Brückenbau

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Hängebrücke aus Spannbeton (Elbsteg in Magdeburg)
Balkenbrücke aus Spannbeton (Kochertalbrücke bei Geislingen)
Schrägseilbrücke über den Rhein bei Düsseldorf-Flehe, Pylon in Strommitte
Bogenbrücke über die A46 bei Wuppertal-Sonnborn

Eigenständiges Gebiet des Ingenieurbaus.
Brücken stellen nicht nur die kürzeste Verbindung bei der Überwindung von Taleinschnitten und Gewässern dar, sie prägen auch die Landschaft. Schlanke weitgespannte Konstruktionen fügen sich harmonisch in das Landschaftsbild ein. Diesbezüglich hat die Spannbetonbauweise dem Baustoff Beton den Weg bereitet. 70 % der Brückenfläche im Bundesbestand sind Spannbetonbrücken, 17 % Stahlbetonbrücken und 12 % Stahl- bzw. Stahlverbundbrücken [1].
Betonbrücken können erstellt werden als:

  • Bogenbrücken
Der Bogen in Bogenbrücken wird fast nur auf Druck beansprucht (Gewölbewirkung) und leitet die Kräfte in die an den Bogenenden befindlichen Widerlager (Kämpfer). Diese Konstruktionsart ist geeignet für:
  • Baustoffe, die eine hohe Druckfestigkeit, aber geringe Zugefestigkeit aufweisen (unbewehrter Beton, Mauerwerk)
  • Brücken, die weite Täler unterstützungsfrei überspannen sollen.
Bei modernen Bogenbrücken wird die Fahrbahnplatte auf dem Bogen aufgeständert.
  • Balkenbrücken
Balkenbrücken sind durch einen fast waagerechten, auf Biegung beanspruchten Überbau mit meist konstantem Querschnitt (Balken) und senkrechten Brückenpfeilern, die überwiegend auf Druck belastet sind, gekennzeichnet. Balkenbrücken sind einfach zu fertigen und statisch günstig.
  • Hängebrücken
Bei Hängebrücken werden zwischen Pylonen Tragseile (durchhängend) gespannt, an denen dann über senkrechte Tragseile die Fahrbahn hängt.
  • Schrägseilbrücken/Schrägkabelbrücken
Bei diesen Brücken sind die Seile bzw. Kabel, die die Fahrbahnplatte tragen, direkt am Pylon verankert.
  • und Kombinationen der vorgenannten Brückenarten.

Überbauten bei Balkenbrücken aus Beton werden bei größeren Spannweiten meist als Hohlkästen hergestellt. Die Spannglieder bei der externen Vorspannung, die aus Gründen der besseren Wartungsmöglichkeiten angewendet wird, werden korrosionsgeschützt in Hüllrohren im Hohlkasten geführt. Die Kräfte aus der Vorspannung werden über seitliche Konsolen in die Konstruktion geleitet. Bei kleineren Spannweiten kommen Plattenbalkenkonstruktionen zum Einsatz, Plattenbrücken meist nur bis 30 m Spannweite.

Die Stahlverbundbauweise kommt bei mittleren bis großen Spannweiten von 50 m bis 150 m zum Einsatz. Der Stahlüberbau wird von einem oder beiden Brückenlagern eingeschoben oder talseitig eingehoben. Die Fahrbahnplatten werden meist als Halbfertigteile auf die Stahllängsträger gelegt und erhalten eine Ortbetonergänzung.

Brückenbauwerke ohne Fugen und Lager werden als „integrale Bauwerke“ bezeichnet. Der Überbau einer integralen Brücke läuft über die gesamte Brückenlänge fugenlos durch und ist weder von den Pfeilern noch von den Widerlagern durch Fugen oder Lager getrennt. Alle Bauteile sind monolithisch miteinander verbunden. Als „semi-integrale Brücken“ werden Rahmentragwerke bezeichnet, bei denen nicht alle, aber mindestens in zwei Achsen die Unterbauten monolithisch an den Überbau angeschlossen sind. Der Vorteil ist, dass die "Schwachstelle" Fuge entfällt. Bei dieser Bauweise sind die aus Verformung entstehenden Schnittkräfte aber besonders zu berücksichtigen.

Bauweisen und Bauverfahren
Für Brücken in Betonbauweise stehen verschiedene Brückenbauweisen wie Freivorbau und Taktschiebeverfahren zur Verfügung. Maßgeblich für die Auswahl sind die Geländebeschaffenheit und Gradiente, Brückenlänge und Spannweite sowie der wirtschaftliche Einsatz.

Innovative Baustoffe im Brückenbau
Die Weiterentwicklungen des Baustoffs Beton ermöglichen der Betonbauweise eine Ausweitung des Einsatzspektrums in Bereiche, die bisher anderen Baustoffen vorbehalten waren. Zu nennen sind hier der hochfeste Beton und der ultrahochfeste Beton.
Ultra-Hochfester Beton (UHPC) ist ein besonders gefügedichter und daher sehr korrosionswiderstandsfähiger Hochleistungsbeton mit einer Druckfestigkeit von 150 N/mm² bis 200 N/mm². Bei der etwa 140 m langen Gärtnerplatzbrücke in Kassel tragen trotz einer Bemessungslast von 50 kN nur rd. 8,5 cm dicken Deckenplatten aus quer vorgespanntem UHPC Fußgänger und Fahrradfahrer über die Fulda.

Fahrbahndecken aus Beton auf Brücken
Bei kurzen Brücken ist es baubetrieblich und verkehrstechnisch von Vorteil, eine jenseits der Brücke gebaute Fahrbahndecke aus Beton über das Brückenbauwerk durchzuziehen [2]. Die einschlägigen Regelungen der Straßenbaulastträger lassen diese Bauweise ausdrücklich zu. In dem Allgemeinen Rundschreiben Straßenbau Nr. 14/1995 des Bundesministeriums für Verkehr sind die Randbedingungen wie folgt angegeben:

  • Brückenlänge ≤ 15 m
  • keine Übergangskonstruktionen erforderlich

Zu beachten ist, dass zwischen Decke und Überbau ein Vlies oder ein Geotextil verlegt werden muss, damit keine Verbundwirkung entsteht. Die Betonfahrbahndecke sollte in gleicher Dicke wie auf der anschließenden Strecke über das Brückenbauwerk durchgeführt werden.
Fahrbahndecken aus Beton auf langen Brücken und auf Brücken mit großen Stützweiten bleiben auf Einzelfälle beschränkt, da das größere Gewicht einer Fahrbahndecke aus Beton zu konstruktiven und finanziellen Mehraufwendungen führt und Schwingungen und Durchbiegungen des Brückenüberbaus Schäden an der Fahrbahndecke verursachen können.

Literatur

[1] Joachim Naumann: Brückenertüchtigung jetzt – Ein wichtiger Beitrag zur Sicherung der Mobilität auf Bundesfernstraßen. Heftreihe Deutscher Beton- und Bautechnik-Verein e.V. Heft 22
[2] Wittfoht, Hans: Triumph der Spannweiten. Beton-Verlag, Düsseldorf 1972
[3] Wittfoht, Hans: Brückenbauer aus Leidenschaft - Mosaiksteine aus dem Leben eines Unternehmers. Verlag Bau+Technik GmbH, Düsseldorf 2005
[4] Grüning, Reinhard: Betondecken auf Brücken und in Tunneln. In: beton 11-2004, S. 530