Eisenbahnbrücke Lustenau

Aufgabenstellung

Im Auftrag der Österreichischen Bundesbahnen (ÖBB) war die statisch-konstruktive Planung für den Neubau der eingleisigen grenzüberschreitenden Eisenbahnbrücke über den Rhein bei Lustenau zu erstellen. Die Eisenbahnbrücke verbindet den Schweizer Kanton St. Gallen mit dem österreichischen Bundesland Vorarlberg und liegt auf dem Streckenabschnitt St. Margrethen (CH) – Lauterach (A), der ein Teil der internationalen Eisenbahnstrecke Zürich – Bregenz – München ist.

Die Planung der neuen Brücke umfasst die Projektphasen Einreichung (bilateral, Österreich und Schweiz), Ausschreibung und Ausführung.

Als Randbedingungen für die Planung der neuen Eisenbahnbrücke wurden die Verbesserung des Hochwasserschutzes sowie eine Fahrzeitverkürzung auf dem österreichischen Eisenbahnstreckenabschnitt vorgegeben. Für die Umsetzung der Vorgaben der internationalen Rheinregulierung (IRR) zum Hochwasserschutz am Rhein mit einer künftigen Abflusskapazität von 4.300 m³/s musste die Brückenunterkante um zwei Meter gegenüber dem Bestand angehoben und zur Vermeidung von Verklausungen glatt geplant werden. Bedingt durch eisenbahnbetriebliche Vorgaben auf der bestehenden Eisenbahntrasse und zur Erreichung der vorgegebenen Fahrzeitverkürzung musste die neue Trassenführung um rund 12 m nach Süden verschoben werden. Dadurch wurde die Anhebung der Streckengeschwindigkeit von bisher 60 km/h auf 100 km/h erreicht. In intensiver Zusammenarbeit mit der Internationalen Rheinregulierung (IRR), dem Land Vorarlberg, den Schweizer Behörden, aber auch mit den Fachdienststellen der ÖBB, dem Stahlbauberater, dem Metallurgen, dem Betontechnologen sowie mit dem Architekten konnten alle Randbedingungen in der Planung des ästhetischen Bauwerks gut umgesetzt werden.

Beschreibung der Konstruktion

Die neue Eisenbahnbrücke über den Rhein besteht aus insgesamt sieben eingleisigen Einfeldtragwerken auf tieffundierten Unterbauten. Die Gesamtlänge der Brückenkette beträgt 276,50 m. Das Kernstück bildet eine Bogenbrücke mit innovativer Verbundbauweise, die das Hauptabflussgerinne des Rheins überspannt. Die Stützweite der Bogenbrücke beträgt 102 m, der Bogenstich beträgt 19,95 m. Beidseitig an die Bogenbrücke schließen Vorlandbrückentragwerke in Form von Stahlbetontrögen an. Der Streckträger des Bogenbrückentragwerks besteht aus zwei gleisparallel verlaufenden Stahlhauptträgern, den Stahlendquerträgern und der querspannenden, an den Hauptträgern biegesteif angeschlossenen Ortbetonfahrbahnplatte. Der aufgesetzte Bogen in Stahlbetonbauweise ist in den Stahlbogenfüßen der beiden Hauptträger eingespannt, wodurch der Horizontalschub der Bogenkonstruktion direkt in die Streckträgerkonstruktion eingeleitet wird. Die Bogenachsen liegen jeweils in einer Ebene und sind in Brückenlängsrichtung zueinander geneigt. Die aus den Stahlbogenfüßen herausführenden Betonstile verschmelzen zum Bogenscheitel hin. Die Formgebung der gekrümmten äußeren Stegbleche der Hauptträger leitet sich aus der Projektion der zueinander geneigten Bogenstiele in den Grundriss ab. Durch die gewählte Konstruktionsart liegen diese Bleche auf einem Kegelmantel und sind abwickelbar. In Brückenlängsrichtung ergibt sich aufgrund dieses Konstruktionsprinzips eine variable Breite der geschweißten und luftdicht geschlossenen Stahlhauptträger. Zwischen Bogen und Streckträger sind 24 räumlich geneigte, stauchgeschmiedete und nicht nachspannbare Hänger mit einem Durchmesser von 100 mm (Stahlvollprofile in S355NL) angeordnet. Diese stauchgeschmiedeten Hänger wurden erstmals bei einer Eisenbahnbrücke eingesetzt.

Wahl der Baustoffe

Im Zuge der Planung wurde großer Wert darauf gelegt, die Baustoffe so zu wählen, dass sie hinsichtlich Wirtschaftlichkeit, Dauerhaftigkeit und entsprechend ihrer günstigen Materialeigenschaften eingesetzt werden. Daher wurden die hauptsächlich auf Zug beanspruchten Hauptträger der Bogenbrücke in Stahl, der überwiegend auf Druck beanspruchte Bogen in Beton ausgeführt. Der Anschluss der stauchgeschmiedeten Hänger am Hauptträger beansprucht das Obergurtblech in Dickenrichtung und wurde wegen der damit verbundenen Gefahr eines Terrassenbruchs ausführlich untersucht. Es wurden höhere Anforderungen an den Z-Wert und an die chemische Zusammensetzung des Stahlblechs gestellt, die Schweißfolgen günstig gewählt und die Schweißnähte geschliffen. Zur richtigen Auswahl der Blecheigenschaften (S355ML + Z35 mit Schwefel ≤ 12 ppm) wurde in der Planungsphase auch ein Metallurge beigezogen.

Besondere Ingenieurleistung

Die neue Bogenbrücke über den Rhein bei Lustenau wurde in innovativer Verbundbauweise geplant. Die verwendete Kombination der einzelnen Konstruktionselemente Stahlhaupt- und Endquerträger, Betonfahrbahnplatte und aufgesetzter Betonbogen machen das Bauwerk zu einem Unikat und darüber hinaus einfach inspizierbar und erhaltungsfreundlich. Der stauchgeschmiedete Hängeranschluß ist ein völlig neues System bei Eisenbahnbrücken und wurde hier erstmals eingesetzt. Der große Vorteil liegt vor allem darin, dass der Hängeranschluss mit einem kontinuierlichen und kerbfreien Übergang auf das Anschlussblech des Brückenträgers ausgeführt und sehr einfach mit nur einer horizontalen Schweißnaht hergestellt wird. Die Schweißnaht ist gut nachbearbeitbar, einfach prüfbar und wenig ermüdungsanfällig.

Erläuterungsbericht der Bernard ZT GmbH zur Einreichung beim Ulrich Finsterwalder Ingenieurbaupreis 2015