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Hochmoselbrücke: Brückenbauprojekt mit vielen Herausforderungen für Planung und Bau

HRA Ingenieurgesellschaft
Pfeiler im Bauzustand und FE-Modell für nichtlineare Verformungsberechnung

 

RIB-Programme unterstützen Ingenieure bei anspruchsvollen prüfstatistischen Aufgaben 

HRA Ingenieurgesellschaft - vielseitig aufgestellt 

Die in Bochum und Mainz ansässige HRA Ingenieurgesellschaft bietet von der Tragwerksplanung über Prüfung bis hin zur Bauüberwachung und Bauabnahme ein vielfältiges Leistungsspektrum an. Im Brückenbau, im Industrie- und Hochbau sowie im Ingenieur- und Wasserbau kann das Unternehmen eine Vielzahl erfolgreich absolvierter Bauprojekte vorweisen. Das Ingenieurbüro beschäftigt derzeit rund 20 Mitarbeiter und engagiert sich neben dem klassischen Planen und Bauen zudem in der Forschung, der Entwicklung von Softwareprogrammen sowie in Normenausschüssen.

 

Neubaustrecke „Hochmoselübergang“ mit 1.702 Meter langer Talbrücke

Zu den aktuellen Projekten zählt die 1.702 Meter lange Hochmoselbrücke in Rheinland-Pfalz, welche im Auftrag des Landesbetriebs für Mobilität Rheinland-Pfalz gebaut wird. Eine neue Verbindung der Bundesstraße 50 (B 50n) über das Moseltal entsteht zwischen Ürzig und Zeltingen-Rachtig, die voraussichtlich 2016 für den Verkehr freigegeben werden soll. Die neue Straßenbrücke, die mit insgesamt vier Fahrstreifen sowie zwei Standstreifen neben dem Moseltal die Bundesstraße 53 sowie die Landesstraße 189 überquert, gilt als Herzstück des dritten Bauabschnittes der Neubaustrecke „Hochmoselübergang“ auf der B 50n (Abschnitt IIb). Vorwiegend mittelständische Unternehmen, die im April des Jahres 2009 mit Planung und Bauausführung des auf rund 360 Millionen teuren Bauprojekts begonnen haben, wurden mit der Realisation der aufwändigen Baumaßnahme unter Führung der Eiffel Deutschland Stahltechnologie, Hannover, betraut. Die Aufgabe der HRA Ingenieurgesellschaft: Die statische Prüfung sowie diverse Detailuntersuchungen des Brückenbauwerks. Die Programme PONTI® sowie TRIMAS® des Stuttgarter Anbieters RIB Software AG, die zum Standardrepertoire der im Unternehmen eingesetzten Softwarewerkzeuge zählen, haben die Ingenieure in diesem Projekt für zahlreiche Berechnungen eingesetzt.

HRA Ingenieurgesellschaft
Fernstraßennetz mit Trasse B50neu
HRA Ingenieurgesellschaft
Gesamt- und Detailmodell des Doppelquerrahmens für FE-Berechnungen

Die Hochmoselbrücke in Zahlen

Die geplante Stahlbalkenbrücke mit einer Länge von 1.702 Metern mit orthotroper Fahrbahnplatte weist in Längsrichtung den Durchlaufträger als Bauwerkssystem auf und besteht aus insgesamt elf Feldern mit sehr großen Stützweiten. Für die Querrichtung ist ein Hohlkastenquerschnitt vorgesehen. Insgesamt zehn Pfeiler mit einer maximalen Höhe von 158 Metern aus Stahlbeton sollen die neue Brücke über die Mosel tragen. Wird die Gründung von rund 50 Metern an dieser höchsten Stelle noch addiert, so errechnet sich eine Maximalhöhe von 200 Metern. Für diese Gründung sieht die Planung Großbohrpfähle vor. Für die Montage des Überbaus mit einer Masse von ca. 25.000 Tonnen wird – so die Vorgaben der Planung – das Taktschiebeverfahren angewendet werden. Am Widerlager Hunsrück soll dieser abschnittsweise zusammengebaut und anschließend eingeschoben werden.

 

Bislang größtes Vorschubfeld in Europa

Eine Brücke, die sogar einen europaweiten Rekord erzielt: Denn das größte Feld, das von einem dafür errichteten Vormontageplatz auf der Südostseite über die Moselöffnung ohne zusätzliche Hilfsstütze vorgeschoben wird, beträgt sage und schreibe 210 Meter. Insgesamt 82 Schüsse mit einer mittleren Schusslänge von knapp 21 Metern wird der Bauausführer Eiffel Stahltechnologie von diesem Punkt aus montieren. Für jeden der zehn Brückenpfeiler ist eine separate Vorschub-vorrichtung vorgesehen. Der Vorschub erfolgt über eine hydraulische Steuerung. Der Grund für die Komplexität: Es dürfen dabei keine Kräfte in den Untergrund geleitet werden.

Die Berechnungen für diese anspruchsvolle Aufgabe übernehmen neben den Prüfern von HRA die Tragwerksplaner von Klähne Beratende Ingenieure im Bauwesen, Berlin. Dr. Berthold Dobelmann von HRA erläutert die Aufgabe und die Komplexität der Berechnungen: „Beide Enden des Überbaus an den Widerlagern an den Achsen Null und 50 lassen Verformungen von jeweils 55 Zentimetern zu. Das bedeutet, je nach Art des Lasteinfalls, beispielsweise Wind, Temperatur oder diejenigen Lasten, die der Verkehr erzeugt, wird die Brücke entsprechend länger oder kürzer. Unsere Aufgabe ist es, die Bewegungsbegrenzungen an den beiden Widerlagern im Endzustand, also wenn die Brücke fertiggestellt und für den Verkehr freigegeben wird, exakt zu ermitteln.“ Hierfür analysierten die Ingenieure drei separate Fälle. Einmal die Kräfte, die an den Festpfeilern 3-6 wirken, zweitens, sämtliche Kräfte, die zum Widerlager an der Achse 50 wirken und zuletzt alle Kräfte, die zum Widerlager an Achse Null wirken. Am Widerlager Hunsrück in Achse 50 (Südost) wird der Überbau hergestellt. Zum Widerlager Eifel in Achse Null hin wird der Überbau feldweise vorgeschoben.

HRA Ingenieurgesellschaft
Systemskizze für Vorschub, Vorschubeinrichtung und Baugrund
HRA Ingenieurgesellschaft
Pfeiler im Bauzustand und FE-Modell für nichtlineare Verformungsberechnung

Riesige Kräfte kontrollieren

Die Kräfte, die auf die Brücke aufgrund ihrer Spezifikationen wirken, sind allesamt riesig. Daher gibt die Ausschreibung für das vom Düsseldorfer Büro Schüssler-Plan entworfene Brückenbauwerk, das nach dem Entwurf an alle aktuellen Standards angepasst wurde, vor, dass die Stabilität gewährleistet sein muss. Selbst für den Fall, wenn der Festpfeiler Nr. 3 am Nordwesthang 30 Zentimeter versetzt angreifen sollte. Die Bodenbeschaffenheiten machen eine solche „Sicherheitsrechnung“ erforderlich. Denn der Untergrund aus dem z.T. verwitterten Tonschiefer gilt als brüchig. Deshalb muss die Gründung an dieser Stelle auch weit in die Tiefe ragen, denn erst der weiter unten befindliche Schieferhorizont bietet die notwendige Tragfähigkeit.

 

Brückenunterbau: Bohrpfähle mit viel Bewehrung

Für das Bohrpfahlsystem des Unterbaus der in Querrichtung parabolisch gekrümmten Brücke errechneten HRA und die Tragwerksplaner von EHR Beratende Ingenieure für Bauwesen aus Stuttgart die Notwendigkeit für den Einsatz von enorm viel Bewehrung. Aus zweierlei Gründen. „Zunächst gibt der Entwurf sehr schlanke und optisch ansprechende Brückenpfeiler vor. Damit der Unterbau die vorgegebene Norm erfüllt, müssen extreme Lastfälle bei den z.T. nichtlinearen Berechnungen berücksichtigt werden“, erklärt der für die Unterbauten verantwortliche Markus Kubitza von HRA. Die Berechnungen dienen hier als Grundlage für die österreichische PORR AG, die in Abstimmung mit dem Projektkoordinator Eiffel die Errichtung der Unterbauten vornehmen wird.

 

Leistungsfähige Softwaresysteme bieten Unterstützung

Ingenieure und bauausführende Unternehmen sind bei diesen Aufgaben allesamt gefordert. Die Berechnungen sind knifflig und gleichzeitig gilt es für die Bauausführung, diese hochtechnischen Ingenieurleistungen mit den passenden Verfahren Realität werden zu lassen. Das sind Herausforderungen, bei denen der Einsatz leistungsfähige Softwaresysteme für das Planen und Bauen an vielen Stellen eine umfassende Hilfestellung gibt.

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FE-Modell für den Brückenüberbau mit verschiedenen Bauzuständen

 

Lastfälle einfach kombinieren mit PONTI®

Dr. Dobelmann erklärt, auf welche Weise die RIB-Programme, hier die Software PONTI®, die prüfstatischen aufwändigen und komplexen Aufgaben der HRA unterstützen: „Nur für den Überbau haben wir mehr als 200 verschiedene Bauzustände betrachten müssen.“ Zunächst 130 Abschnitte, da die Berechnung in 13-Meter-Schritten erfolgte. Doch damit nicht genug: Weiter haben die Ingenieure für jeden einzelnen Bauzustand etwa acht bis zehn weitere Zustände aufgrund der unterschiedlichen Lastfälle, die auf die Brücke wirken können, unter die Lupe genommen. „Mit der Software PONTI®, können wir diese relativ einfach miteinander kombinieren“, ergänzt der Experte. „So waren wir in der Lage, schneller und dabei gleichzeitig genauer zu arbeiten“, fasst er zusammen.

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