Savebrücke über die Ada Ciganlija

Belgrad erbringt mit ca. 2 Millionen Einwohnern 35-40 % der Wirtschaftsleistung Serbiens. Seit Jahrzehnten führt die E75, bekannt als „Autoput“, durch Belgrad und verbindet Mittel- mit Südosteuropa. Der steigende Verkehrsfluss ist eines der Hauptprobleme für weiteres Wachstum in der Region. Die bestehenden Straßenverbindungen über die Save sind ein Nadelöhr. Um die Verkehrsprobleme zu lösen und um die Infrastruktur der Umgebung zu verbessern wurde eine neue innerstädtische Ringstraße geplant, deren Hauptbauwerk eine neue Schrägseilbrücke ist. Vier Kilometer vor der Save Mündung in die Donau entsteht das größte Brückenbauwerk auf dem Balkan.

Das neue Wahrzeichen der Stadt Belgrad wird ein nadelförmiger Pylon mit einer Höhe von 200 m werden. Er trägt mit je 40 Schrägseilen das Hauptfeld mit 376 m Länge und das rückwärtige Feld mit 200 m. Der Überbau ist außergewöhnliche 45 m breit. Die Gesamtlänge der Brücke wird mit den Vorlandfeldern 964 m betragen.

Planung

Entwurf: Im Jahr 2005 lobte die Stadt Belgrad einen internationalen Planungswettbewerb aus, um die beste gestalterische Lösung für eine neue Savequerung in Höhe der Insel Ada Ciganlija in Sichtweite der Altstadt zu finden. Als Sieger aus diesem Wettbewerb ging der Entwurf einer einhüftigen Schrägseilbrücke von Victor Markelj (Ingenieurbüro Ponting, Maribor, Slowenien) hervor, der mit Unterstützung des Architekten Peter Gabrijelcic die typische Form des sehr schlanken Pylons entwickelte.

Angebotsplanung: Hauptaugenmerk bei der Angebotsplanung lag in einer Optimierung der Gründung sowie der Überbauten. Für den Pylon wurde ein kombinierte Bohrpfahl/Schlitzwandgründung ausgearbeitet. Wegen den unterschiedliche großen Spannweiten der Hauptfelder wurde der Überbau optimiert. Das Gewicht des 376 m langen Hauptfeldes wird nun in zwei fächerförmigen Seilebenen mit 4 x 20 Schrägseilen über einen Pylon in das 200 m lange rückwärtige Seitenfeld zurückgehängt. Das längere Hauptfeld ist als „leichter Stahlüberbau“ mit dem kürzeren „schweren Betonüberbau“ des Seitenfelds im Gleichgewicht, wodurch große abhebende Lasten am rückwärtigen Pfeiler vermieden werden. Auf der Südseite schließt sich ein Endfeld mit 50 m Spannweite zur Rampenanbindung an. Auf der Nordseite besteht der Vorlandbereich aus 4 Feldern mit Spannweiten von 70 – 108 – 80 - 80 m. Er wird wie das Seitenfeld in Spannbetonbauweise ausgeführt. Der durchlaufende Überbau ist monolithisch mit dem Pylon verbunden. Die Gesamtbreite des Überbaues beträgt 45 m, wobei die außen liegenden Kragplatten alle 4 Meter durch stählerne Druckstreben gestützt sind. An jeder Druckstrebe sind ähnlich den Querträgern im Stahlquerschnitt Querrippen im Kragarmbereich des Betons in 4 m Abstand vorgesehen die auch zu einer einheitlichen Untersicht beitragen. Zur Verankerung der Schrägseile wird der Hohlkasten dreizellig ausgeführt, mit zwei kleinen Außenzellen, in denen die Kabel verankert werden, und einer großen Mittelzelle, die von umfangreichen Versorgungsleitungen belegt wird.

Ausführungsplanung: Als Ausschreiungsvorgabe waren Erdbeben- und Windlasten nach örtlichen Gegebenheiten zu bestimmen. Sowohl ein Seilausfall (Doppelseil) als auch ein Strebenbruch sind in der Bemessung zu berücksichtigen.

Belgrad befindet sich einer Erdbebenzone mit einer anzusetzenden Bodenbeschleunigung, die gemäß EC8 nur knapp oberhalb des Grenzwertes (0,08g) für geringe seismische Aktivität liegt. Magnituden von bis zu ca.VII wurden bereits gemessen. Hierdurch ergeben sich dann Beschleunigungen im Bereich der Fundamente von über 0,2g.

Als Erdbebensicherung erhalten die Pfeiler 1, 5, 7 und 8 eine Aussparung, die eine Querkraftkonsole des Überbaus aufnehmen kann. Um ein Abheben der Lager in Achse 7 sicher zu verhindern wurden vertikale externe Spannglieder angeordnet, die wegen der größeren Biegespannung dieselben Ankerköpfe wie die Schrägseile erhalten.

In der Ruhruniversität Bochum wurden Windkanalversuche zur Überprüfung der aerodynamischen Stabilität durchgeführt, sowohl an einem Teilmodel des Überbaus als auch an einem Vollmodell des Pylons.

Besonderheiten

Die Herstellung des Seitenfelds und der Vorlandfelder im Takschiebeverfahren stellte die Planer vor ganz besondere Herausforderungen.

• Die Balance zwischen Hauptfeld (Stahl) und Seitenfeld (Beton) ist sehr sensibel und ein Ungleichgewicht würde erst nach Ablassen der Hilfsstützen im Seitenfeld bemerkt werden- viel zu spät für Korrekturmaßnahmen. Stahlgewichte können relativ genau vorherberechnet werden, während ein Betonüberbau doch erfahrungsgemäß ziemlich große Toleranzen im Eigengewicht unterliegt (Stegdicke, Plattendicke, Wichte des Beton). Deshalb wurde dein zusätzlicher Lastfall "+/- 2.5% unterschiedliches Eigengewicht" eingeführt und für das Seitenfeld variabler Ballastbeton vorgesehen.
• Im Seitenfeld besteht der Überbau aus einem dreizelligen Hohlkasten, wobei die Außenstege 3 m Abstand vom Innensteg haben. Da im Endzustand alle vier Stege ungefähr dieselben Lasten aufnehmen müssen, sind alle vier mit 60 cm Dicke ausgeführt, zu dünn als dass man nur auf den äußeren zwei Stegen schieben könnte. Deshalb wurde eine Wippe entwickelt, die ohne kompliziertes hydraulisches Pressensystem die Lasten ganz einfach und sicher 50/50 verteilt.
• Wegen der relativ großen Anzahl von Hilfsstützen sind die Verformungen von Bauzustand und Endzustand sehr unterschiedlich. Die erforderliche Überhöhung mit unterschiedlichen Steghöhen oder mit "Schieben auf der Welle" auszugleichen, erwies sich als unmöglich. Deshalb wurde für die Vorlandfelder die sogenannte Verschiebeleiste entwickelt, ein Betonstreifen unter dem Steg, der nach Endverschub ausgebaut wurde. Im Seitenfeld konnte mit langwierigen Iterationberechnungen eine kreisförmige Ersatzgradiente gefunden werden, die nur wenige Zentimeter von der Sollgradiente abweicht.

Ausführung

Überbau Seitenfeld: Der Spannbetonüberbau überquert mit 200 m einen kleinen Seitenarm der Save. Der Überbau wurde im Taktschiebeverfahren hergestellt und von der Südseite her 20 m über Grund von einer aufgeständerten Feldfabrik über drei im Abstand von 50 m abgespannte Hilfsstützen Richtung Pylon eingeschoben. Wegen den großen Abmessungen des 45 m breiten Überbaus wurde für die Taktherstellung die Feldfabrik in drei Abschnitte eingeteilt.

Überbau Hauptfeld: Die 7800 Tonnen Stahl für den Überbau wurden in China vorgefertigt und kamen in 7 Transporten zu je ca. 1000 Tonnen in geeigneten Elementgrößen auf dem Seeweg nach Amsterdam / Rotterdam, wurde dort umgeschlagen und gelangten schließlich über den Rhein Main Donau Kanal nach Belgrad, wo sie direkt an der Baustelle entladen wurden. Auf der Halbinsel Ada Mala im Bereich des Side Spans wurde ein 200 m langer Vormontageplatz hochwassersicher eingerichtet, das Brückensegment auf einen Ponton verladen und mit Winden unter der Einbaustelle positioniert. Ein Derrick am Kragarmende zog die Elemente mit Hilfe zweier Litzenheber a 200 t Kapazität hoch, wo sie ausgerichtet und dann mit dem bestehenden Kragarm verschweißt werden. Das Gewicht der Elemente betrug bis zu 360 Tonnen.

Schrägseile: Die bis zu 373 m langen Schrägseile bestehen aus parallelen Litzenbündeln. Jede Litze ist aus Korrosionsschutzgründen galvanisiert, gewachst und PE-ummantelt. Die Litzenbündel laufen durch ein HDPE Rohr mit bis 300 mm Durchmesser. Es wurde für die 80 Seile in Summe 1280 to Spannstahl eingebaut. Je Seil werden bis zu 88 Litzen eingezogen.

Zum Einbau wurde ein umfangreiches Messprogramm durchgeführt. So werden Pylonbewegungen sowie Achslage und Gradiente des Überbaus nach jeder wesentlichen Laständerung überprüft und mit dem Ausführungsplaner die eventuell notwendigen Anpassungen erörtert.

Zur Vermeidung von Seilschwingungen erhält jedes Seil am Seilausgang auf dem Überbau einen Reibungsdämpfer.

Überbau Vorlandfeld: Nach dem Herstellen des Seitenfelds wurde der Vorbauschnabel zum Vorlandfeld umgesetzt. Der 358 m lange Überbau wird gegen eine Längsneigung von 2 % in 19 Takten mit einer Regellänge von 20 m eingeschoben. Zwischen den Bauwerkspfeilern stehen Hilfsstützen, die die Spannweite für den Verschub auf 36 bzw. 40 m verringern. Eine besondere Herausforderung ist die erforderliche Überhöhung von ca. 25 cm für das 108 m lange zweite Feld, sowie kleinere Überhöhungen für die 80m Felder, was einen Verschub auf bis zu 30 cm dicken Überhöhungsleisten aus bewehrtem Beton erforderlich macht. Die gesamte Schalung ist dafür höhenverstellbar ausgebildet. Für den ca. 30.000 Tonnen schweren Überbau sind unter den zwei Stegen zwei hydraulische Zwillingsverschubanlagen mit einer Gesamthubkapazität von 4.400 to eingesetzt. Für den Lückenschluss zum Hauptfeld wird das Stahlschlusssegment eingehoben und mit dem Kragarm des Freivorbaus verschweißt. Über eine temporäre Verschlosserung wird der Side Span an den Main Span gekoppelt und die Lücke ausbetoniert und vorgespannt.

Erläuterungsbericht von Leonhardt, Andrä und Partner zur Einreichung beim Ingenieurbau-Preis 2013