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ILEK Chicago Exkursion - Hochhausentwürfe
Die Eindrücke, die die Studierenden auf der Reise gesammelt haben und die daraus enstandenen Hochhausentwürfe findet ihr zusammengefasst in dem PDF anbei. Wir freuen uns über jede Einreichung aus den Arbeiten sowie über Einreichungen anderer Studierender zu unserem nächsten Förderpreis. 20170628_reader_ILEK_final  

Deutscher Stahlbau. Gut beraten.Deutscher Stahlbau. Gut beraten.

Erweiterung Karl-Nägele Brücke, Heilbronn

Erläuterungsbericht von Achim Eutebach zur Einreichung beim
'Ingenieurpreis des Deutschen Stahlbaues 2017'

Aufgabenstellung
Planungsaufgabe war, die bestehende Stahlbogenbrücke mit Verbundfahrbahnplatte mit 105m Spannweite ca. 18,5m Bogenstich und einer Breite von knapp 20m, errichtet in den Jahren 2003 und 2004, von drei Fahrspuren unter Verzicht auf die seitlichen, auf den Kappen angeordneten Gehwege auf vier Fahrspuren zu erweitern. 

Parallel sollte zusätzlich eine neue Rad- und Fußwegbrücke mit 3,5m Breite errichtet werden. 

Nach einer durchgeführten, lastorientierten Machbarkeitsuntersuchung ergab sich eine notwendige Ertüchtigung einiger Brückenbauteile aufgrund der zusätzlichen Fahrspur. 

In Anbetracht der ohnehin angezeigten Verstärkungsmaßnahmen wurde dem AG empfohlen, statt einer weiteren zusätzlichen Radwegbrücke mit den sich dazu ergebenden größeren Eingriffen in die Landschaft aus den Verkehrszuführungen, den Radweg seitlich an der Bogenbrücke außerhalb des Längsversteifungsträgers zu ergänzen. 

Der Bauherr folgte der Anregung. Er entschied sich im weiteren Verlauf für eine weiter vereinfachte Radwegeführung ohne Kreuzungen und Fahrbahnwechsel. Dazu mussten nun beidseits der Brücke Rad- und Fußwege ergänzt werden.
Die Ergänzungen sollten stets einen vollwertigen Fuß- und Radweg mit Mindestbreite 3,5m zur Verfügung stellen. Aufgrund der Einschränkung durch die Bogendurchdringungen ergaben sich bei geradlinigem Wegeverlauf ca. 4m Auskragungen beidseitig. 

Zusätzlich zu den planerischen Anpassungen erfolgte zwischen der Berechnung der Bestandsbrücke und Beauftragung der Ertüchtigungsplanung die Einführung der DIN Fachberichte und im weiteren Projektverlauf zwischen Vorplanung und Entwurfsplanung die Einführung der Eurocodes.

Lösungsweg
Die Bestandsbrücke wurde zunächst im Zuge einer lastorientierten Machbarkeitsuntersuchung analog der Bestandsstatik, die die Brücke als ebenes Stabwerk abstrahiert hatte, abgeglichen. Es ergaben sich durch die Veränderung von drei auf vier Fahrspuren und aufgrund der Lastmodelle aus den Fachberichten sowie zusätzlich erhöhten Asphaltaufbauten aus veränderten Querneigungsprofilen Ausnutzungsgrade der Bestandsbauteile von ca. 110-120%. Damit war klar, dass einige Hauptbauteile verstärkt werden mussten. 
Eine weitere Lasterhöhung ergab sich durch die beiden Radwege und betrug zusätzliche ca. 10-20%.  

Aufgrund der Vielzahl der Eingriffe wurde der Bestandsschutz der Brücke aufgehoben. Damit war die gesamte Brückenkonstruktion analog einem Neubau gemäß allen gültigen Regelungen auch in Bezug auf Ermüdung zu behandeln. 

Zur Lösung der Aufgabe wurde die Brücke vollständig neu gemäß den Bestandsplänen in einem 3D Rechenmodell abgebildet und in verschiedenen Systemen nachgerechnet. 

Aus der 3dimensionalen Berechnung ergaben sich unter Ansatz der inzwischen eingeführten Eurocodes mit den dort festgelegten Lastmodellen notwendige Ertüchtigungen der Bögen, der Längsversteifungsträger und der Hänger. Ein Lageraustausch war auf gleichen Lagersockeln vorzusehen. 

Die erforderliche neue Betrachtung der Kerbfälle ergab, dass auch die gerade erst 10 Jahre alte Brücke die aktuellen Kerbfallregelungen im Istzustand nicht erfüllen konnte. Weiterhin waren die Hänger nicht gemäß aktueller Hängerrichtlinie konstruiert und nicht gegen regenwindinduzierte Schwingungen nachzuweisen. 

Nach zahlreichen weiteren Rechenläufen mit den unterschiedlichen Lastmodellen und Systemanpassungen konnte die bestehende innerörtliche Konstruktion in enger Abstimmung mit den Beteiligten auf ein Lastmodell LM1 und das Ermüdungslastmodell LM3 mit Bezug auf die Nachrechnungsrichtlinie nachgewiesen werden. 

Als Ertüchtigungsmaßnahmen wurden im Ergebnis:
Die Langsversteifungsträger (LVT) unterseitig durch Stahllamellen verstärkt und die bestehenden Querträgeranschlüsse modifiziert.  
Der Bogen durch eine Zusatzlamelle oberseitig verstärkt.
Die Hänger ausgetauscht und mit einer Spannvorrichtung durch S460 Hänger gleichen Durchmessers ersetzt.
Die Radwege beidseitig angehängt und entgegen dem ersten Entwurf zur Reduzierung der Schwingbreiten des LVT mittragend zusammengefügt.  
Die Hänger sind optional noch durch Seile gegeneinander zu verstimmen, um die RWIS zu vermeiden. 
Die Lager sind zur Berücksichtigung erhöhter Lasten und Dehnwege auszutauschen.
Die ÜKos sind dem neuen Quergefälle entsprechend anzupassen.

Zusammenfassung
Das Projekt zeigt beispielhaft, dass mit Kenntnis der materialspezifischen Besonderheiten und einer intensiven Zusammenarbeit zwischen Planern, Bauherren, Prüfingenieur und den ausführenden Firmen und Gutachtern neuere Bestandskonstruktionen für zukünftige Verkehrsaufkommen und ermüdungsgerecht ertüchtigt werden können. 

Die Konstruktion kann durch die Verstärkungsmaßnahmen nicht nur ca. 20 % höhere Gesamtlasten abtragen sondern wurde im Zuge der Ausführung den aktuellen Erkenntnissen zu ermüdungsgerechtem Konstruieren entsprechend verbessert. 

Neben den Verstärkungen durch Einzellamellen wurden die Spannungsgrenzen der einzelnen Kerbfälle durch Anpassung des Gesamtsystems und einiger Detailanschlüsse wie Querträger-Längsversteifungsträger, der Hängeranschlüsse, der Hänger- Obergurtdurchdringung oder ähnlichen eingehalten. 

Weitere Besonderheiten wie die Hängerverstimmung mittels Seilverspannung gegen regenwindinduzierte Schwingungen und der Einsatz von Hochfrequenzhämmern zur Schweißnahtnachbehandlung der Bestandskonstruktion werden optional noch eingesetzt.

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Fertigstellung
2017

Ingenieure

Entwurfsplanung und Bauleitung 
Boll und Partner Beratende Ingenieure, Stuttgart, Heilbronn
Dipl.-Ing. Stefan Andrussow
Dipl.-Ing. Markus Denscheilmann
Dipl.-Ing. Achim Eutebach
info@boll-und-partner.de  

im Auftrag von 
Arcadis Germany GmbH 

Ausführungsplanung 
Dipl.-Ing. Norbert Romen
HFR Ingenieure GmbH, München
romen@hfr-ingenieure

Bauherr
Stadt Heilbronn