Hochmoselbrücke: RIB-Programme unterstützen bei prüfstatischen Aufgaben

(10.4.2015) Zu den aktuellen Projekten der in Bochum und Mainz ansässige HRA Ingenieurgesellschaft zählt die 1.702,35 Meter lange Hochmoselbrücke in Rheinland-Pfalz, welche im Auftrag des Landesbetriebs für Mobilität Rheinland-Pfalz ge­baut wird. Die neue Brücke über das Moseltal entsteht im Zu­ge der Bundesstraße 50 (B 50n) zwischen Ürzig und Zeltingen-Rachtig (siehe Grafik rechts und/oder Google-Maps) und ge­hört zu einem rund 25 Kilometer langen Gesamtprojekt, das nach den jetzigen Planungen im Jahr 2018 für den Verkehr frei­gegeben werden soll. Die Kosten des rund 25 Kilometer langen Gesamtprojektes werden mit ca. 456 Mio. Euro veranschlagt. Darin enthalten sind unter anderem neben der Hochmoselbrü­cke 40 weitere Bauwerke und der Streckenbau.

Die Hochmoselbrücke, die mit vier Fahrstreifen und zwei Standstreifen das Moseltal, die Bundesstraße 53 sowie die Landesstraße 189 überquert, gilt als Herzstück des Hochmoselübergangs, wie der Lückenschluss im Bundesfernstraßennetz auch bezeich­net wird. Vorwiegend mittelständische Unternehmen sind seit April 2009 mit der Ver­wirklichung der Neubaustrecke betraut. Die Arbeitsgemeinschaft „Eiffel Deutschland Stahltechnologie GmbH, Eiffage Construction Metallique Frankreich & Porr Deutsch­land GmbH, Zweigniederlassung Berlin“ baut die Hochmoselbrücke, die von der Berliner Schüßler-Plan Ingenieurgesellschaft entworfen wurde.

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:

Die Hochmoselbrücke in Zahlen

Die im Bau befindliche Hochmoselbrücke ist als Stahlbalkenbrücke mit statisch wirken­dem Durchlaufträger konstruiert. Sie erhält eine orthotrope Fahrbahnplatte. Die Stütz­weiten der elf Brückenpfeiler liegen zwischen 104,76 und 209,52 Metern. Der Brücken­querschnitt besteht aus einem Hohlkasten mit seitlich angeschlossenen Kragarmen, die im Abstand von 13,095 Metern durch Diagonalen unterstützt werden. Insgesamt zehn Pfeiler mit einer maximalen Höhe von 150,72 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. 30.000 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 immerhin 209,52 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 Vorschubvorrichtung vorgesehen. Der Vorschub erfolgt über eine hydraulische Steuerung. Der Grund für die Komplexität: Es dürfen dabei keine übermäßigen Horizontalkräfte in die Pfeiler 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: „Aufgrund von Temperaturänderungen, Wind, Bremsen/Anfahren u.a. entstehen an den Widerlagern Bewegungen, die von üblichen Fahrbahnübergängen nicht aufgenommen werden können. Die Bewegungen an den Widerlagern werden deshalb durch Bewegungsbegrenzer auf ±55 cm begrenzt.“ Hierfür analysierten die Ingenieure mehrere separate Zustände:

• Zum einen den Zustand, in dem die Längskräfte nur an den Festpfeilern 3-6 aufgenommen werden,
• zum anderen Zustände, bei denen der Überbau entweder am Widerlager in der Achse 0 oder der Achse 50 anliegt und die Widerlager hierbei zusätzliche Zug- oder Druckkräfte bis zu 20 MN im Grenzzustand der Tragfähigkeit aufnehmen müssen. Am Widerlager Hunsrück in Achse 50 (Südost) wird der Überbau herge­stellt. Zum Widerlager Eifel in Achse Null hin wird der Überbau feldweise vorge­schoben.

Brückenunterbau: Bohrpfähle mit hohem Bewehrungsgrad

Für das Bohrpfahlsystem des Unterbaus der in Querrichtung parabolisch gekrümmten Pfeiler errechneten HRA und die Trag­werksplaner von EHS Beratende Ingenieure für Bauwesen aus Lohfelden bei Kassel eine hohe Bewehrungsdichte. 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 vornahm.

Leistungsfähige Softwaresysteme zur 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 leistungsfähiger Softwaresysteme für das Planen und Bauen an vielen Stellen eine umfassende Hilfestellung gibt.

Dr. Dobelmann erklärt, auf welche Weise die RIB-Programme, hier die Software PONTI, die prüfstatischen aufwändigen und komplexen Aufgaben der HRA unterstützen: „Allein für den Überbau haben wir mehr als 200 verschiedene Bauzustände betrachten müs­sen.“ Zunächst 130 Verschubzustände, da die Berechnung in 13-Meter-Schritten er­folgte. Doch damit nicht genug: In verschiedenen Verschubzuständen treten System­änderungen auf, wie z.B. eine Änderung der voreingestellten Abspannkräfte des Py­lons, Auflaufen auf einen Pfeiler oder der Anbau weiterer Schüsse, so dass insgesamt 200 unterschiedliche Verschubzustände zu untersuchen waren. Für jeden einzelnen Verschubzustand wurden etwa zwanzig Lastfälle, die auf die Brücke wirken können, unter die Lupe genommen. „Mit PONTI, können wir diese relativ einfach miteinander kombinieren“, ergänzt der Experte. „So waren wir in der Lage, die Überlagerungen recht zügig durchzuführen“, fasst er zusammen.

Weitere Informationen zu Brückenbausoftware können per E-Mail an RIB angefordert werden.