Brückenbautechnik 09.03.2020, 13:00 Uhr

Erste Klappbrücke nach dem Regenschirm-Prinzip

An der TU in Wien wurde bereits 2010 eine neue Brückenbautechnik entwickelt, die es ermöglicht, Überquerungen in Windeseile zu errichten. Nun feiert das Konzept Weltpremiere in Österreich. Die Infrastrukturgesellschaft ASFINAG setzt es für den Bau der Fürstenfelder Schnellstraße ein.

Brückenpfeiler gelb

Foto: panthermedia.net/hansenn

Bereits vor 10 Jahren wurden das Verfahren von Johann Kollegger entwickelt und in ersten Testversuchen erprobt. Statt die Brücke, wie sonst üblich, horizontal zu bauen, wird sie vertikal errichtet und dann wie ein Regenschirm aufgeklappt. Mittlerweile ist das Konzept so ausgereift, dass es im Brückenbau zum Tragen kommen kann. Gleich zweimal hintereinander ist dies nun der Fall. Als Generalprobe gilt dabei die Überquerung über den Lahnbach. Nun, am 27. Februar 2020, wurde die Lafnitz als Abschnitt der Fürstenfelder Schnellstraße mit einer Länge von 116 Metern mit dieser neuartigen Methode überspannt.

Das Regenschirm-Prinzip unter der Lupe

Es gibt einige Besonderheiten, die das Regenschirm-Prinzip äußerst interessant gestalten. Es wird zum Beispiel kein Gerüst benötigt, um die Überführung zu errichten. Folgerichtig kann auf diese Weise Zeit, Geld und ein Vielfaches der Ressourcen eingespart werden, die für den konventionellen Brückenbau benötigt würden. In der Praxis würde sich in vereinfachten Worten der Vorgang folgendermaßen gestalten: Zuerst muss ein Gerüst hochgezogen werden, um im Anschluss diverse Brückenteile montieren zu können. Durch dieses Verfahren benötigt die Fertigstellung des Bauwerks Monate oder manchmal sogar Jahre. Der Pfeiler der Regenschirm-Methode kann innerhalb von zwei bis drei Tagen vollständig gesetzt werden. Der anschließende Vorgang des Aufklappens dauert dann nur etwa drei Stunden.

Die verwendeten Brückenbauteile sind dünnwandig, hohl und vergleichsweise leicht. Sobald der Pfeiler steht, wird eine hydraulische Pumpe genutzt, um das Gelenk, an welchen die Teile befestigt sind, einzufahren und die Bauteile im Umkehrschluss in die Höhe zu heben. Wenn die gewünschte Ausgangsposition bezüglich Höhe und Position erreicht ist, werden die Bauteile fixiert und anschließend mit Beton befüllt, um die eigentliche Stabilität der Brücke zu gewährleisten. Laut Professor Johann Kolleger vom Institut für Tragkonstruktionen der TU Wien ist diese Art des Brückenbaus teilweise langlebiger als Überführungen, die durch andere Methoden errichtet wurden. Besonders eignet sich diese Bautechnik außerdem für unwegsames Gelände und Landschaften, die beim Bau einer Brücke möglichst wenig verändert oder beschädigt werden sollen, wie zum Beispiel Naturschutzgebiete. Die nun errichtete Lafnitz-Brücke ist ein Paradebeispiel für die gute Umsetzbarkeit dieser Vorhaben.

Die Zusammenarbeit der ASFINAG und TU Wien

Im Interview betonte der Projektleiter der Asfinag GmbH, Bernhard Streit, die besonders umweltorientierte Motivation der Zusammenarbeit zwischen der österreichischen Infrastrukturgesellschaft und der Technischen Universität zu Wien. Die neuartige Brückenbaumethode soll laut eigener Aussage bald die gestellten Ansprüche in diesem sensiblen Thema erfüllen und dementsprechend für weitere Zukunftsprojekte genutzt werden, weswegen die Zusammenarbeit mit der TU Wien besonders geschätzt wird. Des Weiteren hofft Streit darauf, dass die Schnellstraße S7 aufgrund ihrer originellen und schonenden Brückenkonstruktionsweise nun zum internationalen Vorreiter wird und andere Projekte inspirieren kann.

Johann

Bernhard Streit (ASFINAG), Professor Johann Kolleger (TU), Herwig Moser (ASFINAG)

Foto: ASFINAG

Technische Eckdaten

Bereits im Jahr 2006 wurde die innovative Methode von Kollegger patentiert. Vier Jahre später wurden nicht nur die ersten Tests des Konstrukts durchgeführt, sondern auch viele weitere technische Details ausgereift. Darunter fielen unter anderem die Metallgelenke und die hydraulischen Litzenheber, die für die Montage der Bauteile unbedingt notwendig sind, um das Gebilde Schritt für Schritt absenken zu können. Im Oktober 2019 begann dann in mehreren Schritten und Etappen die Montage der Brücke über den Lahnbach. Das Bauwerk wurde im Januar 2020 fertiggestellt. Weniger als einen Monat darauf wurde dann auch schon die größere und komplexere Brücke über die Lafnitz ausgeklappt. Die Zeiteffektivität hat sich also schon in nur zwei Projekten um ein Vielfaches erwiesen.

Die Pfeiler, die zum Aufspannen der Brückenteile benötigt werden, sind bei beiden Brücken 36 Meter lang. Im ausgeklappten Zustand ergibt das eine Spannweite von satten 72 Metern. Jeder der einzelnen Träger hat ein Gewicht von circa 54 Tonnen. Sobald die Brücken aufgespannt sind, werden sie zusätzlich mit Einhängeträgern an den jeweiligen Enden befestigt. Schlussendlich ergibt das eine Gesamtlänge von gut 100 Metern bei der Lahnbachbrücke und 116 Metern bei der Lafnitz-Überführung. An beiden Brücken waren insgesamt vier solcher Klapp-Konstruktionen beteiligt, um die Breite der Fahrbahn zu erreichen, die für die Schnellstraßen benötigt wird.

Insgesamt waren 8 Parteien am Bau der beiden Konstruktionen beteiligt. Diese reichten vom eigentlichen Auftraggeber, der Asfinag GmbH, und dem Entwurfsherren, Johann Kollegg von der TU Wien, hinaus und umfassten etliche weitere Hilfskräfte wie beispielsweise Prüfingenieure, Bauaufsichten, Hebe- und Vorspannungstechnik sowie das Anliefern der Fertigteile. Ebenso waren die Forschungsförderungsgesellschaft mbH vom Verband Österreichischer Beton- und Fertigteilwerke sowie die Asfinag Bau Management GmbH und der ÖBB Infrastruktur AG beteiligt.

Carbonbeton als alternativer Baustoff

Trotz der eigens bestätigten Beständigkeit der aufklappbaren Brücken nach dem Regenschirm-Prinzip, bleiben auch diese nicht vor äußeren Einflüssen, wie zum Beispiel Korrosion und Abnutzung, gefeit. Der Tatsache bedacht, dass auch weiterhin nahezu identische Baumaterialien wie im konventionellen Brückenbau üblich verwendet werden, werden im Grunde genommen zwar Ressourcen, Geld und vor allem Zeit gespart, aber die Wartung oder das Worst Case-Szenario, der Zerfall, können dabei nicht vernachlässigt werden. Die tägliche, vielfache Nutzung von Brücken verursachen auf lange Sicht feine Risse innerhalb des Betons. Während dies für die Statik im Allgemeinen noch kein Problem darstellt, lässt eindringendes Wasser, wie zum Beispiel durch Regelfälle, die Stahlträger innerhalb der Betonfüllung jedoch korrodieren. Rost bedeutet, dass der verbaute Stahl spröde und brüchig wird. Das Resultat: Beschädigungen an der Fahrbahn und im schlimmsten Fall sogar sicherheitsrelevante Schäden an der Brücke.

Da die Regenschirm-Methode essenziell nur Fertigteile auf sehr einfache und schnelle Weise in die richtige Position bringt, sollte es rein theoretisch kein Problem sein, herkömmlichen Stahlbeton durch ein anderes, widerstandsfähigeres Material zu ersetzen.

Im Mai 2019 wurde diesbezüglich eine innovative Methode entwickelt, um Betonkonstrukte flexibler und weniger anfällig zu gestalten. Der sogenannte Carbonbeton wird nicht mit Stahlpfeilern und -stäben durchzogen, die im Ernstfall rosten und brechen könnten, sondern stattdessen mit einem feinen Garn aus Kohlenstofffasern über- und durchzogen. Kohlenstoff ist weitaus weniger anfällig für Witterung als herkömmlicher Stahl und die Art und Weise, wie das Netz geworben und im Beton verarbeitet wird, ermöglicht eine höhere Flexibilität des Konstrukts.

Entwickelt wurde dieser Werkstoff an der Technischen Universität zu Berlin. Bisweilen befindet sich das Material allerdings noch in der Testphase. Um Unfällen vorzubeugen, muss der Carbonbeton etlichen Tests unterzogen werden, bevor dieser in der Praxis zum Einsatz kommen kann. Bei heiklen Themen wie diesen dürfen eben keine Risiken eingegangen werden. Dennoch lässt sich in Zukunft auf Fortschritte auf diesem Gebiet hoffen.

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