Kettensteg

Geschichte der Brücke

Der Kettensteg, der im Jahre 1824 als zweifeldrige Stahl-Kettenhängebrücke mit hölzernen Pylonen errichtet wurde, ist als älteste erhaltene Hängebrücke Kontinentaleuropas ein bedeutendes Denkmal der Technikgeschichte.

Diese wichtige fußläufige Verbindung in der westlichen Nürnberger Altstadt über die beiden Pegnitzarme wurde von dem Mechaniker Conrad Georg Kuppler geplant und ausgeführt. Sie bereitete der Bauverwaltung jedoch auf Grund mangelnder Steifigkeit der Versteifungsträger von Beginn an Probleme und so wurde beispielsweise im Jahr 1836 das Befahren des Kettensteges mit Handkarren amtlich verboten.

Nach einem Hochwasser im Jahr 1909 wurden die ursprünglichen Pylone aus Eichenholz durch Stahlfachwerkpylone ersetzt, was die Schwingungsanfälligkeit weiter verstärkte. Aus diesem Grund wurde die Konstruktion im Jahr 1931 mit seitlichen Stahlträgern und Holzjochen unterstützt, wodurch die Brücke ihre Eigenschaft als Hängebrücke verlor und das Tragsystem in das zweier Dreifeldträger reduziert wurde. Im Jahr 2009 erfolgte eine Sperrung der Brücke wegen ihres schlechten Zustandes. Gleichzeitig wurden die städtebauliche Wichtigkeit und damit die Notwendigkeit zum Erhalt dieser Pegnitzquerung erkannt.

Aufgabenstellung

Die von Auftraggeber und Ingenieuren gemeinsam erarbeitete Aufgabenstellung sah vor, diese für Fußgänger wichtige Pegnitzquerung, hinsichtlich der Tragfähigkeit und der Verkehrssicherheit nach dem heutigen Stand der Technik wieder in den Zustand als Hängebrücke zurückzuversetzen. Die vorhandenen Hilfsunterstützungen, bestehend aus den seitlichen Stahllängsträgern und den Holzjochen, sollten nach der Sanierung überflüssig werden.

Historische Konstruktion

Die Spannweiten zwischen den Pylonen betragen 33 bzw. 34 m. Die Tragseile sind mit Einzelstäben als Kettenzug ausgebildet, die an den Uferseiten der Brücke über Pylone umgelenkt und in Schwergewichtsfundamenten rückverankert sind. An den Tragseilen ist die Lauffläche über Hänger befestigt. Die konstruktive Besonderheit des Kettensteges sind die als reine Steckverbindungen ausgeführten Verbindungen zwischen den Gliedern des Kettenzuges selbst und den durchgesteckten Hängern.

Konstruktion und besondere Ingenieurleistung

Grundlage des Tragwerkentwurfs war die Problematik der nach dem heutigen Stand der Technik auf Grund von Sprödbruchgefahr nicht für die Tragfähigkeit nutzbaren Hänger und Kettenzüge. Gleichzeitig sollten diese Bauteile auf Grund ihrer Bedeutung für das Technikdenkmal in jedem Fall erhalten bleiben.

Von diesen wesentlichen Randbedingungen ausgehend wurde das Konzept entwickelt, die rechnerische Tragfähigkeit nur durch einen Stahlhohlkastenquerschnitt sicherzustellen, der so schlank ausgebildet wurde, dass er nahezu unsichtbar im historischen Brückenquerschnitt integriert werden kann. Für die Reduktion der Verformungen und zur Sicherstellung ausreichender Gebrauchstauglichkeit werden hingegen zusätzlich die historischen Bauteile der Hänger und Ketten aktiviert. Ein spontanes Versagen der historischen Bauteile führt somit nicht zum Einsturz des gesamten Brückenbauwerks, sondern nur zu großen Vertikalverformungen. Diese Lösung stellt sich als eine nachhaltige Konstruktion dar, die gleichermaßen zukunftsfähig wie innovativ mit historischem Baubestand umgeht.

Basierend auf der Entwurfsplanung und als Grundlage für das weitere Vorgehen erfolgte die Generierung und Berechnung der Gesamtkonstruktion an räumlichen Modellen, durch die Tragwirkungen, Verformungen und zu erwartende Bauwerksschwingungen realitätsnah abgebildet wurden.

Je Pegnitzarm wurde ein Stahlhohlkasten in den historischen Brückenquerschnitt als tragendes Rückgrat integriert. Die beiden Stahlhohlkästen, die im Werk als je ein Bauteil vollverschweißt vorgefertigt wurden, sind ca. 30 cm hoch und überhöht ausgeführt. Sie sind an den Auflagern zusätzlich zur Reduktion der Schwingungsanfälligkeit elastisch eingespannt.

Erhalt historischer Originalbauteile

Das historische Hängewerk, die filigrane Geländerkonstruktion sowie die stählernen Pylone konnten weitestgehend in ihren Originalbauteilen (teilweise aus Puddelstahl) erhalten bleiben. Hierfür wurden 1200 stählerne Einzelbauteile vor der Demontage katalogisiert, damit deren genaue Zuordnung im Werk und beim späteren Einbau sichergestellt war. Durch umfassende Materialversuche und -analysen an bereits bei der Sichtprüfung aussortierten Bauteilen wurde die Tragfähigkeit der Bauteile überprüft und mit Hilfe eines Hochleistungs-CCD-Spektrometers die genaue Zusammensetzung des historischen Puddelstahls ermittelt.

Konstruktion des neuen Geländers

Vor der Sanierung erfüllte die historische Geländerkonstruktion weder die Anforderungen der aktuell gültigen Regelwerke hinsichtlich der Verkehrssicherheit noch der Tragfähigkeit. Bei Anwendung der DIN-Fachberichte und der zusätzlichen technischen Vertragsbedingungen für Ingenieurbauwerke (ZTV-ING) ergaben sich Überschreitungen der zulässigen Belastung von bis zu 330 % sowie eine um 10 cm zu niedrige Geländerhöhe.

Um die erforderliche Absturzsicherung zu gewährleisten, wurde eine Konstruktion aus schlanken Flachstählen sowie eine horizontale Ausfachung mit eloxierten Edelstahlseilen entwickelt, die gleichzeitig die Anforderungen des Denkmalschutzes zum Erhalt der originalen Bausubstanz in Verbindung mit einem minimierten Eingriff in das Bauwerk erfüllt. Diese Lösung ergab sich aus Visualisierungen und intensiven Diskussionen in dem interdisziplinären Team als das gestalterische und konstruktive Optimum.

Gründung

Die Brücke ist am Nord- und Südufer auf freitragenden Gründungsplatten gegründet. Die Lasteinleitung in den Baugrund erfolgt an der Ufermauer jeweils durch Mikropfähle bis in den tragfähigen Sandstein und an der dem Ufer abgewandten Seite der Gründungsplatte über je zwei massive Brunnenring-Fundamentierungen. Die als Ketten ausgebildeten Tragseile, an denen der Stahlhohlkasten über Hänger befestigt ist, werden, entsprechend der historischen Konstruktion, im nördlichen und südlichen Uferbereich über Pylone umgelenkt und in Schwergewichtsfundamenten rückverankert. Auf der Mittelinsel ist der nördliche als auch der südliche Überbau auf einem Waagebalken gegründet.

Farbgestaltung

Eine Analyse der vorhandenen Oberflächenbeschichtung der Stahlteile konnte eine historische, graue Farbgebung belegen. Auf dieser Grundlage wurde ein Farbkonzept erstellt, das für die Stahlbauteile den entsprechenden Farbton Eisenglimmer grau DB 702 vorsieht. Der Stahlhohlkasten wurde in dem dunkleren Farbton Eisenglimmer dunkelgrau DB 703 beschichtet, um diesen optisch in den Hintergrund zu stellen.

Montagekonzept und Bauablauf

Auf Grund der schlechten Zugänglichkeit mit Transport- und Baufahrzeugen und der ungeklärten Tragfähigkeit der an die Ufermauern grenzenden Verkehrsflächen war ein wesentlicher Inhalt der Planungen die Entwicklung eines Bauablauf- und Montagekonzepts. Über die Untersuchung des Einschwimmens der Stahlhohlkästen vom flussabwärts gelegenen Großweidenmühlwehr, über das Einheben von der außerhalb der Stadtmauer gelegenen Maxtorbrücke, stellte sich das Einziehen und Verschieben der Stahlhohlkästen über eine Verschubbahn unter Nutzung der bestehenden Unterjochung als die konstruktiv und wirtschaftlich beste Lösung dar. In einem ersten Bauschritt erfolgten die Sicherung der Baustelle und die Ertüchtigung der Unterstützungskonstruktionen aus dem Jahr 1931 für die Nutzung der historischen Bausubstanz als Arbeitsplattform. Nach Katalogisierung und Abbau der Brücke wurden die Gründungskörper einschließlich der Kleinbohrpfähle errichtet. Es folgte der Einhub der Stahlhohlkästen auf die Verschubbahn am nördlichen Brückenende per Autokran, um diese mit Hilfe eines am südlichen Brückenende angebrachten, längs laufenden Seilzugs in ihre endgültige Lage zu bringen.

Die Gesamtplanung der Sanierungsmaßnahme, die auf einer Initiative des Vereins Baulust e.V. Nürnberg basierte, fand in steter Abstimmung zwischen dem Servicebetrieb Öffentlicher Raum der Stadt Nürnberg, dem Planungsbüro Dr. Kreutz + Partner, dem Landesamt für Denkmalpflege und der Unteren Denkmalschutzbehörde statt. Nur durch die reibungslose Zusammenarbeit aller Beteiligten konnten die Planung und Realisierung der komplexen Aufgabe in dieser Form stattfinden.

Erläuterungsbericht von Dr. Kreutz+Partner Beratende Ingenieure zur Einreichung beim Ulrich Finsterwalder Ingenieurbaupreis 2015