Orthotrope Stahlfahrbahnplatten von Brücken, insbesondere solche aus der Zeit vor 1970, weisen gelegentlich Ermüdungsschäden auf. Die absehbare Entwicklung des Verkehrs in Richtung höherer Achslasten und größeren Volumens lässt Gefährdungen der Dauertragfähigkeit auch bei gesunden Brücken vermuten, weswegen eine nachhaltige Ertüchtigung der bestehenden orthotropen Fahrbahnplatten ein Thema ist. Vom Landesbetrieb Straßenbau NRW wurde deshalb in Abstimmung mit dem Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung ein Pilotprojekt zur dauerhaften Instandsetzung orthotroper Fahrbahnplatten durchgeführt. Im folgenden Aufsatz werden die Gründe für die Ausführung des Pilotprojekts und die grundlegenden Planungsparameter sowie die ersten Erfahrungen erläutert.

Dieser Beitrag beschreibt die Planung und wissenschaftliche Unterstützung der Erstanwendung der SPS-Auflegetechnik zur Ertüchtigung bestehender Stahlfahrbahnen von Straßenbrücken für die zukünftige Verstärkung des Verkehrs, um mögliche Ermüdungsschäden im Deckblechbereich und Schäden des Fahrbahnbelages abzuwenden.
Es wird die schrittweise Herangehensweise, nämlich Auswertung der positiven Erfahrungen mit der Anwendung dieser Bauweise im Schiffbau, Voranwendungen bei der kleinen und großen Fahrbahnplatte des zerlegbaren Brückensystems D-Brücke, die Anwendung bei der Ertüchtigung der Stahlfahrbahn einer alten U-Bahn-Brücke in Berlin und schließlich die Pilotanwendung bei der Schönwasserparkbrücke in der BAB A 57 bei Krefeld dargestellt.
Bei dieser Pilotanwendung ging es besonders darum,
-·die Anwendung unter Baustellenbedingungen
-·eine schnelle Durchführung zur Reduzierung von Verkehrsstörungen
-·die Anwendbarkeit in Verbindung mit dem Gussasphalteinbau mit Einbautemperaturen von 225 °C ohne Schädigung des Elastomerkerns
nachzuweisen.
Der Beitrag geht auf die Untersuchungen für die Erteilung der Zustimmung im Einzelfall und die damit bewirkte Weiterentwicklung der SPS-Technologie ein und zeigt, dass diese für die Ertüchtigung hervorragend geeignet ist.

SPS wurde ursprünglich als Plattenverkleidung von Offshore-Konstruktionen sowie Arbeitsplattformen im kanadischen Beaufort-Meer zum Schutz vor (Schiffs-)Anprall entwickelt. Innerhalb der vergangenen 13 Jahre wurden für SPS umfangreiche Untersuchungen zu Materialverhalten und -eigenschaften und Brandschutz durchgeführt sowie Bemessungsregeln für die Konstruktion entwickelt. Zudem wurden spezielle Verbindungsdetails entworfen und der Arbeitsablauf für Herstellung, Reparatur und Qualitätsüberwachung optimiert - insbesondere für den Baustelleneinsatz bei SPS-Overlay-Maßnahmen. Diese Arbeiten und Untersuchungen, die in diesem Aufsatz vorgestellt werden, zeigen deutlich, dass sich mit SPS-Platten gleiche Tragfähigkeiten wie mit konventionell versteiften Stahlplatten erzielen lassen, wobei bei gleichzeitiger Gewährleistung der Wirtschaftlichkeit eine Reihe weiterer Vorteile bei Leistungsfähigkeit und Sicherheit erlangt werden können.

Vom Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung wurde 2005 ein Pilotprojekt zur Anwendung von Stahl-Elastomer-Sandwich-Overlay zur Verstärkung von orthotropen Stahlfahrbahnen gefördert. Mit diesem wurde eine neue Technik getestet, mit der Brückenbauwerke gegen Gefährdungen aus stärker werdendem Verkehr ertüchtigt werden können.
Im folgenden Aufsatz werden das getestete Verfahren sowie Planung und Ausführung des Pilotprojekts an einer Autobahnbrücke der BAB A 57 in Krefeld beschrieben.

An der Schönwasserparkbrücke im Zuge der BAB 57 bei Krefeld erfolgte die Pilotanwendung des Sandwich-Platten-Systems (SPS) als Instandsetzungsmaßnahme im Straßenbrückenbau. Das gesamte Projekt wurde von der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) fachtechnisch betreut. Im Rahmen dieses Beitrags werden die Untersuchungen zur thermischen Beanspruchung von SPS beim Einbau bituminöser Fahrbahnbeläge vorgestellt.

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Brücken mit orthotropen Fahrbahnplatten sind in den 1950er Jahren zum ersten Mal in Deutschland gebaut und danach in vielen anderen Ländern eingeführt worden. Derzeit gibt es weltweit mehrere tausend Brücken mit orthotropen Platten. Die Dauerhaftigkeit dieser Brücken erwies sich als gut - mit Ausnahme einiger Plattenausbildungen, die in den 1960er und 1970er Jahren ausgeführt wurden, bei denen Ermüdungsprobleme infolge ungeeigneter Detailgestaltung und Fertigungsmängel aufgetreten sind. Der vorliegende Beitrag geht auf derartige Schäden ein.
Weiterhin wird auf die Entwicklung von Berechnungsmethoden eingegangen. Für den Entwurf werden einfache Modelle wie das von Pelikan-Esslinger benutzt. Der klassische Ermüdungsnachweis nach Wöhler ist nur beschränkt gültig. Daher beruhen die derzeitigen Bemessungsvorschriften für orthotrope Platten mehr auf konstruktiven Empfehlungen aufgrund bewährter Bauarten.
Wegen ihres geringen Gewichts, ihrer Dauerhaftigkeit und ihrer Reserven für Lasterhöhungen versprechen orthotrope Fahrbahnplatten auch in Zukunft gute Einsatzmöglichkeiten, z. B. bei Brücken großer Spannweiten. Da sie leicht in bestehende Brücken mittragend integriert werden können, sind sie auch bestens geeignet, Betonfahrbahnplatten zu ersetzen. In den USA werden zur Zeit 40% der Straßenbrücken als “baulich ungenügend” und “funktionell nicht mehr ausreichend” eingestuft, wobei 2/3 der Beurteilung “ungenügend” auf Schäden der Betonfahrbahnplatten zurückzuführen sind. Mehrere größere Brücken erhielten in letzter Zeit neue Fahrbahnen in Form orthotroper Platten. Auf die Lösung der damit verbundenen Probleme wird eingegangen.

Durchlaufende Verbundträger können mit dem Fließgelenkverfahren berechnet werden. Bei dieser Methode werden die plastischen Querschnitts- und Systemreserven ausgenutzt. Bisher war bei der Anwendung der Fließgelenktheorie die Betrachtung von großen Öffnungen im Steg nicht geklärt. Im Fachgebiet Massivbau und Baukonstruktion der Technischen Universität Kaiserslautern wurde ein von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördertes Forschungsprojekt bearbeitet, bei dem durchlaufende Verbundträger mit Öffnungen experimentell und numerisch untersucht wurden. Im Rahmen dieses Projektes wurde u. a. ein Nachweiskonzept entwickelt, mit dem solche Verbundträger nach der Fließgelenktheorie bemessen werden können. Im vorliegenden Beitrag wird dieses Bemessungsmodell vorgestellt.

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Im Zuge der A 17 wird das langgestreckte Lockwitztal in einer Höhe von 64 m und mit einer Gesamtlänge von 723 m von einer Stahlverbund-Brücke gequert. Im Talgrund liegen die Ausläufer des Dresdner Vorortes Lockwitz, und an den Talflanken befinden sich ungestört zu belassende Naturräume. Für die anspruchsvolle landschaftliche Situation wurde mit dem ausgeführten Entwurf eine adäquate Brückenkonstruktion geschaffen. Die Stützweiten in den beiden Hauptfeldern betragen jeweils 125 m, die durch je zwei in den Drittelspunkten endenden Bogenstreben zusätzlich gestützt werden. In dem jeweils beidseits anschließenden Feld wird dieses System mit einer weiteren Bogenstrebe fortgesetzt. Zusammen mit den auf den Bogenstreben angeordneten Stützen und dem mit externen Spanngliedern vorgespannten Verbundüberbau bilden sie ein ansprechendes und technisch interessantes Hybridsystem. Die Brücke zeigt einen neuen Weg, die visuelle Wirkung von Bogentragwerken auch bei Talüberquerungen einzusetzen, die von der Topographie und der Straßentrassierung bisher als nicht dafür geeignet erschienen. Mit der neuartigen Konstruktion wurde ein Bindeglied zwischen Bogentragwerken und abgestrebten Rahmentragwerken entwickelt.
Im Folgenden werden die wesentlichen Elemente von Konstruktion und Bauverfahren aus der Sicht der Ausführung diskutiert.

Die in den Jahren 1902/1903 errichtete sogenannte “Länderbrücke” stellt ein technisches Denkmal besonderer Art dar. Erhebliche Schäden, vor allem infolge Korrosion, machten eine Instandsetzung der Brücke erforderlich. Die Planungen und die Bauausführung des denkmalgeschützten Bauwerkes wurden durch die Forderung erschwert, dass der Verkehr während der gesamten Baumaßnahme weitestgehend aufrecht zu erhalten war. Die Instandsetzung der Brücke hatte zum Ziel, die zulässige Verkehrsbelastung wieder auf 30 t anzuheben und die Dauerhaftigkeit bis zur nächsten Generalinstandsetzung in 20 bis 25 Jahren zu gewährleisten. Außerdem legte man größten Wert auf eine originalgetreue Wiederherstellung der Brücke und eine originalgetreue Restaurierung der Verzierungselemente.

The paper deals with a new arch road bridge made from structural corrugated plates, over the Plawna Stream on a local road between Bystrzyca Klodzka and Ladek Zdroj in Stary Waliszow, Poland. The bridge replaced the old stone arch bridge destroyed during the flood of 1997. The steel bridge is founded on two continuous footings made of reinforced concrete. Its effective span is 10.00 m and clear height - 4.02 m. The results of tests carried out on the bridge under three static load schemes after four years of service are presented. The average values of the measured displacements and strains in selected points and elements of the steel shell structure were found to be considerably lower than the ones calculated for the same load. Since designs of this type are more and more often adopted for small- and medium-size bridges, the conclusions drawn from the presented tests can be generalized to the whole class of such bridge structures.

Unerwartete Brückenschwingungen, z. B. bei der Eröffnung der Millennium Bridge in London und der Passerelle Solferino in Paris haben das Augenmerk der Ingenieure auf genauere Prognosemöglichkeiten fußgängerinduzierter Schwingungen und besonders der Fußgänger-Bauwerk-Interaktion bei leichten und gering gedämpften Fußgängerbrücken gerichtet.
Ein Simulationsprogramm für Brückenschwingungen mit realistischen “numerischen Fußgängern” wird vorgestellt, das an Messergebnissen kalibriert ist und mit dem die beobachteten Schwingungen und Fußgänger-Bauwerk-Interaktionsvorgänge erklärt werden können. Anschließend wird ein Ingenieurmodell zur Bestimmung charakteristischer fußgängerinduzierter Tragwerksreaktionen auf Basis der Leistungsspektralmethode hergeleitet, mit dem Entscheidungen zur Konstruktion und Dämpfungsmaßnahmen in der Planungsphase gefällt werden können.
Abschließend wird ein Bemessungskonzept für den Schwingungsnachweis in Form eines Nachweises für den reversiblen Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit erläutert, das die Anforderungen der Eurocodes erfüllt. Dabei wird eine neuartige Betrachtung und Definition der Komfortkriterien vorgeschlagen.

Experimentelle Untersuchungen und parametrische Berechnungen mit einem Finite-Element-Modell zeigen, dass die drehstabilisierende Wirkung von Sandwichelementen auf biegedrillknickgefährdete Träger durch eine trilineare Momenten-Verdrehungsbeziehung erfasst werden kann. Für die Berechnung der Parameter zur Darstellung dieser Beziehung werden für unterschiedliche Profiltypen und Sandwichelemente für Dach und Wand Formeln angegeben. Aus der Momenten-Verdrehungsbeziehung lässt sich in Abhängigkeit von der Pfettenauflast die Anschlusssteifigkeit als Sekantensteifigkeit ablesen. Damit kann entsprechend DIN 18800 Teil 2 die für den Nachweis der Biegedrillknicksicherheit benötigte Drehfedersteifigkeit bestimmt werden. Die bisher auf lediglich zwei Elementtypen beschränkten Kenntnisse von Anschlusssteifigkeiten für Sandwichelemente werden durch dieses Verfahren auf die üblichen Varianten von Sandwichelementen und Bauausführungen erweitert.

Aufgrund der Neufassung der Windlastnorm DIN 1055-4 wurde eine Überarbeitung des in dieser Zeitschrift vom Verfasser veröffentlichten Aufsatzes über windbelastete Zylinder erforderlich. Im Zuge dieser Überarbeitung werden die Schnittkrafttabellen für starre Verankerung sowohl für schlanke bis mittelschlanke als auch für stark gedrungene Behälter (Flachbodentanks) angegeben. Der Einfluss einer elastischen Zugverankerung wird exemplarisch untersucht.

Der Aufsatz fasst die ersten Erfahrungen des Autors mit der neuen Windlastnorm DIN 1055-4 im Stahlschornsteinbau zusammen. Er vergleicht die Ermittlung der Bölastprofile nach DIN 1055-4 mit der nach der bisher für Stahlschornsteine gültigen DIN 4133 Anhang A. Zudem werden einige Vorschläge gemacht, die dem Praktiker Vereinfachungen in der Anwendung der Norm bieten können.

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