Deutschlands erste voll verschweißte integrale Verbundbrücke aus Rohren großer Abmessung

SSF Ingenieure wurde für Deutschlands erste voll verschweißte integrale Verbundbrücke aus Rohren großer Abmessung, die die BAB A 73 Suhl – Lichtenfels am Nordrand des Maintals überspannt, mit einem 3. Preis beim Stahl-Innovationspreis 2009 in der Kategorie „Bauteile und Systeme aus Stahl für das Bauen“ ausgezeichnet.

Lichtenfels/München - 06.07.2009

Elegant in der Form, innovativ in der Konstruktion – so präsentiert sich die von SSF Ingenieure, München, entwickelte Rohrfachwerkbrücke im Zuge der BAB A 73 Suhl - Lichtenfels. Das deutschlandweit einmalige Bauwerk, die erste voll verschweißte integrale Straßen-Fachwerkbrücke aus Rohren großer Abmessung, wurde am 30. Juni mit dem Stahl-Innovationspreis 2009 in der Kategorie „Bauteile und Systeme aus Stahl für das Bauen“ ausgezeichnet.

Die Aufgabe

Die Aufgabe war überaus anspruchsvoll: In exponierter Lage am Nordrand des Maintals, in unmittelbarer Nähe des Klosters Banz und der Wallfahrtskirche Vierzehnheiligen gelegen, sollte für eine querende Kreisstraße ein Überführungsbauwerk über die A 73 entstehen. Diese Autobahn verbindet als Teil des Verkehrsprojekts Deutsche Einheit VDE Nr. 16 die A 4 mit der A 70 und somit das nördliche Bayern mit Südthüringen. Von Anfang an war klar: Hier musste ein nicht nur konstruktiv, sondern vor allem auch gestalterisch überzeugendes Bauwerk entstehen, dass sich 91 Meter weit elegant über einen rund 20 Meter tiefen Einschnitt spannt. Zudem sollte eine im Bau wirtschaftliche und im späteren Unterhalt vorteilhafte Konstruktion entstehen.

Für dieses Überführungsbauwerk des Streckenabschnitts Ebersdorf (B 303) – Lichtenfels wurde eine gestalterisch anspruchsvolle und konstruktiv innovative Lösung angestrebt. Es entstand ein Rahmenbauwerk aus zwei Stahlrohrfachwerken und einer Stahlbeton-Verbundplatte. Dieses Rahmenbauwerk ist technisch vollkommen neuartig und in dieser Form im Straßenbau bislang einmalig.

Sämtliche Überführungsbauwerke des auf bayerischer Seite rund 37 km langen Streckenabschnitts der BAB A 73 sind als fugenlose Rahmenbauwerke ausgeführt. Sie spannen ohne Mittelunterstützung frei über die Autobahn. Durch die Wahl des Konstruktionsprinzips der integralen Bauweise kann auf mechanisch beanspruchte Bauteile wie beispielsweise Lager verzichtet werden, was den Wartungsaufwand und damit die Unterhaltungskosten verringert. So lag es nahe, das bewährte Grundprinzip auch für diese Brücke zu adaptieren. Berücksichtigt werden sollte auch die Grundform, nach der alle bereits bestehenden Brücken auf dem bayerischen A 73-Abschnitt gestaltet waren: die bogenförmige Ausrundung der Konstruktionsunterkante sowie das Eintauchen des Überbaus in die Böschung bzw. in die Rampenschüttung. Widerlagerwände sind dabei nicht sichtbar, was den einzelnen Bauwerken eine Leichtigkeit und Transparenz verleiht, die prägend ist für diesen Streckenabschnitt.

Selbstverständlich wurden im Rahmen der Vorplanung unterschiedliche Bauwerksvarianten untersucht. Grundsätzlich boten sich angesichts des vorhandenen tiefen Einschnitts Bogenbrücken mit aufgeständerter Fahrbahn an – eine gängige Bauweise in derartigen Situationen. Da jedoch die erwähnten Kulturdenkmäler, das Kloster Banz und die Wallfahrtskirche Vierzehnheiligen, in Sichtweite liegen, schien diese Option nicht angemessen. Schließlich werden derartige Bogenkonstruktionen im Grundprinzip bereits seit einigen Jahrhunderten verwendet. Die neu zu entwerfende Brücke sollte jedoch auf innovative Art und Weise die aktuell mögliche Bautechnik repräsentieren. Daher wurde ein zeitgemäßeres Konzept angestrebt. Im übrigen sollte das als erstes vom Maintal aus sichtbare Überführungsbauwerk sich in seiner grundsätzlichen Konstruktion nicht von den bereits bestehenden Brücken dieses Streckenabschnitts unterscheiden.

Die überführende Kreisstraße kreuzt die BAB in schiefem Winkel, im Bauwerksbereich steigt ihre Gradiente kuppenförmig ausgerundet merklich an. Auf 122 Metern Länge beträgt die Höhendifferenz zwischen beiden Böschungsschultern rund fünf Meter. Vom Maintal aus ist ein 20 Meter tiefer Einschnitt sichtbar. Im Brückenbereich setzt sich der Querschnitt der Kreisstraße aus einer 7 Meter breiten Fahrbahn und zwei 1,75 Meter breiten Kappen mit Distanzschutzplanken zusammen, beträgt also insgesamt 10,5 Meter.

Gegründet werden konnte das Überführungsbauwerk mittels Großbohrpfählen, die auf einer Mergelkalkbank bzw. der darunter liegenden Tonsteinschicht abgesetzt wurden. Unter dem Oberboden standen fünf Bodenschichten mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften an. Die drei oberen Schichten sind Tone unterschiedlicher Konsistenz, darunter befindet sich ein fester, blättriger bis blanker Tonstein (Amaltheenton). Unter diesem wurde bis 15.20 Meter Tiefe eine Mergelkalkbank erkundet, die von harten Tonsteinen unterlagert wird. Diese beiden Schichten waren gut für eine Tiefgründung geeignet.

Die Konstruktion

Grundsätzlich bieten sich bei tiefen Einschnitten Bogenbrücken mit aufgeständerter Fahrbahn an. Allerdings erschien diese Konstruktion, auch aufgrund der Nähe zu den Erwähnten Baudenkmalen, als zu alltäglich. Zudem sollte für die Brücke kein Konstruktionsprinzip verwendet werden, das sich im weiteren Verlauf des Streckenabschnitts bei keiner weiteren Brücke wieder findet.
Als geeigneter erschien dem Team von SSF Ingenieure ein Rahmenbauwerk. Dieses hätte sich aufgrund der Stützweite von über 90 Meter zum Beispiel als Stahlverbundhohlkasten ausführen lassen. Doch insbesondere an den Widerlagern wären dadurch mit rund 6 Metern sehr massiv wirkende Ansichtsflächen entstanden – aus gestalterischer Sicht indiskutabel.

Von den Ingenieuren wurden daher die unterschiedlich hohen Böschungen als Gestaltungselement aufgegriffen. Daraus entwickelten sie verschiedene Konstruktionsvarianten – sowohl ein einhüftiger Rahmen als auch die Möglichkeit, die Fahrbahnplatte innerhalb der außen liegenden Fachwerkebenen anzuordnen, erwiesen sich aufgrund verschiedener Faktoren jedoch als nicht zielführend.
Letztlich mündeten alle konstruktiven und gestalterischen Überlegungen in ein in zwei Rohrfachwerke aufgelöstes Rahmenbauwerk mit oben liegender Verbundplatte – ein Zitat der bereits bestehenden Überführungsbauwerke und gleichzeitig sowohl technisch als auch gestalterisch innovativ.

Der Überbau des ausgeführten Überführungsbauwerks besteht aus zwei Diagonalfachwerkträgern aus Stahlrohren und einer Verbundplatte in Stahlbeton. Der Untergurt des Fachwerks spannt über 90,82 Meter Länge, die Höhen der Fachwerkträger variieren wegen der bogenförmigen Ausbildung der Untergurte zwischen 5,25 am Widerlager und 2,34 Meter in der Feldmitte. Für die Stabilisierung im Bau- und im Endzustand der im Querschnitt zueinander geneigten Fachwerke sind an den Knotenpunkten der Obergurte ebenfalls Rohre vorhanden. Diese verlaufen exakt in der Achse der BAB. Die an den seitlichen Rändern durchgängig 0,23 Meter dicke Ortbetonplatte ist mit Kopfbolzendübeln mit dem Fachwerk verbunden. Ihre Stärke variiert zwischen 0,50 Meter im Bereich des Stahlrostes und 0,30 Meter in den Zwischenbereichen.

Für die beiden Untergurte, die einen durchgängigen Radius von 286 Metern beschreiben, wurden Rohre mit 813 mm Durchmesser gewählt. Die Obergurte bestehen aus Rohren mit 508 mm Durchmesser, sie beschreiben einen Radius von 6015 Metern und wurden in die Widerlager fortgeführt und dort verankert. Die Zug- und Druckdiagonalen des Fachwerks wurden entsprechend ihrer Beanspruchung unterschiedlich dimensioniert.

Das Besondere der gewählten Konstruktion: Die Diagonalen sind mit Ober- und Untergurt verschweißt, die Querstreben mit dem Obergurt. Gussknoten, die sonst üblicherweise bei derartigen Konstruktionen verwendet werden, wurden nicht vorgesehen.

Damit entstand Deutschlands erste voll verschweißte integrale Verbundbrücke aus Rohren großer Abmessung – eine gegenüber bisher erstellten Brücken dieser Bauart überaus wirtschaftliche, dauerhaftere und im Unterhalt erheblich vorteilhaftere Ausführung.

Projektbeteiligte

Wie jedes anspruchsvolle Projekt, wäre auch dieses nicht ohne die konstruktive Zusammenarbeit kompetenter Partner nicht realisierbar gewesen.

Bauherr ist die Bundesrepublik Deutschland, vertreten durch die Autobahndirektion Nordbayern (Nürnberg). Die Vor- und Entwurfsplanung, die Vorbereitung der Vergabe sowie die Erstellung der Statik sowie die Ausführungsplanung wurden durch SSF Ingenieure, München, erbracht. Prüfingenieur war Prof. Dr. Ingbert Mangering, München, Gutachter war Prof. Dr. Ömer Bucak, München. Die Begleitung der erforderlichen Zustimmung im Einzelfall erfolgte durch die Oberste Baubehörde im Bayerischen Staatsministerium des Innern. Auftragnehmer waren die Firmen Raab Baugesellschaft mbH & Co. KG, Ebensfeld, sowie die STS Stahltechnik GmbH, Regensburg.

(Quelle: SSF Ingenieure GmbH, München)

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