BW 67-1 Eine anmutige und innovative Br端cke 端ber die A 73
BW 67-1 Eine anmutige und innovative Brücke über die A 73 Die BAB A 73 Suhl – Lichtenfels ist mit der BAB A 71 Erfurt – Schweinfurt Teil des Verkehrsprojektes Deutsche Einheit Nr.16. Der 222 km lange vierstreifige Fernstraßenneubau zwischen den West-Ost-Autobahnen A4 und A70 erschließt den südthüringischen Raum und verbindet die thüringischen Wirtschaftszentren mit Franken und Bayern. Das Brückenbauwerk 67-1 im Zuge einer Kreisstraße überspannt die Autobahn in Bau-km 67+021 im Regierungsbezirk Oberfranken in Bayern. Die exponierte Lage des Bauwerkes am Nordrand des Maintals in unmittelbarer Nachbarschaft zu Kloster Banz und der Wallfahrtskirche Vierzehnheiligen war eine besondere Verpflichtung zu ei-
ner ansprechender Bauwerksgestaltung. Die Besonderheit der Brücke liegt dabei im Gleichgewicht von Formgebung und Kraftverlauf, gepaart mit dem Willen, wirtschaftliche Fertigungs- und Fügetechniken neuester Generation für Stahlrundrohre anzuwenden und dauerhaft günstige Voraussetzungen für den Unterhalt zu schaffen. Deutschlands erste voll verschweißte, integrale Verbundbrücke aus Rohren großer Abmessung. Als Neuerung im deutschen Straßenbrückenbau werden die Fachwerkknoten des Tragwerkes als geschweißte Rohrknoten ohne den Einsatz von Gussknoten ausgebildet.
Die Ursache für die bis dato sehr zurückhaltende Verwendung von Stahlhohlprofilen im Brückenbau ist die nicht mehr sicht- und damit kontrollierbare Nahtwurzel. Bei hoch belasteten ermüdungsbeanspruchten Bauteilen bzw. deren Verbindungen wird üblicherweise die Nahtwurzel ausgefugt und gegen geschweißt, so dass Stumpfnahtqualität mit voller Durchschweißung des Grundmaterials angesetzt werden darf. Die Unsicherheit einer nicht kontrollierbaren Nahtwurzel und die damit verbundenen Beeinträchtigungen bei der Werkstoffermüdung waren Grund genug, auf solche Tragkonstruktionen in Deutschland bisher zu verzichten. Der Einsatz von Gussknoten
bei fachwerkartig mit Hohlprofilen ausgefachten Strassen- undEisenbahnbrücken war deshalb bisher üblich, musste aber hinsichtlich der überaus hohen Kosten in der Fertigung teuer erkauft werden. Zudem wurde die Problematik unterschiedlicher Steifigkeiten und Rotationsfähigkeiten in den Schweißnahtbereich am Übergang Rohrgussknoten-Stahlrohr verlagert. Gussrohrknoten sind in ihrer Struktur mit Unsicherheiten behaftet, was ebenfalls zu Kerbfalleinstufungen führte. Im Falle von Schäden in Form von Rissen gibt es daneben erhebliche Probleme bei der Instandsetzung. Diese Aspekte haben dazu geführt, dass solche Art von Brücken trotz ihrer ansprechenden Ästhetik in Deutschland eher die Ausnahme darstellt.
Ziel bei dem Brückenbauwerk 67-1 war es, eine Knotenform zu wählen, die im Grenzzustand der Ermüdung ein Rissbild im Bereich der für Herstellung und Prüfung gut zugänglichen vorderen Nahtbereiche in den stumpfen Winkeln erwarten ließ und somit auch dauerhaft im Unterhalt ist. Zur Beurteilung wurde die Bruchkriterienmethode herangezogen, die an der Universität Karlsruhe für die Bemessung von ermüdungsbeanspruchten Fachwerkknoten aus Rundhohlprofilen entwickelt wurde. Damit ist es in Abhängigkeit der Knotenparame-
Regelquerschnitt
ter möglich die erwartete Bruchart und Bruchstelle zu ermitteln. Zur Ausführung kommen ebene K-Knoten, deren Diagonalen sich zur Erleichterung der Fertigung und auch der statischen Beurteilung nicht überlappen. Mit den gewählten Durchmesser- und Wanddickenverhältnissen und den festgelegten Spaltbreiten ist davon auszugehen, dass der Grenzzustand der Ermüdung bei diesen Knotenkonstruktionen im Grundwerkstoff in der Übergangszone zur vorderen HV-Nahtverbindung beginnt.
Die Rohre mit Abmessungen von 800 mm und Wandstärken bis zu 50 mm werden direkt miteinander verschweißt, wobei die hoch beanspruchten Fachwerkgurte über lange Bereiche zur Minderung der Kerbwirkung ohne Stoß durchlaufen können und eine günstige Auswirkung auf die Dauerhaftigkeit erreicht wird. Mit den erwarteten Bruchbildern der gewählten Fachwerkknoten konnten Schweißnähte ausgeführt werden, die von HV-Nähten im stumpfen Winkel der Diagonalenanschlüsse in Kehlnähte in den spitzen Winkeln übergehen.
Auf ein schwieriges und teueres Durchschweißen des vollen Diagonalenquerschnittes wurde bei den vorliegenden Konstruktionsparametern ebenso verzichtet wie auf aufwendige Schweißbadsicherungen. Die Nahtvorbereitungen erfordern kontinuierlich verlaufende räumliche Verschneidungskurven, die problemlos und hochpassgenau mit modernen Schnittmaschinen hergestellt werden können. Die Querträger im Bereich der Fahrbahnplatte wurden an die Fachwerkobergurte mit umlaufenden HV-Nähten angeschlossen.
1 Anheben einer Fachwerkscheibe 2+3 Einheben eines seitlichen Schusses 4 Verschweißen eines Baustellenstoßes 1
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Zusammenfassung Hohlprofile, insbesondere in runder Form, werden seit Jahrzehnten an ermüdungsbeanspruchten Konstruktionen eingesetzt. Hierzu zählen Mobilkräne großer Tragfähigkeit, Offshore - Konstruktionen und Förderanlagen. Die Anwendung von geschweißten Rohrknoten bei dem vorliegenden Brückentragwerk stellt im Straßenbrückenbau in Deutschland ein Novum dar, da Rohrknoten von Brücken dieser Größe in Deutschland bisher in der Regel als Gussknoten ausgeführt werden. Es konnte mit der Ausführung dieses Projektes aufgezeigt werden, dass mit dem heutigen Stand der Technik sichere und dauerhafte Brücken mit geschweißten Rohrknoten gebaut werden können, wenn eine Grundkonstruktion mit einem erkennbaren Tragverhalten und mit Verständnis für den rechnerischen Bruchzustand gewählt wird. Etwaige Rissentwicklungen sind im Unterhalt leicht zu erkennen und instand zu setzen.
Ansicht und Längsschnitt
Bei der Brücke 67-1 wurde im Hinblick auf eine deutlich höhere Wirtschaftlichkeit bei problemlosem Unterhalt und verbesserter Gestaltung bewusst auf Gussknoten verzichtet. Die gewählte Bauweise mit Rundhohlprofilen verbindet eine kostengünstige Fertigung mit einer erhöhten Dauerhaftigkeit und den architektonischen Vorzügen der Rohrquerschnitte. In der Gestaltung vorteilhafte Rohrfachwerkbrücken sind mit dieser Knotenausführung gegenüber den bisher erstellten Brücken dieser Bauart deutlich wirtschaftlicher, dauerhafter und im Unterhalt aufgrund der gutmütigen Konstruktionsart erheblich vorteilhafter.