Ziegelgrabenbrücke

Entwicklung des Gesamtentwurfs

Die zweite Strelasundquerung verbindet die Insel Rügen mit dem Festland.

Der bautechnisch besonders anspruchsvolle Brückenzug der zugehörigen 2.330 m langen Rügenbrücke, der über den Ostteil Stralsunds, den Ziegelgraben, die Insel Dänholm und den Strelasund führt, besteht aus insgesamt sechs Teilbauwerken, vier in Spannbetonbauweise, eines in Stahlverbundkonstruktion und aus der Schrägseilbrücke mit einem Stahlhohlkasten, der von einem 128 m hohen Stahlpylon abgespannt ist. Aus ingenieurtechnischer Sicht bemerkenswert sind neben der Vielfalt der Bauweisen innerhalb eines Brückenzuges die außergewöhnlich große Zahl bautechnischer Innovationen, wie die Erstanwendung von Litzenbündeln im deutschen Großbrückenbau.

Die zweite Strelasundquerung verläuft parallel zum 1956 erstellten Rügendamm, einige 100 m entfernt von der zum Weltkulturerbe zählenden Altstadt Stralsunds. Sie prägt wegen ihrer bis auf 48 m reichenden Fahrbahn, bedingt durch die geforderte lichte Höhe von 42 m für den Schiffsverkehr, das Stadtbild. Deshalb waren die Entwurfsverfasser bemüht, einen optisch durchlässigen und eleganten Brückenzug zu entwickeln. Besonderes Augenmerk wurde dabei dem „Führungstragwerk“, der ca. 200 m weiten Überspannung des Ziegelgrabens, gewidmet – dem Ausgangspunkt der mehrstufigen Entwurfsentwicklung.

Wahl des Systems

Für die bei Spannweiten von ca. 200 m konkurrierenden Bauweisen der Bogen-, Balken- und Schrägkabelbrücke wurden in einem vertieften Variantenvergleich gestalterische, technische, funktionale und wirtschaftliche Kriterien bewertet. Unverzichtbare Entscheidungshilfe zur Beurteilung der städtebaulichen Wirkung am vorgegebenen Standort waren dabei die Visualisierungen. Die Bogenbrücke wurde zunächst favorisiert, erwies sich jedoch in den realen Dimensionen als zu dominant im optischen Bezug zur mittelalterlichen Silhouette Stralsunds. Zur Freihaltung des Lichtraumprofils benötigt sie wegen der Bogenform eine vergrößerte Stützweite, was zu voluminösen Bauteilquerschnitten und in der Folge auch zu den höchsten Baukosten führt. Die gevoutete Balkenbrücke in Stahlverbundweise musste trotz wirtschaftlicher Vorteile aus gestalterischen Gründen ausgeschieden werden, da sie durch ihre unausgewogenen Proportionen und ihre Versperrungswirkung wegen der bis zu 9 m hohen Vouten mit dem Landschafts- und Stadtbild nicht verträglich gewesen wäre.

Schließlich wurde die Schrägkabelbrücke mit harfenförmigen Kabelabspannungen trotz gewisser Bedenken wegen der vermeintlichen Vogelschlagproblematik als Vorzugsvariante ausgewählt, weil sie sich mit ihrer Struktur optimal an das maritime Umfeld anpasst, zumal sie in ihren Konturen an ein Segelschiff erinnert. Maßgeblich war schließlich der Vergleich der saldierten Ansichtsflächen, welche den Versperrungsgrad und damit die optische Wirkung des neu erstellten Bauwerkes im Landschafts- und Stadtraum beschreiben, wobei die Schrägkabelbrücke entscheidende Vorteile aufweist. Obwohl eine Anfrage an alle Mitglieder der IABSE (International Association of Bridge and Structural Engineering, Zürich) ergab, dass kein Unfall mit Vögeln bekannt war, wurde von den Umweltschützern gefordert, einen vertikalen Kabelabstand von 8 m und Kabeldurchmesser > 20 mm zu benutzen. Damit sollte die Durchsichtigkeit und Erkennbarkeit gestärkt werden.

Optimierung der Schrägkabelbrückenlösung

Im zweiten Schritt wurde mit besonderer Akribie die Gestaltung des 128 m hohen Pylonen optimiert, der auch die Türme der Stralsunder Kirchen überragt und das Stadtbild aus allen Blickwinkeln mit prägen wird. Dazu wurde eine Vielzahl von Pylonvarianten mit unterschiedlichen Tragsystemen, Materialien und Strukturen nach konstruktiven und gestalterischen Gesichtspunkten untersucht, bis schließlich die überzeugende Lösung gefunden war. Durch einen zweigeteilten Pylon mit einem Unterbau aus Beton und dem leichten Oberteil aus Stahl wird die Großstruktur aufgelöst, so dass der bei einem reinen Betonpylon entstehende Eindruck von Massigkeit verschwindet. Der Überbau wird dabei als „überspannter Balken“ vom Unterbau abgetrennt und auf Brückenlager abgesetzt, so dass der aufgehende Pylonstiel abgehoben und somit fast schwebend erscheint.

Ausformung der Bauteile

Als den gesamten Brückenzug gestalterisch prägendes Merkmal wurde die Tropfenform für alle lastabtragenden Bauteile eingeführt, wobei sämtliche Pfeilerquerschnitte zur Verbesserung der optischen Durchlässigkeit zweigeteilt und somit aufgelöst wurden. Die Querschnittsform eines Tropfens wurde zunächst als Gestaltungselement wegen ihres Bezuges zur maritimen Umgebung eingeführt. Im Verlauf der detaillierten ingenieurmäßigen Bearbeitung wurde im Windkanalversuch bestätigt, dass sie strömungstechnisch und damit für das bis auf 128 m Höhe reichende Brückenbauwerk auch konstruktiv vorteilhaft und wirtschaftlich ist. Die im Fahrzeugund Flugzeugbau längst gebräuchlichen, strömungstechnisch vorteilhaften Querschnittsformen wurden für den Ingenieurbau zur Anwendung bei windbelasteten Strukturen wiederentdeckt. Die Unterbauten prägen durch ihre einheitliche Ausbildung mit zwei aufgelösten Einzelpfeilern in Tropfenform das Gesamtbild des Brückenzuges, das dadurch trotz der beachtlichen Dimensionen leicht und durchlässig wirkt.

Die Schrägkabelbrücke

Spannweiten

Die Spannweiten der Hauptbrücke betragen 198 m für das Hauptfeld und 126 m für das Seitenfeld. Die Hauptspannweite ergab sich aus den Anforderungen der Schifffahrt, der Lage der vorhandenen ersten Strelasundbrücke und der Forderung, die Pfeiler der neuen Brücke nicht dem Schiffsanprall auszusetzen.

Balkenquerschnitt

Der Querschnitt besteht aus einem aerodynamisch geformten dreizelligen Stahlhohlkasten mit orthotroper Platte. Sein Aufbau entspricht modernen Anforderungen an die Fertigung. So werden für Ober- und Untergurt durchweg die gleichen Aussteifungsprofile benutzt. Der Fahrbahnbelag mit einer Gesamtdicke von 8 cm hatte den heute üblichen Aufbau. Die Verformungen der orthotropen Platte wurden nach den geltenden Vorschriften so begrenzt, dass das feste Haften des Belages gesichert ist.

Bei den üblichen Schrägseilbrücken mit einem Verhältnis der Seitenfelder zum Mittelfeld von etwa 0,4 :1 ergeben sich an den Brückenenden abhebende Lagerkräfte. Diese können von Stahlpendeln oder von einer Kombination Lager plus vorgespannte Kabelpendel aufgenommen werden. Alternativ kann das Seitenfeld aus Beton hergestellt werden. Bei der Ziegelgrabenbrücke mit einem Seitenverhältnis von 126/2 × 198 = 0,32 ergeben sich wegen der Durchlaufträgerwirkung deutlich günstigere Verhältnisse. Die abhebenden Kräfte aus Stahleigengewicht und Ausbaulasten sind gering (460 kN/Seite). Es treten lediglich aus Verkehr, Temperatur etc. nennenswerte Zugkräfte (3.100 kN/Seite) auf. Diese können durch 520 m³ Normalbeton (γ = 23,5 kN/m³) und 50 m³ Schwerbeton (γ = 30,6 kN/m³) mit einem Gesamtgewicht von 13.750 kN aufgenommen werden, der im Hohlkasten über 116 m verteilt bzw. am Rückhaltepfeiler konzentriert ist.

Der Normalbeton wirkt nicht nur als Gegengewicht, sondern ist über eine Verdübelung mit der Stahlkonstruktion auch Teil des tragenden Querschnitts als Verbundbeton. Während der Montage wurde der Beton abschnittsweise eingebracht, um zum einen das nötige Gegengewicht für den Freivorbau zu haben und zum anderen, um Abweichungen im Gewicht der Stahlkonstruktion ausgleichen zu können.

Windabweisende Verkleidung

Besondere Aufmerksamkeit im Hinblick auf einen störungsfreien und sicheren Verkehr auf dem Bauwerk wurde der Fahrsicherheit auf der Brücke gewidmet. Dabei wurden die in großer Höhe deutlich höheren Windgeschwindigkeiten als seitenwinderzeugende Einwirkung berücksichtigt. Über numerische Simulation sowie über Windkanalversuche konnte nachgewiesen werden, dass durch eine im Geländer integrierte 1,5 m hohe windabweisende Glasverkleidung ein ausreichender Abschirmeffekt gerade bei Starkwind zu erzielen ist. Demnach ist zu erwarten, dass PKW und beladene LKW auch bei Starkwind die Brücke befahren können, was in der Erprobungsphase vor Inbetriebnahme am Bauwerk durch ein umfangreiches Messprogramm nachgewiesen wurde. Um eine Gefährdung von Personen, die sich unter der Hochbrücke aufhalten, durch den Fahrzeugverkehr auf der Brücke auszuschalten, wird auf der gesamten Schrägseilbrücke eine verstärkte Absturzsicherung eingebaut. Die zur Lasteinleitung in den Stahlüberbau dienenden Ankerplatten wurden zum Großteil bereits werkseitig eingebaut. Nach geltender Vorschrift wäre diese Verstärkung entlang der nur als Bundesstraße eingestuften B 96 neu nicht zwingend notwendig, wurde aber auf Betreiben der DEGES durch das BMVBS für diesen Einzelfall genehmigt. Aktuelle Erfahrungen an Talbrücken entlang der Thüringer Waldautobahn sowie an der A20 belegen die Zweckmäßigkeit dieser Vorsorgemaßnahme.

Pylon

Der Stahlpylon ruht auf den Betonunterbauten und besteht aus zwei parallelen Stielen in Tropfenform, die durch drei Riegel miteinander verbunden sind. Bei Brücken mit Stahlpylon und Betonpfeilern ist der Übergang Pylon / Pfeiler eine der anspruchsvollsten Entwurfsaufgaben. Bei der hier gewählten Lösung der in den Überbau eingespannten und gemeinsam gelenkig gelagerten Pylonstiele waren nicht zuletzt gestalterische Überlegungen bestimmend. Im Zuge der Feinplanung erwies sich das hier gewählte Tragwerk mit einem „optisch und konstruktiv“ abgehobenen Überbau als durchaus praktisch und wirtschaftlich vorteilhaft, u. a. wegen der Unempfindlichkeit gegenüber Pfeilerkippungen. Für die Aussteifung des Pylonen in Querrichtung sind einzelne Riegel nur in großer Höhe notwendig.

Die beiden Stiele des Stahlpylonen sind von Neotopflagern unterstützt.

Kabel

Die Kabel sind harfenförmig angeordnet. Der Projektträger hat im Planfeststellungsbeschluss zugesagt, zum Schutz der Zugvögel die Erkennbarkeit der Tragseile durch die Verstärkung der Seilquerschnitte auf mindestens 12 cm zu verbessern, was für vollverschlossene Seile eine sehr geringe Auslastung ergab. Hierdurch wurde die erstmalige Anwendung von Litzenkabeln im deutschen Großbrückenbau ermöglicht. Im Verwaltungsentwurf wurden die in Deutschland allgemein zugelassenen verschlossenen Seile ausgeschrieben, ergänzt durch zusätzliche detaillierte Bedingungen für Nebenangebote mit Litzenbündeln. Das System DYNA Grip kam auf dieser Grundlage über eine Zustimmung im Einzelfall zur Ausführung, sachverständig beurteilt durch das Deutsche Institut für Bautechnik DIBt. Bereits mit den Erfahrungen am Pilotprojekt aus dem umfangreichen Qualitätssicherungsprogramm für die Schrägkabel von der Litzenfertigung bis zu den Kontrollmessungen am fertigen Bauwerk ist absehbar, dass die Litzenbündel hinsichtlich Korrosionsschutz, Auswechselbarkeit, Montage und Wirtschaftlichkeit dem ausgeschriebenen System zumindest gleichwertig sind. Über die Bemessung der Litzenbündel wurde in Abschnitt 3.7 berichtet.

Windberechnung

Allgemeines

Die Ziegelgrabenbrücke ist die erste deutsche Schrägseilbrücke, die nach der neuen Normengeneration der DIN-Fachberichte berechnet und bemessen wurde. Bereits 2001 hatte die DEGES in Abstimmung mit dem BMVBS und der Auftragsverwaltung des Landes Mecklenburg- Vorpommern dazu ein Gutachten zur Anwendung der DINFachberichte sowie zur Auswirkung der Fachberichte auf die Massen erstellen lassen. Da die Beanspruchung aus Wind für die meisten Brücken keine besondere Bedeutung hat, wurde sie im Anhang N des DIN-Fachberichts 103 eher pauschal geregelt. Zum Beispiel sind die Windlasten nach Tabelle N.1 unabhängig von der Windzone und der Querschnittsform angegeben und hängen ausschließlich von der Höhe über dem Gelände und dem b/d-Verhältnis ab. Die – erstmals in deutschen Vorschriften – in Längsrichtung des Überbaus anzusetzende Windlast ist ebenfalls pauschal, d. h. unabhängig von der Oberflächenrauhigkeit, z. B. durch Querträger, mit 25% bzw. 50% geregelt. Für die exponierte, direkt an der Ostseeküste und ca. 50 m über dem Gelände liegende Ziegelgrabenbrücke mit aerodynamisch günstigen Querschnitten von Überbau, Pylon und Pfeilern mussten daher genauere Nachweise geführt werden.

Wind in Querrichtung

Zum Schutz des Verkehrs – insbesondere von Wohnwagen und unbeladenen Lastwagen – vor Starkwind wurde zu einem Zeitpunkt, als die Ausführungsplanung bereits weitgehend abgeschlossen war, die Installation von 1,5 m hohen Windschutzwänden auf den Aufkantungen der Brückenränder beschlossen. Durch numerische Strömungssimulation und Windkanalversuche wurde der Einfluss dieser Windschutzwände auf das Kippmoment eines 4 m hohen LKW und auf die Belastung von Überbau und Pfeilern ermittelt. Die numerischen Untersuchungen zeigen die abschirmende Wirkung der Windschutzwände. Das auf den LKW wirkende Kippmoment wird auf ca. 50% vermindert; d. h. durch die Windschutzwand liegt die gefährdende Windgeschwindigkeit 40 % höher.

Wind auf Überbau und Pylon

Die Windlasten nach DIN-Fachbericht wurden mit den Ergebnissen aus Windkanal-Versuchen verglichen. Durch die genaue Ermittlung der Beiwerte cf ergaben sich danach trotz der Windschutzwand ca. 20% geringere Lasten als bei Anwendung von DIN FB 101. Dies eröffnet Perspektiven für das Nachrüsten anderer Brücken. Für die Bemessung der Windschutzwand selbst ergab sich cf = 1,7 und, mit dem Staudruck in ca. 50 m Höhe von 2,16 kN/m² entsprechend 59 m/s, eine Windlast von 3,67 kN/m², also deutlich mehr als nach DIN FB 101. Durch eine FE-Berechnung mit Berücksichtigung der Theorie II. Ordnung konnte gezeigt werden, dass für die liniengelagerten 1,3 × 2,3 m großen Scheiben 2 × 6 Verbundsicherheitsglas (VSG aus ESG) ausreichend ist. Die nichtlineare Berechnung ergab gegenüber der linearen eine Abminderung der Spannungen auf 85% und der Verformungen auf 55%. Im DIN FB 101 gibt es verschiedene Angaben zur Überlagerung von Wind und Temperatur: lt. Anhang C.2.1.1 sollten bei Straßenbrücken Wind- und Temperatureinwirkungen nicht gleichzeitig berücksichtigt werden; laut Anhang O.1 (2) sind dagegen Wind und Temperatur voll zu überlagern. Diese Koinzidenz von extremen Temperaturen und orkanartigen Winden ist aber am Standort der Brücke nicht zu erwarten. Es wurde daher ein Kombinationsbeiwert φ0 = 0,6 eingeführt. Damit konnte z. B. am Pfeiler 170 die Gesamtdilatation von 933 auf 787 mm reduziert werden, was zu einer entsprechenden Vereinfachung der Fahrbahnübergänge führte (mittlerweile ist der Anhang C im DIN FB 101 überarbeitet worden).

Bauausführung

Montageberechnung

Der Überbau wurde in insgesamt 18 Schüssen montiert. Die Schusslängen betrugen zwischen 16,1 und 95,3 m und hatten Gewichte zwischen 145 und 850 t. Die Schüsse wurden am Boden vormontiert und mit einem Raupen- bzw. einem Schwimmkran eingehoben. Zunächst erfolgte die Montage der 3 Seitenfelder auf Stralsunder Seite in 4 Schüssen. Das 128 m lange Seitenfeld der Hauptöffnung konnte dabei im Bauzustand ohne die Überspannung der Litzenkabel als Randfeld eines 3-Feld-Trägers wirken, ohne dass der Bauzustand für die Bemessung maßgebend wurde. Die Hauptöffnung wurde im Freivorbau mit 16,1 m langen Schüssen hergestellt. Parallel zur Überbaumontage erfolgte die Montage des Pylonen und der Einbau der Litzenkabel. Der Pylon wurde in 15 Segmente (2 × 6 Pylonstiele und 3 Querträger) unterteilt. Nach jedem Überbauschuss wurden die zugehörigen beiden land- und wasserseitigen Litzenkabel montiert. Die maximale Auskragung des Stahlüberbaus betrug 159,3 m. Die beiden Seitenfelder auf der Seite Rügens wurden mit drei ca. 50 m langen Schüssen überquert. Für jeden einzelnen Montageschritt wurden im Vorfeld die Sollgeometrie und die Seilkräfte ermittelt. Außerdem wurden Einheitslastfälle für Gerüst-, Wind und Temperaturlasten ermittelt, um so alle Einflüsse auf der Baustelle schnell abschätzen zu können. Die Verformungswerte wurden im Messprogramm tabellarisch und graphisch aufbereitet.

Montage

Unterbauten

Die Pfeiler wurden auf Bohrpfählen ø 1,5 m gegründet. Im Wasser erfolgte die Herstellung der Gründungen im Schutz von Spundwandkästen. Zum Nachweis der Pfahltragfähigkeit wurden Probebelastungen an Land durchgeführt. Die Betonpfeiler mit der charakteristischen Tropfenform wurden abschnittsweise mit Kletterschalung hergestellt.

Seitenfelder

Die Überbauten der Seitenfelder wurden in verschiedenen Längen vormontiert und mit Raupenkränen auf Land bzw. Schwimmkränen eingehoben. Um den Straßenverkehr unterhalb der Brücke so wenig wie möglich zu stören, wurden einige Schüsse bei Nacht eingehoben. Für das Einheben über Wasser kam der Schwimmkran Taklift 7 zum Einsatz.

Auch die Hauptbrücke wurde in vollen Abschnitten montiert mit Hilfe des Schwimmkrans Taklift 7 mit einer Kapazität von 500 t und mit einem 1.750 t-Raupenkran. Am eindrucksvollsten war die Montage eines 90 m langen Elements der Seitenöffnung mit einem Gesamtgewicht von 850 t. An der Spitze wurde der Schwimmkran benutzt und am anderen Ende ein Litzenheber auf dem bereits eingebauten Überbau. Aus geometrischen Gründen musste dieses Element in einem Winkel von 13° angehoben werden, bis es die Oberkante des Pfeilers erreicht hatte.

Pylonmontage

Der Stahlpylon oberhalb der Betonhauptpfeiler wurde ebenfalls in Schüssen auf der Baustelle vormontiert und eingeschwommen. Die ersten Abschnitte der Pylonstiele wurden zusammen mit dem ersten Schuss des Überbaus im Hauptfeld eingehoben. Anschließend hob der Schwimmkran Taklift 7 auch die weiteren Abschnitte ein, die am Ort verschweißt wurden.

Freivorbau Hauptfeld

Das Hauptfeld wurde im Freivorbau montiert. Die vormontierten Schüsse wurden auf dem Wasser antransportiert und mit dem bereits bewährten Schwimmkran Taklift 7 hochgezogen.

Die Schüsse wurden dann an einen auf dem bereits montierten Deck stehenden Derrick angehängt und mit dem vorherigen Balkenabschnitt verbunden. Der Schwimmkran wäre dafür bei Wellengang zu unruhig gewesen. Der bereits montierte Balken war so kräftig, dass nur der Derrick zurückgehängt wurde, aber keine zusätzliche Rückhängung des Balkens erforderlich war. Nachdem der neue Schuss in endgültiger Lage fixiert war, wurde er im Schutze einer geschlossenen Arbeitsbühne vollständig verschweißt. Nach Erreichen des ersten Seitenpfeilers wurde der Überbau bis zur Betonvorlandbrücke über zwei Seitenfelder vorgebaut.

Kabelmontage

Die Strelasund Brücke wurde als erste deutsche Großbrücke mit Parallellitzenkabeln ausgerüstet. Die Herstellung erfolgte, wie international üblich, aus den einzelnen Komponenten auf der Baustelle. Per Kran wurden die mit der Endverankerung des Pylonen versehenen, zusammengeschweißten PE-Rohre hochgezogen. In das Hüllrohr wurden dann einzeln die Monolitzen eingezogen.

An der passiven Verankerung an der Pylonenspitze wurden die Litzenkeile vorverkeilt, um ein Durchrutschen beim endgültigen Spannen von unten zu vermeiden. Die aktive Spannverankerung der Kabel am Balken kragt seitlich aus dem Überbau aus.

Die Litzen wurden einzeln mit kleinen Monopressen auf die erforderliche Kraft gespannt. Es wurde nach dem ConTen System (DYWIDAG System International DSI) sichergestellt, dass alle Litzen am Ende die gleiche Sollkraft erreichen.

Das Aufbringen der Vorspannkräfte erfolgte in zwei Spannstufen mit zwei hydraulisch gekoppelten Monopressen. Mit diesem Vorgehen konnte sichergestellt werden, dass in der zweiten Spannstufe alle Litzen auf die gleiche Kraft gespannt wurden. In der ersten Spannstufe war dies auf Grund der langen Dauer – Litze für Litze wurde in das Hüllrohr eingezogen und gespannt – und den dabei auftretenden Temperaturschwankungen nicht gegeben. Ein weiterer Vorteil der zwei Spannstufen war, dass die zweite Stufe entsprechend dem Verformungsverhalten des Tragwerks in der ersten Stufe angepasst werden konnte. Dies war in den ersten Spannschritten erforderlich, da das Verformungsverhalten der biegesteifen Verbindung des Pylonen und des Überbaus gegenüber den Berechnungen gering differierte.

Baubegleitendes Messprogramm

Im Hinblick auf die besonderen Einwirkungen und auf die bautechnischen Innovationen wurde für diese Schrägkabelbrücke ein umfangreiches Überwachungs- und Messprogramm installiert, um noch in der Erprobungsphase bis zur Verkehrsfreigabe die Annahmen der Entwurfs- und Ausführungsplanung abzusichern sowie eine Datenbasis für den späteren Betrieb zu schaffen. Das Messprogramm umfasste sowohl Messungen zur Untersuchung des Tragund Steifigkeitsverhaltens des Bauwerks als auch die messtechnische Erfassung der klimatischen Randbedingungen für die Verkehrsbeeinflussung. Bei Brückenbauten dieser Größenordnung sind Messungen zur Verifizierung der rechnerischen Annahmen erforderlich, da z. B. die Erregungsmechanismen für Kabelschwingungen nur bedingt prognostiziert werden können, so dass grundsätzlich mit Kabelschwingungen gerechnet werden muss. Die Einwirkungsannahmen des DIN FB 101 hinsichtlich der Überlagerung von Wind in Brückenlängsrichtung mit extremen Temperaturdehnungen und die Abminderung der Windlastannahmen auf der Basis der Windkanalversuche sollten ebenfalls durch die Messungen überprüft werden. Die Messungen wurden über einen Zeitraum von ca. 10 Monaten vor bzw. nach Einbau des Fahrbahnbelages durchgeführt, so dass der Einfluss des Belages auf die Temperatur im Hohlkasten und die Dämpfung des Überbaus und Seiltragwerks untersucht werden konnten.

Zur Ermittlung der Steifigkeit von Überbau und Seilsystem wurden statische Belastungstests durchgeführt. Das Schwingungsverhalten des Überbaus wurde im Hauptfeld mittels dynamischer Überfahrversuche über Schwellen ermittelt. Neben dem Anregungsspektrum war insbesondere das Abklingverhalten von Interesse. Die Versuche wurden nach Einbau des Fahrbahnbelags wiederholt.

Ob ergänzende Maßnahmen zur Dämpfung von Kabelschwingungen ergriffen werden müssen – in der Planung wurden die konstruktiven Voraussetzungen für die Nachrüstung mit Kabeldämpfern an den Fußpunkten bereits vorgesehen – wird über eine kontinuierliche Messung der Kabelschwingungen an den längsten seeseitigen Seilen nachgewiesen. Daher werden sowohl die horizontalen als auch die vertikalen Beschleunigungen im Zehntelspunkt der Seile aufgezeichnet. Ob eine Parameteranregung als Ursache für Seilschwingungen identifiziert werden kann, soll über zusätzliche Beschleunigungsaufnehmer am Pylon und am Fußpunkt des Seils ermittelt werden. Nachträglich wurden Kabeldämpfer an den vier längsten Kabeln eingebaut. Der Einfluss des Windes auf die Kabelschwingungen wird durch eine kontinuierliche Aufzeichnung von Windrichtung und -stärke beobachtet. Die Windmesser sind am Fußpunkt des Pylonpfeilers (2 m über HN), auf dem Überbau (ca. 44 m über HN) und auf der Pylonspitze (128 m über HN) installiert, wodurch der Einfluss der topografischen Rauhigkeit auf die Windgeschwindigkeit erfasst wird. Zusätzlich zur Dauermessung des Windes wird das Windprofil auf dem Brückendeck vor und nach dem Einbau der Windabweiser in einzelnen Messungen aufgenommen. Diese Messungen dienen einerseits der Verifizierung der theoretischen Untersuchungen zu den Windabweisern, andererseits liefern sie Daten über die Windkräfte unter Betriebsbedingungen und damit eine Entscheidungsgrundlage für die Auslösung notwendiger Sperrungen der Brücke bei Starkwinden. Die Verformungen aus Temperatur und Wind in Brückenlängsrichtung werden in beiden Bauwerkstrennfugen mit Seilzugwegaufnehmern gemessen, um die Wahl des Kombinationsbeiwertes zu bestätigen. Die Außenlufttemperatur wird mit einem Lufttemperatursensor geschützt auf dem Pfeiler in Achse 210 gemessen. Die Stahltemperatur wird im Hohlkasten auf dem Ober- und Untergurt über Oberflächentemperaturfühler in der Mitte des Hauptfeldes aufgenommen. Ergänzend wird noch die Innenlufttemperatur im Hohlkasten aufgezeichnet. Die Temperaturmessungen sollen neben der Korrelation mit den Dilatationen der Übergangskonstruktionen auch eine Aussage zu den maximalen Temperaturunterschieden zwischen Ober- und Unterseite des Hohlkastens vor und nach dem Einbau des Fahrbahnbelags ermöglichen.

Alle Messdaten werden zentral von einem Messcomputer im Hohlkasten erfasst. Über eine Remote-Verbindung werden die Ergebnisse abgerufen und die Systemeinstellungen wie Abtastraten, Filter und Triggerwerte gesteuert. Horizontalschwingungen wurden am Kabel 15 mit einer Amplitude in Kabelmitte von rund 90 mm gemessen, die während einer Windanströmung in Brückenlängsrichtung mit Windstärke 4 auftraten. Vertikalschwingungen werden nach ersten Auswertungen ebenfalls bei mäßiger Windstärke, jedoch mit Anströmung quer zur Brücke angeregt. Eine Koinzidenz von Starkwinden mit Seilschwingungen wurde bisher nicht festgestellt.

Korrekturmaßnahme

Überbau: Der ohnehin zur Sicherung des Überbaus gegen Abheben am landseitigen Pfeiler vorgesehene Ballastbeton im Hohlkasten wurde konstruktiv als Verbundbeton genutzt, um zudem die Steifigkeit und damit das Verformungsverhalten des Überbaus zu steuern. Um eventuelle Abweichungen von der Sollgeometrie ausgleichen zu können, wurde ein Teil des Verbundbetons im Bereich der Seitenöffnung erst nach der Montage und dem Aufbringen der Aufbaulasten eingebracht. Eine weitere Korrekturmöglichkeit stellte das Anpassen der Vorspannkräfte der Litzenkabel dar. Bei der Kontrolle der Verformungen des Kragarms nach dem Anhängen der Schüsse wurde ein um 7% höheres Schussgewicht festgestellt. Diese Erhöhung wurde durch die Lastmessung am Schwimmkran bestätigt. In der Folge wurden sämtliche Vorspannkräfte angepasst. Weitere Anpassungen der Kabelkräfte wurden vorgenommen, um kleinere Montageungenauigkeiten im Freivorbau auszugleichen. Dabei wurde stets der Einfluss der Anpassung auf die Bemessung des Tragwerks überprüft. Nach Abschluss der Stahlbaumontage wurde nach Aufmessen des Überbaus an jedem Querträger festgelegt, dass auf weitere Korrekturmaßnahmen verzichtet werden konnte. Daher wurde der restliche Verbundbeton schon vor dem Aufbringen der Ausbaulasten in den Hohlkasten eingebracht.

Pylonen: Auch Kontrollmessungen der Lage der Pylonen zeigten nur geringe Abweichungen innerhalb des Toleranzbereiches.

Kabelkräfte: Nach Abschluss der Montage wurden mit sogenannten „Lift-off-Tests“ alle Kabelkräfte gemessen. Dabei wurde festgestellt, dass unter Berücksichtigung der im Bauablauf angepassten Planwerte alle Kabel bis auf ±5% genau mit den um das höhere Eigengewicht erhöhten Seilkräften übereinstimmten. Auf Grundlage der Kabelkraftmessungen wurden die Schnittkräfte im Bauwerk nachgerechnet. Es ergaben sich dabei Abweichungen der Momente in Überbau und Pylon, die allerdings bereits bei der Montageplanung vorausgesehen wurden. Sämtliche Spannungsnachweise konnten auch mit den geänderten Schnittkräften geführt werden, ohne den Teilsicherheitsbeiwert für das Eigengewicht zu reduzieren, was bei der Kontrolle der Kabelkräfte und der Gradiente durch Messung grundsätzlich denkbar gewesen wäre.

Schlussfolgerungen: Durch eine genaue Vorausplanung der Bauzustände und die baubegleitende Festlegung und Verfolgung von Korrekturmaßnahmen, z.B. bei Gewichtsveränderungen, kann sichergestellt werden, dass am Ende der Montage alle Schnittkräfte mit den rechnerisch voraus ermittelten Werten hinreichend übereinstimmen. Dies korrespondiert mit der Regelung im DIN FB 103, Punkt II – A.2.4 „Bauteilvorspannung“, wonach die Schnittkräfte aus ständigen Lasten am elastischen System und Kabelverkürzungen unter Ansatz der gleichen (Last-)Sicherheitsbeiwerte ermittelt werden dürfen.

Fertige Brücke

Die fertige Brücke fand allgemeine Zustimmung. Zur offiziellen Brückeneröffnung kam höchste politische Prominenz aus Land und Bund. Die Bevölkerung nahm in großer Zahl die einmalige Möglichkeit wahr, den gesamten Brückenzug zu Fuß zu erwandern.

Auszug aus: Svensson, Holger Schrägkabelbrücken (1. Ausgabe),Wilhelm Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH, Berlin (Deutschland), ISBN 3433029776, 2011; S. 371-388