Saarbrücke Mettlach

Aufgabenstellung

Die Sanierung der Hängebrücke Mettlach wurde erforderlich, da die Betonfahrbahn massive Schäden aufwies und an einem Tragkabel Kabelbrüche gefunden wurden. Die Brücke war zu leichtern, um die Tragfähigkeit der Tragkabel zu erhöhen und um eine Einstufung von BKL 30/30 auf 60/30 zu erreichen. Die Sanierungsmaßnahme umfasste zwei Bauabschnitte.

Im ersten Abschnitt wurde die Betonfahrbahn durch das innovative SPS-System (Stahl-Kunststoff-Verbundplatte) ersetzt. Mit dieser Maßnahme konnte das Fahrbahngewicht von 500 t auf 200 t reduziert werden. Im zweiten Bauabschnitt wurden die Gehwege und der Korrosionsschutz erneuert. Dabei wurden während des Auftrages Risse in der Primärstruktur festgestellt. Diese Risse stellten für eine weitere Nutzung der Brücke ein Risiko dar. Aus diesem Grund wurden die Gurte und Steganschlüsse der Hauptträger sukzessive durch Neukonstruktionen zu ersetzen. Die Querträger wurden mittels geschraubter Verstärkungskonstruktionen ertüchtigt.

Da die Brücke eine Hauptverbindung der Mettlacher Innenstadt mit dem Stadtteil Keuchingen darstellt, waren sämtliche Arbeiten unter Aufrechterhaltung des laufenden Straßen-, Fußgänger- und Schiffsverkehrs auszuführen.

Beschreibung der Haupttragkonstruktion

Bei der Mettlacher Brücke handelt es sich um eine zweispurige Hängebrücke mit 108 m Spannweite und beidseitig angehängten Gehwegen. Das Primärtragwerk besteht aus zwei Tragseilen mit je 12 Hängern, zwei Hauptträgern und 51 Querträgern. Die ursprüngliche Ausführung des Haupttragwerks war in 12 Segmente mit genieteten Stoßbereichen unterteilt. Die bestehende Fahrbahn aus einem Stahlbeton-Verbundsystem wurde durch 104 Fahrbahnpaneelen aus dem Stahl-Kunststoff-Verbundsystem (SPS) ersetzt. Der unterstromige Gehweg wurde um 1,5 m verbreitert und nimmt nun auch einen Radweg auf.

Wahl der Baustoffe

Die 24 cm dicke Stahlbeton-Verbund-Fahrbahnplatte wurde durch das nur 4,5 cm dicke Sandwich-Plate-System (SPS) als Kombination von Stahlpaneelen mit einem Elastomerkern ersetzt. Als Brückenbelag wurde ein zweilagiger Gussasphalt aufgebracht. Die Geh-wege sind als reine Stahlkonstruktion mit einem RHD-Belag ausgeführt. Sämtliche Ver-stärkungs- und Neukonstruktionen bestehen aus Stahl S355J2.

Erläuterung der Gestaltung

1. Die im ersten Bauabschnitt neu gestaltete SPS-Fahrbahn besteht aus 104 Paneelen. Diese sind über eine Aufständerung, die als "elastisches Stabgelenk" ausgebildet ist, mit den bestehenden Querträgern verschraubt. Die neuartige SPS-Bauweise wurde für die Anwendung in Mettlach über eine ZiE zugelassen.
2. Für die Instandsetzung des Haupttragwerks (Austausch des kompletten Ober- und Untergurtes, siehe oben) wurde in die aus einer Kombination von Walzprofilen und Blechen zusammengesetzten Hauptträger eine steifere Schweißkonstruktion, bestehend aus 60 mm Gurten mit 20 mm Stegblechstummeln, integriert. Dabei wurden ca. 50 t Altkonstruktion S235 durch 120 t Neukonstruktion S355J2 ersetzt. Zusätzlich wurden die Querträger und Kragkonsolen durch zusätzliche Stegverstärkungen, Konsolklammern zur Bestandsentlastung und Eckversteifungen ertüchtigt.

Besondere Ingenieurleistung

In der Realisierung der Tragwerkssanierung wurde ein Montagekonzept entwickelt, bei dem die Elemente der Haupttragkonstruktion, bestehend aus der mittragenden Fahrbahn und den Hauptträgergurten, Stück für Stück entnommen, temporär ersetzt und anschließend durch eine Neukonstruktion ausgetauscht wurden. Die gesamte Maßnahme fand unter laufendem Verkehr statt. Die zeitnah entwickelten Lösungen mussten dem besonderen Tragverhalten der Hängebrücke Mettlach hinsichtlich Spannungs- und Formverträglichkeit Rechnung tragen. Trotz der stark begrenzten Baufreiheit konnte die zusätzliche und aufwändige Tragwerkssanierung in die Arbeiten zur Erneuerung der Gehwege und des Korrosionsschutzes integriert werden.

Welche positiven Effekte hat die besondere Ingenieurleistung?

Mit der eingesetzten innovativen Fahrbahnkonstruktion und der angewandten Montagetechnologie konnte die Störung in der für die Region wichtigen Infrastruktur auf ein Minimum reduziert werden. Weiterhin ist mit der erfolgreichen Sanierung eine Reduzierung des Fahrbahngewichtes von 500 t auf 200 t verbunden. Diesem Umstand geschuldet konnte die Brückenklasse auf BKL 60/30 angehoben werden, sodass die bisher bestandene Einschränkung für den Schwerverkehr aufgehoben ist. Die Sanierung der Saarbrücke Mettlach ist ein gutes Beispiel für nachhaltiges Bauen. Die denkmalgeschützte Konstruktion konnte an die aktuellen Verkehrsverhältnisse angepasst werden.

Instandsetzung Obergurte

Die Instandsetzung der Obergurte eines Hauptträgers fand in 12 Abschnitten statt, wobei aus der statischen Erfordernis jeder Abschnitt kontinuierlich und nicht parallel montiert werden musste. Zum Heraustrennen eines Abschnitts mussten zwei unterschiedlich wirkende Hilfskonstruktionen eingebaut werden. Zum einen ein Ersatzgurt, der temporär die Aufgabe des Obergurtes übernimmt und dem System Steifigkeit verleiht, zum anderen eine Zugstangenentlastung, die temporär die Hängerstange entlastet, um den unteren Hängerpunkt lösen zu können. Die Zugstangenentlastung erfolgte über 4 vorspannbare Zugstangen, die über eine obere und untere Traverse mit dem Tragwerk verbunden waren.

Nach erfolgreicher Demontage des alten Gurtes und Montage und Verschweißen des neuen Gurtes wurde die Hilfskonstruktion zweistufig umgesetzt. Die Hilfsabspannung wurde entlastet und im nächsten Bauabschnitt installiert. Der Ersatzgurt musste im Be-reich der offenen Stoßstelle zwischen altem und neuem Gurt so lange verbleiben, bis der nächste Gurt eingesetzt und verschweißt wurde. Der Ersatzgurt wurde so Zug um Zug im Bereich des neu eingesetzten Gurtes demontiert und in den Bereich des alten Gurtes umgesetzt.

Instandsetzung Untergurte

Die Technologie für die Instandsetzung der Obergurte konnte am Untergurt nicht angewendet werden, da die am Hauptträger angeschlossenen Querträger in diesem Bereich mit dem Ersatzgurt kollidiert wären. Außerdem unterscheidet sich die Beanspruchung des Untergurtes. Hier mussten Zugkräfte anstelle von Druckkräften aufgenommen werden. An dieser Stelle wurde deshalb ein vorspannbares Zugstangensystem eingesetzt, das mittels Konsolen unterhalb des Untergurtes temporär montiert wurde. Die Zugstangen saßen auf Doppelwippen, sodass die 4 Zugstangen gleichmäßig beansprucht wur-den. Zum Umsetzen der Abschnitte wurden die Konsolen nach dem Einschweißen des neuen Gurtstücks über aufgeschweißte Laschen kurzgeschlossen, um so die Tragfähigkeit in der offenen Stoßstelle zu gewährleisten.

Die gesamten Arbeiten an der Unterseite wurden von einer eigens konstruierten verfahrbaren Hängerüstung aus ausgeführt. Die Arbeitsfläche des Gerüstes stellt ein Parallelogramm mit einer Schiefwinkligkeit von 55 gon dar. Dies entspricht dem Kreuzungswinkel zwischen Brücken- und Flussachse der Saar und war für die Aufrechterhaltung des Schiffverkehrs erforderlich.

Weitere Ertüchtigungsmaßnahmen

Ergänzend zu den Hauptträgern mussten zur Erfüllung der Tragfähigkeit für BKL 60/30 und der 1951 bei der Erstellung des Bauwerks noch nicht bekannten ermüdungsrelevanten Details die Querträger im Anschlussbereich ertüchtigt werden. Dazu wurden teilweise Querkraftklammern in den Stegen montiert. Zusätzlich wurden die Eckbereiche durch Konsolen ausgesteift. Für den verbreiterten Geh- und Radweg auf der unterstromigen Seite wurde eine Klammerkonstruktion entwickelt, welche die Biegemomente in den seitlichen Konsolen vollständig einleitet und die zusätzlichen Biegemomente und Querkräfte aus dem ergänzten Radweg komplett aufnehmen kann und in das Haupttragwerk einleitet.

Erläuterungsbericht der Eiffel Deutschland Stahltechnologie GmbH für die Einreichung beim Ulrich Finsterwalder Ingenieurbaupreis 2015