Planung einer Brücke

Optisch gestaltete Pfeilergeometrie mit Höhenversatz der Lager aufgrund der Querneigung des Überbaus. Abb.: Sweco GmbH

Zur Entlastung der südwestlich von Gelnhausen gelegenen Gemeinde Hasselroth wurde der beschrankte Bahnübergang durch ein Brückenbauwerk über die Strecke der Deutschen Bahn ersetzt. Hessen Mobil, als obere Landesbehörde, ist Auftraggeber dieser Maßnahme. Das Brückenbauwerk stellt dabei einen Teil der K 903 dar. In der Planung musste neben drei existierenden Gleisen und zwei Bahnsteigen auch ein mögliches viertes Gleis berücksichtigt werden.

Ausgangspunkt der Planungen

Die Trassierung der Planfeststellung sah vor, beide Rampen durch einen 100^gon Bogen mit einem engen Radius von 80 Metern und den zugehörigen Klothoiden zu verbinden. Dieser war genau über den Gleisen und den Bahnsteigen angeordnet, sodass die nördliche Bauwerksrampe parallel und die südliche Rampe senkrecht zur Gleisanlage angeordnet waren. Die Rampenneigungen waren mit sechs Prozent und 6,5 Prozent vorgegeben. Das maximale Quergefälle betrug acht Prozent.

Zum Auftragsbeginn lag die Bauwerksskizze vor, deren Bauwerksabmessungen im Zuge der Entwurfsbearbeitung nicht mehr verändert werden sollten. Das Bauwerk hatte eine Gesamtlänge von 230 Metern, eingeteilt in sieben Felder mit Stützweiten von 25 Metern bis 52 Meter. Als Querschnitt wurde der zwei-stegige Plattenbalken gewählt, der in den Rampen in Spannbeton und im Bereich der Bahnquerung als Verbundquerschnitt ausgeführt werden sollte. Die Hohlkästen des Verbundquerschnittes waren dabei alle drei Meter über Querträger gekoppelt, die Kragarme mittels Schrägstreben gegen die Hohlkästen abgesteift. Das Verbundmittelfeld und die benachbarten Spannbetonfelder der Brücke waren an der Stütze auf drei Meter gevoutet, die anderen Felder waren mit konstanter Bauhöhe von 1,5 Metern geplant.

Festpunkt war der Pfeiler in Achse 40. Alle anderen Lagerachsen waren querfest gehalten und zum Festpunkt orientiert. Die Sperrpausen waren angemeldet und sollten nicht verändert werden. Das Montagekonzept sah vor, Teile der Stahlhohlkästen als Kragarme an die vorgespannten, vorab hergestellten Brückenteile mittels GEWI-Verbindungen anzuflanschen. Nach Einheben des Mittelteils sollten die beiden Brückenteile zueinander geschoben und die Verschweißung der Stahlhohlkästen über dem Gleis vorgenommen werden.

Der beschrankte Bahnübergang der Gemeinde Hasselroth wurde durch ein Brückenbauwerk ersetzt. Abb.: Sweco GmbH

 

Entwurfsplanung

Im Zuge der Entwurfsplanungen wurden die Vorgaben auf die praktische Umsetzung unter Berücksichtigung der Randbedingungen untersucht. Wegen des Verschweißens der Brückenteile über dem Gleis mit den zugehörigen Vorkehrungen wurde dem Auftraggeber ein optimiertes Konzept zur Ausbildung und Montage des Mittelfeldes, des Bauablaufs und des Lagerungssystems vorgestellt und umgesetzt.

Dieses sah keine Schweißstöße über dem Gleis vor. Die vorfabrizierten Stahlhohlkästen sollten auf Hilfsjochen liegend mit dem Spannbetonüberbau durch Ausbetonieren einer Schlusslücke verbunden werden. Zur Begrenzung der Bauteilgröße des 52-Meter-Feldes für einen Straßentransport und die anschließende Hubmontage entfielen auch die Kragarmstreben für die Verbundplatte und die Querträger. Die GEWI-Verbindungen wurden wegen der erforderlichen Lagegenauigkeit ebenso kritisch bewertet wie die Lager, die wegen der gekrümmten Form, des Verschiebens und der Orientierung, nicht einzubauen, sondern im Nachgang zu justieren waren. Die Komplettsperrung aller drei in Betrieb befindlichen Gleise wurde zum Einhub der Stahlhohlkästen benötigt. Ansonsten konnten nur einzelne Gleise gesperrt werden. Trag- und Schutzgerüste sowie Schalwägen oder Korrosionsschutzarbeiten über den Gleisen schieden daher aus.

Integraler Pfeileranschluss der Spannbetonrampen an die als Verbundquerschnitt ausgeführte Bahnquerung. Abb.: Sweco GmbH

 

Minimierung der Sperrung

Das Lagerungssystem wurde dem Montagekonzept und dem Gesamtablauf angepasst. Die Lagerung erfolgte durch ein semiintegrales Rahmensystem, dessen Mittelfeld einen Verbundüberbau monolithisch mit den anschließenden Spannbetonüberbauten und den Pfeilern koppelte. Die Widerlagerachsen erhielten eine Tangentialhalterung, alle anderen Achsen waren frei verschieblich, um Zwangskräfte aus Temperatur am Lager gering zu halten. Zum Minimieren der Sperrzeiten wurden die Verbundkragplatten auf den Trägern direkt nach dem Versetzen verankert. Sie erhielten eine Aufkantung am Rand, um keine Schalung zu benötigen und für die Befestigungshülsen des Kappengerüsts, deren Konsolen mit der Montage der Halbfertigteile mit versetzt wurden. Wegen des Quergefälles der Platten, das am tiefen Fahrbahnrand dem Kragarmgefälle entgegen läuft, wurden geknickte Gitterträger benötigt. Die Platteneinteilung wurde so gewählt, dass die Verlegung in den Sperrpausen der einzelnen Gleise stattfinden konnte. In denselben Sperrpausen wurden die drei Kippverbände eingebaut, welche vor dem Betonieren der Platte Kippen und Verdrehen der Hohlkästen verhinderten. Die Verbände wurden in wetterfestem Stahl ausgeführt, ohne eine Sperrpause für Korrosionsschutz zu benötigen. Zum Abtrag der Torsion der Stahlhohlkästen bis zur monolithischen Verbindung des Verbundquerschnittes mit den Unterbauten musste diese über das Traggerüst abgeleitet werden.

Verbundüberbau mit Fertigteilplatten und K-Verbänden zur Aussteifung im Bau- und Endzustand. Abb.: Sweco GmbH

 

Eine Kopplung der Brückenbauteile konnte nur gelingen, wenn die Spannglieder im Querträgerbereich verzogen und verankert werden konnten. Deswegen musste die Spanngliedführung mit Verziehung und Endneigung so gewählt werden, dass das Ansetzen der Spannpresse unter der Verbundplatte möglich war. Der Pfeilerkopf konnte nur schlaff nachgewiesen werden, da der Dekompressionsnachweis nicht zu erbringen war. Es mussten die Einspannmomente des Rahmens der integralen Bauweise als auch die Verankerung des Verbunds der Stahlbauteile über die Kopfbolzen berücksichtigt werden. Der Pfeiler sollte formähnlich zu den anderen Pfeilern werden und so weich sein, dass die Momentenbeanspruchung gering blieb. Dies alles führte zu komplexen Knoten in den Pfeilerachsen 40 und 50, die gleichzeitig während des Bauzustandes die Zug – Drucksteife Anbindung des Mittelfeldes an die Pfeiler gewährleisten mussten.

Damit der Festpunkt des integralen Systems während des Bauens dem Endsystem entspricht, musste der Bauablauf immer symmetrisch zur Systemmitte erfolgen. Die beiden Rampen in Spannbeton wurden bis auf die Pfeilerschlusslücken vorab auf Lehrgerüst errichtet und erst mit Schließen der Lücken beim Aufbringen des Aufbetons gekoppelt.

www.sweco-gmbh.de / www.mobil.hessen.de