wagner

Die Chance des großen Ganzen

BERICHT REPORT

DOI: 10.1002/bate.202200018

Ganzheitliche Gestaltung, Planung und Umsetzung des Autobahnabschnitts der BAB A 3 zwischen Erlangen und Würzburg Autobahnen sind – mit ihren zahlreichen Bauwerken – nicht nur elementare Grundlage unserer mobilen Zivilisation, sondern auch unübersehbarer und damit prägender Bestandteil unserer gebauten Umwelt und Landschaftsräume. Rund 100 Jahre nach dem Bau der ersten kreuzungsfreien Straßen präsentiert sich das gewachsene Autobahnnetz als Ansammlung meist rein funktionaler Bauwerke aus unterschiedlichen Dekaden. Das ÖPP-Großprojekt „Ausbau der A 3 zwischen den Autobahnkreuzen Würzburg/Biebelried und Fürth/Erlangen“ ist eine nahezu einmalige Chance, eine der am stärksten befahrenen europäischen Fernstraßenverbindungen auf einem ca. 80 km langen Abschnitt nach einheitlichen Kriterien zu erneuern: zeitlose Gestaltung mit harmonischer Einbindung in stark variierende Landschaftsräume, hohe Materialeffizienz, Dauerhaftigkeit und bestmögliche konstruktive Durchbildung aller Bauteile. Vorzeitige Obsoleszenz durch konstruktive Mängel, Vandalismus oder kurzlebige Gestaltung gilt es zu vermeiden. 2015 begann auf Initiative des Bauherrn eine intensive, interdisziplinäre Zusammenarbeit mit Architekten, Bauingenieuren und Landschaftsplanern. Das Resultat war 2017 ein umfassendes Gestaltungshandbuch und, darauf aufbauend, Pflichten hefte und -pläne für die Gestaltung und Konstruktion sämtlicher Brücken und Lärmschutzanlagen des gesamten Projekts. 113 Brücken werden erneuert und mehr als 45 km Lärmschutzanlagen gebaut. Eine ganzheitliche Betrachtung der auszubauenden Autobahnstrecke statt der Summierung zahlreicher Einzelmaßnahmen von unterschiedlicher Qualität und Erscheinung, ausgezeichnet mit dem Polis Award in Silber und einer Auszeichnung bei dem Deutschen Brückenbaupreis 2020.

The chance of the big picture – holistic design, planning and implementation of the A 3 motorway section between Erlangen and Würzburg Highways are – with their numerous structures – not only the elementary basis of our mobile civilization, but also a conspicuous and thus formative component of our built environment and landscape. Some 100 years after the construction of the first intersection-free roads, the evolved highway network presents itself as a collection of mostly purely functional structures from different decades. The major PPP project “Expansion of the A 3 between the Würzburg/Biebelried and Fürth/Erlangen interchanges” is an almost unique opportunity to renew one of the most heavily trafficked European trunk roads on an approx. 80 km long section according to uniform criteria: Timeless design with harmonious integration into highly variable landscapes, high material efficiency, durability and the best possible structural design of all components. Premature obsolescence due to structural defects, vandalism or short-lived design must be avoided. In 2015, on the initiative of the client, an intensive, interdisciplinary collaboration with architects, civil engineers and landscape planners began. The result in 2017 was a comprehensive design manual and, building on this, specifications and plans for the design and construction of all bridges and noise barriers for the entire project. 113 bridges will be renewed and more than 45 km of noise protection facilities will be built. A holistic view of the highway section to be upgraded instead of the summation of numerous individual measures of varying quality and appearance, honored with the Polis Award in silver and an award at the German Bridge Construction Prize 2020.

Stichworte Autobahn A 3; ÖPP-Projekt; Gestaltungshandbuch; Ersatzneubauten; Überführungsbauwerk; Lärmschutzwand; Grünbrücke; Autobahnkreuz; Bogenbrücke; Basaltbewehrung

Keywords motorway A 3; PPP-project; design manual; replacement constructions; overcrossing; noise protection wall; green bridge; motorway interchange; arch bridge; basalt reinforcement

Trotz der enormen Verkehrsbelastung war der nordbayerische Abschnitt der BAB A 3 mit Ausnahme der kurzen Teilstrecke zwischen den Autobahnkreuzen Fürth/Erlangen und Nürnberg bis vor der Jahrtausendwende nur mit zwei Fahrstreifen je Richtungsfahrbahn ausgebaut. Im Hinblick auf die derzeitigen und die künftigen Verkehrsbelastungen ist zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit und der Verkehrssicherheit ein Ausbau auf sechs Fahrstreifen unerlässlich. Durch die Reduzierung von Staus und Verkehrsstörungen und die damit einhergehende Verstetigung des Verkehrsflusses können die verkehrssicherheitsgefährdenden Situationen auf der Autobahn erheblich verringert und die Verkehrssicherheit einherge-

Projektdossier

Die Bundesautobahn BAB A 3 ist eine der wichtigsten und am stärksten belasteten internationalen Fernstraßenverbindungen in Europa und nach der BAB A 7 die zweitlängste Autobahn Deutschlands. Sie verbindet die Niederlande mit dem Ruhrgebiet, Köln, dem Rhein-MainGebiet, Franken mit dem Ballungsraum Nürnberg, Ostbayern, Österreich und Ungarn. Entsprechend ihrer Verkehrsbedeutung ist sie Bestandteil des Europastraßennetzes. In Bayern verläuft die BAB A 3 von der Landesgrenze Hessen/Bayern bei Aschaffenburg über Würzburg, Nürnberg und Regensburg nach Passau an der Grenze zu Österreich [1] (Bild 1).

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Quelle: Die Autobahn GmbH des Bundes Niederlassung Nordbayern

B. Endres, M. Wagner: Die Chance des großen Ganzen

Bild 1

Lageskizze [2] Situation map [2]

hend mit einer Reduktion des CO2-Ausstoßes deutlich verbessert werden [1]. Die Baukosten für den zentralen, rund 80 km langen Abschnitt des sechsstreifigen Ausbaus der A 3 zwischen dem AK Biebelried und dem AK Fürth/Erlangen betragen rund 1,5 Mrd. Euro bei einem Gesamtinvestitionsvolumen von rund 2,8 Mrd. Euro. Hinzu kommen noch für den Um- und Ausbau des AK Fürth/Erlangen Baukosten von etwa 225 Mrd. Euro. Ursprünglich wurde dieser Autobahnabschnitt in zehn Projektabschnitten im Bedarfsplan für die Bundesfernstraßen angemeldet und in der Dringlichkeit FD-E (= fest disponierte Vorhaben-Engpassbeseitigung) geführt. Der Ausbau der durch die Naturräume des Mittleren Maintals, des Steigerwalds und des Mittelfränkischen Beckens verlaufenden Gesamtstrecke orientiert sich weitgehend am Bestand, wobei sowohl symmetrische als auch einseitige Verbreiterungen vorgesehen sind. Neben der reinen Fahrbahnverbreiterung umfasst der Ausbau zudem auch den Umbau von neun Anschlussstellen sowie vier Tankbzw. Rastanlagen. Neben den Bereichen Streckenbau und Landschaftsbau liegt der Schwerpunkt der Ausbautätigkeiten im Bereich der Ingenieurbauwerke. Dabei sind insgesamt 101 Brückenbauwerke unter weitgehender Aufrechterhaltung der Verkehrsverbindungen neu zu erstellen: – 73 Unterführungen von Straßen, Wegen und Gewässern – 22 Überführungen – zwei Grünbrücken – zwei Großbrücken – zwei Bahnunterführungen

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Weiterhin sind Lärmschutzanlagen auf einer Gesamt länge von knapp 39 km mit einer Fläche von 165.000 m2 herzustellen. Hinzu kommen für den Aus- und Umbau am AK Fürth/Erlangen zwölf Brückenbauwerke und ca. 45.000 m2 Lärmschutzwände, die in der Gesamtplanung berücksichtigt wurden.

Planungshistorie

Die Vorentwurfsplanung dieser Projektabschnitte einschließlich des Aus- und Umbaus des AK Fürth/Erlangen wurde in den Jahren 2006–2012 sukzessive umgesetzt und von der Obersten Baubehörde im Staatsministerium des Innern (heute Bayerisches Staatsministerium für Wohnen, Bau und Verkehr) bis 2013 genehmigt. Das Baurecht wurde in den Jahren 2009–2016 von den jeweiligen Bezirksregierungen mit Planfeststellungsbeschlüssen erteilt. So hatte die damalige Autobahndirektion Nordbayern (heute Autobahn GmbH des Bundes, NL Nordbayern) im Jahr 2016 Baurecht für den gesamten Autobahnabschnitt und ein Autobahnkreuz. Im Mai 2015 verkündete das Bundesverkehrsministerium die „Neue Generation“ von ÖPP-Projekten. Diese „Neue Generation“ verschaffte nun dem Bauherrn die große Chance, den gesamten Autobahnabschnitt ganzheitlich zu gestalten, zu planen und zu realisieren. Zeitlose Gestaltung, hohe Materialeffizienz und nachhaltige Konstruktion aller Bauteile in stark unterschied lichen Umgebungen – alles aus einer Hand. Somit konnte im April 2015 mit der gesamtheitlichen Planung begonnen, im Oktober 2016 das Vergabeverfahren für die Bauverträge gestartet und mit dem Zuschlag auf das wirtschaftlichste Angebot am 17. Februar 2020 die Realisierung der Baumaßnahme angefangen werden.

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Gestaltung

Der Bauherr erkannte die Chance dieser Aufgabe und stellte sich seiner Verantwortung über die rein technischen und funktionalen Anforderungen hinaus, neben Standsicherheit, Dauerhaftigkeit, Wirtschaftlichkeit, Verkehrssicherheit usw. auch die Fragen der Gestaltung und der Integration in den Landschaftraum sowie die Bedürfnisse der Anwohner, der Umwelt und der Nutzer gleichermaßen in einem integralen Planungsprozess zu berücksichtigen. Für Architekten und Ingenieure bedeutet die Annäherung an eine große Verkehrsinfrastrukturmaßnahme mit einem ganzheitlichen Ansatz ein Um denken. Anders als bei der Planung einzelner Bauwerke nimmt der Mensch eine Maßnahme dieser Größe auf unterschiedliche Arten wahr: Die Durchreisenden erleben sie sequenziell als Bestandteile eines geschwindigkeitsabhängigen Zeitraums, die Anwohner und Menschen außerhalb des Transitraums als Bestandteil der Landschaft oder einer urbanen Umgebung. Um der Vielzahl der Nutzer und Anlieger eine ansprechende Gestaltung zu vermitteln und dem Anspruch an Baukultur bei solch bedeutenden Verkehrsprojekten gerecht zu werden, ist es wichtig, sich mit den Fragen nach einer angemessenen Gestaltung frühzeitig intensiv aus einanderzusetzen. Der Umgang mit der Örtlichkeit und die Einbindung in die Landschaftsräume sind dabei spe zielle Herausforderungen. Wenn gute Gestaltung und funktionale sowie technische Anforderungen sinnvoll verbunden werden, mündet dies idealerweise in eleganten und gut proportionierten Bauwerken. Der Bauherr definierte mit Beginn der Bearbeitung alle wichtigen technischen und gestalterischen Anforderungen: – stützenfreie, transparente Überführungen – öffnende Unterführungen – Vermeidung von Tunnelwirkung – gradientenparallele Oberkanten der Lärmschutzanlagen ohne wahrnehmbare Versprünge – Integration von Lärmschutzanlagen und Verkehrszeichenbrücken – Vermeidung von Verschleißteilen wie Lager und Übergänge – hoher Vorfertigungsgrad – Einsatz nachhaltiger Materialien – einheitliche Gestaltungsmerkmale – abgestimmtes Farbkonzept – Merkzeichen an Übergängen – Vernetzung von Landschaftsräumen – kurze Bauzeit unter Aufrechterhaltung des Verkehrs – kurze Sperrpausen Anschließend wurden sämtliche Bestandsdaten analysiert und auf dieser Grundlage eine Befahrung der gesamten Strecke gemeinsam mit den Planungsbeteiligten

durchgeführt. Die Auseinandersetzung mit den unterschiedlichen Landschaftsräumen und den örtlichen Besonderheiten ist wichtiger Bestandteil am Beginn des Planungsprozesses. Den definierten Gestaltungsprinzi pien wurden weitere hinzugefügt, um einen Bezug zur Örtlichkeit herzustellen und einen Wiedererkennungswert zu schaffen. Grünbrücken wurden zur Vernetzung der Landschaftsräume angeordnet, Sonderbauwerke geben dem Nutzer zusätzliche Orientierung an markanten Punkten bzw. an Übergängen von unterschiedlichen Landschaftsräumen.

BERICHT REPORT

B. Endres, M. Wagner: The chance of the big picture

Ein weiterer wichtiger Schritt war die Typisierung aller Bauwerke und Lärmschutzmaßnahmen nach Merkmalen und Eigenschaften, wie Spannweite, Querschnittsbreite, Kreuzungswinkel, sowie situativer Einbindung, topografischer Höhenentwicklung und Lage in der Strecke. Die Typenaufstellung, die Kategorisierung und Verortung der Bauwerke strukturierte den anschließenden kreativen Planungsprozess. Eine umfangreiche Recherche von beispielhaften Situationen, Bauwerken und deren Dar stellung an dreidimensionalen Modellen ermöglichte die Erarbeitung der gemeinsamen allgemeinen Gestaltungsprinzipien. In einer umfangreichen Variantenstudie wurden erste Bauwerkstypen entworfen. Für den Regelfall erwiesen sich einfeldrige Rahmenbauwerke in Stahlverbundkon struktion für Überführungsbauwerke sowie in Stahlbetonbzw. Spannbetonkonstruktion für Unterführungsbauwerke am geeignetsten, da sich hierbei alle vorgenannten Prinzipien vereinbaren ließen. Für die Überführungsbauwerke wurden vier unterschiedliche Typen geplant, die sich durch ihre Querschnittsbreiten und ihre Funktion unterscheiden. Die gewählten Konstruktionen führten zu schlanken Bauwerken mit maximaler Durchsicht und schmalen Ansichtsflächen in Längs- und Querrichtung. – Straßenüberführungen mit ca. 10 m Querschnittsbreite wurden als einfeldrige gevoutete Stahlverbundrahmen mit zwei luftdicht verschweißten Stahlhohlkästen geplant. Querträger und Kragarmkonsolen – zur Auflagerung der Halbfertigteile für die Fahrbahnplatte – bringen eine strukturelle Gliederung der Untersicht. Die Stahlbetonwiderlager sind weit in die Böschung zurückversetzt und werden von den Benutzern der Autobahn kaum noch wahrgenommen (Bild 2). – Wegeüberführungen folgen den gleichen Konstruk tionsprinzipien. Mit einer geringeren Querschnittsbreite von ca. 5–6 m genügt ein Mittelträger mit beidseitigen Kragarmkonsolen. Um die Leichtigkeit und die Transparenz der Konstruktion zu unterstreichen, wurden die Stege in der Ansicht zu den Widerlagern hin sprengwerkartig aufgelöst (Bild 3). – Grünbrücken unterscheiden sich grundsätzlich durch ihre funktionalen Anforderungen und ihre Längenausdehnung von ca. 50 m. Aber auch hier wurden die Gestaltungsprinzipien konsequent umgesetzt. Die boBautechnik 99 (2022), Heft 4 307

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Quelle: gmp-Architekten

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Visualisierung Bauwerkstyp 1 – Straßenüberführung [2] Visualization structure type 1 – road overpass [2]

Bild 3

Bauwerkstyp 2 – Wegeüberführung Structure type 2 – path overpass

Quelle: Hajo Dietz, Nürnberg Luftbild

Bild 2

genförmigen Stahlbetonträger bilden mit den optisch kleinen Widerlagern eine Rahmenkonstruktion. Die Träger treten an den im Grundriss gekrümmten Portalen offen hervor, als Übergang von gebauter Struktur zur Landschaft, begleitet vom Licht- und Schattenspiel. Auf den erdüberschütteten Bauwerken wurden seitliche Gabionen als Sicht- und Blendschutz für die Wildtiere angeordnet, welche – zur Autobahn hin zusätzlich eingeschüttet – eine unauffällige Einbindung in den Landschaftsraum ermöglichen (Bild 4). – Zwei Sonderbauwerke mit oben liegendem Seiltragwerk entstanden aus einer asymmetrischen Ausgangssituation einer starken Längsneigung der überführten Straße bei gleichzeitig schiefwinkliger Kreuzung, was

Quelle: Tom Bauer, Ad Photography

zu größerer Stützweite und einseitig verminderter lichter Höhe führte. Die Gestaltungs- und Konstruk tionsprinzipien wurden auch hier beibehalten mit einer asymmetrischen Antwort durch den schlanken, einseitig gevouteten Stahlverbundriegel, welcher über zwei Seilebenen zu den Pylonen am höher gelegenen Widerlager hin abgespannt ist. Die Sonderbauwerke stellen Landmarken und Orientierungspunkte auf dem ca. 80 km langen Autobahnabschnitt dar (Bild 5).

Bild 4

Bauwerkstyp 3 – Grünbrücke Structure type 3 – green bridge

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Bautechnik 99 (2022), Heft 4

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Unterführungen stellen in Summe die meisten Bauwerke in dem Streckenabschnitt dar. Aufgrund der meist geringen Stützweiten und einer Autobahnbreite von ca. 40 m ergeben sich tunnelartige Brücken, die für den Benutzer bei der Unterquerung Unbehagen auslösen. Den Prinzi pien einer möglichst großen Durchsicht zur Verminderung der Barrierewirkung folgend, wurden unter Beibehaltung der Brückenlänge die Wiederlagerwände um 45° Richtung Böschung geneigt. Die einfeldrigen Rahmenbauwerke sind je nach statischer Erfordernis mit einer Stahlbeton- oder Spannbetonplatte konstanter Dicke geplant. Mit wenig Aufwand entstand ein schlanker Bauwerkstyp, der sich durch die gegenüber konventionellen Unterführungsbauwerken hohe Durchsicht und die klar erkennbaren Entwurfsprinzipien fast selbstverständlich in die Umgebung einpasst (Bild 6). Neben den entwurfsinhärenten Gestaltungs- und Kon struktionsmerkmalen sind folgende Eigenschaften aller Bauwerkstypen besonders herauszustellen:

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Visualisierung Bauwerkstyp 4 – Sonderbauwerk [2] Visualization structure type 4 – special structure [2]

Bild 6

Unterführungsbauwerk Underpass structure

Quelle: Tom Bauer, Ad Photography

Bild 5

Quelle: Tom Bauer, Ad Photography

Quelle: gmp-Architekten

BERICHT REPORT

B. Endres, M. Wagner: The chance of the big picture

Bild 7

Einhub Stahlkonstruktion Typ 2 Lift in of steel structure type 2

Bild 8

Einschub Bogenbrücke AK Fürth/Erlangen Launching of the arch bridge at interchange Fürth/Erlangen

Die Wahl der Materialen erfolgt werkstoffgerecht entsprechend Tragwerk und Bauablauf. Große Spannweiten mit Bau unter Verkehr werden durch Stahlträger im Verbund mit der Stahlbetonfahrbahnplatte erreicht. Erdberührte Widerlager aus Beton bilden den Übergang zum Gelände – so sind auch Unterführungsbauwerke mit kleinen Spannweiten und großen Widerlagern sowie überschüttete Grünbrücken aus Beton konzipiert. Die verwendeten Materialien zeichnen sich durch ihre hohe Dauerhaftigkeit, einen geringen Wartungsaufwand und wertiges Altern aus. Für Überführungsbauwerke wurden Geländer mit monotaktischer Erscheinung konzipiert, deren Füllstäbe zur Brückenmitte verdreht angeordnet sind. Dadurch ist der Bereich über den Fahrspuren funktional dicht, um Schneemassen von der unten liegenden Fahrbahn fernzu-

Quelle: Samuel Pfenning

Die schnelle Herstellung unter laufendem Verkehr wird ermöglicht durch die gewählte Konstruktionsart mit hohem Vorfertigungsgrad. Stahlträger und Halbfertigteile bei Überführungsbauwerken lassen eine schnelle Montage bei kurzen Sperrpausen am Wochenende zu. Bei Grünbrücken kommen Stahlbetonfertigteilträger und Halbfertigteile für die Platte zum Einsatz. Unterführungsbauwerke lassen sich unter einseitiger Verkehrsführung herstellen (Bilder 7, 8).

halten, sodass die Fahrsicherheit erhöht wird. Optisch erscheinen die Geländer je nach Blick- und Kreuzungswinkel geschlossen oder transparent – eine Variation von Licht und Schatten. Eine möglichst zurückhaltende Einbindung in die Umgebung wurde durch die Minimierung der Ansichtsflächen in Längs- und Querrichtung erreicht – klare Gestaltung sowie Materialien, die farblich und strukturell in ihrer Eigenbeschaffenheit zur Geltung kommen. Die Farbe der Stahlträger changiert je nach Landschaftsraum zwischen den Eisenglimmerfarbtönen Aluminiumgrau und Dunkelgrau. Geländer sind grundsätzlich hell gehalten. BetonBautechnik 99 (2022), Heft 4 309

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bauteile erscheinen in Sichtbeton. Von Treppen eingerahmte Böschungsflächen ohne Bermen erscheinen aus unregelmäßigem Natursteinpflaster in natürlicher Färbung der lokalen Vorkommen von Granitstein oder Muschelkalk.

Quelle: Tom Bauer, Ad Photography

Auch bei den Lärmschutzmaßnahmen als streckenbegleitende Bauwerke gab es eine Typisierung aufgrund ihrer Anforderungen und Lage in Wälle, Wälle mit Wänden, Steilwälle mit Wänden und Wände unmittelbar an der Strecke. Da die Lärmschutzwände mit großen Längenausdehnungen den Landschaftsraum dominieren, ist eine gut gewählte Strukturierung und Materialwahl erforderlich. Differenziert nach den einzelnen Situationen wird als Material Holz, Absorptionsbeton, Acrylglas oder Natursteingabionen gewählt. Aus Gründen der Dauerhaftigkeit wurde als Material für die Lärmschutzelemente Absorptionsbeton an der Strecke und Holz auf den Wällen in ländlichen Räumen festgelegt (Bilder 9–11).

Bild 10 Holzlärmschutzwand Dertingen Wooden noise protecting wall at Dertingen

Quelle: Tom Bauer, Ad Photography

Die geschlossenen Lärmschutzwände sind in rhythmischen Abständen durch transparente Querwände gegliedert, sodass in der Schrägansicht eine weitgehend transparente Durchsicht in die Umgebung gewährleistet ist, ohne dabei die funktionalen Anforderungen der Absorp tion zu beeinträchtigen. Diesem Prinzip folgend, werden auch die Übergänge der Lärmschutzwände zu den Unterführungsbauwerken mit Querwänden aus Acrylglas gestaltet. Mit den Querwänden wurden zudem Höhenunterschiede weitgehend unauffällig ausgeglichen. So weit es die Lärmschutzanforderungen der Wände auf den Brückenbauwerken erlauben, wird Acrylglas verwendet. Dadurch wird es dem Nutzer ermöglicht, die Landschaftsräume und Kulturlandschaften wahrzunehmen. Zur Strukturierung der Oberflächen erhalten die Holzund Betonwände vertikale, monotakte Profilierungen. Die Pfosten werden immer verdeckt auf der autobahnabgewandten Seite angeordnet. Die Wandrückseiten werden zur Steigerung der Akzeptanz der Anwohner in der Nähe von Wohnbebauungen und unterführten Straßen mit einer monotaktischen Oberflächenstruktur aus Lärchenholzleisten gestaltet (Bild 12). Abschnitte mit Betonwänden sind durch ein fein abgestimmtes Farbkonzept in Grau- und Brauntönen gegliedert (Bild 9).

Bild 11 Acrylglaswand AK Fürth/Erlangen Acrylic glass wall at interchange Fürth/Erlangen

Die Gestaltung der Lärmschutzanlagen des Autobahnkreuzes Fürth/Erlangen richtete sich nach den zuvor entwickelten Vorgaben aus dem Gestaltungskonzept (Bild 13).

Quelle: Tom Bauer, Ad Photography

Eine besondere Herausforderung bestand darin, die sich aus den Lärmschutzanforderungen ergebenden verschiedenen Lärmschutztypen unterschiedlicher Höhe und Ausbildung – Steilwälle/Stützbauwerke mit aufgesetzten Lärmschutzwänden sowie Lärmschutzwände an der Strecke, hochabsorbierend oder transparent – auf komprimierten Raum miteinander kombiniert zu einem harmonischen Gesamtbild zusammenzufassen.

Bild 9

LSW AK Fürth/Erlangen Noise protecting wall at interchange Fürth/Erlangen

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Größte Beachtung bei der Planung fanden hier die Übergänge und Anschlüsse zwischen den einzelnen Lärmschutzwandtypen und Höhen untereinander sowie die Anschlüsse an die Brückenbauwerke selbst, indem die Wandoberkanten konsequent ohne störende Absätze gradientenparallel ausgeführt wurden. Hierfür wurde ein komplexes 3D-Modell angefertigt, an dem die räumlichen Verhältnisse im Vorfeld sicher überprüft werden konnten. Die Anliegerseiten der Lärmschutzwände wurden überwiegend mit Lärchenholzlattung gestaltet, was neben der angenehmen Gliederung im urbanen Umfeld einen subtilen Schutz gegen Vandalismus durch Graffiti bietet.

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Die landschaftspflegerische Gestaltung der Fahrbahn nebenflächen bestimmt maßgeblich das spätere räumliche Erscheinungsbild der Autobahn und ihrer Bauwerke. Bei den Überführungsbauwerken bestimmen Art und Umfang der Bepflanzung, in welchem Ausmaß die Böschungen und Widerlager später von der Fahrbahn aus einsehbar oder verdeckt sind. Bei den geplanten, leicht und dynamisch wirkenden Konstruktionen und den zurückgesetzten, in die Böschung integrierten Widerlagern soll der Betrachter die ganze Brücke einsehen können. Auf rund 100 m Länge vor und nach der Brücke sollte der Rand der Bepflanzung nach außen, vom Böschungsfuß an die Böschungsoberkante, wandern. Das unmittelbare Umfeld der Brücken wird bewusst nicht bepflanzt.

Bild 14 Gestaltungshandbuch [2] Design manual [2]

lebbar und dadurch begreifbar und schaffen einen Wiedererkennungswert (Bilder 15, 16).

Quelle: Hajo Dietz, Nürnberg Luftbild

Bild 13 Luftbild AK Fürth/Erlangen Aerial view of interchange Fürth/Erlangen

Quelle: Die Autobahn GmbH des Bundes Niederlassung Nordbayern

Quelle: gmp-Architekten

Bild 12 Gestaltung Anliegerseite mit Holzlattung Design on the residents’ side with wooden slats

Die erneuerten Brückenbauwerke des Autobahnkreuzes werden eingerahmt von den Lärmschutzmaßnahmen zur Geltung gebracht. Eine besondere identitätsstiftende Landmarke wurde durch die Lichtstelen auf dem Kreuzungsbauwerk geschaffen, welche gemeinsam mit den Bogenbrücken ein verbindendes Element der Städte sowie eine Torsituation innerhalb des bedeutenden Verkehrsschnittpunkts erschaffen (Bild 17).

Umsetzung und Realisierung

Als Pilotprojekt zur Überprüfung der Planung und der Herstellung wurde der Bauwerkstyp 2, eine Wirtschaftswegeüberführung, vorab als Einzelmaßnahme im Jahre 2018 gemäß den Vorgaben aus dem Gestaltungshandbuch geplant und gebaut. Der Überbau wurde dabei seitlich neben der Autobahn hergestellt und in einer kurzen Sperrpause eingehoben. Sämtliche Vorgaben zur Gestaltung, zur Konstruktion und zur einfachen und schnellen Herstellung wurden dabei erfolgreich umgesetzt. Die Brücke bei Schwaig über die sechsstreifige Autobahn A 3 bei Nürnberg wurde von der Jury des Deutschen Brückenbaupreises 2020 mit einer Auszeichnung geehrt

Quelle: René Legrand Fotodesign

Die so entwickelten Prinzipien der Gestaltung und der Konstruktion wurden in einem umfassenden Gestaltungshandbuch [2] zusammengefasst und dokumentiert, um darauf aufbauend Bauwerksentwürfe und Pflichtenhefte für die Ausführung abzuleiten (Bild 14). Besondere Landmarken – wie die Sonderbauwerke, Grünbrücken sowie als krönenden Abschluss die Bauwerke des Autobahnkreuzes Fürth/Erlangen mit einer Sinfonie von Bogenbauwerken – machen die Strecke er-

BERICHT REPORT

B. Endres, M. Wagner: The chance of the big picture

Bild 15 Bogenbrücke AK Fürth/Erlangen Arch bridge at interchange Fürth/Erlangen

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B. Endres, M. Wagner: Die Chance des großen Ganzen

Quelle: Hajo Dietz, Nürnberg Luftbild

Mit der Kombination aus beiden innovativen Neuerungen ist das Bauwerk 396b bisher einzigartig. Beide Kon struktionselemente sind nicht durch die bestehenden Normen abgedeckt und bedurften jeweils einer Zustimmung im Einzelfall (ZiE).

Bild 16 Geh- und Radweg über die A 3 am AK Fürth/Erlangen Pedestrian and bicycle path crossing highway A 3 at interchange Fürth/Erlangen

Als Fahrbahnbelag wurde ein Dünnbelag, bestehend aus einer Versiegelung mit zweilagiger Dünnschicht und anschließender Abstreuung aus Quarzsand, gewählt. Dadurch kann durch den Wegfall der Bitumenabdichtung und der Asphaltschichten die CO2-Emission nochmals deutlich reduziert werden. Durch die sehr geringe Höhe des gesamten Fahrbahnaufbaus konnte die Gradiente des Radwegs um ca. 27 cm tiefer als bei einer konventionellen Verbundbrücke angelegt werden. Dies verringert die Inanspruchnahme der Fläche und des Erdbaus der an die Brücken anschließenden Rampen (Bild 18).

Der offizielle Spatenstich für das ÖPP-Projekt erfolgte am 10. Juli 2020. Der Fokus der Bauarbeiten im ersten Jahr

In direkter Nachbarschaft zum AK Fürth/Erlangen ist eine Adaption des Typs 2 für Geh- und Radwegbrücken entstanden und zeigt die universelle Anwendbarkeit der beschriebenen Bauwerkstypen [4]. Es wurde ebenfalls als Pilotprojekt für neuartige Entwicklungen ausgewählt. Als Variation wird die Fahrbahnplatte als Orthoverbundkonstruktion mit Verbunddübelleisten hergestellt. Die Bewehrung der Fahrbahnplatte besteht aus neuartigen Basaltfaserstäben, die sich gegenüber anderen nicht metallischen Bewehrungen durch das sehr gute Verbund- und Verankerungsverhalten auszeichnen. Die Basaltbewehrung reduziert den CO2-Ausstoß der Fahrbahnplatte erheblich. Einerseits wird durch die geringeren Betonabmessungen Beton eingespart, andererseits ist die CO2Emission der Bewehrung ca. 33 % geringer im Vergleich zu einer Betonstahlbewehrung.

Bild 18 Pilotprojekt Geh- und Radwegüberführung mit Basaltfaserstäben Pilot project pedestrian and bicycle overpass with basalt fibre rebars

Bild 17 Kreuzungsbauwerk AK Fürth/Erlangen mit Lichtstelen Flyover at interchange Fürth/Erlangen with light stele

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Quelle: Leonhardt, Andrä und Partner

Das Konzept Einheit und Vielfalt führt konsequent auch zu Variationen und Innovationen.

Quelle: Tom Bauer, Ad Photography

(Bild 3). Das Fazit der Jury war [3]: „Das Überführungsbauwerk ist mit seiner Leichtigkeit und Effizienz ein he rausragendes Beispiel modernen Brückenbaus. Aufgrund seiner wartungsarmen integralen Bauweise und der Art der Ausbildung besticht das funktionale wie nachhaltige Bauwerk durch Einfachheit und Eleganz.“

Das Autobahnkreuz Fürth/Erlangen ist nach fünfjähriger Bauzeit am 31. August 2021 vom damaligen Bundesverkehrsminister Andreas Scheuer offiziell freigegeben worden (Bild 13). Mit dem sechsstreifigen Ausbau der A 3 im Bereich des Autobahnkreuzes war neben der Erneuerung von zwölf Bauwerken – u. a. dreier Überführungsbauwerke als Bogenbrücken, eines neu eingeführten „Überfliegers“ sowie des zentralen Kreuzungsbauwerks der A 73/A 3 – auch umfangreicher Lärmschutz für die Erlangener Stadtteile Eltersdorf und Bruck verbunden. Die bis zu 13 m hohen Anlagen umschließen das Autobahnkreuz sowie die A 3 und die A 73 auf einer Länge von insgesamt 7 km. Ein Autobahnkreuz in derart dicht besiedelter Umgebung bedeutet für die Anwohner eine erhebliche Lärmbelästigung. Mit den umfangreichen Lärmschutzmaßnahmen wurde ein großer Mehrwert für die Lebensqualität vor Ort geschaffen. Eine nachhaltige und effiziente Gestaltung mit den Anforderungen an Funktionalität, Ökonomie und Ökologie in Einklang zu bringen, um dabei eine bestmögliche Einbindung der Wegmarke in den Kultur- und Landschaftsraum der Metropolregion zu ermöglichen, war dabei das Ziel.

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lag auf der Baufeldfreimachung und der Herstellung von provisorischen Fahrbahnverbreiterungen, um die ab 2021 erforderlichen Verkehrsführungen der ersten von insgesamt vier Hauptbauphasen zu ermöglichen. Im Frühjahr 2021 begannen die eigentlichen Arbeiten zum Ausbau der A 3. Hierzu wird die bestehende Autobahn einschließlich sämtlicher Brückenbauwerke vollständig zurückgebaut und teils in veränderter Lage mit einem sechsstreifigen Querschnitt neu errichtet. Bereits 2022 können die ersten Teilabschnitte einer Richtungsfahrbahn mit einer Gesamtlänge von knapp 35 km einschließlich zehn Über- und 25 Unterführungen für den Verkehr freige geben werden. In Jahr 2023 wird knapp die Hälfte der Ausbaustrecke einschließlich der zugehörigen Brückenbauwerke und Lärmschutzanlagen für den Verkehrsteilnehmer zur Verfügung stehen. Die Fertigstellung des Gesamtprojekts ist nach einer Bauzeit von nur 67 Monaten für Ende 2025 geplant.

Fazit und Ausblick

Autobahnen in Deutschland stellen mit ihren Bauwerken – insbesondere Brücken, Tunnel und Lärmschutzwände – einen maßgeblichen Teil unserer gebauten Umwelt dar, zumeist umgeben von naturnahem Landschaftsraum, aber auch städtischer Bebauung. Um den Dreiklang zwischen Mensch, Umwelt und Funktion zu einer Harmonie zusammenzufügen, bedarf es einer intensiven Auseinander setzung mit den einzelnen Bedürfnissen und Anforderungen. Wenn es den Bauherrn, Planern und Gestaltern gelingt diese Aufgabe zu meistern, schaffen wir damit eine hohe Akzeptanz und Zustimmung für große Infrastrukturmaßnahmen in der Bevölkerung.

Das Gestaltungshandbuch ist das Ergebnis einer inten siven und konstruktiven Zusammenarbeit zwischen Bauherrn, Architekt, Landschaftsplaner und Ingenieur. Es schlägt für den Abschnitt der Bundesautobahn A 3 zwischen Würzburg und Erlangen eine ganzheitliche Gestaltung der Bauwerke vor, die sich harmonisch in den bestehenden Naturraum integrieren und zu einer dauerhaften, hochwertigen und zeitlosen Ästhetik führen. Großer Wert wird dabei auf einen hohen Grad an Einfachheit, funktionaler und tragwerkstechnischer Sinnhaftigkeit und damit auf eine umfassend nachhaltige Gestaltung gelegt, die durch den sparsamen Einsatz von Ressourcen auch allen Anforderungen des ökonomischen und öko logischen Bauens gerecht wird. Weitere Innovationen zur Reduzierung von CO2-Emissionen wurden bereits in Pilotprojekten aufgezeigt und umgesetzt.

BERICHT REPORT

B. Endres, M. Wagner: The chance of the big picture

Das Gestaltungshandbuch legte die Grundlage, um aus der Vielzahl an Einzelprojekten ein einheitliches Gesamtbild zu erzeugen und den unterschiedlichen Planungsbeteiligten ein Werkzeug und einen Leitfaden für dessen Umsetzung an die Hand zu geben. Mit der erfolgreichen Umsetzung der Ideen, Grundsätze und Konstruktionen wird ein wesentlicher Beitrag zur Baukultur bei großen Infrastrukturprojekten in Deutschland geleistet. Es sollte auch zukünftig der Anspruch des Bauherrn und der Planer sein, durch ganzheitliche Ansätze bei der Planung und Realisierung von Infrastrukturprojekten in Deutschland Funktion, Gestaltung und Wirtschaftlichkeit sinnvoll zu vereinen. Die BAB A 3 zwischen Nürnberg und Würzburg ist hierfür ein gelungenes Beispiel und zeigt eindrucksvoll, dass die intensive Auseinandersetzung mit der Planungsaufgabe zu technisch und gestalterisch beeindruckenden Lösungen führen kann.

Literatur [1] Endres, B.; Jung, R. (2016) Gestaltungskonzept für die Brückenbauwerke im Zuge der BAB A 3 zwischen AK Biebelried und AK Fürth/Erlangen in: Curbach, M. [Hrsg.] Tagungsband 26. Dresdner Brückenbausymposium. TU Dresden, 14./15. März 2016. [2] Endres, B. et al. (2017) Gestaltungshandbuch BAB A3 Würzburg – Erlangen. Nürnberg: Bayerisches Staatsministerium des Innern, für Bau und Verkehr vertreten durch die Autobahndirektion Nordbayern. Autoren Dipl.-Ing. Bernd Endres bernd.endres@nby.autobahn.de Leitender Baudirektor, Geschäftsbereichsleiter Geschäftsbereich Brücken, Ingenieurbau, Hochbau Die Autobahn GmbH des Bundes Niederlassung Nordbayern Flaschenhofstr. 55 90402 Nürnberg

[3] Bundesingenieurkammer; Verband Beratender Ingenieure VBI [Hrsg.] Dokumentation des Wettbewerbs um den Deutschen Brückenbaupreis 2020 [online]. https://www. brueckenbaupreis.de/wp-content/uploads/dokumentation- 2020.pdf [Zugriff am: 15. Feb. 2021] [4] Mansperger, T.; Burgard S.; Hofmann, M. (2021) Innovative Radwegbrücke bei Nürnberg. Stahlbau 90, H. 10, S. 749– 758. https://doi.org/10.1002/stab.202100057

Dipl.-Ing. Markus Wagner (Korrespondenzautor) markus.wagner@nby.autobahn.de Abteilungsleiter Geschäftsbereich Brücken, Ingenieurbau, Hochbau Die Autobahn GmbH des Bundes Niederlassung Nordbayern Flaschenhofstr. 55 90402 Nürnberg Zitieren Sie diesen Beitrag Endres, B.; Wagner, M. (2022) Die Chance des großen Ganzen – Ganzheitliche Gestaltung, Planung und Umsetzung des Autobahnabschnitts der BAB A 3 zwischen Erlangen und Würzburg. Bautechnik 99, H. 4, S. 305–313. https://doi.org/10.1002/bate.202200018

Bautechnik 99 (2022), Heft 4 313

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DOI: 10.1002/bate.202100115

BERICHT

Heiko Gesella

Neubau der Patton Brücke über die Sauer Im Zuge der Umsetzung des Infrastrukturprojekts „Umsteigebahnhof Ettelbruck“ – etwa 30 km nördlich der Landeshauptstadt Luxemburg gelegen – wurde die neue Patton Brücke elegant über die Sauer und die Eisenbahnlinie Luxemburg-Troisvierges geschlagen. Die Stahlverbundbrücke mit einer Länge von 170 m führt die Nationalstraße N 7 mit drei Fahrstreifen und breitem Fahrradweg als Zubringer zum Umsteigebahnhof. Das Bauwerk fügt sich harmonisch in seine Umgebung ein, die von der Lage zwischen einem Naturschutzgebiet Natura 2000 im Norden und der Industriezone „um Dreieck“ im Süden sehr konträr geprägt wird. Das wartungsarme und dauerhafte semiintegrale Bauwerk aus wetterfestem Baustahl weist infolge der doppelt im Raum gekrümmten Straßenachse eine komplexe Geometrie auf, die von einer starken Grundrisskrümmung bestimmt wird. Der Entwurf ordnet sich vollständig dem integralen Tragwerksgedanken unter. Damit kommt der Ausbildung der konstruktiven Details als Schnittstellen zwischen den Tragwerksteilen besondere Bedeutung zu. In diesem Zusammenhang werden insbesondere die monolithischen Anschlüsse der Y-förmigen Pfeiler zum Überbau und deren Fortsetzung im Baugrund als Pfahlbock beleuchtet, die im Zusammenspiel mit der gesamthaften Steifigkeitsabstimmung das gewünschte Verhalten des Tragwerks gewährleisten. Im Folgenden wird von der diesbezüglichen Planung und von der darauf abgestellten Bauausführung berichtet.

Construction of the new Patton Bridge over the Sauer The new Patton Bridge was built over the Sauer and the Luxembourg-Troisvierges railway line as part of the implementation of the “Interchange Station Ettelbruck” infrastructure project, located 30 km north of Luxembourg City. The 170 m long steel composite bridge carries the national road N 7 with three lanes and a wide bicycle path as a feeder for the transfer station. The bridge is well integrated into the environment, which is strongly characterized by the nature reserve Habitate Natura 2000 in the north and the industrial zone “um Dreieck” in the south. The low maintenance and durable semi-integral structure made of weathering structural steel has a complex geometry due to the twice curved road axis in space, which is determined by a pronounced curve in plan. The global design completely follows the integral structural concept. In this overall concept, special attention is paid to the coherent design of the details as interfaces between the structural parts. In particular, the monolithic connections of the Y-shaped piers to the superstructure and their continuation in the subsoil are illuminated, which, in conjunction with the overall rigidity coordination, determine the desired behavior of the overall structure. The following is a report on the relevant planning and construction work.

Stichworte Brücke; Stahlverbund; wetterfester Baustahl; semiintegral; gekrümmt; orthotrope Verbundfahrbahnplatte; Längsverschub

Keywords river bridge; steel composite; weathering steel; semi-integral; curved; orthotropic composite deck; incremental launching

20,833 m in einen Kreisbogen mit einem Radius von 120 m überführt, der die verbleibenden 107,037 m Brückenlänge im Mittelfeld und westlichen Randfeld umfasst. Im Westen schließt an die 170 m lange Brücke eine etwa 250 m lange Stützwand zu den Bahngleisen an.

Einleitung

Im Rahmen von landesplanerischen Mobilitätsüberlegungen für den zukünftigen Ballungsraum Nordstad, gebildet aus den Gemeinden Ettelbruck, Erpeldange und Diekirch, wird der Bahnhof Ettelbruck zu einem Drehkreuz für die Verkehrsarten Individual-, Bus- und Bahnverkehr neu gebaut. Dabei machen sowohl die funktionelle Erweiterung des Bahnhofs als auch die zu erwartenden zukünftigen Nutzerzahlen den Neubau des Bahnhofs und der umliegenden Verkehrsinfrastruktur erforderlich. In diesem Gesamtzusammenhang wird der Neubau der straßenbaulichen Verkehrsanbindung im Zuge der Nationalstraße N 7 zwischen den Gemeinden Ettelbruck und Erpeldange nötig, welche von der neuen Patton Brücke getragen über die Sauer und die Eisenbahnlinie nach Troisvierges geführt wird. Vom östlich gelegenen Kreisverkehr kommend führt die Trasse zunächst in einer Geraden auf das Bauwerk und wird nach 42,130 m über der östlichen Stütze von einer Klothoide auf einer Länge von 314

Bauwerksentwurf

2.1

Grundlegendes

Grundlegend bei der Erarbeitung des Bauwerksentwurfs (Bild 1) war die stark gekrümmte Trasse über die Sauer und die Eisenbahnlinie, wobei eine lichte Höhe von 6,50 m über der Gleisoberkante einzuhalten war. Bei der Trassenführung wurde sehr frühzeitig die äußerst eingeschränkte Montagemöglichkeit zwischen westlichem Widerlager und der Sauer berücksichtigt. Folglich wurde die Trasse mit konstantem Radius bis zum östlich gelegenen Y-Pfeilerpaar P.2 geführt, um den entsprechenden Teil

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BERICHT REPORT

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Bild 1

Ansicht und Draufsicht Elevation and top view

des Überbaus längs einschieben zu können. Im Aufriss wird die Gradiente von einer Kuppenausrundung mit einem Ausrundungsradius vom 1200 m gebildet, deren Hochpunkt über dem westlichen Y-Pfeilerpaar in Achse P.1 liegt. Der stark zur Brückenachse schiefwinklig laufende Lichtraum der Eisenbahn in Verbindung mit dem vom Wasserwirtschaftsamt geforderten Freihalten des Hochwasserquerschnitts der Sauer durch Pfeiler führten zur vertieften Bearbeitung des Entwurfs als Dreifeld träger.

Der Überbau erstreckt sich mit einer konstanten Bauhöhe über die gesamte Länge der Brücke. Die gespreizten Y‑Pfeilerpaare in den Achsen P.1 und P.2 verkürzen die effektiven Stützweiten für gleichmäßig verteilte Lasten und vervollständigen das Haupttragwerk zu einem teilweise in die Gründung eingespannten Rahmen, dessen Riegel sich in beiden Randfeldern fortsetzt. Die Stützweiten betragen in den Bauwerksachsen 52,5 m – 65,0 m – 52,5 m.

2.2 Der Querschnitt nimmt zwei Richtungsfahrbahnen und eine separate Busspur mit einer Breite von insgesamt 11,75 m auf (Bild 2). Die Querneigung von 3 % erstreckt sich über die gesamte Brückenlänge und wird erst nach dem Widerlager in ein Dachprofil zum Anschluss an den Kreisverkehr im Osten überführt. Die nördliche Kappe trägt einen 3,0 m breiten Fahrradweg und die südliche Kappe einen Dienstweg, sodass sich die Gesamtbreite des Überbaus zu 17,30 m ergibt. Im Zuge einer vorgelagerten Variantenuntersuchung wurden anhand fotorealistischer Darstellungen verschiedene Pfeilerformen hinsichtlich der Integration des Bauwerks ins Umfeld untersucht. Mit dem Hintergrund der starken Grundrisskrümmung und im Blickwinkel der veränder lichen Schrägsicht wurde bei der Bauwerksgestaltung besonderer Wert auf gefällige Proportionen und das Fluchten von Bauwerkskanten gelegt, sodass die Vorzugsva riante mit Y-Pfeilerpaaren zurückbehalten und der weiteren Planung unterworfen wurde.

Überbau

Beim Überbau handelt es sich um einen ausgesteiften Stahlhohlkasten aus wetterfestem Baustahl. Die Korrosivitätsklasse C2 (indirekte Benetzung, gute Belüftung) ermöglicht den vollständigen Verzicht auf eine Beschichtung als Korrosionsschutz, sodass die Dauerhaftigkeit durch natürliche Schutzschichtbildung bei geringen Abros tungsraten gegeben ist. Dadurch entfallen auch künftige Ent- und Beschichtungsarbeiten über der Eisenbahnlinie. Das Kasteninnere ist durch Mannlöcher in allen Querschotten über beide Widerlager begehbar und belüftet. Der Stahlkasten mit den Abmessungen von 9,15 m in der Breite und 2,00 m in der Höhe bezogen auf die Bauwerks achse hat ein durchgehendes Deckblech und trägt die 0,30 m starke und 16,60 m breite aufgesetzte Stahlbetonfahrbahnplatte. Die Bauhöhe des Verbundquerschnitts mit gleichbleibender Querschnittskontur beträgt 2,30 m in der Bauwerks Bautechnik 99 (2022), Heft 4 315

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Bild 2

Querschnitt Überbau Cross-section superstructure

achse, sodass sich bez. des Mittelfelds eine Schlankheit von 1/29 ergibt. Der Obergurt folgt dem Quergefälle der Straße und der Untergurt ist im Mittel parallel zur Horizontalen ausgerichtet, mit einem Knick in der Mitte zur Strukturierung der Untersicht. Beide Hauptträgerstege weisen eine Neigung von etwa 1:2 nach innen auf. Der Querschnitt ist zur Wahrung der Querschnittskontur alle 5,0 m mit Querschotten (t = 20 mm) ausgesteift, welche die Torsionskrafteinleitung aus Lastexzentrizität und Grundrisskrümmung gewährleisten. Verstärkte Querschotte (t = 40 mm) befinden sich bei den Durchdringungspunkten mit den Schrägstreben der Y-Pfeiler und über den Widerlagern zur Vertikal- und Torsionskraftausleitung. Alle Querschotte finden ihre Fortsetzung außerhalb des Kastens als Kragträger, welche die Fahrbahn platte stützen. Die Endquerträger über den Widerlagern setzen die Querkräfte und Torsionsmomente des Hauptträgers in vertikale Lagerkräfte um. Dabei werden Last exzentrizitäten aus Bauwerksverformungen in Brückenlängsrichtung am Brückenende durch einen kleinen Steifenkasten je Auflager aufgenommen, der die Versatzmomente als Umlauftorsion an die Hauptträgerstege weiterleitet. Die Aussteifung des Hohlkastens in Brückenlängsrichtung erfolgt mit Trapezhohlsteifen. Diese sind abschnittsweise gerade und folgen in Segmenten dem jeweiligen Kreisabschnitt im Querschottabstand mittels eines Knicks zwischen den Schotten. Die orthotrope Stahlplatte dient zunächst als verlorene Schalung beim Betonieren der Stahlbetonplatte und wird mit Kopfbolzendübel vollflächig angeschlossen, sodass diese als orthotrope Verbundfahrbahnplatte zusammenwirken. Die Stahlbetonmassivplatte wird mit gleicher Stärke außerhalb des Kastens ohne Deckblech fortgeführt, wobei dort Elementbetonfertigteilplatten als verlorene Schalung verwendet wurden. Die Lagerung der Brücke an den Widerlagern erfolgt mit je zwei eingerückten, verschieblichen Kalottenlagern, von denen eines in Brückenquerrichtung fest ausgebildet ist. 316

Die geringe Spreizung der Bauwerkslager von 5,55 m ist an die Länge der Randfelder angepasst, sodass auch am westlichen Widerlager abhebende Lagerkräfte ohne weitere Maßnahmen sicher vermieden werden. Zur Sicherstellung der Gebrauchstauglichkeit werden die Bauwerksverformungen am Brückenende von einprofiligen, sinusförmigen Fahrbahnübergangskonstruktionen aufgenommen. Beide Pfeilerpaare sind Y-förmig ausgebildet. Sie spannen mit den Schrägstreben und dem vertikalen Stiel eine Ebene über drei Querschottabstände auf, welche außerhalb der Vertikalebene der gekrümmten Bauwerksachse zu liegen kommt. Die Abmessungen der Kastenquerschnitte (konstante Breite 2,00 m) wurden entsprechend dem Beanspruchungsverlauf gewählt. Die schrägen Streben mit einer Querschnittshöhe von 1,20 m am Anschnitt zum Überbau verjüngen sich bis zum Verzweigungspunkt, von dem aus ein vertikaler Stiel nach unten fortführt, dessen Querschnittshöhe sich von 1,094 m auf 0,840 m an der Einspannstelle ebenfalls verjüngt. Die Stützen werden zur Kraftweiterleitung im Hohlkasten des Überbaus durch einen vertikal orientierten Steifenkasten im Anschluss an ein verstärktes Querschott fortgesetzt. Unten spannt der Stiel in Form eines kastenförmigen Stahleinbauteils in den Sockel der Pfahlkopfplatte ein, dort erfolgt der Anschluss mit Kopfbolzendübeln.

2.3

Unterbauten und Gründung

Ein jeweils unter den Y-Pfeilern befindlicher Pfahlbock setzt diese im Baugrund fort (Bild 3). Die 1,20 m starke Pfahlkopfplatte verteilt hauptsächlich die Vertikallasten und kleineren Einspannmomente auf die 2 × 4 gegenseitig mit je 1/8 geneigten Großbohrpfähle ∅ 1,20. Die Pfähle binden in beiden Pfeilerachsen 10 m tief in den Baugrund ein, der auf den oberen 6 m als fluviatil abgelagertes Se diment und verwitterter Bundsandstein ansteht und der ab dort in unverwitterten Bundsandstein übergeht.

Bautechnik 99 (2022), Heft 4

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Bild 3

Gründung Pfeiler P.2 Pile foundation pier P.2

Beide Widerlager sind als konventionelle Kastenwider lager mit Wartungsgang ausgebildet, wobei das westliche Widerlager C1 flach auf dem anstehenden Bundsandstein und das östliche Widerlager C2 tief gegründet wurde. Beide Widerlager schließen am südlichen Flügel an eine Stützwand an.

Genehmigungs- und Ausführungsplanung

3.1

Vorgaben und Ablauf

Im Zuge der Genehmigungsplanung wurden die Sperrpausen der Eisenbahnlinie verbindlich angefragt und die genehmigungsrelevanten Vorgaben des Wasserwirtschafts amts, den Hochwasserquerschnitt HQ100 in den Monaten November bis März frei zu halten, eingearbeitet. Diese Angaben wurden in einem prinzipiellen Bauablauf gefasst und mit einem Terminplan hinterlegt, was den Ausschreibungsunterlagen als verbindliche Vorgabe beigefügt wurde. Um dem Auftragnehmer im zeitlichen Ablauf ausreichend Zeit für die anspruchsvolle Werkstattund Montageplanung einzuräumen, erfolgte ein Großteil der Ausführungsplanung während der Ausschreibung, sodass mit Baustellenbeginn geprüfte Stahlbauübersichtspläne überreicht werden konnten.

3.2

Tragverhalten und Berechnung

Das globale Tragverhalten wurde mit einem auf Stab elementen mit sechs Freiheitsgraden basierenden Rechenmodell nachvollzogen, das neben den Y-Pfeilerpaa-

ren auch die zugehörigen Tiefgründungen beinhaltete (Bild 4). Die Berechnung erfolgte mit dem FE-Programmsystem SOFiSTiK der SOFiSTiK AG aus Oberschleißheim. Das globale Rechenmodell wurde durch div. Zusatz- und Untermodelle ergänzt, um lokale oder durch das globale Modell nur unzureichend erfasste Tragmechanismen zutreffend der Nachweisführung zuführen zu können. Im globalen Berechnungsmodell wurden der Bauablauf mit zeitlich veränderlichen Effekten, die Rissbildung der Stahlbetonplatte und mitwirkende Breiten berücksichtigt. Weiter wurde auch der Einfluss von streuenden Gründungsparametern entsprechend RE-ING [1] in Form von unteren und oberen Grenzwerten der Gründungssteifigkeiten simuliert. Die veränderlichen Gründungssteifigkeiten hatten einen untergeordneten Einfluss auf die Schnittgrößenverteilung im Überbau und einen überschaubaren Effekt auf die Schnittgrößen der Gründungselemente. Dieses Verhalten ist auf die gewählte Steifigkeitsverteilung und die Ausbildung der Gründung zurückzuführen. Die schräg gestellten Pfähle weisen keinen inneren Hebel arm in Brückenlängsrichtung auf, sodass sich keine vertikale Einspannung in den Baugrund einstellen kann. In dieser Weise erlauben die schrägen Pfähle mit biegeweichen Pfeilern einen steifen und direkten Vertikallastabtrag bei gleichzeitig großer Nachgiebigkeit für Biegung und Horizontalverschiebungen. Dieses Verhalten limitiert die Abhängigkeit der Schnittgrößen von den Gründungssteifigkeiten und begrenzt wirkungsvoll die dann leicht beherrschbaren Zwangsschnittgrößen im Rahmentragwerk. Bautechnik 99 (2022), Heft 4 317

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Bild 4

Globales Berechnungsmodell: Verformungsfigur bei Temperaturausdehnung Global model: deformation under temperature expansion

Das globale Stabmodell wurde auch zur Überhöhungsberechnung unter Berücksichtigung des Bauablaufs und der weiteren vorgenannten Effekte herangezogen. Die baupraktisch notwendige Überhöhung des Überbaus in vertikaler Richtung wurde in Form der lokalen Durchbiegung (max. etwa 140 mm) und der zugehörigen Rotation der Querschnitte (max. etwa 11 mrad) ausgeführt. Auf weitere Überhöhungen wie z. B. infolge der Rotation der Querschnitte konnte verzichtet werden. Auch war keine Überhöhung der Y-Stützen nötig.

3.3

Gründungen und Unterbauten

Die Gründungen der Pfeilerachsen werden wie zuvor beschrieben hauptsächlich vom Vertikallastabtrag mit großen Normalkräften und überschaubaren Biegemomenten bestimmt, sodass die Längsbewehrung mit 20 ∅20–16 und die Wendelbewehrung mit ∅15–15 in den Pfählen ∅1,20 m moderat ausfallen und die Rahmenecken in der Pfahlkopfplatte zu den Pfahlköpfen ohne allzu große Bewehrungskonzentration ausgeführt werden konnten. Neben der Bemessung der Pfähle war insbesondere die Kraftaus- und -weiterleitung innerhalb der Pfahlkopfplatten mit Stabwerkmodellen nachzuweisen. Bei der statisch-konstruktiven Planung des Stahleinbauteils wurde besonderes Augenmerk auf die Einbaureihenfolge der Bewehrung und die zu berücksichtigenden Toleranzen gelegt. Die Kraftausleitung wurde mit entsprechenden Stabwerkmodellen bemessen.

3.4

Überbau

Das Tragverhalten des Überbaus wurde mit vorbenanntem Berechnungsmodell nachvollzogen, wobei Spannungen aus Verwölbung und Verlust der Querschnittskontur im Zuge einer Zusatzbetrachtung bestimmt wurden, die beim vorliegenden Querschnitt baupraktisch als unabhängige, zusätzliche Freiheitsgrade aufgefasst werden konnten. In diesem Zuge wurde auch die Beanspruchung der Querschotte aus Torsionskrafteinleitung bestimmt und der Bemessung zugeführt. Der Regelquerschnitt des Überbaus kommt mit einem 12 (30) mm starken Deckblech, 12 (20) mm Bodenblech (am Hauptträgersteg auf 20 (40) mm verstärkt) und 20 (30) 318

mm Stegblech aus, welche im Stützbereich auf die Klammerwerte erhöht werden. Beim Überbau war besonders die orthotrope Verbundfahrbahnplatte zu beachten, welche gleichzeitig die Fahrbahnplatte und den Obergurt des Hohlkastens bildet. Das lokale Tragverhalten der orthotropen Fahrbahnplatte wurde mit einem kombinierten Schalen-Stabmodell über drei Querschottabstände nachvollzogen. Die Inter aktion mit dem globalen Tragverhalten wurde berücksichtigt, indem die Zug- oder Druckkräfte aus globaler Verbundträgerwirkung als äußere Lasten – der Belastungsgeschichte Rechnung tragend – getrennt auf den Baustahl- und Verbundquerschnitt aufgegeben wurden. In dieser Weise wurde mit acht repräsentativen Fällen die orthotrope Verbundfahrbahnplatte nachgewiesen, die sich übergeordnet aus der Gruppierung Feld- und Stützbereich, gerissene/ungerissene Fahrbahnplatte und zugehörige max./min. Normalkraft aus Haupttragwirkung ergeben. In den Spannungsnachweisen wurden zudem auch alle relevanten lokalen Effekte aus dem Verlust der Querschnittskontur der Hohlsteifen berücksichtigt. In diesem Zusammenhang waren besonders die herstellungsbedingten Knicke in den Hohlsteifen relevant, welche infolge der Längsspannungen Abtriebskräfte wecken, die mit Zusatzspannungen aus Konturverformung einhergehen. Zu diesem Zweck wurden die Auswirkungen untersucht und statisch-konstruktive Anforderungen an die Werkstattplanung abgeleitet. Im Zuge der Untersuchung wurde insbesondere das Abklingverhalten betrachtet, um die Knicke geeignet zu positionieren. Es konnte gezeigt werden, dass die Zusatzkräfte innerhalb eines halben Querträgerabstands abklingen, sodass die Knicke in der Mitte von zwei Schotten anzuordnen waren und so singuläre Spannungsspitzen bei der Schottdurchdringung vermieden werden konnten. Diese Position war zudem gut mit der Einteilung der Transport- und Montageschüsse vereinbar. Die Kastenquerschnitte der Y-Pfeiler wurden in den Querschnittsabmessungen am Beanspruchungsverlauf und im Steifigkeitsverhalten abgestimmt, sodass die Bemessung durchgängig mit einer gleichbleibenden Blechwandstärke von 40 mm ohne zusätzliche Längsaussteifung geführt wurde, wobei besonderes Augenmerk auf die konstruktiven Details gelegt wurde.

Bautechnik 99 (2022), Heft 4

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Bild 5

Anschluss Pfeiler Überbau Connection pillar superstructure

Der Anschluss an den Überbau erfolgt als Biegemomentengelenk mit durchlaufenden Hauptträgerbiegemomenten im Überbau (Bild 5). Die Vertikalkräfte der Pfeiler werden mittels eines Steifenkastens über das Querschott mit den Quer- und Torsionskräften des Überbaus ins Gleichgewicht gebracht. Der Anschluss des Pfeilerkopfs erfolgt am Untergurt des Überbaus bei durchgehendem Untergurtblech und Längssteifen. Dabei wurden die Trapezhohlsteifen im Durchdringungsbereich mit dem Steifenkasten durch äquivalente Flachsteifen ersetzt. Mit einem Faltwerkmodell zur Simulation der Horizontalkrafteinleitung am Untergurt wurde die Zusatzspannung aus lokaler Lasteinleitung DsE,d = 20 MPa gegenüber der Stablösung des globalen Modells berechnet und in den Nachweisen berücksichtigt. Das Rahmeneck in der Verzweigungsstelle der Y-Stützen sieht die direkte Umlenkung der Gurtkräfte durch das Fortführen der Gurtbleche als Fachwerkscheibe vor, sodass kein Schubfeld ausgebildet werden muss. Die Bemessungskräfte wurden hilfsweise mit einem in das globale Modell eingefügten Submodell ermittelt, das die Normalkräfte und die Biegemomente in den Anschnitten lastfallweise zugehörig in die jeweiligen Steifenkräfte zerlegt.

Bauausführung

4.1

Bauablauf

Die topografische Situation in Verbindung mit der Straßen- und Eisenbahnverkehrsführung dominierte die an den Bauablauf gestellten Randbedingungen. Insbeson dere die sehr eingeschränkte Zugangs- und Montagemöglichkeit im westlichen Bereich – ab dem Widerlager C.1 die Eisenbahntrasse und die Sauer übergreifend – ermöglichte zwar das Herstellen von Gründungen und Unterbauten, aber nicht die Anlieferung und Montage des Überbaus an dieser Stelle. Zudem bestand im Bereich der Eisenbahntrasse die Schwierigkeit, dass Montagearbeiten über der Eisenbahnlinie in nur wenigen und zeitlich äußerst begrenzten Sperrpausen ausgeführt werden mussten, die zudem zwei Jahre im Vorfeld beantragt werden mussten. Weiter mussten in der Bauablaufplanung evtl. Hochwasserereignisse der Sauer berücksichtigt und die vorherige Genehmigung des Wasserwirtschaftsamts herbeigeführt werden. Zu diesem Zweck wurde eine konzeptionelle Montageplanung mit Terminplanung wie bereits dargelegt im Vorfeld vorgenommen und in genehmigter Form in der Ausschreibung vorgegeben (Bild 6). Bautechnik 99 (2022), Heft 4 319

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Quelle: Schroeder & Associés

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Bild 6

Bauablauf Stahlbau Construction phases steel construction

Die bauausführenden Unternehmen haben den Bauablauf der Ausschreibungsunterlagen eingehend geprüft und ohne substanzielle Änderungen umgesetzt. Der Baustellenbeginn wurde wie geplant im Oktober 2018 aufgenommen und die genehmigungsrelevanten Zeitvorgaben wurden eingehalten.

4.2

Herstellung

Nach der Herstellung der Großbohrpfähle in Achse P.1 wurde die Pfahlkopfplatte eingeschalt und bewehrt, 320

wobei die Anschlussbewehrung zum Sockel des zweiten Betonierabschnitts implantiert wurde, damit das Stahl einbauteil zum Anschluss der Y-Stütze von oben eingebaut und ausgerichtet werden konnte (Bild 7). Dieser Vorgang wurde wie geplant ausgeführt und auch der Einbau der Bewehrung im Inneren des Stahleinbauteils sowie das anschließende Einschalen und Betonieren des Sockels mit Stahleinbauteil waren problemfrei. Die Y‑Pfeiler der Achse P.1 wurden seitlich in liegender Position vormontiert und mithilfe eines Mobilkrans an die Kopfplatte des Stahleinbauteils unter Einhaltung der Toleranzen angeschlossen (Bild 8).

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Quelle: 2019 Heiko Gesella

BERICHT REPORT

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Stahlbaumontage auf dem Montageplatz Steel assembly on site

Schalung und Bewehrung Pfahlkopfplatte P.1 Formwork und reinforcement pile head plate P.1

Quelle: 2019 Heiko Gesella

Quelle: 2019 Robert Jeworowski

Bild 7

Bild 9

Bild 8

Kranmontage Stütze P.1 Crane assembly pier P.1

Im Anschluss an die Fertigstellung der Montageplattform südlich des östlichen Widerlagers wurde der erste Stahlbauschuss mit einer Länge von rd. 71 m montiert (Bild 9) und im Zuge eines ersten Längsverschubs von der Montageplattform gezogen, um diese für den zweiten Stahlbauschuss frei zu machen (Bild 10). Mit dem zweiten Schuss wurde der zu verschiebende Überbauabschnitt zu seiner vollen Verschublänge von etwa 107 m und rd. 700 t Gewicht komplettiert. Dieser wurde ohne Zwischenfälle in einer Sperrpause der Eisenbahn an einem Wochenende über die Hilfsstützen der Radien im Grundriss von 120 m und im Aufriss von 1200 m in die projektierte Lage in erhöhter Position verschoben, wobei das Widerlager C.1 sowie die Hilfsstützen neben der Eisenbahnlinie just in time wie geplant rechtzeitig fertiggestellt wurden. In einer darauffolgenden Sperrpause wurde der Überbauabschnitt aus der erhöhten

Bild 10 Längsverschub des ersten Schusses Incremental launching first part

Verschublage auf Solllage gebracht und auf provisorische Lager versetzt. Parallel zu den Schweißarbeiten zwischen Stütze P.1 und Überbau (Bild 11) wurden die Gründungsarbeiten in der Achse P.2 ausgeführt und die Y-Stützen analog zur Achse P.1 montiert. Die zwischenzeitliche Fertigstellung des Widerlagers C.2 und der Rückbau der Montageplattform erlaubten nach der abschließenden Stahlbaumon tage mit Kran und Hilfsstützen das Versetzen des Überbaus auf die endgültigen Bauwerkslager in den Widerlagerachsen. Danach wurden die Elementfertigteilplatten auf einer Schalung vor Ort hergestellt und mit einem Mobilkran verlegt. Anschließend wurde die Fahrbahnplatte in fünf Abschnitten in Anlehnung an das Pilgerschrittverfahren hergestellt. Mit der Fertigstellung der Brückenausstattung konnte der Verkehr auf die neue Brücke gelegt und mit dem Rückbau der vormaligen Patton Brücke im April 2021 begonnen werden. Die Bilder 12, 13 zeigen die fertiggestellte Brücke. Bautechnik 99 (2022), Heft 4 321

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Bild 11 Anschluss Stütze P.1 an Überbau Connection pier P.1 to superstructure

Quelle: Christof Weber

Quelle: 2019 Heiko Gesella

H. Gesella: Neubau der Patton Brücke über die Sauer

Bild 13 Ansicht der fertiggestellten Brücke View of the finished bridge

Die bauliche Umsetzung der gesamthaften Planung hat zu einem robusten, wartungsarmen, dauerhaften und gleichsam eleganten Bauwerk geführt, das im März 2021 dem Verkehr als Baustein der Infrastrukturmaßnahme „multimodaler Bahnhof Ettelbruck“ übergeben wurde.

Quelle: Christof Weber

In diesem Kontext wirbt die neue Patton Brücke in ihrer Wahrhaftigkeit für die Ingenieurbaukunst als Beitrag zur Baukultur.

Bild 12 Brückenuntersicht Bottom view

Fazit

Die neue Patton Brücke fügt sich harmonisch im geschwungenen Bogen der Trasse und im natürlichen Farbton der Schutzschicht des wetterfesten Baustahls in die Umgebung zwischen Naturschutzgebiet und Industriezone ein. Das Erscheinungsbild des Bauwerks wird geprägt vom durch die Querträger stark gegliederten Überbau und den markanten Y-Pfeilern. Diese sichtbaren Bauwerkselemente werden entsprechend dem integralen Tragwerksgedanken in den Pfeilerachsen im Baugrund in Form eines monolithisch angeschlossenen Pfahlbocks mit gegenseitig geneigten Pfahlreihen fortgesetzt. Die Konstruktion der Gründung beeinflusst maßgeblich das Tragverhalten, sodass Zwangskräfte wirkungsvoll begrenzt werden und der Einfluss der streuenden Gründungssteifigkeit auf die Verteilung der inneren Kräfte klein bleibt. Die Detailausbildung reiht sich nahtlos ein, sie folgt immer dem direkten Kraftfluss als Bestandteil des Gesamttragwerks. 322

Projektbeteiligte Bauherr Bauherrenvertreter

Entwurfs-, Genehmigungsund Ausführungsplanung, technische Beratung Bauausführung Bauleitung Kontrollbüro Bauausführung

Ministère de la Mobilité et des Travaux publics, Luxembourg Administration des ponts et chaussées, Division de la Voirie de Diekirch, Chef de division Dipl.‑Ing. Marc Ries

Schroeder & Associés S.A., Kockelscheuer INCA, Niederanven SECO Luxembourg, Bertrange AM Bamlux/Galère/Victor Buyck

Literatur [1] Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (2019) Richtlinien für den Entwurf, die konstruktive Ausbildung und Ausstattung von Ingenieurbauwerken (RE-ING) – Teil 2 Brücken, Abschnitt 5 Integrale Brückenbauwerke. Stand Dez. 2019. Autor Dr.-Ing. Heiko Gesella (Korrespondenzautor) heiko.gesella@schroeder.lu Schroeder & Associés 13, rue de l‘Innovation 1896 Kockelscheuer, Luxemburg

Zitieren Sie diesen Beitrag Gesella, H. (2022) Neubau der Patton Brücke über die Sauer. Bautechnik 99, H. 4, S. 314–322. https://doi.org/10.1002/bate.202100115

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Firmen und Verbände – Persönliches– Rezensionen – Nachrichten Aus dem Inhalt Building Information Modeling durch Kurzfilme kennenlernen............................................................................................ Innovationen für die Zukunft ................................................................. Digitaler DGNB Jahreskongress beleuchtet aktuelle Debatten zu Nachhaltigkeit im Bauen .................................................................. 8. Deutschen Geotechnik-Konvent – Digital am Bau ........................ Carbonfasern aus Holz des DITF gewinnen Cellulose Fibre Award ....................................................................................................... Veranstaltungskalender ........................................................................

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BAUTECHNIK aktuell 4/22

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NACHRICHTEN

Prof. Dr. Henriette Strotmann, Leonie Temme, beide vom Fachbereich Bau ingenieurwesen, und Christine Hornbergs vom Fachbereich Energie – Gebäude – Umwelt (v.l.) haben gemeinsam Lernvideos zum Thema BIM konzipiert und mithilfe der Software Vyond gestaltet.

Yannick Bäcker, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fachbereich Bau ingenieurwesen der FH Münster, beim Vertonen der Lernvideos. Er spricht einen der darin vorkommenden Charaktere.

Modell als Grundlage, in dem sämtliche Detailplanungen zusammengeführt wurden“, erklärt die wissenschaftliche Mitarbeiterin von der FH Münster. Da sich BIM im Baugewerbe mehr und mehr durchsetzt, wird es auch im Studium zunehmend wichtiger. „Wir bauen unser Lehrangebot zu BIM immer mehr aus“, sagt Prof. Dr. Henriette Strotmann, Leiterin des BIM-Labors

am Fachbereich Bauingenieurwesen der Hochschule.

Quelle: FH Münster/Fachbereich Bauingenieurwesen (Design mit der Software Vyond)

Ein komplexes Bauwerk zu planen und zu bauen erfordert viel Detailarbeit, zahlreiche verschiedene Gewerke sind beteiligt. „Da liegen in Baubesprechungen schon mal 20 Fachpläne nebeneinander und man muss alles gleichzeitig im Blick haben“, sagt Leonie Temme. „Zu prüfen, ob alles beachtet wurde, ist mit Building Information Modeling (BIM) viel leichter, denn dadurch hat man ein digitales

Foto: FH Münster/Stefanie Gosejohann

Fotos (v.l.): Fotostudio Akzente, Malte Reuter, Katharina Kipp

Building Information Modeling durch Kurzfilme kennenlernen

Das fiktive Unternehmen MS BAU setzt BIM ein, um seine Bauprojekte zu realisieren.

Um den Studierenden möglichst anschaulich nahezubringen, wie ein Bauprojekt unter Einsatz der BIM-Methodik abläuft, haben Strotmann und Temme zusammen mit ihrer Kollegin Christine Hornbergs vom Labor für Integrale Planung/BIM am Fachbereich Energie – Gebäude – Umwelt insgesamt fünf kurze Lernvideos erstellt. Alle spielen im fiktiven Bauunternehmen MS-BAU GmbH und rücken unterschiedliche am Bauprozess beteiligte Charaktere mit einem spezifischen BIM-Anwendungsfall in den Fokus: Geschäftsführer:in, BIM-Mana ger:in, Architekt:in, Tragwerksplaner:in, Planer:in für Technische Gebäudeaus rüstung, Bauunternehmer:in und Baulei ter:in. „Die Lernvideos sollen einen ersten Überblick bieten, bevor die Studierenden dann tiefer in die Thematik BIM einsteigen“, erläutert Hornbergs. Lernvideos mit den Protagonist:innen der MS BAU sind am Fachbereich keine Unbekannten: Im Lehrgebiet Baubetrieb von Prof. Dr. Stefanie Friedrichsen sind sie schon seit einiger Zeit im Einsatz

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BAUTECHNIK aktuell und kommen bei den Studierenden ziemlich gut an. „Die Rückmeldungen sind durchweg positiv, was uns darin bestärkt hat, nun auch zum Thema BIM solche Kurzfilme zu erstellen“, betont Strotmann. „Was hätte ich für Noten gehabt, wenn wir das damals schon gehabt hätten“, schmunzelt Yannick Bäcker. Der wissenschaftliche Mitarbeiter ist einer der Kolleg:innen des Fachbereichs Bauingenieurwesen, die den Bauverant-

wortlichen der MS BAU ihre Stimme leihen.

Astour von der Fachhochschule Erfurt für den Springer-Verlag verfasst.

Die BIM-Lernvideos stehen den Studierenden im Selbstlernbereich zur Verfügung und werden als Teil eines BlendedLearning-Konzepts in verschiedene Module eingebunden. Außerdem gehören sie zu einem Lehrbuch über die Grundlagen von BIM, das Strotmann gerade zusammen mit Prof. Dr. Habeb

Weitere Informationen: www.fh-muenster.de/bau/labore/lab_ bim/index.php www.fh-muenster.de/egu/laboratorien/ integrale-planungbim/integrale-planungbim.php www.youtube.com/channel/UCMpKad DrNt9NdsqR8dXnbYw

NACHRICHTEN

Innovationen für die Zukunft

Beim diesjährigen Durchlauf des Wettbewerbs „TOP 100“ wurde unter anderem die Ziegel Recycling Bayern GmbH ausgezeichnet. In einem wissenschaftlichen Auswahlverfahren unter der Leitung von Innovationsforscher Prof. Dr. Nikolaus Franke mussten die teilnehmenden Unternehmen beweisen, dass ihre Neuheiten keine Zufallsprodukte darstellen, sondern systematisch geplant sind. Ziegel Recycling Bayern mit Sitz in Mainburg-Puttenhausen (Bayern) konnte in diesem Zusammenhang mit seinem speziellen Rücknahmesystem für Baustellenabfälle punkten. Neben der umfassenden Entsorgung für Baustellen hat sich das Unternehmen – ein Teil der Unternehmensgruppe Leipfinger-Bader – das Ziel gesetzt, sämtliche Abfallprodukte am Bau wieder in den Kreislauf einzubinden oder daraus neue Produkte zu entwickeln. Damit schafft Ziegel Recycling Bayern ein nachhaltiges Aufbereitungsverfahren, das gerade in Zeiten des Materialmangels in der Bauwirtschaft an Bedeutung gewinnt. Für den auf Bau

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recycelte Material nach und nach Wasser an die Pflanzen abgeben. Durch diese Eigenschaft eignet sich das Ziegelgranulat auch als sogenannte Dränschicht bei Dachbegrünungen: Die Schicht aus Ziegelsplitt leitet überschüssiges Wasser einfach ab. Dass der Ziegelsplitt uneingeschränkt im Garten- und Landschaftsbau verwendet werden kann, bestätigt das Zertifikat der Qualitätssicherung Sekundärbaustoffe (QUBA).

Foto: Ziegel Recycling Bayern GmbH

Sortenreinen Ziegelbruch als recycelten Ziegelsplitt wiederverwenden: Mit diesem nachhaltigen Wiederaufbereitungsverfahren hat die Ziegel Recycling Bayern GmbH bei der 29. Runde des Wettbewerbs „TOP 100“ als Ideenschmiede überzeugt. Es zeichnet Mittelständler aus, deren Innovationen systematisch geplant werden und in Zukunft wiederholbar sind. Am 24. Juni wird Ziegel Recycling Bayern für diese Leistungen zusätzlich vom Mentor des Wettbewerbs, dem Wissenschaftsjournalisten Ranga Yogeshwar, persönlich geehrt.

Durch innovatives Recycling bekommt Ziegelmaterial aus Baustellenabfällen ein neues Einsatzgebiet im Garten- und Landschaftsbau.

stellen anfallenden Ziegelbruch hat das Unternehmen ein spezielles Rücknahmesystem erschaffen: Ziegelschnitt und -bruch werden so zu wiederverwend barem Ziegelsplitt verarbeitet. Dazu wird das Ziegelmaterial aufbereitet und ressourcenschonend wieder in den Produktkreislauf zurückgeführt. Das so entstehende Ziegelgranulat findet dann besonders im Garten- und Landschaftsbau seinen Einsatz. Mit Erde vermischt, eignet sich der Ziegelsplitt als Substrat in Blumenbeeten. Durch seine gute Wasserspeicherfähigkeit kann das

Nachhaltige Innovationen, die sich auch in Zukunft bewähren – das ist das ausschlaggebende Argument für eine Auszeichnung mit dem TOP 100-Siegel. Bei der aktuellen Runde des Wettbewerbs haben sich insgesamt 436 Mittelständler in drei unterschiedlichen Größenklassen beworben, nur 294 davon waren erfolgreich. „Das zeigt uns, dass unser Recyclingprozess in Zeiten der Diskussion um Nachhaltigkeit den richtigen Nerv trifft. Wir sind stolz über diese Auszeichnung und sie bekräftigt uns darin, unseren eingeschlagenen Weg weiterzugehen“, erklärt Thomas Bader, Geschäftsführer von Ziegel Recycling Bayern. Ein besonderes Event wartet am 24. Juni auf die TOP 100-Mittelständler: Auf dem Deutschen Mittelstands-Summit in Frankfurt kommen alle Top-Innovatoren zur Preisverleihung zusammen. Die Glückwünsche überreicht Ranga Yogeshwar, Wissenschaftsjournalist und seit elf Jahren als Mentor des Innova tionswettbewerbes tätig. Weitere Informationen: www.ziegel-recycling.bayern

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BAUTECHNIK aktuell VERANSTALTUNGEN

Quelle: DGNB

Digitaler DGNB Jahreskongress beleuchtet aktuelle Debatten zu Nachhaltigkeit im Bauen

Am 23. und 24. Februar 2022 veranstaltete die Deutsche Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen – DGNB e.V. einen digitalen Jahreskongress. In Impulsen und Themenräumen wurden aktuelle Entwicklungen rund um das nachhaltige Bauen aus unterschiedlichsten Blickwinkeln reflektiert und diskutiert. Hierfür konnte die DGNB eine Vielzahl nam hafter Fachleute gewinnen, die ihre langjährige Expertise einbringen. Neben dem inhaltlichen Diskurs stand bei der kostenlosen Digitalveranstaltung der direkte Austausch der Teilnehmenden im besonderen Fokus. „Das Interesse an Nachhaltigkeitsthemen hat über alle Bereiche der Bauund Immobilienwirtschaft hinweg 2021 gewaltig zugenommen“, erklärt Dr. Christine Lemaitre, Geschäftsführender Vorstand der DGNB. „Mit unserem Jahreskongress wollen wir die verschiedensten Diskussionsstränge zusammenführen und allen Interessierten eine Einordnung geben, wo wir aktuell in Deutschland und darüber hinaus mit den Themen stehen.“ Zum zweitägigen Programm des Kongresses gehörten auf der digitalen Haupt-

nen und Experten zusammen mit den Teilnehmenden hochaktuelle Themen. Am 23. Februar ging es zunächst um den Status Quo des nachhaltigen Bauens in Europa. Es schloss sich die Frage an, wie eine Klimaanpassung im Kontext des Bauens möglich ist. Ebenfalls am ersten Kongresstag besprochen wurde, wo die Branche auf dem Weg in die Circular Economy steht. Im letzten Themenraum des Tages warf der Kongress unter dem Motto „Hype oder Hoffnung?“ einen nüchternen Blick auf die ESG-Debatte. Digitaler DGNB Jahreskongress

bühne acht Impulse von namhaften Expertinnen und Experten. Am ersten Tag waren dies die neue Präsidentin des Architects’ Council of Europe Ruth Schagemann, Boris Kochan (Präsident Deutscher Designtag), Prof. Eike Roswag-Klinge (Fachgebietsleiter des Natural Building Lab an der Technischen Universität Berlin) sowie DGNB Präsident Prof. Amandus Samsøe Sattler (Gründungspartner Allmann Sattler Wappner Architekten). Die Keynotes am zweiten Tag hielten Chris Kühn (Parlamentarischer Staats sekretär im Bundesumweltministerium), Dr. Philipp Bouteiller (Geschäftsführer Tegel Projekt), Lars Ostenfeld Riemann (Executive Director, Ramboll Buildings) und Prof. Dr. Anupama Kundoo (Anupama Kundoo architects). Teilnehmende des Kongresses hatten die Möglichkeit, sich mit allen Impulsgebenden unmittelbar nach den Vorträgen auszutauschen. Hierfür stand ein eigener Backstage-Bereich auf der Veranstaltungsplattform zur Verfügung. Darüber hinaus gehörten acht Themenräume zum Kongressprogramm. In diesen diskutierten ausgewählte Expertin-

In den Themenräumen am 24. Februar ging es zum Auftakt um die aktuell viel diskutierte Bundesförderung BEG. Es folgte eine Gesprächsrunde zur Rolle von Biodiversität im Bauen. „Lippen bekenntnis oder Leitline?“ war die Kernfrage des Themenraums zur aufkeimenden Commitment-Kultur in Sachen Klimaneutralität. Der letzte Themenraum des zweiten Tages beschäftigte sich damit, wie die Materialwahl für Planende im Sinne der Nachhaltigkeit künftig besser gelingen kann. Über die Veranstaltungsplattform gab es für alle Anwesenden außerdem die Möglichkeit, sich direkt online mit für sie interessanten Kontakten 1:1 auszutauschen. „Der Austausch untereinander ist von entscheidender Bedeutung – im nachhaltigen Bauen allgemein, aber auch in unserem DGNB Netzwerk im Speziellen. Schließlich müssen wir damit auf hören, das Rad immer wieder neu zu erfinden. Vielmehr sollten wir von gemachten Erfahrungen anderer lernen und profitieren“, erklärt Christine Lemaitre. „Mit unserem Kongress wollen wir hier eine wertvolle Plattform bieten – so gut es der digitale Rahmen eben zulässt.“ Weitere Informationen: www.dgnb.de

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BAUTECHNIK aktuell VERANSTALTUNGEN

8. Deutschen Geotechnik-Konvent – Digital am Bau Nachdem der 7. Deutschen GeotechnikKonvent digital stattfand, stellte sich die Frage: „Wie steht es eigentlich um die Digitalisierung im Bauwesen?“ Denn die Digitalisierung trifft alle Lebensbereiche und wird von vielen schon wie selbstverständlich gelebt, beispielsweise mit der Benutzung eines Smartphones. Auf der anderen Seite wird Digitalisierung aber auch als Bedrohung empfunden, wenn der eigene Arbeitsplatz durch Künstliche Intelligenz ersetzt werden könnte. In diesem Spannungsfeld bewegt sich die Digitalisierung im Bauwesen, wobei die Anwendung in der Geotechnik im Mittelpunkt des 8. Deutschen GeotechnikKonvents steht. Im Hochbau sowie im konstruktiven Ingenieurbau wird die Implementierung der BIM-Methode bereits seit einigen Jahren durch Arbeitskreise und Initiativen vorangetrieben. Fast immer bleibt hierbei der Baugrund unberücksichtigt. Daher bestehen für die Geotechnik für viele Aspekte noch keine Lösungen oder gar harmonisierte, standardisierte Ansätze. In Kooperation mit der Technischen Universität (TU) Berlin, hier mit dem Lehrstuhl für Grundbau und Bodenmechanik am Institut für Bauingenieurwesen mit dem Fachgebietsleiter Prof. Dr.‑Ing. Frank Rackwitz, wird der aktuelle Stand des digitalen Baugrundmodells betrachtet. Mit Prof. Dr.-Ing.

ascha Henke steht ein weiterer TOPS Referenten, der Mitglied im Arbeitskreis Digitalisierung in der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik (DGGT) ist, bereit. In drei weiteren Fachvorträgen werden digitale Anwendungen für die Arbeit „im Feld“ vorgestellt. Als Impulsreferentin ist diesmal mit Kerstin Kohlenberg die langjährige Amerika-Korrespondentin der ZEIT zu Gast. Sie berichtet über ihre Erfahrungen aus dem „gespaltenen Land“. Nach einem Jahr Pause findet der 8. Konvent am 12. und 13. Mai 2022 wieder in Präsenz statt. Treffpunkt ist diesmal das Kult-

Stadion zur Alten Försterei, die Heimat vom Fußball-Bundesligisten Union Berlin. Nach dem Tagesprogramm und einer Stadionführung kann dann beim abend lichen get-together wieder nach Herzenslust genetzwerkt werden. Am zweiten Tag des Geotechnik-Konvents steht dann der Flughafen Tempelhof im Fokus. Im denkmalgeschützten Flughafengebäude werden verschieden Führungen angeboten. Ein Mittagsimbiss im SilverWings Club, dem ehemaligen Casino der US Air Force, beschließt dann den Konvent. Weitere Informationen: www.geotechnik-konvent.de

WETTBEWERBE

Für die Herstellung von Carbon- bzw. Kohlenstofffasern aus Holz erhielt das Deutsche Institute für Textilund Faserforschung Denkendorf – DITF den Cellulose Fibre Innovation Award 2022 im Rahmen der International Conference on Cellulose Fibres 2022, die vom 2. bis 3. Januar in Köln stattge funden hat. Carbonfasern aus Holz sind eine ressourcenschonende Alternative zu Fasern auf fossiler Basis, die in einem neuartigen und nachhaltigen Verfahren aus dem Rohstoff Holz gewonnen werden. Die HighPerCellCarbon-Technologie beschreibt ein patentiertes Verfahren, das

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unter der Federführung von Dr. Frank Hermanutz weiterentwickelt worden ist. Der umweltschonende Prozess zur Herstellung von Carbonfasern auf der Basis von Biopolymeren umfasst das Nassspinnen von Zellulosefasern unter Verwendung ionischer Flüssigkeiten (IL) als Direktlösungsmittel. Das Filamentspinnverfahren ist der zentrale technische Teil und erfolgt in einem umweltfreundlichen und geschlossenen System. Das Lösungsmittel (IL) wird dabei vollständig re zykliert. Die auf diesem Wege erzeugten Zellulosefasern werden in einem weiteren Entwicklungsschritt durch einen Niederdruck-Stabilisierungsprozess direkt in Carbonfasern umgewandelt, gefolgt von einem Carbonisierungsprozess. Während des gesamten Verfahrensablaufs entstehen keine Abgase oder giftigen Nebenprodukte. Neben der Re

Quelle: DITF

Carbonfasern aus Holz des DITF gewinnen Cellulose Fibre Award

Zellulose- und Carbonfasern aus Holz

zyklierfähigkeit des verwendeten Lösungsmittels steht besonders die Verwendung von Holz für Ressourcenschutz. Erdölbasierte Ausgangsstoffe, die üblicherweise in der industriellen Herstellung von Carbonfasern Verwendung finden, können durch nachwachsende Biopolymere substituiert werden. Weitere Informationen: www.ditf.de

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BAUTECHNIK aktuell

Kongresse – Symposien – Seminare – Messen Aufgrund des Coronavirus werden ggf. einige der angekündigten Veranstaltungen nicht stattfinden können bzw. verschoben werden. Bitte erkundigen Sie sich beim jeweiligen Veranstalter. Ort und Termin

Veranstaltung

Auskünfte und Anmeldung

Aachen/online 25.–26. April 2022

48. Aachener Bausachverständigentage Klimawandel und Ressourcenknappheit: Wie sollen wir zukünftig bauen?

www.aibau.de

Online-Veranstaltung 26.–28. April 2022

Leitung einer Rohbaustelle für Jungbauleiter:innen Schwerpunkt Hochbau

www.betonverein.de/veranstaltungskalender

Potsdam 3.–4. Mai 2022

Konvent der Baukultur 2022

www.bundesstiftung-baukultur.de/ veranstaltungen/detail/konvent-derbaukultur-2022

Dresden 4. Mai 2022

19. buildingSMART-Anwendertag

www.buildingsmart.de/termine/19-buildingsmartanwendertag-dresden

Dresden/online 11.–13. Mai 2022

Werkstoffe & Additive Fertigung

dgm.de/additive/2022

Berlin 12.–13. Mai 2022

8. Deutscher Geotechnik-Konvent

www.geotechnik-konvent.de

Hamburg 23.–24. Mai 2022

Adaptive Structures at shore

www.tuhh.de/gbt/ass2022/welcome.html

Köln 31. Mai–2. Juni 2022

digitalBau

digital-bau.com

Dresden 7.–8. Juni 2022

Dresdner Brückenbausymposium

www.tu-dresden.de/bu/bauingenieurwesen/imb/ das-institut/veranstaltungen/DBBS/31._DBBS

Ulm 21.–23. Juni 2022

66. BetonTage

www.betontage.de

Wuppertal 22. Juni 2022

Green BIM Tag

www.buildingsmart.de/termine/green-bim-tag

Graz 28.–29. Juni 2022

36. Christian Veder Kolloquium

www.tugraz.at/institute/ibg/events/christianveder-kolloquium

Hamburg 12.–13. September 2022

Numerische Methoden in der Geotechnik

www.tuhh.de/gbt/nmg2022

Braunschweig 14.–15. September 2022

Braunschweiger Brandschutz-Tage

www.brandschutztage.info

Weimar 20.–22. September 2022

BauSIM Konferenz 2022

www.bausim2022.de

Karlsruhe 6.–7. Oktober 2022

100 Jahre Versuchsanstalt für Stahl, Holz & Steine

s.kit.edu/anmeldung-100-jahre-vaka

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Nguyen Vi Tueet, Michael Reichel, Michael Fischer

Berechnung und Bemessung von Betonbrücken -

Praxisbuch zur Brückenbemessung nach Eurocode 2 mit Nationalen Anhängen Dieses Buch ist ein praxisorientierter Leitfaden für die Berechnung und

Bemessung von Brückentragwerken aus Stahlbeton und Spannbeton. Eine 5-feldrige Spannbetonbrücke wird komplett durchgerechnet – von

den Lastannahmen bis zu den Bewehrungsskizzen. Für alle tragenden

Teile, also auch Lager, Talpfeiler und Gründungen, werden Schnittgrößenermittlung und Bemessung durchgeführt, wobei die einzelnen Schritte vertiefend erläutert werden. Somit werden wertvolle Hintergrundinformationen geliefert, die dem gründlichen Verständnis der Norm dienen. So

Autoren sind führend in Forschung und Praxis

können die gezeigten Regeln leicht auf andere Fälle angewendet werden.

Die Berechnungen erfolgen gemäß Eurocode 2 und den zugehörigen deutschen Nationalen Anhängen. Bei den einzelnen Berechnungsschritten wird klar und präzise auf den jeweils einschlägigen Normenabschnitt verwiesen. Das Buch dient somit dem in der Praxis tätigen Ingenieur als Nachschlagewerk und dem Studierenden als Lernhilfe.

Die Berechnung und Bemessung von Stahlbeton- und Spannbetonbrücken mit allen Tragwerksteilen wird ausführlich unter Bezugnahme auf theoretischen Hintergrund und technisches Regelwerk behandelt. Die Berechnungen erfolgen nach Eurocode.

Prof. Dr.-Ing. habil. Nguyen Viet Tue ist Professor am Institut für Betonbau der Technischen

Universität Graz und geschäftsführender Gesellschafter des Ingenieurbüros KHP Leipzig. Dr. techn. Michael Reichel ist Projektleiter im Ingenieurbüro KHP Leipzig, Dipl.-Ing. Michael

Berechnung und Bemessung von Betonbrücken

komplett durchgerechnetes Beispiel mit Erläuterungen

N. V. Tue, M. Reichel, M. Fischer

Berechnung und Bemessung von Betonbrücken Nguyen Viet Tue Michael Reichel Michael Fischer

Fischer ist Prokurist und Mitgesellschafter.

ISBN 978-3-433-01866-8

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2015 · 456 Seiten · 333 Abbildungen · 126 Tabellen Hardcover ISBN 978-3-433-01866-8

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Ingenieurbüro für Geotechnik Nachfolger(in)/Übernehmer(in) für kleineres, gut eingeführtes Ingenieurbüro für Geotechnik (Baugrund-und Altlastuntersuchungen, Planungen, Erdstatik, Ausschreibungen, Fachbauleitung) gesucht Tätigkeitsschwerpunkt NRW, speziell Rhein-Ruhr-Gebiet sowie Bergisches/Oberbergisches Land Zusendungen bitte unter BATE_1-04-2022 an Ernst und Sohn GmbH, Rotherstraße 21, 10245 Berlin.

SENIOR INGENIEUR BAUPHYSIK (M/W/D) in Berlin, Offenbach oder Essen WAS SIE ERWARTET •

In unseren interdisziplinären Planungsteams übernehmen Sie die fachliche Leitung, bearbeiten bauphysikalische Aufgabenstellungen und stehen privaten wie öffentlichen Kunden beratend zur Seite.

•

Sie koordinieren die Planung und erstellen Konzeptentwicklungen sowie Nachweise, Messungen und Simulationen.

•

Mit unseren Abteilungen Architektur, BIM, Tragwerksplanung und Infrastrukturplanung arbeiten Sie eng zusammen.

•

Im Rahmen von Akquisetätigkeiten vernetzen Sie sich mit neuen Kunden und pflegen bestehende Beziehungen zu Projektpartnern.

DAS BRINGEN SIE MIT

WAS WIR BIETEN Bei Codema verstehen wir uns als Team und veranstalten firmeninterne Events wie Fußballturniere, Grillabende mit den Familien und attraktive Betriebsausflüge. Vereinbarung von Arbeit und Privatleben durch flexible Arbeitszeitmodelle und individuelle Regelungen zum mobilen Arbeiten. Gestärkt und unterstützt im Arbeitsalltag durch eine offene Unternehmenskultur und ein freundschaftliches und faires Miteinander. Wir sehen Chancengleichheit und Diversität als Chance. Gemischte Teams bringen bessere Lösungen und Innovation durch unterschiedliche Sichtweisen und Erfahrungen.

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Ernst & Sohn Stellenmarkt · April 2022

Fakultät 2: Bau- und Umweltingenieurwissenschaften

La Ma Qu Un

W3-Professur „Stahlbau, Holzbau und Verbundbau“ INSTITUT FÜR KONSTRUKTION UND ENTWURF (KE) | ZUM 1. OKTOBER 2023

Die Universität Stuttgart ist eine führende technisch orientierte Universität in Deutschland in einer der bedeutendsten Hightech- und Industrieregionen Europas. Sie ist verlässliche Arbeitgeberin, Partnerin für Technologietransfer und steht für die interdisziplinäre Integration von Ingenieur-, Natur-, Geistes- und Wirtschafts- und Sozialwissenschaften auf der Grundlage disziplinärer Spitzenforschung.

Die Professur forscht auf den Gebieten des Stahlbaus, des Holzbaus und des Verbundbaus und vertritt diese im Rahmen einer werkstoffübergreifenden und entwurfsorientierten Lehre. Mit der Professur ist die Leitung des Instituts für Konstruktion und Entwurf verbunden. Die experimentell und numerisch orientierte Forschungstätigkeit erfolgt in enger Zusammenarbeit mit anderen wissenschaftlichen Einrichtungen, besonders der Materialprüfungsanstalt der Universität Stuttgart. Die Mitwirkung in den bestehenden und künftigen Verbundforschungsvorhaben wie dem ExC IntCDC wird erwartet. Innerhalb der Forschungsgebiete werden Fragen der Tragfähigkeit und Stabilität, der Dauerhaftigkeit sowie der Robustheit und Zuverlässigkeit untersucht. Hierbei sind auch neue Fertigungsmethoden und automatisierte Fertigungsprozesse zu berücksichtigen. Mögliche Forschungsakzente sind neue Werkstoffentwicklungen wie hochfeste Stähle, innovative Verbindungstechniken, Holz-Beton-

Ihre

Verbundkonstruktionen sowie lebensdauer- und zuverlässigkeitsorientierte Entwurfskonzepte, um ressourcenschonende, nachhaltige Bauwerke für den Hochbau und den Ingenieurbau, insbesondere den Brückenbau, zu ermöglichen.

Zu den bedeutenden Aufgaben der Professur gehört die Verantwortung für die Lehre vor allem in den Studiengängen der Fakultät für die Bereiche Stahlbau, Holzbau und Verbundbau. In der Zusammenarbeit mit anderen Professuren (u. a. für Massivbau und für Leichtbau) werden im Rahmen der erfolgreichen werkstoffübergreifenden und entwurfsorientierten Lehre gemeinsame Module angeboten. Das betrifft grundlegende Pflichtund Wahlmodule in den Bachelor- und Masterstudiengängen der Fakultät, die neben Bemessung und Konstruktion von Tragwerken wie Brücken,

Ihr

Hallen oder Geschossbauten auch den Entwurf behandeln. Ein umfangreiches Angebot von Spezialisierungsmodulen betrifft u. a. CAD, BIM und auch Entwurfsarbeiten mit Architektinnen und Architekten.

Gesucht wird eine Persönlichkeit, die durch hochrangige wissenschaftliche Veröffentlichungen und/oder vergleichbare Leistungen mit internationaler Reichweite, beispielsweise in Normung und Praxis, bestens ausgewiesen ist.

Für eine qualitative Bewertung Ihrer bisherigen Leistungen bitten wir Sie, eine maximal einseitige Beschreibung Ihrer drei wichtigsten wissenschaftlichen Erfolge beizufügen. Denkbar sind z. B. Erfolge aus den Bereichen Forschung, Lehre, Wissenschaft und Gesellschaft, Wissens- und Technologietransfer, Erfindungen und Patente, Softwareentwicklung oder Ausgründungen.

Ihre

Es gelten die Einstellungsvoraussetzungen der §§ 47 und 50 LHG Baden-Württemberg.

Bewerbungen einschließlich Lebenslauf, der fünf wichtigsten Veröffentlichungen sowie der üblichen Unterlagen, die Ihre Aktivitäten in Forschung, Lehre und Praxis aufzeigen, werden bis zum 23. Mai 2022 möglichst in einer PDF-Datei an die Berufungskommission per E-Mail an

Ihr

Bewerbung_professur@f02.uni-stuttgart.de erbeten. Bitte seien Sie sich bei der Übersendung Ihrer Bewerbung per unverschlüsselter E-Mail der Risiken der Vertraulichkeit und Integrität Ihrer Bewerbungsinhalte bewusst. Alternativ werden auch Bewerbungen in Papierform an Universität Stuttgart, Fakultät 2: Bau- und Umweltingenieurwissenschaften, Pfaffenwaldring 7, 70569 Stuttgart akzeptiert. Fragen zum aktuellen Verfahren richten Sie bitte an Prodekan Prof. Dr.-Ing. Hofmann, oder an das Büro der Fakultät (+49 711 685-60076).

Die Universität Stuttgart verfügt über ein Dual Career Programm zur Unterstützung der Partnerinnen und Partner berufener Personen:

Uns

uni-stuttgart.de/dual-career.

Die Universität Stuttgart möchte den Anteil der Frauen im wissenschaftlichen Bereich erhöhen und ist deshalb an Bewerbungen von Frauen besonders interessiert. Schwerbehinderte werden bei gleicher Eignung vorrangig eingestellt.

Mit Ihrer Präsenz im Ernst & Sohn Stellenmarkt erreichen Sie qualifiziertes Personal im Fachgebiet Bauingenieurwesen Kontakt: Jasmin.Meyer@Wiley.com oder Tel. +49 (0)30/47031-238

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Team. Work. Passion. Layher ist der führende Hersteller von Gerüstsystemen. Wir sind weltweit mit über 2.200 Mitarbeitern und Vertriebstöchtern in 42 Ländern präsent. Die Marke Layher bedeutet für unsere Kunden aus Industrie und Bauwirtschaft seit Jahrzehnten innovative Produkte, anwendungsorientierte Technik und Qualität „Made in Germany“. Der Sitz der Firmenzentrale mit Entwicklung, Produktion und Verwaltung, Vertrieb und Export ist in Güglingen-Eibensbach. Unsere Strukturen sind schlank und flexibel. Die Entscheidungswege sind kurz und Eigenverantwortung ist nicht nur gewünscht, sondern gefordert.

Statiker (m / w / d)

für Gerüstbauteile und Regelanwendungen Ihre Aufgaben:

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Ihr Profil:

2 Sie verfügen über ein abgeschlossenes Bauingenieurstudium mit Schwerpunkt Konstruktiver Ingenieurbau und vertieften Kenntnissen in den Bereich Baustatik und Stahlbau 2 Kenntnisse in den einschlägigen Bemessungsnormen, insbesondere Eurocode 3 2 Kenntnisse in branchenüblicher Bauingenieursoftware wie z. B. RSTAB, RFEM sowie ANSYS 2 Idealerweise haben Sie praktische Erfahrung in der Tragwerksplanung und Bemessung von Stahlbauten

Erstellen von Bauteil- und Strukturstatiken überwiegend aus den Werkstoffen Stahl und Aluminium Erstellen von Typenberechnungen für Regelausführungen Erstellen von Tragfähigkeitstabellen für Einzelbauteile und Regelausführungen Optimierung von Bauteilen im Hinblick auf Beanspruchbarkeit, Gewicht, Fertigung und Herstellkosten Durchführung von versuchsunterstützter Bauteilbemessung Mitarbeit in der Produktentwicklung Betreuung von Zulassungs- und Typenprüfungsverfahren

Statiker (m / w / d)

für die Anwendungstechnik Gerüste Ihre Aufgaben:

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Ihr Profil:

2 Sie verfügen über ein abgeschlossenes Bauingenieurstudium mit Schwerpunkt Konstruktiver Ingenieurbau und vertieften Kenntnissen in den Bereichen Baustatik und Stahlbau 2 Vertiefte Kenntnisse in den einschlägigen Bemessungsnormen, insbesondere Eurocode 3 2 Kenntnisse in branchenüblichen Bauingenieursoftware wie z. B. RSTAB, RFEM 2 Praktische Erfahrung in der Tragwerksplanung und Bemessung von Stahl- und Massivbauten wären ebenso von Vorteil wie Kenntnisse in AutoCAD

Unser Angebot:

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Entwerfen und Vordimensionieren von Gerüstkonstruktionen zur Unterstützung unseres Teams der Anwendungstechnik Anfertigen von Statiken der Gerüstkonstruktionen Statik-Beratung von Kunden aus dem nationalen und internationalen Umfeld Technische Vertriebsunterstützung

Ein vielseitiges und interessantes Aufgabengebiet Die Möglichkeit, schnell Verantwortung zu übernehmen Eine umfassende Einarbeitung in das Aufgabengebiet Eine offene Arbeitsatmosphäre Ein langfristiger und sicherer Arbeitsplatz in einem expandierenden, mittelständischen Unternehmen mit Zukunft Weiterbildungsmöglichkeiten

Bitte bewerben Sie sich über unser Karriereportal karriere.layher.com. Wilhelm Layher GmbH & Co KG, Ochsenbacher Straße 56, 74363 Güglingen-Eibensbach www.layher.com

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Ernst & Sohn Stellenmarkt · April 2022

Fakultät 2: Bau und Umweltingenieurwissenschaften

W3-Professur „Digitale Baumaschinen und Bauroboter“ FAKULTÄT 2: BAU UND UMWELTINGENIEURWISSENSCHAFTEN || ZUM NÄCHSTMÖGLICHEN ZEITPUNKT

Die Universität Stuttgart ist eine der führenden technischen Universitäten in Deutschland und liegt im Zentrum einer der wichtigsten HightechRegionen in Europa. Das neu eingerichtete Exzellenzcluster EXC 2120 „Integratives computerbasiertes Planen und Bauen für die Architektur“ (IntCDC) bündelt ihre Kompetenz in den Bereichen Architektur, Bauingenieurwesen, Produktions- und Systemtechnik, Informatik und Robotik sowie Geistes- und Sozialwissenschaften und schafft so weltweit einzigartige Voraussetzungen für interdisziplinäre Spitzenforschung und Innovation im Bauwesen. Die Professur ist in Forschung und Lehre an der Schnittstelle zwischen dem Bauwesen und dem Maschinenbau im Themenfeld des konstruktiven Ingenieurbaus angesiedelt. Im Mittelpunkt stehen dabei die Erforschung und Entwicklung von digitalen Baumaschinen und Baurobotern der nächsten Generation im Kontext der dazugehörenden Bauprozesse. Die Professur soll die Forschung an cyberphysikalischen Bauprozessen im Exzellenzcluster IntCDC in enger Kooperation mit den verbundenen Professuren durch die Konzeption und das Engineering digitaler Baumaschinen unterstützen. Dazu gehören z. B. auch die Entwicklung von Onsite-Großrobotern oder verteilten Robotersystemen für die Bauausführung. Eingebettet in die verschiedenen Forschungsrichtungen der Fakultät 2: Bau- und Umweltingenieurwissenschaften soll sich die zu berufende Person der interdisziplinären Forschung und Lehre an der Schnittstelle zwischen dem Bauwesen und dem Maschinenbau widmen. Zu den Aufgaben der Professur gehört außerdem die Beteiligung an der deutsch- und englischsprachigen Lehre der Universität, insbesondere in den Bachelor- und Masterstudiengängen der Fakultät. Gesucht wird eine Persönlichkeit, die durch hochrangige wissenschaftliche Veröffentlichungen und/oder vergleichbare Leistungen mit internationaler Sichtbarkeit hervorragend ausgewiesen ist. Für eine qualitative Bewertung Ihrer bisherigen Leistungen bitten wir Sie, eine maximal einseitige Beschreibung Ihrer drei wichtigsten wissenschaftlichen Erfolge beizufügen. Denkbar sind z. B. Erfolge aus den Bereichen Forschung, Lehre, Wissenschaft und Gesellschaft, Wissens- und Technologie-transfer, Erfindungen und Patente, Softwareentwicklung oder Ausgründungen. Es gelten die Einstellungsvoraussetzungen und Bedingungen der §§ 47 und 50 LHG Baden-Württemberg. Bewerbungen (inkl. o. g. Beschreibung, ausführlichem Lebenslauf, Zeugniskopien, Publikationsverzeichnis, drei wichtigste Veröffentlichungen, Auflistung der eingeworbenen Drittmittel, Kurzbeschreibung der durchgeführten Projekte und der Lehrerfahrung, entsprechende Lehrevaluationen, Bewerbungsformular unter f02.uni-stuttgart.de/dokumente/news_downloads/Bewerbungsdatenblatt.docx ) werden bis zum 15. Mai 2022 möglichst in einer PDF-Datei an die Berufungskommission per E-Mail an Bewerbung_professur@f02.uni-stuttgart.de erbeten. Bitte seien Sie sich bei der Übersendung Ihrer Bewerbung per unverschlüsselter E-Mail der Risiken der Vertraulichkeit und Integrität Ihrer Bewerbungsinhalte bewusst. Alternativ werden auch Bewerbungen in Papierform an Universität Stuttgart, Fakultät 2: Bau- und Umweltingenieurwissenschaften, Pfaffenwaldring 7, 70569 Stuttgart akzeptiert. Fragen zum aktuellen Verfahren richten Sie bitte an den stellvertretende Vorsitzenden der Berufungskommission, Prof. Dr.-Ing. Blandini, oder an das Büro der Fakultät (+49 711 685-60076). Die Universität Stuttgart verfügt über ein Dual Career Programm zur Unterstützung der Partnerinnen und Partner berufener Personen: uni-stuttgart.de/dual-career Informationen zum Umgang mit Bewerberinnen- und Bewerberdaten nach Art. 13 DS-GVO finden Sie unter uni-stuttgart.de/datenschutz/bewerbung.

Die Universität Stuttgart möchte den Anteil der Frauen im wissenschaftlichen Bereich erhöhen und ist deshalb an Bewerbungen von Wissenschaftlerinnen besonders interessiert. Schwerbehinderte werden bei gleicher Eignung vorrangig eingestellt.

Mit Ihrer Präsenz im Ernst & Sohn Stellenmarkt erreichen Sie qualifiziertes Personal im Fachgebiet Bauingenieurwesen Kontakt: Jasmin.Meyer@Wiley.com oder Tel. +49 (0)30/47031-238

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Chefredaktion

Impressum

Dr.-Ing. Dirk Jesse Chefredaktion Bautechnik Verlag Ernst & Sohn Rotherstraße 21 D-10245 Berlin Tel.: +49 (0)30 / 47031-275 Fax: +49 (0)30 / 47031-270 dirk.jesse@wiley.com

Bautechnik – Fachzeitschrift für Entwurf und Konstruktion, Berechnung und Ausführung, Brücken- und Verkehrsbau, Ingenieurhoch-, Holz-, und Mauerwerksbau, Grundbau, Wasserbau Bauwerkserhaltung und Baukultur. Verlag Ernst & Sohn GmbH Rotherstraße 21, D-10245 Berlin Tel. +49(0)30/47031-200, Fax +49(0)30/47031-270, info@ernst-und-sohn.de, www.ernst-und-sohn.de Amtsgericht Charlottenburg HRB 237294 B Geschäftsführung: Sabine Haag, Franka Stürmer Steuernummer: 47020/34142, Umsatzsteueridentifikationsnummer: DE 813496225 Chefredakteur Dr.-Ing. Dirk Jesse Tel.: +49 (0)30 / 47031-275, Fax: +49 (0)30 / 47031-270 dirk.jesse@wiley.com

Redaktionsbeirat

Project Manager Sarah Bräunlich Tel.: +49 (0) 30 / 47031-248, Fax: +49 (0)30 / 47031-270 sarah.braeunlich@wiley.com

Prof. Dr.-Ing. Jan Akkermann KREBS+KIEFER Dorsch Gruppe Stephanienstr. 55 76133 Karlsruhe Tel.: +49 (0)721 3508-1001 akkermann.jan@kuk.de

Ehrenmitglieder Prof. Dr.-Ing. Fritz Gehbauer M.S. Prof. Dr.-Ing. habil. Ulrich Smoltczyk Produkte und Objekte Dr. Burkhard Talebitari Tel.: +49 (0)30 / 47031-273, Fax: +49 (0)30 / 47031-229 btalebitar@wiley.com Gesamtanzeigenleitung Verlag Ernst & Sohn Fred Doischer Anzeigenleitung Sigrid Elgner Tel.: +49 (0)30 / 47031-254, Fax:+49 (0)30 / 47031-230 sigrid.elgner@wiley.com

Prof. Dr.-Ing. Annette Bögle Hafencity Universität Hamburg Hebebrandstraße 1 D-22297 Hamburg Tel.: +49 (0)40 / 42827-5691 annette.boegle@hcu-hamburg.de

Verkauf von Sonderdrucken Janette Seifert Tel.: +49(0)30 / 47031-292, Fax:+49 (0)30 / 47031-230, janette.seifert@wiley.com www.ernst-und-sohn.de/sonderdrucke Kunden-/Leserservice Wiley-VCH Kundenservice für Ernst & Sohn Boschstr. 12, D-69469 Weinheim Tel.: +49 (0)8001800536 (innerhalb Deutschlands) +44(0)1865476721 (außerhalb Deutschlands) Fax: +49(0)6201606184 Schnelleinstieg: www.wileycustomerhelp.com Einzelheft-Verkauf: CS-Germany@wiley.com Die in der Zeitschrift veröffentlichten Beiträge sind urheberrechtlich geschützt. Alle Rechte, insbesondere das der Übersetzung in fremde Sprachen, vorbehalten. Kein Teil dieser Zeitschrift darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form – durch Fotokopie, Mikrofilm oder andere Verfahren – reproduziert oder in eine von Maschinen, insbe sondere von Datenverarbeitungsanlagen, verwendbare Sprache übertragen werden. Auch die Rechte der Wiedergabe durch Vortrag, Funk oder Fernsehsendung bleiben vorbehalten. Warenbezeich-nungen, Handelsnamen oder Gebrauchsnamen, die in der Zeitschrift veröffentlicht werden, sind nicht als frei im Sinne der Markenschutz- und Warenzeichen-Gesetze zu betrachten, auch wenn sie nicht eigens als geschützte Bezeichnungen gekennzeichnet sind. Hinweise zur Einreichung von Manuskripten: www.ernst-und-sohn.de/hinweise-für-zeitschriftenautoren Aktuelle Bezugspreise Die Zeitschrift „Bautechnik“ erscheint mit zwölf Ausgaben pro Jahr. Neben „Bautechnik print“ steht „Bautechnik online“ im PDF-Format über den Online-Dienst Wiley Online Library im Abonnement zur Verfügung. Jahresabonnement (print)

Jahresabonnement (print + online)

Einzelheft

565 v

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Das Abonnement gilt zunächst für 12 Monate. Es kann jederzeit mit einer Frist von drei Monaten zum Ablauf des Bezugszeitraumes schriftlich gekündigt werden. Das Abonnement verlängert sich um ein weiteres Bezugsjahr ohne weitere schriftliche Mitteilung. Spezielle Angebote und Probeheftanforderung unter www.ernst-und-sohn.de Alle Preise sind Nettopreise. Die Preise sind gültig bis 31. August 2022. Irrtum und Änderungen vorbehalten. Studentenpreise, Staffelpreise, Mitgliederpreise und Preise in anderen Währungen auf Anfrage. Bankverbindung: JP Morgan, Frankfurt, DE12501108006161517732, CHASDEFX Bei Änderung der Anschrift eines Abonnenten sendet die Post die Lieferung nach und informiert den Verlag über die neue Anschrift. Wir weisen auf das dagegen bestehende Widerspruchsrecht hin. Wenn der Bezieher nicht innerhalb von 2 Monaten widersprochen hat, wird Einverständnis mit dieser Vorgehensweise vorausgesetzt. Bautechnik, 0932-8351, is published monthly. US mailing agent: SPP, PO Box 437, Emigsville, PA 17318. Periodicals postage paid at Emigsville PA. Postmaster: Send all address changes to Bautechnik, John Wiley & Sons Inc., C/O The Sheridan Press, PO Box 465, Hanover, PA 17331. Satz: TypoDesign Hecker GmbH, Leimen Druck: Westermann DRUCK | pva, Zwickau Gedruckt auf säurefreiem Papier. © 2022 Ernst & Sohn GmbH

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Conrad Boley Universität der Bundeswehr München Institut für Bodenmechanik und Grundbau Werner-Heisenberg-Weg 39 D-85577 Neubiberg Tel.: +49 (0)89 / 6004-3476 conrad.boley@unibw.de

Dr.-Ing. Christian Dehlinger Röhrbachstraße 21 73441 Härtsfeldhausen Tel.: +49 (0)7362 / 838039-0

Univ.-Prof.Dr.-Ing. Achim Hettler Ehemals TU-Dortmund, Lehrstuhl Baugrund-Grundbau Johann- Sebastian-Bach-Str.9 76437 Rastatt Tel.: +49 (0)7222 / 6160 achim.hettler@tu-dortmund.de

Prof. Dr.-Ing. Steffen Marx Technische Universität Dresden Institut für Massivbau 01062 Dresden Tel.: +49 (0)351 / 463-35856 steffen.marx1@tu-dresden.de

Beilagenhinweis: Diese Ausgabe enthält folgende Beilagen: Ernst & Sohn GmbH, 10245 Berlin

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Vorschau 5/22 Zum Bild An der historischen Kanalbrücke Minden wurden im Rahmen planmäßiger Zustandsuntersuchungen stellenweise Korrosionserscheinungen an den über 100 Jahre alten, schwer zugänglichen Gelenken der tragenden Bogenkonstruktionen festgestellt. Um einordnen zu können, welchen Einfluss eine eventuelle Schädigung der Gelenke auf das Trag- und Verformungsverhalten des Bauwerks hat, werden parallel zu einer Zustandserfassung sowohl numerische als auch messtechnische Untersuchungen der Kanalbrücke durchgeführt. In einem numerischen Modell wird das planmäßige Trag- und Verformungsverhalten analysiert und qualitativ erfasst. Die gewonnenen Erkenntnisse werden mit im Rahmen der Bauwerksinspektion erhobenen Messdaten sowie mit 3D-Laserscan-Messungen verglichen und validiert. Mehr dazu im Beitrag von Annika Kiesel et al. Quelle: Bundesanstalt für Wasserbau

Viktória Malárics-Pfaff, Jan Höffgen, Christoph Stephan Schertragverhalten in Arbeitsfugen: Stand der BAW‑Forschung und erste Anwendungsbeispiele Lukas Weber, Daniela Schenk Automatische Zusammenführung zertrennter Konstruktionspläne von Wasserbauwerken Andreas Panenka Traglastermittlung für die Robustheitsbewertung von Stahlwasserbauwerken Annika Kiesel, Ferdinand Borschnek, Ronald Stein, Christoph Stephan Bautechnische Untersuchungen an der historischen Kanalbrücke Minden Martin Pohl, Joachim Abratis, Anka Frentzel-Schirmacher Ein Blick auf die Herausforderungen beim Bau der 5. Schleusenkammer in Brunsbüttel Lars Meyer Green means lean – Der Weg zur „Klimaneutralen Betonbaustelle“ Harald von Thaden, Ronald Rother, Ulrich Jäppelt Grundinstandsetzung Wehr Geesthacht an der Elbe Frank Feindt, Daniel Weber, Jan Dlugosch, Christian Heitmann, Jörg Pollmann, Daniel Roller Das Vertäuprogramm für den Hamburger Hafen Jan Akkermann, Stephan Johmann, Katrin Kloé, Jörg Bödefeld Neues BAWMerkblatt zur Bauwerksüberwachung – nachhaltiges Portfoliomanagement an Bundeswasserstraßen Frank Feindt Erster Technischer Halbjahresbericht 2022 des Arbeitsausschusses „Ufereinfassungen“ der Hafentechnischen Gesellschaft e.V. und der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik (Änderungen vorbehalten)

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01.04.22 11:00

Mauerwerk-Kalender-Tag & DAfM Fortbildungstag 19. Mai 2022 · Würzburg & Online 10 – 17 Uhr

Inhalte

Vortragende

Das in Würzburg und zusätzlich online angebotene Tagesseminar befasst sich mit spannenden Themen aus dem Mauerwerk Kalender 2022 sowie den Schriften des DAfM. Das Seminar ist damit ein abwechslungsreiches Weiterbildungsangebot für praktische Ingenieurinnen und Ingenieure, Architektinnen und Architekten sowie Mitar beitende der Verwaltung und von Hochschulen. Neben den sechs Vorträgen durch namhafte Referent:innen besteht ausreichend Gelegenheit zur Diskussion und zum Networking.

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Prof. Dr. Birger Gigla

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Prof. Dr. CarlAlexander Graubner

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Dr. Jürgen Küenzlen

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Univ.Prof. Dr.Ing. Steffen Marx

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Dr. Frank Purtak

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Dietmar Walberg

Teilnahmegebühr Vor Ort

Online

Regulär

350 €*

300 €*

280 €*

240 €*

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Eisenbahngewölbebrücken in Sachsen

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Berechnung und Bemessung bestehender Gewölbebrücken mit der Nachrechnungsrichtlinie für Straßenbrücken

DAfM Mitglieder / MK-Fortsetzer

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Ermittlung der Druckfestigkeit von Bestands mauerwerk

Bildungspunkte

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Neuerungen im Eurocode 6 in Deutschland

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Kostenoptimiertes und typisiertes Bauen mit Mauerwerk

Das Seminar wird von den Ingenieurkammern mit bis zu acht Punkten anerkannt.

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(Dübel) Versuche am Bauwerk in Mauerwerk

Online-Anmeldung www.ernstundsohn.de/mwktdafm

www.ernst-und-sohn.de/mwkt-dafm * Der Preis versteht sich zzgl. 19% ges. MwSt. Es gelten die AGB der Akademie der Ingenieure.

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23.03.2022 15:32:36 01.04.22 11:00

Die neue Zeitschrift nbau. Nachhaltig Bauen bringt die Silos des sektoralen Denkens zum Tanzen. Denn für den Bausektor heißt Nachhaltigkeit ökologisch, sozial und ökonomisch ganzheitlich Planen, Bauen und Betreiben.

Das Themenspektrum reicht von Stadt- und Raumplanung, Architektur und den Ingenieurdisziplinen bis hin zu Herstellung, Bauausführung und Facility Management mit all den unterschiedlichen Akteur:innen.

Übergreifende Informationen aus Wissenschaft und angewandter Forschung, Best-Practice-Beispiele, neue Produkte, Methoden und Bewertungsverfahren sowie Anforderungen aus Politik und Verwaltung. Einzigartiges Netzwerk mit vielfältigem Beirat, Unterstützung durch zahlreiche Verbände, Kammern und Initiativen und den Stimmen der Innovationstreiber.

Klimaschutz, Kreislaufwirtschaft und Ressourcenschutz erfordern die Transformation des Bausektors mit Lebenszyklusdenken, Digitalisierung oder CO2 -Reduktion. Die nbau ist dafür die ganzheitliche Wissensbasis.

THEMA Stadt- und Raumplanung Hier steht eine Erläuterung Architektur Hier steht eine Erläuterung Tragwerksplanung Hier steht eine Erläuterung Klimaengineering Hier steht eine Erläuterung Baustoff- und Bauproduktherstellung Hier steht eine Erläuterung

N EU E F T

ZEIT S C

vorl. Abb.

01 1. Jahrgang April 2022 ISSN 2750-8382

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4 Ausgaben/Jahr 1. Jahrgang (2022) Jahresabonnement Print ISSN 2750-8382 Online www.nbau.org ANGEBOTSPREIS Online + Print € 99*

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