Dr. Bernhard Hauke
Geschäftsführer
Stahlbau Verlag Shop

Tag der Architektur'14 . Katharinenturm
Bevor ich meine Entdeckungen des diesjährigen "Tag der Architektur" vergangenes Wochenende zeige, möchte ich - längst überfällig - ein Objekt in Magdeburg vorstellen, welches letztes Jahr (Sommer 2014) seine Türen öffnete zum Motto "Architektur bewegt". Am letzten Juniwochenende im Jahr findet nahezu bundesweit dieser besondere Tag statt. Hier kann sich jeder Architektur- oder Kulturinteressierte einzelne Objekte in zahlreichen Städten ansehen und sich dazu die Geschichten und Intentionen der Projektbeteiligten anhören. Im vergangenen Jahr stand das Logistik- und Verwaltungszentrum GUNZ und der "Katharinenturm" - beides in Magdeburg - auf meinem Laufzettel. Der Katharinenturm ...ist eine kleine Sehenswürdigkeit in unserer Domhauptstadt in Sachsen-Anhalt. Nicht so berühmt wie der Dom selbst, das Hundertwasserhaus oder der Elbauenpark, jedoch voll gepackt mit Geschichte und Leben. Anstelle des heutigen Wohn- und Geschäftshauses stand einst die Kirche St. Katherinen. Im Bombenangriff des Zweiten Weltkrieges brannte die Kirche aus und in der Zeit der DDR wurden die Überreste des Sakralbaus entgültig entfernt. Es entstand neu: Das Haus der Lehrer. Nach tiefgreifendem Umbau sehen wir heute den Katharinenturm - ein modernes Wohn- und Geschäftshaus im Zentrum Magdeburgs. Besichtigen konnte man die oberste Etage, das 11. Obergeschoss: Die Konferenzetage gab einen beeindruckenden Blick über der Stadt Magdeburg frei. Während das Design der Innenräume eher um zurückhaltende und harmonische Eleganz bemüht ist, verkörpert die Fassade bei Einbruch der Dunkelheit einen lauten und auffallenden Charakter. Da die Besichtigung tags stattfand, habe ich leider keine entsprechenden Fotos dazu. Auf der Internetpräsenz des Bauwerks liest man aber von insgesamt 16.000 LED's, die das Hochhaus bei Nacht illuminieren. Und das tun sie - Weiß, Violet, Grün... Ein Schwerpunkt beim Umbaukonzept war die Thematik mit den Loggien in den Eckbereichen. Diese verdrehen sich von Geschoss zu Geschoss. Wie eine Ziharmonika falten sich die großen Fensterkonstrukionen - in zwei Ebenen: innen und außen - zur Seite und öffnen damit den Raum nach außen bzw. holen das "Draußen" herein. (li. Johanniskirche, re. Breiter Weg und am Horizont der Magdeburg Dom)

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

Brücke über die Sava - Belgrad

Laudatio der Jury
Auszeichnung: Siegfried Hopf, Leonhardt, Andrä und Partner GmbH, Stuttgart für die Brücke über die Sava, Belgrad

Bei der größten Schrägkabelbrücke Europas wurde zum ersten Mal das Rückhaltefeld als Gegengewicht zum Hauptfeld nicht auf Pfeilern gelagert, sondern hängt ausschließlich in den Kabeln in perfektem Gleichgewicht mit dem Hauptfeld. Große abhebende Lasten am rückwärtigen Pfeiler werden so vermieden. Nachhaltig und ressourceneffizient wurde Stahl für die große Hauptspannweite mit geringstmöglichem Gewicht eingesetzt, Beton für die kurze Seitenspannweite als Gegengewicht. Das Austarieren der Gewichte ist eine ausführungstechnische Leistung, da nur das Stahlgewicht des Hauptfeldes genau vorberechnet werden konnte. Auch die Montage im Freivorbau verdient eine besondere Erwähnung.

Erläuterungsbericht von Sigfried Hopf, Leonhardt, Andrä und Partner GmbH,
zur Einreichung beim Ingenieurpreis des Deutschen Stahlbaues 2013:

Aufgabenstellung
Im Jahr 2005 lobte die Stadt Belgrad einen internationalen Planungswettbewerb aus, um die beste gestalterische Lösung für eine neue Savequerung in Höhe der Insel Ada Ciganlija in Sichtweite der Altstadt zu finden. Als Sieger aus diesem Wettbewerb ging der Entwurf einer einhüftigen Schrägseilbrücke von Victor Markelj (Ingenieurbüro Ponting, Maribor, Slowenien) hervor, der mit Unterstützung des Architekten Peter Gabrijelcic die typische Form des sehr schlanken Pylons entwickelte. Trotz einer Überbaubreite von 45 m sollte der Entwurf leicht und die Brücke mit klaren Formen über die Save geführt werden. So wurden der Querschnitt, das Stützenraster und die Anzahl der Schrägseile festgelegt. Das neue Wahrzeichen der Stadt Belgrad hat einen nadelförmiger Pylon mit einer Höhe von 200 Metern und überspannt auf 376m die Save, damit ist sie die längste einhüftige Schrägseilbrücke Europas und übertrift die beiden großen Rheinbrücken Flehe und Wesel noch um einige Meter.

Dieser Entwurf gelang 2007 in die europaweite Ausschreibung. Der Überbau war mit seinen Dimensionen festgelegt, er sollte gemäß der Ausschreibung über die ganze Länge als Stahlhohlkasten mit orthotroper Platte ausgeführt werden. Im Rückhaltefeld durften keine permanenten Pfeiler angeordnet werden, da es aber deutlich kürzer ist wie das Hauptfeld musste ähnlich wie bei der Strelasundbrücke zur Herstellung der Balance.-zumindest für Eigengewicht.- Betonballast angeordnete werden. Es stand den Bietern frei, innerhalb der geometrischen und architektonischen Vorgaben das Bauwerk hinsichtlich Gründung, Bauverfahren und Baumaterialien zu optimieren. 

Als Randbedingung waren die Schifffahrtsprofile der zwei Buchten sowie der Fluss Save von Rüstungen freizuhalten. Sehr großen Wert wurde gelegt auf Kontinuität des Bauwerks über die gesamte Länge der Brücke, optisch durften sich die 3 verschiedenen Spannweiten – Rückhaltefeld, Hauptfeld, Vorlandbrücke- praktisch nicht unterscheiden. Weitere Herausforderung waren die großen Erdbebenlasten, die vom Bauherrn wesentlich höher angesetzt waren als für jedes andere Bauwerk in Belgrad. [Bild 2] und das hohe Gewicht der Ausbaulasten, die fast so groß waren wie das Gewicht des Stahlüberbaus selbst.

Die Finanzierung erfolgt durch die europäische Wiederaufbaubank EBRD. Baubeginn war im Frühjahr 2009.

Nach Vergabe und Baubeginn wurde der Auftrag um das so genannte Endfeld erweitert: Der im Entwurf vorgesehene Kragarm, an dessen Ende die Rampenbrücken aufgelagert werden sollten, hätte gewaltige Querträger erfordert und erfüllte bezüglich der Verformungen nicht die Anforderung für Schienenverkehr. Dies war von Planern des Entwurfs nicht durchdacht gewesen und wurde aber so von den Architekten nicht akzeptiert. Deshalb mussten während der Detailbearbeitung neue Lösungen entwickelt werden, die mit der schon bis dahin fertiggestellten Planung für die Unterbauten kompatibel waren.

Lösungsweg

1 Angebotsplanung

Hauptaugenmerk bei der Angebotsplanung lag in einer Optimierung der Gründung sowie der Überbauten. 

Für den Pylon wurde ein kombinierte Bohrpfahl/Schlitzwandgründung ausgearbeitet. 

Um Baukosten einzusparen wurden für den Überbau alle möglichen Kombinationen diskutiert und untersucht:


Vorland - Hauptfeld - Rückhaltefeld
Variante 1: Concrete - Steel - Steel
Variante 2: Composite - Steel - Composite
Variante 3: Composite - Steel - Concrete
Variante 4: Concrete - Steel - Concrete
Variante 5: Concrete - Composite - Concrete
Variante 6. Concrete - Steel - Composite

Die Variante 4 wurde von Beginn an als die wirtschaftlichte Lösung eingestuft, aber wegen der großen Unterschiede im Gewicht, der 2-fachen Übergänge Beton/ Stahl und den hohen Erdbebenlasten als sehr kritisch beurteilt. Für all das wurde aber eine wirtschaftliche Lösung gefunden:
1) Die Abstände der Schrägseile wurden so modifiziert, dass jedes Kabelpaar(Hauptfeld/ Rückhaltefeld) ungefähr dasselbe Gewicht aus g1 und g2 zu tragen hat und trotzdem die Abschnittlänge der Stahlsegmente im vernünftigen Rahmen bleibt, daraus ergaben sich die Kabelabstände von 16m zu 9m. das ganze Packet der Rückhalteseile musste etwas vom plyon weggeschoben werden, was mit den Ausschreibungsbedingen verträglich war [ Bild 4]
2) Die Außenabmessungen des Überbaus und auch die Untersichten über die gesamte Brückenlänge mussten einheitlich bleiben. Die außen liegenden Kragplatte ist alle 4 Meter durch Druckstreben gestützt, aus Kontinuitätsgründen sind diese auch im Betonbereich als Stahlstützen ausgeführt worden. An jeder Druckstrebe sind im Beton ähnlich den Querträgern im Stahlquerschnitt Querrippen im Kragarmbereich des Betons in 4 m Abstand vorgesehen die auch zu einer einheitlichen Außenansicht beitragen, dies wurde dem Bauherr auch durch eine Visualisierung erläutert und so dann auch akzeptiert. [ Bild 5]
3) Vor allem in den Vorlandfelder war das hohe Gewicht mit bis zu 100ton pro lfm ein großes Problem bezüglich Erdbebenlasten. Die ersten Berechnungen mit querfesten Lagern an allen Pfeilern ergaben sehr große Querlasten aus Erdbeben mit entsprechen negativem Einfluss auf die Abmessungen der Pfeiler und Fundamente. Erst als die Querfesthalterung in den 3 Zwischenpfeilern entfernt und die Pfeiler in 2 Scheiben aufgelöst wurden – und damit das Gesamtsystem „weicher“ wurde - waren die Lasten erträglich und dazu noch auf weniger Pfeiler beschränkt.

Damit war die Entscheidung für die Variante 4 gefallen und das Angebot wurde dafür ausgearbeitet. 

Das Gewicht des 376 m langen Hauptfeldes wird nun in zwei fächerförmigen Seilebenen mit 4 x 20 Schrägseilen über einen Pylon in das 200 m lange rückwärtige Feld zurückgehängt. 
Auf der Nordseite besteht der Vorlandbereich aus 4 Spannbetonfeldern mit Spannweiten von 70 – 108 – 80 - 80m. Der durchlaufende Überbau ist monolithisch mit dem Pylon verbunden. Die Gesamtlänge der Brücke beträgt 964 m Der Brückenquerschnitt besteht über die gesamte Länge aus einem Hohlkasten mit 14,50 m Breite und 4,75 m Bauhöhe. Die Gesamtbreite des Überbaus beträgt 45 m,. Damit bietet der Querschnitt Platz für zwei außen liegende Fuß- und Radwege, zwei dreispurige Richtungsfahrbahnen sowie zwei innen liegende Gleislinien für Metro oder Straßenbahn. Zur Verankerung der Schrägseile wird der Hohlkasten dreizellig ausgeführt, mit zwei kleinen Außenzellen, in denen die Kabel verankert werden, und einer großen Mittelzelle, die von umfangreichen Versorgungsleitungen belegt wird 

Im Frühjahr 2008 erhielt ein Konsortium von PORR, DSD und SCT unter Führung von PORR von der Stadt Belgrad einen FIDIC Vertrag zur Planung und Ausführung. Die Ausführungsplanung der Unter –und Überbauten wurde dem Ingenieurbüro Leonhardt, Andrä und Partner übertragen 

2 Ausführungsplanung
2.1 Belastung

Als Ausschreibungsvorgabe waren Erdbeben- und Windlasten nach örtlichen Gegebenheiten zu bestimmen. Sowohl ein Seilausfall (Doppelseil) als auch ein Strebenbruch sind in der Bemessung zu berücksichtigen. Diese Ermittlung der Lasten sowie die gesamte Planung erfolgt nach Euro-Codes mit den Din-Fachberichten als nationale Anwendungsdokumente.

Belgrad befindet sich einer Erdbebenzone mit einer anzusetzenden Bodenbeschleunigung, die gemäß EC8 nur knapp oberhalb des Grenzwertes (0,08g) für geringe seismische Aktivität liegt. In den angrenzenden Ländern wie Griechenland, Albanien oder Rumänien kommt es hingegen immer wieder zu deutlich heftigeren Erdbeben. Magnituden von bis zu ca.VII wurden bereits gemessen.
Obwohl die Bodenbeschleunigungen am Fels gering sind, treten oberflächennah, infolge der Verstärkung durch die Bodenschichtung, deutlich höhere Beschleunigungen auf. Dies schlägt sich in sehr großen Bodenparametern S nieder, die deutlich über den größten empfohlenen Werten nach EC8 liegen. Hierdurch ergeben sich dann Beschleunigungen im Bereich der Fundamente von über 0,2g. Diese Größenordnung liegt damit über dem zweiten Kriterium gemäß EC8 für geringe Seismizität (ag•S<0,1g).

Als Erdbebensicherung erhalten die Pfeiler 1, 5, 7 und 8 eine Aussparung, die eine Querkraftkonsole des Überbaus aufnehmen kann. Um ein Abheben der Lager in Achse 7 sicher zu verhindern wurden vertikal angeordnete Rückverankerungen angeordnet, die so vorgespannt sind, dass auch im Bruchzustand keinen abhebenden Lasten auftreten.

In der Ruhruniversität Bochum wurden Windkanalversuche zur Ermittlung der Formbeiwerte im Bauzustand und Endzustand und zur Überprüfung der aerodynamischen Stabilität durchgeführt, sowohl an einem Teilmodel des Überbaus als auch an einem Vollmodell des Pylons im Maßstab 1: 200. 

2.2 Besonderheiten

Die Herstellung des Seitenfelds und der Vorlandfelder im Takschiebeverfahren stellte die Planer vor ganz besondere Herausforderungen.

• Die Balance zwischen Hauptfeld (Stahl) und Seitenfeld (Beton) ist sehr sensibel. Stahlgewichte können relativ genau vorherberechnet werden, während ein Betonüberbau doch erfahrungsgemäß ziemlich große Toleranzen im Eigengewicht unterliegt (Stegdicke, Plattendicke, Wichte des Beton) Deshalb wurde 
a) ein zusätzlicher Lastfall „Ungleichgewicht“ in der Schnittkraftermittlung berücksichtigt. Dabei wurden +/- 2.5% unterschiedliches Eigengewicht zwischen Hauptfeld und Seitenfeld ungünstig überlagert
b) Ballastbeton im Seitenfeld vorgesehen, dessen Volumen erst nach dem Ablassen der Hilfsstützen aus den dabei gemessenen Verformungen bestimmt wurde. Abweichungen in der Höhenlage können damit sehr einfach ausgeglichen werden.

• Im Seitenfeld besteht der Überbau aus einem 3-zelligen Hohlkasten, wobei die Außenstege 3m Abstand vom Innensteg habe. Da im Endzustand alle 4 Stege ungefähr dieselben Lasten aufnehmen müssen, sind alle 4 Stege mit 60 cm Dicke ausgeführt worden, zu dünn als dass man nur auf 2 Stegen Schieben kann. Deshalb wurde eine Wippe entwickelt, die ohne kompliziertes hydraulisches Pressensystem die Lasten ganz einfach und sicher je zur Hälfte auf die beiden Stege verteilt: auf den Stützenköpfen wir ein Betonblock aufgelegt, der an der Unterseite ein Streifenlager erhält (Elastomerkissen) und oben die beiden Taktschiebelager.
• Die Betonüberbauten können nur auf einer Geraden oder einem Kreisbogen eingeschoben werden. Erforderliche Überhöhungen sind schwer zu realisieren, variable Steghöhen schieden hier aus geometrischen Gründen aus, es würde zu wechselnder Druckstrebenneigung führen, was weder für den Bauherrn noch die ausführende Firma akzeptabel gewesen wäre. Wegen der relativ großen Anzahl von Hilfsstützen mit unterschiedlichen Abständen ist ein „Schieben auf der Welle“ auch als unmöglich. Deshalb wurde für die Vorlandfelder die sogenannte Verschiebeleiste entwickelt: ein Betonstreifen unter dem Steg, der nach Endverschub ausgebaut wurde. Mit dieser Maßnahme konnte die erforderlichen Überhöhungen -bis zu 15 cm in dem 108m Feld- realisiert und das wirtschaftliche Taktschieben erst realisiert werden.
Im Seitenfeld wurde mit langwierigen Iterationsberechnungen eine kreisförmige Ersatzgradiente ermittelt, die nur wenige Zentimeter von der Sollgradiente abweicht. Deshalb konnte dort auf die Überhöhungsleiste verzichtet werden.


3. Ausführung
3.1 Pylon

Der Pylon hat die Form eines spitzen Kegels, der im unteren Teil auf zwei Stielen steht. Sie durchdringen den Überbau und verbinden sich in 98 m Höhe zu einem gemeinsamen kreisförmigen Schaft, der die Schrägseilverankerungen aufnimmt. Dabei verkleinert sich der Radius des Kegels von 8 m am Grund zu 2 m in 175 m Höhe.

Die Herstellung erfolgte bis zum Brückendeck mit einer selbstkletternden Schalung in 5 Abschnitten von 4,39 m Höhe und darüber in 34 Abschnitten von 4,59 m Höhe bis zu einer Gesamthöhe von 175 m. Dabei wurde, um Bauzeit zu sparen, der Pylon im Bereich des Pfeilertisches (= Überbau in Höhe Plyon) durchgeklettert und dieser dann unter Nutzung von mechanischen Bewehrungsanschlüssen und nachträglich eingefädelten Spanngliedern später hergestellt und mit dem Pylon monolithisch verbunden. Bis zum Zusammenschluss der zwei zueinander geneigten Stiele wurden diese zweimal mit insgesamt 4 Streben temporär gegeneinander abgestützt. Nach oben hin mussten die zwei getrennten Kletterschalungen versetzt fahren, da der Platz für ein paralleles Klettern nicht ausreichend war.

Die Verankerung der unteren 10 Seilebenen erfolgt direkt im Beton und wird mit ringförmigen Spanngliedern kurzgeschlossen. Die Verankerung der oberen 10 Seilebenen erfolgt in Stahl, da für eine Betonverankerung zu wenig Platz zur Verfügung steht. Dafür werden Stahlkästen mit Traversen versehen und im umgebenden Beton mit Schubdübel verankert, so dass auch im Fall eines Seilwechsels oder eines Seilbruchs die Kraft sicher auf die andere Seite übertragen werden kann.

Für den Pylon wird ein Beton der Güte C50/60 eingesetzt, im Verankerungsbereich C 55/67. Das Betonieren erfolgt vom Turmdrehkran aus über einen ferngesteuerten Betonkübel.

Ein Pylonbein wird mit einem Aufzug ausgestattet, das andere erhält einen Leitergang. 

Für die oberen 25 m wird eine mit einem 3 mm dicken Edelstahlblech verkleidete Stahlkonstruktion aufgesetzt. Zur Montage wurde die Spitze wegen der limitierten Hubkraft des Kranes von 12 to in mehreren Teilen montiert. Diese Spitze hat statisch keine Funktion und dient rein architektonischen Zwecken. Die Befestigung der Spitze auf den Betonpylon erfolgt durch Anschweißung auf Ankerplatten und zusätzlicher Abspannung mit Spannstäben. Bei der Bemessung war der Lastfall „Erdbeben“ und der daraus resultierende Peitscheneffekt maßgebend. Die mit 1,50 m Durchmesser kleine Plattform in 200 m Höhe ist von einer 1,50 m hohen Brüstung umgeben und von innen über Leitergänge erreichbar. Auf der Spitze werden Luftwarnleuchten montiert sowie Befestigungsmöglichkeiten für Abseileinrichtungen zur Wartung vorgesehen. Sie ist gleichzeitig Belgrads höchster Blitzableiter und wird entsprechend an die Erdung angeschlossen. 

3.1 Überbau Seitenfeld

Der Spannbetonüberbau wurde im Taktschiebeverfahren hergestellt und von der Südseite her 20 m über Grund von einer aufgeständerten Feldfabrik über drei im Abstand von 50 m abgespannte Hilfsstützen Richtung Pylon eingeschoben. Die Längsneigung beträgt 0,2%, die Segmentlänge 18 m. Pro Segment waren 630 m³ Beton zu verarbeiten. Wegen den großen Abmessungen des 45 m breiten Überbaus wurde für die Taktherstellung die Feldfabrik in drei Abschnitte eingeteilt. Im hinteren erfolgt die Herstellung der 14,50 m breite Bodenplatte, im mittleren der 3-zellige 4,75 m hohe Hohlkasten mit vorgefertigten Schrägseilverankerungen, und im vorderen Abschnitt die 45 m breiten quervorgespannten Kragplatten mit den Druckstreben. So konnte in allen drei Abschnitten gleichzeitig gearbeitet werden. Der 200 m lange Überbau hatte beim Endeinschub ein Gewicht von ca. 20.000 Tonnen. Wegen der außergewöhnlich großen Steifigkeit des Überbaus begrenzte die vorhandene Hubkapazität von 4 x 800 = 3200 Tonnen den Hubweg und das Ausheben des Überbaus aus dem Bremssattel. So wurde dieser je nach Bedarf umgebaut und auch als Gleitlager benutzt.

Mit Erreichen der letzten Hilfsstütze wurde der Vorbauschnabel elementweise rückgebaut. Wegen des erforderlichen hohen Anschlussmomentes von fast 200.000 kNm musste der Schnabel für das Projekt Sava Brücke neu gefertigt werden. Am Anschluss zum Überbau ist er 4,75 m hoch. Die Verbände des Schnabels wurden so geplant, dass er für zwei verschiedene Spurweiten eingesetzt werden konnte. Beim Backspan mit einem Achsmaß von 9 m, beim Side Span mit einem Achsmaß von 13,50 m.

Der Lückenschluss erfolgte auf einer Rüstung zum Pfeilertisch des Pylons. Über eine temporäre Verschlosserung wurde der Festpunktwechsel von der Achse 7 zum Pylon vollzogen und die Lücke in zwei Abschnitten für Trog und Fahrbahnplatte geschlossen. Das Seitenfeld wird danach in der Feldfabrik um 50 m für das Endfeld bis zum Pfeiler 8 verlängert. Die Hilfsstützen können erst nach Einbau aller Schrägseile mit Fertigstellung des Hauptfelds entfernt werden. 

3.3 Überbau Hauptfeld

Die 7800 Tonnen Stahl in der Güte S355 J2+N für den Überbau wurden in China mit entsprechendem Vorlauf vorgefertigt und kamen in 7 Transporten zu je ca. 1000 Tonnen in geeigneten Elementgrößen auf dem Seeweg nach Amsterdam / Rotterdam. Sie werden dort umgeschlagen und gelangen schließlich über den Rhein Main Donau Kanal nach Belgrad, wo sie direkt an der Baustelle entladen werden. 

Auf der Halbinsel Ada Mala im Bereich des Side Spans wurde ein 200 m langer Vormontageplatz hochwassersicher eingerichtet. Ein Portalkran mit 48 t Kapazität und 30 m Spannweite bedient diesen Bereich der sowohl zur Lagerung, Vorfertigung der Kragarmbereiche, Boden- und Fahrbahnplatten, dem Zusammenbau des Gesamtquerschnitts einschließlich der kastenförmigen Schrägstreben, K-Verbandsstreben und der Laufschienen für den Brückenbesichtigungswagen als auch den Korrosionsschutz genutzt wird.

Der Stahlquerschnitt besteht aus dem dreizelligen Hohlkasten mit orthotroper Platte, den Kragarmen mit einem mittragendem äußeren Längsträger der gleichzeitig auch als Schiene für das Inspektionsgerüst genutzt wird und den Schrägstreben im Abstand von 4 m. 

Die äußeren Kästen übernehmen die Kräfte aus den Schrägseilen. Die Ankerköpfe lagern auf luftdicht verschweißten robusten Hohlkastenquerträgern. Die Stegbleche der äußeren Kästen sind im Verankerungsbereich in der Regel auf 35 mm verdickt, die Fahrbahnplatte ist mindestens 14 mm stark und durch Trapezsteifen und Querträger im Abstand von 4 m ausgesteift.

Die Konzentration der verschiedenen Spannungen aus Längs- und Querrichtung insbesondere im Bereich der Anbindung der Schrägstreben an den äußeren Kasten erforderte eine enge Zusammenarbeit zwischen Tragwerksplanung und Fertigung. Um sicherzustellen, dass die Fertigung solch komplizierter Knotenpunkte überhaupt möglich ist, wurde parallel zur Ausarbeitung der Statik eine Computersimulation des Zusammenbaus in der Werkstatt entwickelt.

Den Beginn der Stahlbaumontage machte das 505 t schwere und 17,1 m lange Übergangselement T 1, welches im Bereich der Aufschüttung um den Pylonfuß auf Hilfsstützen mit Hilfe von Mobilkranen montiert und in die Schalung des Pfeilertisches am Pylon eingebunden wurde . Kopfbolzendübel und im Beton verankerte Spannglieder sollen die Kraftübertragung zum vorgespannten Pfeilertisch gewährleisten. Die Montage der weiteren 21 Schüsse erfolgt wie üblich im Freivorbau. Damit bleibt der Schiffsverkehr weitgehend ungestört.

Die vorgefertigten Transportelemente werden auf dem Vormontageplatz zu ganzen Schüssen zusammengebaut und verschweißt. Die komplettierten 45m breiten, 16 m langen und 4,75 hohen Schüsse erhalten – wann immer witterungsbedingt möglich – ihren Baustellenkorrosionsschutz, bevor sie mittels Selbstfahrer (SPMT) aufgenommen und über ein eigens entwickeltes für verschiedene Wasserspiegel nutzbares System von Rampen auf eine für diese Projekt umgebaute 80 m lange und 15 m breite Ponton mit 1.300 t Tragkapazität verfahren werden. Mittels Schubschiffen und Winden wird das neue Brückensegment unter der Einbaustelle positioniert. Ein Derrick am Kragarmende zieht die Elemente mit Hilfe zweier Litzenheber a 200 t Kapazität hoch (Bild 12), wo sie ausgerichtet und dann mit dem bestehenden Kragarm verschweißt werden. Das Gewicht der Elemente beträgt bis zu 360 Tonnen.

Nach dem Anschweißen des Schusses zum Kragarm wird der Derrick mit Hilfe horizontal angebrachter Litzenheber vorgeschoben. Danach konnte das nächsten Seilpaar eingebaut und damit die Last des längeren Kragarmes in den Pylon und weiter in das Seitenfeld zurückgehängt werden. Die Abschnittslänge des Freivorbaus ist durch den Abstand der Schrägseilverankerung von 16 m gegeben. 

3.4 Schrägseile

Die bis zu 373 m langen Schrägseile bestehen aus parallelen Litzenbündeln des Typs BBR High Am Cona. Für diesen Seiltyp wurden Eignungsversuche mit drei verschiedenen Seil und Ankergrößen durchgeführt. Jede Litze ist aus Korrosionsschutzgründen galvanisiert, gewachst und PE-ummantelt. Die Litzenbündel laufen durch ein HDPE Rohr mit bis 300 mm Durchmesser. Es wird für die 80 Seile in Summe 1280 to Spannstahl eingebaut. Je Seil werden bis zu 88 Litzen eingezogen. Der Vorteil dieses Seiltyps ist die Möglichkeit zur Auswechslung von einzelnen Litzen. Durch gezielte Führung und Umlenkung der Litzen im Ankerkörper werden Winkeländerungen von den Keilbissen ferngehalten was und Biegespannungen maßgeblich reduziert.

Im Pylon befinden sich die Festanker, im Hohlkasten der Überbauten die Spannanker. Diese sind mit einer großen Ringmutter versehen, um später bei Bedarf Feinjustierungen vornehmen zu können. Das Vorspannen der Litzen erfolgt mit Einzelspannpressen. Um eine gleiche Kraft in allen Einzellitzen zu gewährleisten wird eine Pilotlitze um einen bestimmten Wert überspannt und auf einer Lastzelle abgesetzt. Die folgenden Litzen werden jeweils bis zur Last der Lastzelle gespannt. Damit werden Laständerungen in den Litzen zum Beispiel durch die Verringerung des Seildurchhanges oder durch die Bewegung des Pylons und des Überbaus berücksichtigt. Wenn ein Seilpaar auf diese Weise vorgespannt ist, werden die Spannkräfte mit Lift-off Tests an einzelnen Litzen kontrolliert. Zur Vermeidung von Ungenauigkeiten aus Temperatur und Sonneneinstrahlung erfolgt diese Lastbestimmung immer früh morgens zur gleichen Zeit in der auch die entsprechende Vermessung des Überbaus stattfindet.

Der Einbau erfolgt in zwei Spannstufen. Eine erste zur Montage des Freivorbaus. Nach dem Lückenschluss wird ein Teil der Ausbaulast aufgebracht, die Gradiente gemessen und jedes zweite Seilpaar voll vorgespannt. Nach einer erneuten Messung werden am Schluss auch die verbliebenen Seile voll vorgespannt. Die Ermittlung der Spannkraft berücksichtigt zu diesem Zeitpunkt die gemessene Geometrie. 

Zum Einbau wird ein umfangreiches Messprogramm durchgeführt. So werden Pylonbewegungen sowie Achslage und Gradiente des Überbaus nach jeder wesentlichen Laständerung überprüft und mit dem Ausführungsplaner die eventuell notwendigen Anpassungen erörtert

Zur Vermeidung von Seilschwingungen erhält jedes Seil am Seilausgang auf dem Überbau einen Reibungsdämpfer.

3.5 Überbau Vorlandfeld

Nach dem Herstellen des Seitenfelds wurde der Vorbauschnabel zum Vorlandfeld umgesetzt. Die Feldfabrik liegt hier im ersten Feld zwischen Pfeiler 1 und 2. Der 358 m lange Überbau wird gegen eine Längsneigung von 2 % in 19 Takten mit einer Regellänge von 20 m eingeschoben. Zwischen Achse 1 und 2 verlangt die Trassierung eine Klothoide und einen Wechsel des Quergefälles. Dies wird über eine Änderung der Neigung und Breite der Kragarme erreicht, der Hohlkasten bleibt gerade. 

Zwischen den Bauwerkspfeilern stehen Hilfsstützen, die die Spannweite für den Verschub auf 36 bzw. 40 m verringern. Der Überbau ist als einzelliger Spannbetonhohlkasten ausgebildet und erhält neben der zentrischen Primärvorspannung auch eine girlandenförmige Sekundärvorspannung in den 1,20 m breiten Stegen, die erst nach dem Verschub eingefädelt und vorgespannt wird. Danach können die Hilfsstützen entfernt werden. Eine besondere Herausforderung ist die erforderliche Überhöhung von ca. 25 cm für das 108 m lange zweite Feld, sowie kleinere Überhöhungen für die 80m Felder, was einen Verschub auf bis zu 30 cm dicken Überhöhungsleisten aus bewehrtem Beton erforderlich macht. Die gesamte Schalung ist dafür höhenverstellbar ausgebildet.

Die Kragarme sind über die gesamte Breite quer vorgespannt. Die Feldfabrik war in Längsrichtung zweigeteilt. Im hinteren Bereich wurde der Trog und die Decke des Troges mit zwei Betonagen hergestellt, im vorderen Bereich die Kragarme mit den Schrägstreben eingebaut. Die Herstellung des gesamten Querschnittes erfolgte im 2-Wochen Takt.

Für den ca. 30.000 Tonnen schweren Überbau waren zwei hydraulische Zwillingsverschubanlagen mit einer Gesamthubkapazität von 4.400 to erforderlich. Zur Abtragung der horizontalen Verschubkraft von max. 1.800 to war der Pfeiler 2 während der Bauzeit zusätzlich über Betonstreben gegen die Feldfabrik abgestützt.

Nach Erreichen des Pfeilers 5 wurde der Vorbauschnabel entfernt und der Überbau in die Endlage geschoben. Für den Lückenschluss zum Hauptfeld wurde zuerst das Stahlschlusssegment T2 eingehoben und mit dem Kragarm des Freivorbaus verschweißt und über eine temporäre Verschlosserung das Vorlandfeld an das Hauptfeld gekoppelt, danach wurde die Lücke ausbetoniert und vorgespannt.

Zusammenfassung

Im Jahr 2005 lobte die Stadt Belgrad einen internationalen Planungswettbewerb aus, um die beste gestalterische Lösung für eine neue Savequerung zu finden. Als Sieger aus diesem Wettbewerb ging der Entwurf einer einhüftigen Schrägseilbrücke von Victor Markelj (Ingenieurbüro Ponting, Maribor, Slowenien) hervor, der mit Unterstützung des Architekten Peter Gabrijelcic die typische Form des sehr schlanken Pylons entwickelte. 

Hauptaugenmerk bei der Angebotsplanung lag in einer Optimierung der Gründung sowie der Überbauten. Für den Pylon wurde ein kombinierte Bohrpfahl/Schlitzwandgründung ausgearbeitet. Wegen den unterschiedliche großen Spannweiten der Hauptfelder wurde der Überbau optimiert. Das Gewicht des 376 m langen Hauptfeldes wird nun in zwei fächerförmigen Seilebenen mit 4 x 20 Schrägseilen über einen Pylon in das 200 m lange rückwärtige Seitenfeld zurückgehängt. Das längere Hauptfeld ist als „leichter Stahlüberbau“ mit dem kürzeren „schweren Betonüberbau“ des Seitenfelds im Gleichgewicht, wodurch große abhebende Lasten am rückwärtigen Pfeiler vermieden werden. Auf der Südseite schließt sich ein Endfeld mit 50 m Spannweite zur Rampenanbindung an. Auf der Nordseite besteht der Vorlandbereich aus 4 Feldern mit Spannweiten von 70 – 108 – 80 - 80 m. Er wird wie das Seitenfeld in Spannbetonbauweise ausgeführt. Der durchlaufende Überbau ist monolithisch mit dem Pylon verbunden. Die Gesamtbreite des Überbaues beträgt 45 m, wobei die außen liegenden Kragplatten alle 4 Meter durch stählerne Druckstreben gestützt sind. An jeder Druckstrebe sind ähnlich den Querträgern im Stahlquerschnitt Querrippen im Kragarmbereich des Betons in 4 m Abstand vorgesehen die auch zu einer einheitlichen Untersicht beitragen. Zur Verankerung der Schrägseile wird der Hohlkasten dreizellig ausgeführt, mit zwei kleinen Außenzellen, in denen die Kabel verankert werden, und einer großen Mittelzelle, die von umfangreichen Versorgungsleitungen belegt wird 

Als Ausschreibungsvorgabe für die Ausführungsplanung waren Erdbeben- und Windlasten nach örtlichen Gegebenheiten zu bestimmen. Belgrad befindet sich einer Erdbebenzone mit einer anzusetzenden Bodenbeschleunigung, die gemäß EC8 nur knapp oberhalb des Grenzwertes (0,08g) für geringe seismische Aktivität liegt. Magnituden von bis zu ca.VII wurden bereits gemessen. Hierdurch ergeben sich dann Beschleunigungen im Bereich der Fundamente von über 0,2g.
Als Erdbebensicherung erhalten die Pfeiler 1, 5, 7 und 8 eine Aussparung, die eine Querkraftkonsole des Überbaus aufnehmen kann. Um ein Abheben der Lager in Achse 7 sicher zu verhindern wurden vertikale externe Spannglieder angeordnet, die wegen der größeren Biegespannung dieselben Ankerköpfe wie die Schrägseile erhalten. In der Ruhruniversität Bochum wurden Windkanalversuche zur Überprüfung der aerodynamischen Stabilität durchgeführt, sowohl an einem Teilmodel des Überbaus als auch an einem Vollmodell des Pylons. 

Die Herstellung des Rückhaltefelds und der Vorlandfelder im Takschiebeverfahren stellte die Planer vor ganz besondere Herausforderungen:
• Die Balance zwischen Hauptfeld (Stahl) und Seitenfeld (Beton) ist sehr sensibel. Deshalb wurde ein zusätzlicher Lastfall „+/- 2.5% unterschiedliches Eigengewicht“ eingeführt und für das Seitenfeld variabler Ballastbeton vorgesehen.
• Im Seitenfeld besteht der Überbau aus einem 3-zelligen Hohlkasten, wobei die Außenstege 3m Abstand vom Innensteg habe. Für das Einschieben wurde eine Wippe entwickelt, die ohne kompliziertes hydraulisches Pressensystem die Lasten ganz einfach und sicher 50/50 verteilt.
• Wegen der relativ großen Anzahl von Hilfsstützen sind die Verformungen von Bauzustand und Endzustand sehr unterschiedlich. Deshalb wurde für die Vorlandfelder Verschiebeleisten entwickelt, ein Betonstreifen unter dem Steg, der nach Endverschub ausgebaut wurde. 

Der Spannbetonüberbau des Rückhaltefelds überquert mit 200 m einen kleinen Seitenarm der Sava. Der Überbau wurde im Taktschiebeverfahren hergestellt und von der Südseite her 20 m über Grund von einer aufgeständerten Feldfabrik über drei im Abstand von 50 m abgespannte Hilfsstützen Richtung Pylon eingeschoben. 

Die 7800 Tonnen Stahl für den Überbau des Hauptfelds wurden in China vorgefertigt und kamen in geeigneten Elementgrößen auf dem Seeweg nach Amsterdam / Rotterdam, wurde dort umgeschlagen und gelangten schließlich über den Rhein Main Donau Kanal nach Belgrad. Auf der Halbinsel Ada Mala im Bereich wurde ein 200 m langer Vormontageplatz hochwassersicher eingerichtet, das Brückensegment auf einen Ponton verladen und mit Winden unter der Einbaustelle positioniert. Ein Derrick am Kragarmende zog die Elemente mit Hilfe zweier Litzenheber a 200 t Kapazität hoch, wo sie ausgerichtet und dann mit dem bestehenden Kragarm verschweißt werden. Das Gewicht der Elemente betrug bis zu 360 Tonnen.

Die bis zu 373 m langen Schrägseile bestehen aus parallelen Litzenbündeln. Jede Litze ist aus Korrosionsschutzgründen galvanisiert, gewachst und PE-ummantelt. Die Litzenbündel laufen durch ein HDPE Rohr mit bis 300 mm Durchmesser. Es wurde für die 80 Seile in Summe 1280 to Spannstahl eingebaut. Je Seil werden bis zu 88 Litzen eingezogen. Zur Vermeidung von Seilschwingungen erhält jedes Seil am Seilausgang auf dem Überbau einen Reibungsdämpfer.

Nach dem Herstellen des Rückhaltefelds wurde der Vorbauschnabel zum Vorlandfeld umgesetzt. Der 358 m lange Überbau wird gegen eine Längsneigung von 2 % in 19 Takten mit einer Regellänge von 20 m eingeschoben. Zwischen den Bauwerkspfeilern stehen Hilfsstützen, die die Spannweite für den Verschub auf 36 bzw. 40 m verringern. 

Die Verkehrsübergabe erfolgt am 31. Dezember 2011 um Mitternacht mit einem großen Feuerwerk. Das Bild der fertigen Brücke zeigt sehr schön, welches beindruckende Bauwerk durch die professionelle und freundschaftliche Zusammenarbeit aller am Bau beteiligten Nationalitäten da zustande gekommen ist.

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Projekttitel

Brücke über die Sava

Kategorie

Brückenbau

Preisverleihung zum Ingenieurpreis des Deutschen Stahlbaues 2013

v.l.n.r. Dr. Falko Schröter (Dillinger Hütte, Vorsitzender der Jury), Siegfried Hopf (Leonhardt, Andrä und Partner GmbH), Dr. Bernhard Hauke (bauforumstahl) ©bauforumstahl

Jahr der Fertigstellung (bzw. Anwendung)

2012

Ortsangabe

Belgrad, Serbien

Ingenieur

Siegfried Hopf
Leonhardt, Andrä und Partner GmbH
Ingenieurbuero
Heilbronner Straße 362
70469 Stuttgart
Tel.: 0711 2506-157
E-Mail: siegfried.hopf@lap-consult.com

Weitere Projektbeteiligte

Entwurfsverfasser und Prüfer:
Viktor Markelj 
Ponting
Strossmayerjeva 28, 2000 Maribor, Slowenien
Tel. +386 2 234 40 60 / Fax: +386 2 234 40 66
viktor.markelj@ponting.si

Architekt

Peter Gabrijelčič 
Arhitektura d.o.o.
Jurčkova usta 21 A
1000 Ljubljana
Slovenija
Tel: +386 41 389 090 / 920 876
info@architektura_doo.si

Weitere Fachingenieure

Bauüberwachung / Bauoberleitung: Louis Berger Group Inc. (Washington, DC)
Aeordynamische / seismische Beratung: Eusani-Hortmanns-Zahlten EZI (Solingen)
Windkanalversuche: Ruhruniversität Bochum
Gründungsplanung: IBBS-ZT / ste.p / Prof. Adam (Wien)
Vermessung: Noack Ingenieurgesellschaft mbh (Passau`
Vorspannung Seitenfelder: BBV Vorspanntechnik GmbH (Bobenheim-Roxheim)
Vorspannung Vorlandfeld: DSI DYWIDAG-Systems International (München)
Schrägseile: VT Vorspanntechnik GmbH & Co. KG (Salzburg), BBR HIAM Cona

Bauherr

Herr Rubinioi
Belgrade Land Development Public Agency
Njegoseva 84, 11000 Belgrade, Serbia

Foto Seitenkopf (Ausschnitt)
© Svetlana Dingarac