die brücke lockwitztal – eine revision nach entwurf und ausführung

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Fachthemen

© Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin · Stahlbau 76 (2007), Heft 6

Im Zuge der A 17 wird das langgestreckte Lockwitztal in einer Höhe von 64 m und miteiner Gesamtlänge von 723 m von einer Stahlverbund-Brücke gequert. Im Talgrund lie-gen die Ausläufer des Dresdner Vorortes Lockwitz, und an den Talflanken befinden sichungestört zu belassende Naturräume. Für die anspruchsvolle landschaftliche Situationwurde mit dem ausgeführten Entwurf eine adäquate Brückenkonstruktion geschaffen.Die Stützweiten in den beiden Hauptfeldern betragen jeweils 125 m, die durch je zwei inden Drittelspunkten endenden Bogenstreben zusätzlich gestützt werden. In dem jeweilsbeidseits anschließenden Feld wird dieses System mit einer weiteren Bogenstrebe fort-gesetzt. Zusammen mit den auf den Bogenstreben angeordneten Stützen und dem mitexternen Spanngliedern vorgespannten Verbundüberbau bilden sie ein ansprechendesund technisch interessantes Hybridsystem. Die Brücke zeigt einen neuen Weg, die visu-elle Wirkung von Bogentragwerken auch bei Talüberquerungen einzusetzen, die von derTopographie und der Straßentrassierung bisher als nicht dafür geeignet erschienen. Mitder neuartigen Konstruktion wurde ein Bindeglied zwischen Bogentragwerken und ab-gestrebten Rahmentragwerken entwickelt.Im Folgenden werden die wesentlichen Elemente von Konstruktion und Bauverfahrenaus der Sicht der Ausführung diskutiert.

The Bridge Lockwitztal, a Review of Design and Execution. In the course of the newlybuilt federal motorway A 17, the bridge Lockwitztal crosses a wide valley in a maximumheight of 64 m, with a length of 723 m. At the bottom of the valley lies a suburb of Dres-den and at the valley slopes exist nature areas which have to be conserved. With theexecuted design, an adequate solution for the demanding situation was found. The twomain spans are each 125 m. In four of the spans are situated concrete arch struts, whichtogether with the composite superstructure and the piers form an integral frame system.The bridge shows a new way of deploying the aesthetic value of arch systems in thecrossing of valleys up to now thought as not suitable for this and with the innovativeconstruction was developed a novel link between arch systems and strutted frame sy-stems.In the paper are discussed the essential elements of the construction and of the buildingprocesses in review after execution.

1 Einführung

Für die anspruchsvolle Situation derBrücke Lockwitztal – die Talbrückeüberquert mit einer Länge von 723 min einer Höhe von max. 64 m einen inder Talsohle liegenden Vorort vonDresden, eine frequentierte Staats-straße sowie ungestört zu belassendeNaturräume an den Talhängen –wurde mit dem ausgeführten Entwurfein adäquates Brückensystem gefun-den (Bild 1).

In den vier mittleren Feldern derBrücke, zu denen auch die zweiHauptfelder mit Stützweiten von je-weils 125 m gehören, sind Beton-Bo-genstreben angeordnet, die mit demvorgespannten Stahlverbundüberbauund den Stützen zusammen ein ein-heitlich wirkendes System bilden.Die Brücke zeigt einen neuen Weg,die gestalterische Wirkung von Bo-gentragwerken auch bei Talüber-querungen einzusetzen, die von derTopographie und der Straßentrassie-rung bisher dafür als nicht geeigneterschienen.

Die Bauweise der Brücke, dieUnterstützung eines Verbundüberbaus

Karl-Heinz ReintjesTilman ZichnerShengwei TangMichael Küchler

Die Brücke Lockwitztal – eine Revision nach Entwurf und Ausführung

DOI: 10.1002/stab.200710039

Bild 1. Ansicht des Bauwerks sowie der Hauptöffnungen mit den zu schützenden Talflanken Fig. 1. View of the bridge and detail of the main openings showing the edges of the valley subject to special protection

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K.-H. Reintjes/T. Zichner/S. Tang/M. Küchler · Die Brücke Lockwitztal – eine Revision nach Entwurf und Ausführung

Stahlbau 76 (2007), Heft 6

durch vollständige Bögen oder bogen-förmige Abstrebungen, hat Vorläufer.Hierzu gehören die Isarbrücke Grün-wald und die Elbebrücke Pirna. DieKonstruktion der Brücke Lockwitztalstellt aber durch die Ausbildung einesmit den Stützen zusammenwirkenden,abgestrebten Rahmentragwerks eineWeiterentwicklung dar, durch die siein die konstruktive Verwandtschaft an-derer Brückensysteme zu stellen ist,z. B. die Brücke Haseltal im Zuge derA 71 oder die Vorlandbrücke der zwei-ten Strelasundquerung in Stralsund,beides Rahmenbrücken, deren Ver-bundüberbauten durch Tragstreben –allerdings in gerader Form – zu denPfeilern hin abgestützt sind.

Im Folgenden werden der Ent-wurf und die Konstruktion der BrückeLockwitztal aufgrund der Erfahrun-gen aus der Ausführung und der Aus-führungsplanung im Rückblick be-wertet, der Einsatzbereich der Bau-weise wird im Vergleich mit anderenKonstruktionen erörtert, und es wer-den Möglichkeiten der Fortentwick-lung aufgezeigt.

2 Überblick über die wesentlichenElemente von Konstruktion undBauverfahren

2.1 Allgemeines

Über den Entwurf [1] und über ein-zelne Aspekte der Ausführung derBrücke Lockwitztal ist in [2], [3], [4]und [5] bereits eingehend berichtetworden. In diesen Aufsätzen ist dieBrücke ausführlich dargestellt, so dasshier auf die Beschreibung aller De-tails des Bauwerks verzichtet werdenkann. Nachfolgend werden daher nurdie wesentlichen Elemente der Kon-struktion und die Verfahren dargestellt,auf die in den folgenden Abschnittennäher eingegangen wird.

5 km südlich von Dresden über-quert die A 17 das Tal des Lockwitz-bachs. Die Bauwerkslänge beträgt723 m, die größte Höhe über Tal64 m. Von Norden kommend führtdie Brücke zunächst über einen flacheinfallenden Hang mit einer Ortsver-bindungsstraße, überquert in der Tal-sohle die Staatsstraße S 183 sowie denLockwitzbach und dann den steilen,bewaldeten Südhang. In unmittelba-rer Nähe der Brücke liegt der VorortLockwitz. Die Talsohle und der süd-liche Steilhang besitzen schützens-werte Fauna-Flora-Habitate, die von

Stützen und Bautätigkeiten weitge-hend freizuhalten waren.

Im Grundriss verläuft die Brückein einem Kreisbogen mit dem Radiusvon R = 2500 m. Die Querneigungbeträgt 3,5 %. Im Bereich der Brückeverläuft die Gradiente in einer Kuppe,die Längsneigungen variieren zwischen+0,9 % und –1,0 %.

Der Baugrund weist unterschied-lich starke Lockergesteinsschichtenüber einem mehr oder weniger festenGneis/Fruchtschiefer auf. Im nörd-lichen Hang wurden Pfahlgründun-gen erforderlich, in der Talsohle undim Südhang konnten Flachgründun-gen ausgeführt werden.

Für jede Fahrtrichtung wurde eineigenständiges Bauwerk errichtet. Auseiner umfangreichen Variantenstudie[1] wurde eine Spannweitenfolge von48 – 60 – 65 –70 – 85 – 2 ¥ 125 – 85 –60 [m] mit einer Gesamtlänge von723 m (Bild 1) entwickelt. Je Überbauwurde ein begehbarer Stahlverbund-hohlkasten mit einer Bauhöhe von3 m vorgesehen. Als Bauverfahren zurHerstellung des Überbaus wurde dasEinschieben des Stahltrogs von einerSeite aus und das nachträgliche Beto-nieren der Fahrbahnplatte mit zweiSchalwagen gewählt. In den vier größ-ten Feldern wird der Überbau durchsechs Beton-Bogenstreben unterstützt,die biegesteif mit dem Überbau undden Stützen verbunden sind. Zwischenden Enden der jeweils benachbartenBogenstreben wurde im Überbau eineüber den Querträgern umgelenkte ex-terne Vorspannung ohne Verbund ein-gebaut. Der Überbau ist auf den höchs-ten drei Stützen über Betongelenkegelagert. Ebenso weisen die als Pen-delstütze ausgeführten BogenständerBetongelenke auf. Auf den übrigenStützen sind Kalottenlager angeord-net.

Zur Ausführung kam der derAusschreibung zugrunde liegende Ent-wurf, der durch Änderungsvorschlägegeringfügig modifiziert worden ist. Aufdiese Änderungen wird nachfolgendgesondert hingewiesen.

2.2 Stahlbau

Der Kastenquerschnitt der Stahlver-bundüberbauten hat eine untere Breitevon 6,5 m und eine obere Breite von8,5 m. Die beiden Stege haben zur Be-rücksichtigung des Quergefälles derFahrbahn bei horizontalem Boden-

blech unterschiedliche Höhen von 2,4bis 2,6 m (Bild 2). Der Kasten ist mitQuerrahmen im Abstand von 5 mausgesteift. Im Entwurf waren diesegenerell als Stahlrahmen geplant. Imbeauftragten Sondervorschlag wurdendie Querrahmen über den Stützen inBetonscheiben geändert. Der Ver-schub wurde statisch unabhängig vomBau der Bogenstreben vorgesehen.Hilfsstützen waren ursprünglich in dengrößeren vier Feldern vorgesehen, inden 85-m-Feldern jeweils eine, in den125-m-Feldern jeweils zwei. Der be-auftragte Sondervorschlag sah nurnoch je eine Hilfsstütze in den 125-m-Feldern vor (Näheres zum Stahl-bau s. [2]).

2.3 Bogenstreben

Die Bogenstreben haben eine Längezwischen Stützenachse und Ende desVerschneidungsbereichs von 50 m. DerAbstand zwischen der Stützeneinbin-dung (Achsmaß) und UnterkanteÜberbau beträgt 14 m. Die Strebe hateinen konstanten Querschnitt von5,5 m ¥ 1,6 m, ihre Form entsprichteinem Kreisbogen mit einem Radiusvon R = 143 m (Bild 3). Auf den Stre-ben sind jeweils in zwei Achsen zweirunde Ständer angeordnet. Die Bogen-streben bilden selbst in den 125-m-Feldern mit zwei symmetrisch ange-ordneten Halbbögen statisch und vi-suell keinen durchlaufenden Bogen.Zwischen den Enden der Streben, diemit einer Absatzhöhe von 30 cm er-kennbar hervortreten, befindet sicheine nicht unterstützte Überbaulängevon 25 m. Damit wird die statischeWirkung des Gesamtsystems als Rah-mentragwerk mit aufgelösten Voutenbzw. mit Streben deutlich gemacht.Dem visuellen Eindruck des Bauwerksals Bogenbrücke tut dies keinen Ab-bruch.

Zur Reduzierung der erforder-lichen Druckbewehrung war für dieBogenstreben ein höherfester BetonB 65 (C 55/67) geplant. Alternativwurde in der Ausschreibung noch einselbstverdichtender Beton SVB 65 an-gefragt, um im Übergangsbereich zwi-schen Überbau und Bogen das Beto-nieren des Bogenquerschnittes unterdem Stahltrog zu erleichtern. Nachdem beauftragten Sondervorschlagwurde jedoch ein herkömmlicher Be-ton der Güte B 45 (C 35/45) ausge-führt.

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Ein Schwerpunkt bei den Ent-wurfsüberlegungen waren die Her-stellung der Streben und die Abhän-gigkeiten mit der Überbauherstellung.Untersucht wurden für die StrebenFertigteilbauweisen in Stahl und Be-ton, die Herstellung auf bodengestütz-tem Traggerüst und der Freivorbau.Als Ausschreibungsgrundlage warvorgesehen, die Streben mittels einesTraggerüstes, dessen Abspannungenzu auf den Stützen aufgestellten Hilfs-pylonen geführt werden, herzustellen.Der Sondervorschlag sah dagegen die

Herstellung der Streben nur mittelsAbspannungen unter dem Überbauzu den Hauptstützen hin vor.

2.4 Übergangsbereich Überbau/Bogenstrebe

Die Verbindung der Streben mit demÜberbau erfolgt auf eine Länge von12,5 m. In diesem Bereich wird dieStrebendruckkraft von ca. 60 MN inden Überbau eingeleitet. Die im Über-bau daraus resultierende Zugkraft wirdetwa zur Hälfte durch eine externe

Vorspannung aufgenommen; die an-dere Hälfte wird in den Verbundquer-schnitt eingetragen. Die Verteilungdes Moments aus der exzentrischenLasteinleitung in den Verbundquer-schnitt erfolgt über vier in diesem Be-reich angeordnete Querrahmen, dieüber Längsträger miteinander gekop-pelt sind. Diese Längsträger, die ober-halb und unterhalb des Bodenblechsliegen, sind seitlich mit horizontalangeordneten Kopfbolzendübeln zurKrafteinleitung in den Beton verse-hen. Nach der Betonage des Über-

Bild 3. Bogenstreben und Strebenquerschnitt Fig. 3. Arched strut and strut cross-section

Bild 2. Regelquerschnitt des Nordüberbaus Fig. 2. Standard cross-section of the northern bridge deck

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gangsbereichs sind die Längsträgerim Bogen und im Kasten einbetoniert.Im Kasten reicht die Betonhöhe biszum Obergurt der Querrahmen. DasBodenblech ist mit Öffnungen verse-hen, durch die der Einbau des Be-tons, das Verdichten und die Entlüf-tung erfolgten.

2.5 Vorspannung

Über den drei Stützen, an denen die Streben anschließen, sind jeweilsSpannglieder ohne Verbund (10 Glie-der von ca. 3 MN) eingebaut. Die Glie-der sind an den Enden der Verschnei-dungsbereiche verankert und zumStützquerträger hin nach oben umge-lenkt. Mit Entlastung der temporärenAbspannung der Bogenstreben werdenvier Glieder vorgespannt; die übrigenGlieder werden nach der Betonageder Fahrbahnplatte vorgespannt. DieVorspannung hat im Bereich der gro-ßen Stützweiten auf alle Bauteile desTragsystems günstige Auswirkungen.Die Zugbeanspruchung des Überbaus,die infolge der Übertragung des Bogen-schubs auftritt, wird wesentlich redu-ziert. Damit ergeben sich in den Bö-gen und den Stützen geringere Biege-beanspruchungen aus ständigen La-sten. Der Stahlüberbau, insbesondereder Obergurt, benötigt wesentlich ge-ringere Querschnitte, und die in derFahrbahnplatte auftretenden Zugspan-nungen können auf das bei Verbund-brücken übliche Maß reduziert wer-den. Durch eine geeignete Wahl derGröße der Vorspannung konnten die

Bauteile des Tragsystems günstig auf-einander abgestimmt werden.

3 Das statische System und die externeVorspannung

Das statische System der Lockwitz-talbrücke in Längsrichtung bestehtaus einem Durchlaufträger über neunFelder, der zusätzlich durch Bogen-streben und Ständer elastisch gestütztist. Da die großen Innenfelder durchdie Streben in Abschnitte von maxi-mal 50 m unterteilt werden, wäre ausstatischen Gründen eine weitere Stüt-zung des Überbaus durch die Ständernicht notwendig geworden. Wegen deraus gestalterischen Gesichtspunktengewählten bogenartigen Form derStreben mussten jedoch zur Umlen-kung der Bogen-Normalkraft die zu-sätzlichen Ständer angeordnet wer-den. Durch die ca. 65 m über demTalgrund verlaufende Gradiente konn-ten die Pfeiler in den Achsen 6 bis 8in einer Festpfeilergruppe zusammen-gefasst werden, über die die Horizon-talkräfte in Längsrichtung abgetragenwerden. Infolge der Pfeilerhöhe hiel-ten sich die aus Kriechen, Schwindenund Temperatur resultierenden Zwän-gungen in diesem Bereich in aufnehm-baren Grenzen. Die Verbindung derPfeiler mit dem Überbau erfolgte überBetongelenke.

Im Bauzustand waren feste La-ger und Bogenstreben noch nicht vor-handen. Auf allen Pfeilern ruhte derStahltrog auf den Taktschiebelagern.Zusätzlich war er noch auf den bei-

den Hilfsstützen, die mittig in dengroßen 125-m-Feldern angeordnet wa-ren, gestützt (Bild 4).

Nach dem Entwurf waren an je-dem Verschneidungsbereich der Bo-genstreben Hilfspfeiler vorgesehen(insgesamt sechs pro Überbau), diegleichzeitig auch als Auflager einerSchalungskonstruktion dienen sollten,mit der die Bogenstreben in einemArbeitsgang hätten hergestellt werdenkönnen. Durch die Reduzierung aufnur zwei, in der Mitte der großen Fel-der angeordnete Hilfsstützen wurdezum Ersatz der Überbau als Baubehelfzur Herstellung der Bogenstreben ge-nutzt. Die Bogenstreben wurden zwarim Freivorbau mit Abspannungen zuden Pfeilerköpfen ausgeführt, zumUmsetzen der großformatigen Scha-lung wurde der Überbau jedoch alsTräger für die Wagen zum Verfahrender Rüstung genutzt (Bild 5).

4 Besonderheiten der Konstruktion unddes Bauverfahrens

4.1 Konstruktion und Bau der Bogen-streben

Die pro Überbau vorhandenen sechsBogenstreben sind alle einheitlich aus-gebildet. Sie bestehen aus StahlbetonB 45 (C 35/45) und besitzen eine Bau-höhe von 1,6 m bei einer konstantenBreite von 5,5 m und verlaufen nachoben gewölbt mit einem Radius von R = 143 m.

Die Bogenstreben stützen denÜberbau nicht nur im Abstand vonca. 44 m zu den Pfeilerachsen im

Bild 5. Aufbau der Bogenschalung an Achse 6 (Nordüberbau)Fig. 5. Assembly of the arched formwork at axis no. 6 (nor-thern superstructure)

Bild 4. Hilfsstütze zwischen Achse 6 und Achse 7 (Nordseite)Fig. 4. Auxiliary support between axes no. 6 and 7 (northernsuperstructure)



Übergangsbereich elastisch, sondernsorgen durch die beiden kreisförmi-gen Stützenpaare etwa in den Drittels-punkten der freien Bogenlänge nochfür eine weitere Verringerung der Stütz-weite des Überbaus in diesem Bereich.Durch die monolithische Anbindungan die Pfeiler entstehen hohe Ein-spannmomente, die mit einer 3-lagi-gen Bewehrung aufgenommen werdenmussten. Durch die pro Stützbereicheingebauten 10 externen Spannglie-der vom Typ SUSPA, Draht EX 66 miteiner zulässigen Vorspannkraft vonjeweils 2970 kN wurde im Überbau-querschnitt sowohl die Zugkraft ausdem Horizontalschub der flachen Bo-genstreben als auch das Stützmomentdurch die umgelenkte Spanngliedfüh-rung reduziert (s. Abschnitt 4.4).

Die Herstellung der Bogenstrebenstellte nicht nur die größte Herausfor-derung für die Bauausführung, son-dern auch die kritische Phase für denBauablauf dar, da die Fertigstellungder Bögen Voraussetzung für das Be-tonieren der Fahrbahnplatte und so-mit auch maßgebend für den Fertig-stellungstermin war.

Nach den ersten Vorstellungender Baufirma sollten die Bogenstre-ben in einem Arbeitsgang unter Ein-rüstung der gesamten Länge herge-stellt werden. Als die Planung dieserVariante sich als unwirtschaftlich her-ausstellte, wurde eine Lösung unter-sucht, bei der die Bogenstrebe in zweiAbschnitten ausgeführt werden sollte,wobei das Gerüst, für eine Hälftekonzipiert, einmal umgesetzt werdensollte. Nachdem auch dieses Konzeptverworfen wurde, entschloss man sichzu einem Verfahren, bei dem die Stre-ben in insgesamt sieben Abschnittenbetoniert werden, fünf davon im Bo-genbereich und zwei im Übergangs-bereich. Die Rüstung wurde so ge-plant, dass sie nur zweimal umgesetztwerden musste. Diese insgesamt 24 mlange und 72 t schwere Bogenrüstung(Bild 5) wurde an dem zuvor betonier-ten Abschnitt biegesteif angespanntund zusätzlich über Abspannseile ausLitzenspanngliedern am Stützenkopfzurückgehängt. Neben diesen Spann-gliedern, die den Bogenquerschnittnicht durchdrangen, wurden zur Rück-hängung der erhärteten Abschnitte imBetonquerschnitt weitere Spannglie-der verankert, die zur Freisetzung desLehrgerüstes entsprechend dem ge-planten Verformungs- und Beanspru-

chungszustand angespannt wurden.Die Vorspannung der Seile wurde da-bei so gewählt, dass eine Zugspan-nung am Betonrand von 5 MPa nichtüberschritten wurde. Dies diente demZiel, einen weitgehend rissefreien Bo-gen herzustellen, wodurch gleichzei-tig die Vorhersage der Verformungenund die Einhaltung der geplantenForm erleichtert wurden. Diese Artder Ausführung stellt eine Weiterent-wicklung des Freivorbauverfahrensmit Abspannung dar, indem nebenden bereits fertiggestellten Betonab-schnitten auch noch das Gerüst selbstüber Seile zurückgehängt worden war.Hierdurch konnte die Konstruktionder Rüstung wesentlich leichter aus-geführt und die Länge der Betonier-abschnitte optimiert werden (Bild 6).

Aufgrund der örtlichen Situationmussten die Seile z. T. äußerst flachgeführt werden, da der Stahltrog desÜberbauquerschnitts bereits einge-schoben war, wodurch die Aufstel-lung eines Pylons als Baubehelf aufden Stützen nicht mehr möglich war.Dadurch ergaben sich einerseits hoheZugkräfte in den Seilen, andererseitshat aber die große Normalkraft imBogen zu dessen Rissefreiheit beige-tragen.

Zur Übertragung des Bogen-schubs in den Überbau diente einÜbergangsbereich, in dem die Kräfteaus dem Beton mittels vier vertikalunter und über dem Bodenblech an-

geordneten Schwertblechen mit an-geschweißten Kopfbolzendübeln inden Überbauquerschnitt abgegebenwurden. Dieser beengte und hoch be-wehrte Bereich musste in zwei Ab-schnitten betoniert werden, wobei dieRüstung an den Stahlüberbau ange-hängt wurde. Erschwert wurde dieAusführung noch durch aufwendigeMaßnahmen, die zur Einhaltung derGradiente erforderlich waren.

In der Überhöhungsberechnungfür den Überbau waren keine Lastenaus Anhängen des Gerüstes vorge-sehen. Die Betonage ohne korrigie-rende Maßnahmen hätte zu erheb-lichen Abweichungen von der Soll-gradiente geführt. Zur Kompensationdes Gewichtes aus dem Betonierab-schnitt des Übergangsbereichs wurdedaher zwischen Gerüst/Bogen/Ab-spannung und Überbau mit Hilfe vonhydraulischen Pressen eine Druck-kraft eingeprägt, die der aus dem Be-tonieren resultierenden Zugkraft ent-sprach, d. h., es wurde die später ausdem Betongewicht zu erwartendeVerformung durch eine definierteKopplungskraft vorweggenommen.Wegen der hohen Anforderungen andie Genauigkeit und der beengtenPlatzverhältnisse stellte sich die Aus-führung als äußerst schwierig dar.Ebenso waren die Berechnungen we-gen der vielen, noch dazu mit Un-genauigkeiten in der Erfassung ver-sehenen Parameter, z. B. Steifigkeit

Bild 6. Montierte Bogenschalung an Achse 6 (Nordüberbau)Fig. 6. Erected arched formwork at axis no. 6 (northern superstructure)

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der Rüstung, des Betonbogens, desÜberbaus sowie derAbhängung, rechtaufwendig. Aus Symmetriegründenmussten die Übergangsbereiche, diezu einem Bogenstrebenpaar gehören,synchron betoniert werden.

Als Fazit ergibt sich daraus:– Das Herstellverfahren der Bogen-streben war aufgrund seiner Komple-xität bestimmend für die Fertigstel-lung der Überbauten. – Da sich die für den Bauwerksent-wurf vorgesehene Lösung – Herstel-lung der Bögen als Einfeldträger mitje einer Hilfsstütze am Ende jederStrebe (s. Abschnitt 2.2) – die einenweitgehend unabhängig von derÜberbaufertigung durchzuführendenBau der Bogenstreben ermöglichthätte, den ausführenden Firmen alszu unwirtschaftlich erschien, wurdenach preisgünstigeren Varianten ge-sucht. Die ohne Berücksichtigungder Bogenherstellung parallel voran-getriebene Planung und Herstellungdes Überbaus schränkte in der Folgedie Möglichkeiten der Ausführung je-doch so sehr ein, dass letztlich nurnoch die oben beschriebene kom-plexe und aufwendige Variante aus-führbar war.– Der Koordinator muss für eine zeit-gerechte Abstimmung der Beteiligtensorgen.

4.2 Betongelenke4.2.1 Allgemeines

Der Überbau der Lockwitztalbrückeist auf den Pfeilern der Achsen 6, 7und 8 sowie auf den Bogenständernmittels Betongelenken gelagert. Beton-gelenke stellen unter der Vorausset-zung, dass jedes Risiko des Auftretensvon größeren und wirksamen Set-zungsunterschieden ausgeschlossenwerden kann, in vielen Fälle eine ge-eignete Möglichkeit dar, Überbautenzu lagern. Es kann erwartet werden,dass die Dauerhaftigkeit der Beton-gelenke nicht kleiner ist als die derBrücke. Wartungs- und Instandhal-tungsnotwendigkeiten sind gering,wenn die ggf. durch das Gelenk ge-führte Bewehrung gegen korrosions-fördernde Einflüsse geschützt wird.Der Platzbedarf auf den Stützenköp-fen ist gering, da die zulässige Pres-sung groß ist und Pressenansatzpunktenicht ausgebildet werden müssen. Dieaufnehmbaren Winkelverdrehungenvon bis zu 15 ‰ sind für den übli-

chen Einsatzbereich groß genug, undim Zusammenhang mit hohen Pfei-lern können auch größere Verschie-bungen des Überbaus aufgenommenwerden. Betongelenke stellen daherin vielen Fällen eine Option dar, dernachgegangen werden sollte.

Bei der Lockwitztalbrücke sinddie Betongelenke der Pfeiler mit einerGelenkhalsfläche von 0,35 m ¥ 1,00 mausgeführt Die Gelenkblöcke habeneine Fläche von 1,20 m ¥ 1,50 m undeine Höhe von 0,55 m bzw. 0,30 m.Die Betongüte ist B 45 (C 35/45). Fürdas Betongelenk des Pfeilers in derAchse 6 wurden bei dem gewähltenBauablauf eine Normalkraft N von–4,6 bis –10,5 MN, eine resultierendeQuerkraft Q von –2,0 bis +2,8 MN so-wie die zugehörigen Drehwinkel von+0,7 bis +3,2 ‰ ermittelt. Das Ver-hältnis Q/N erreicht maximal 0,44.Die in diesem Fall maßgebenden Grö-ßen sind N = –7,0 MN, Q = 2,8 MNbei Drehwinkel von 1,5 bis 2,5 ‰.Die entsprechenden Schnittgrößen derAchsen 7 und 8 bewegen sich in ähn-lichen Bereichen.

In den Bemessungsregeln für Be-tongelenke ist zu finden, dass das Ver-hältnis Q/N kleiner 0,25 sein soll,und dass bei einem Verhältnis zwi-schen 0,125 und 0,25 die Querkraftdurch Bewehrung aufgenommen wer-den soll. Anderenfalls kann die Ge-lenkfläche geneigt oder eine Vorspan-nung ausgeführt werden [6], [7] und[10]. Da im Fall der Lockwitztalbrückeeine Neigung der Gelenkfläche in-folge der die Richtung wechselndenQuerkräfte keine Möglichkeit dar-stellte und eine Gelenkvorspannungmit erheblichem Aufwand verbundenist, wurde die Stichhaltigkeit der Be-messungsregel überprüft, und schließ-lich wurden ergänzende Versuche aus-geführt.

4.2.2 Bisherige Versuchsreihen

Im Gebrauchszustand der Beton-gelenke sind Randspannungen bis zueinem Vielfachen der einaxialenDruckfestigkeit sowie plastische Ver-formungen und Rissbildungen zuläs-sig. Einer rechnerischen Nachbildungund mechanischen Modellierung ent-ziehen sich diese Zustände auchheute noch weitgehend. Die Bemes-sung der Gelenke erfolgt auf Grund-lage von Gebrauchsformeln, die imWesentlichen aus den bis 1965 durch-

geführten Versuchen abgeleitet wur-den. Der Schwerpunkt dieser Ver-suche lag in der Untersuchung vonhohen Drucknormalkräften im Zu-sammenhang mit größeren Winkel-verdrehungen, wobei auch veränder-liche Größen und hohe Wiederho-lungszahlen untersucht wurden. Dar-über hinaus wurden die Größe derRückstellmomente sowie der Einflusseiner Bewehrung der Gelenkhals-fläche untersucht. Ferner wurde auchüberVersuche mit Q/N-Verhältnissenbis 1,0 berichtet [8], wobei sich dieseErgebnisse aufgrund der im Versuchs-aufbau vorhandenen hohen Beweh-rungsgehalte und der durch die Ver-suchsanordnung begrenzten Quer-bzw. Normalkräfte nur bedingt aufdie hier vorliegenden Verhältnisseübertragen lassen.

Im Rahmen der bislang durchge-führten Versuche wurde jedenfalls eingleichzeitiges Auftreten von großenQuer- und Normalkräften mit Q/N >0,25, wie dies bei den Pfeilern derLockwitztalbrücke der Fall ist, nichtuntersucht.

4.2.3 Durchführung der Versuche undVersuchsergebnisse

Die neu aufgelegte Versuchsreihesollte Aufschluss darüber geben, obund wie weit die üblichen Bemes-sungsregeln von Betongelenken, dieNormalkräfte und Winkelverdrehun-gen berücksichtigt, zu ergänzen sind,wenn zusätzlich große Querkräftewirken. Der Schwerpunkt der Unter-suchungen wurde nicht auf die Win-kelverdrehungen und die Dauerfestig-keit gelegt, da diese Themen in denbisherigen Untersuchungen umfang-reich untersucht worden sind. Weilim Falle der Lockwitztalbrücke nurvergleichsweise kleine Drehwinkelauftreten und die ungünstigen Q/N-Verhältnisse nur infolge des jahres-zeitlichen Temperaturunterschieds auf-treten, scheint diese Vereinfachungvertretbar. Über die Versuchsanord-nung sowie deren Durchführungwurde an anderer Stelle bereits be-richtet [9]. Auf die bei den Versuchenstark ausgelegte Bewehrung des Be-tongelenks soll hier deutlich hinge-wiesen werden.

Die Kraft-Verformungsdiagrammevon Querkraft und zugehöriger Glei-tung im Gelenkhals bei den Versu-chen zeigten bis zu einem Verhältnis



von Q/N = 0,43, was etwa dem beimBauwerk vorhandenen ungünstig-sten Wert von 0,44 entspricht, ein li-neares Verhalten. Bei weiterer Last-steigerung nahm die Gleitung über-proportional zu. Ein Versagen konntetrotz großer Deformationen auch beiQ/N @ 1 nicht erreicht werden. Hier-für war sicher die stärkere, das Ge-lenk querende Bewehrung maßge-bend.

Aufgrund der erreichten Bruch-sicherheit von g > 2 und der im Ver-such nachgewiesenen Gebrauchstaug-lichkeit für das vorliegende Verhältnisbis maximal Q/N = 0,44 standen die-ser, für den Einzelfall nachgewiese-nen Ausführung keine Einwände ent-gegen.

Als Fazit ergibt sich daraus:Die durchgeführten Bauteilver-

suche haben gezeigt, dass mit dem ge-wählten Versuchsaufbau eine Quer-kraft abgetragen werden konnte, diegrößer war als die auf die Gelenkhals-fläche wirkende Druck-Normalkraft.Über das gleichzeitige Auftreten einerZug-Normalkraft in Verbindung miteiner Querkraft konnte keine Aussagegemacht werden.

4.3 Bogenständer

Die Ständer, die auf jeder Bogen-strebe angeordnet waren, sind sowohlam Überbau als auch an den Bogen-streben durch ein Betongelenk inLängsrichtung drehbar angeschlossenworden. Dadurch konnte vermiedenwerden, dass sie aus Temperatur-zwang große Querkräfte und Biege-momente zugewiesen bekommen. InQuerrichtung war wegen der recht-eckigen Gelenkhalsfläche eine Ge-lenkwirkung nicht vorhanden.

Die Ständer tragen auch dazubei, die Normalkraft in den Bogen-streben umzulenken und damit dieBiegebeanspruchung gering zu hal-ten. Durch das Herstellverfahren, beidem die Ständer vor dem Ablassender Bogenstrebenabspannung einge-baut werden, erhielten sie im Bauzu-stand Zugkräfte, die für die Beton-gelenke eine ungewöhnliche Bemes-sungssituation bedeuteten.

Als Fazit ergibt sich daraus:Betongelenke sollten möglichst

immer auf Druck beansprucht wer-den, was durch einen entsprechendgewählten Bauablauf sicherzustellenist.

4.4 Externe Vorspannung

Die gewählte externe umgelenkte Vor-spannung, die über den Stützen mitBogenstreben eingebaut wurde, dientzur Reduzierung der Bogenschub-kräfte im Überbau sowie zur Verrin-gerung der Querkräfte und Stütz-momente im auflagernahen Bereich,da ihre Vertikalkomponente die Wir-kung einer elastischen Stützung hat.

Die Kombination aus Verbund-bau und im Verbundüberbau geführ-ter externer Vorspannung entlastet beider Lockwitztalbrücke den Überbau-querschnitt, indem sie einen Teil desBogenschubs aufnimmt. Die externeVorspannung wird in zwei Stufen auf-gebracht. Zunächst werden nach An-schluss der Bogenstreben an den Stahl-trog vier Spannglieder angespannt.

Nach Herstellung der Fahrbahnplattewerden in einer zweiten Stufe dierestlichen sechs Spannglieder vorge-spannt, die dann auf den Verbund-querschnitt wirken. Damit wurde dieZugkraft aus dem Bogenschub von52 MN um 9 + 15 = 24 MN auf nurnoch 28 MN und das Stützmomentvon –79 MNm um 4,5 + 8,5 = 13 MNmauf –66 MNm reduziert. Auch dieQuerkraftbeanspruchung wird im Be-reich der externen Vorspannung umbis zu 1 MN vermindert (Bild 7).

Diese positive Wirkung durch diegleichzeitige Entlastung für Normal-kraft-, Querkraft- und Biegebeanspru-chung ist nur durch die externe Vor-spannung zu erzielen.

Eine Längsvorspannung in derFahrbahnplatte hätte dagegen nur imStützbereich eine Reduzierung der

Bild 7. Normalkraftverlauf [kN] (a), Biegemoment [kNm] (b) und Querkraftver-lauf [kN] (c) an Achse 7 bei externer Vorspannung (T = 0, mit Hilfsstützen)Fig. 7. Normal force distribution [kN] (a), bending moment distribution [kNm](b) and shear force distribution [kN] (c) at axis no. 7 due to external prestressing(T = 0, with auxiliary supports)

a)

b)

c)

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Normalkraft- und Biegemomenten-beanspruchung, nicht aber der Quer-kraftbeanspruchung zur Folge. Hinzukommen noch nicht unwesentlicheProbleme der Lasteinleitung und derAufnahme des Versatzmomentes zwi-schen dem Angriffspunkt des Bogen-schubs in Höhe des Bodenbleches unddes Verankerungspunktes der Vor-spannung in der Fahrbahnplatte.

Alternativ hätte auch durch Ab-senkungsmaßnahmen an den Pfeilernoder den Hilfsstützen bzw. durch eineKombination aus beidem ein ähnlichpositiver Einfluss auf die Querkraft-und Momentbeanspruchung erzieltwerden können. Eine Reduzierung derNormalkraft im Überbauquerschnittzwischen den Übergangsbereichender Bogenstreben ist mit diesen Maß-nahmen jedoch nicht zu erzielen, wiedie nachfolgende Variantenuntersu-chung zeigt. Dabei werden jeweils dieAuswirkungen zur Zeit T = 0 mitein-ander verglichen. Umlagerungen aus

Kriechen bleiben unberücksichtigt, dahauptsächlich der qualitative Unter-schied deutlich gemacht werden soll.Obwohl bei allen drei Methoden dieerzeugten Zwangsschnittsgrößen demAbbau durch Kriechen unterliegen,ist die erzeugte Wirkung bei der ex-ternen Vorspannung am geringsten,da bei dieser Methode der Anteil derstatisch bestimmten Vorspannung na-hezu unverändert bleibt.

Variante 1: Absenken der Bogenpfei-ler in den Achsen 6–8:Bei dieser Variante wird unterstellt,dass der Stahltrog des Überbaus inüberhöhter Lage hergestellt und nachErgänzung der Fahrbahnpatte durchAbsenken in die Solllage gebrachtwird. Diese Variante ist wegen derbesonderen Lagerung des Überbausdurch Betongelenke jedoch nurschwer zu realisieren. Bild 8 zeigtdie Schnittgrößenverläufe im Be-reich des Pfeilers Achse 7 unter einer

eingeprägten Einheitsverformung von10 mm an den Pfeilern der Ach-sen 6–8.

Variante 2: Aufstapeln und Absenkender Hilfsstützen in den Achsen 6¢und 7¢:Bei dieser Variante wird angenom-men, dass der Stahltrog des Überbausvor dem Anschluss der Bogenstrebendurch gezieltes Aufstapeln an denHilfsstützen in eine überhöhte Lagegebracht wird. Nach der Fertigstel-lung des Überbaus wird die zum Ein-zwängen der Verformung erforder-liche Auflagerkraft durch eine gleich-große, entgegengesetzt wirkende Kraftkompensiert. Die folgenden Schnitt-größenverläufe zeigen eine Super-position der Einzelanteile im Bereichdes Pfeilers Achse 7 für eine Anhe-bung in den Hilfsstützenachsen 6¢ und7¢ um jeweils 100 mm, die sich ausdem Aufstapeln vor Herstellung derPlatte und Absenken der Hilfsstützennach Herstellung der Platte im Be-reich des Pfeilers Achse 7 ergeben(Bild 9).

Aus den dargestellten Schnittgrößen-verläufen ist deutlich die entlastendeWirkung der untersuchten Varian-ten 1 und 2 auf den Biegemomenten-und Querkraftverlauf zu erkennen.Eine zur externen Vorspannung äqui-valente Entlastung des Überbauquer-schnittes lässt sich jedoch nicht er-reichen. Mit der Kombination aus:0,6 · Variante 1 + 0,5 · Variante 2 er-hält man z. B. die in Tabelle 1 zu-sammengestellten Schnittkraftände-rungen.

Ungünstig bei dieser Kombina-tion ist vor allem, dass die Zugkraftim Überbau nicht um 24 MN redu-ziert wird, sondern sogar um 1 MNansteigt. Hinzu kommt, dass im Ver-schneidungsbereich das vorhandenepositive Moment statt um 19 MN nurum 2 MN abgebaut wird. Dadurchwürden sich in diesem Bereich dieQuerschnittsflächen vergrößern undzu einer Massenmehrung von ca. 70 tpro Hauptpfeiler und von 6 ¥ 70 t =420 t insgesamt sowie zu weiterrei-chenden Folgen für die Montage undden Verschub des Überbaus führen.Da für die Bogenständer der Bauzu-stand maßgebend für die Bemessungwar, bedeuten die geänderten Schnitt-kräfte für sie keine ungünstigere Be-anspruchung.

Bild 8. Normalkraftverlauf [kN] (a), Biegemomentenverlauf [kNm] (b) und Quer-kraftverlauf [kN] (c) an Achse 7 bei Stützensenkung in Achse 6–8 (T = 0, mitHilfsstützen)Fig. 8. Normal force distribution [kN] (a), bending moment distribution [kNm](b) and shear force distribution [kN] (c) at axis no. 7 due to differential supportsettlements in axes no. 6 and 8 (T = 0, with auxiliary supports)

a)

b)

c)



Einen Teil dieser Stahlmasse hätteman natürlich auch durch eine er-höhte Bewehrung in der Fahrbahn-platte mit kostengünstigerem Beton-stahl ausgleichen können, die Massen-mehrung des Stahles wäre schließlichjedoch nahezu unverändert geblieben.Die gewählte externe Vorspannung

stellt daher die optimale Zusatzmaß-nahme zur Entlastung des Überbau-querschnitts dar. Es soll jedoch nichtunerwähnt bleiben, dass diese zwei-fach umgelenkte Vorspannung, dasBauwerk ist im Grundriss mit R =2500 m kreisbogenförmig trassiert,erhöhte Anforderungen an die Sorg-

falt und Genauigkeit der Ausführungstellte, da an den Verankerungs- undUmlenkstellen der externen Spann-glieder nur geringe Toleranzen vorge-halten werden können.

Als Fazit ergibt sich daraus:– Durch die externe Vorspannungkonnte ein wesentlicher Teil des sonstauf den Überbau wirkenden Bogen-schubs „kurzgeschlossen“ werden. Dieaus der Vorspannung rührende Bela-stungssituation wirkt sich günstig aufdie Schnittgrößenverteilung des Über-baus aus. Eine Vergrößerung der ent-lastenden Wirkung infolge Vorspan-nung war nicht möglich, da der vor-handene Platz nur für die Veranke-rung von zehn Spanngliedern aus-reichte. – Die Massenverteilung im Stahltrog-querschnitt konnte hinsichtlich der fürden Verschub maßgeblichen Schnitt-größen optimiert werden.– Durch die Ausführung der Quer-träger in Beton war der Einbau derUmlenksättel problemlos ohne zu-sätzliche Sonderkonstruktionen mög-lich.

4.5 Stahltrog

Der Überbauquerschnitt besteht auseinem stählernen Trog mit geneigtenStegen, der durch Kopfbolzendübelin der Verbundfuge mit einer Stahlbe-ton-Fahrbahnplatte zum parallelgur-tigen Hohlkasten ergänzt wird. DieBauhöhe des fertigen Verbundquer-schnittes beträgt 3,0 m. Durch densechsspurigen Ausbau der Streckewurde im Bauwerksbereich der Über-bau mit einem Regelquerschnitt RQ29,5, d. h. einer Breite von 29,5 mzwischen den Geländern, geplant.Die Breite des Trapezquerschnittes inHöhe der Bodenplatte beträgt 6,50 mund weitet sich bis zum Obergurt aufeine Breite von 8,50 m auf. Für dengesamten Überbau wurden Stähle derGüte S 355 J2 G3 verwendet. Für dieObergurte und das Bodenblech ka-men mit variabler Dicke gewalzteBleche zum Einsatz (Bild 2).

Im Abstand von 5 m sind stäh-lerne Querrahmen zur Aussteifung desLängssystems vorhanden. Die Stütz-querrahmen über den Pfeilern sowiedie Rahmen über den Bogenständernund in den Verschneidungsbereichensind als Stahlbetonscheiben im Ver-bund mit dem Stahltrog ausgeführt.In den Verschneidungsbereichen mit

Bild 9. Normalkraftverlauf [kN] (a), Biegemomentenverlauf [kNm] (b) und Quer-kraftverlauf [kN] (c) an Achse 7 beim Absenken/Aufstapeln der Hilfsstützen 6¢und 7¢ (T = 0, mit Hilfsstützen)Fig. 9. Normal force distribution [kN] (a), bending moment distribution [kNm](b) and shear force distribution [kN] (c) at axis no. 7 due to lowering/lifting of theauxiliary supports no. 6¢ and 7¢ (T = 0, with auxiliary supports)

a)

b)

c)

Tabelle 1. Schnittkraftänderung aus Kombination von Hebung/Senkung in Stützen-und Hilfsstützenachse im Vergleich zur externen VorspannungTable 1. Effect of forced vertical movemet in auxiliary supports versus externalprestressing

Schnittgröße Kombination Externe Vorspannung

MStütze [MNm] 13 13

MVerschneidungsbereich [MNm] –2 –19

MBogen/Pfeiler [MNm] 5 9

VStütze [MN] 1 1

NStütze [MN] 1 –24

mit: MStütze, MVerschneidungsbereich, MBogen/Pfeiler = Momente im Überbau an den indizier-ten Stellen, VStütze = Querkraft im Überbau und NStütze = Zugkraft im Überbau.

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den Bögen übernehmen die Stahl-beton-Querrahmen auch die Lastein-leitung des Versatzmomentes aus denBogenstreben in den Verbundquer-schnitt.

Die Herstellung der Trogseg-mente erfolgte in Fertigungsbetriebenan den Standorten Plauen und Niesky.Da der Trogquerschnitt für einenTransport auf der Straße zu breit war,wurde in der Mitte des Bodenbleches,in Brückenlängsrichtung verlaufend,ein Baustellenstoß angeordnet. DieU-förmigen Trogquerschnitte der ein-zelnen Takte wurden dadurch in zweiL-förmige Einzelteile (Bild 10) miteiner Breite von 4,462 m und Längenvon 23,90 m bis maximal 36,30 m ge-gliedert und per Schwertransport zurBaustelle geliefert. Es waren Einzel-gewichte von 34 bis 81 t über einenTransportweg von ca. 110 km zu be-wegen.

Um eine für den Verschub desTroges notwendige Seitenführung desQuerschnittes sicherzustellen, wurdendie im Endzustand erforderlichen Stei-fenkästen über den Lagerpunkten erstnach dem Verschub seitlich an denStützquerträgern ergänzt. Die unter-halb des Untergurtes angeordnetenSchwertbleche zur Einleitung derSchubkräfte aus den Bogenstreben inden Überbau wurden so angeordnet,dass sie im Verschubzustand zwischenden Taktlagern verliefen. Aufgrund derhorizontalen Ausführung des Boden-bleches lagen für den Längsverschubdes Überbaus somit optimale Bedin-gungen vor. Zur Aufnahme der Ab-triebskräfte aus dem Verschub undder Herstellung der Verbundplatte,

die aus der Neigung der Stege resul-tieren, wurden oberhalb der Querrah-men Walzprofile auf die Obergurtegeschweißt und mit je zwei Gewinde-stäben Δ 20 mm in den Stützbereichund je einem Gewindestab Δ 20 mmin den Feldbereichen verbunden. DieGewindestäbe blieben jedoch ohneVorspannung (Bild 11)

Die Querträger in den Stützen-und Ständerachsen wurden ebenfallsin Verbundbauweise ausgeführt. Ne-ben der Materialersparnis hat dieseBauweise den Vorteil, dass die Blech-dicken reduziert und das Steifenlay-out im Bereich der Lagerungspunkteoptimiert werden kann. Durch die Si-cherung der Bleche mit Kopfbolzen-dübeln entfallen die meist für dieStege maßgebenden Stabilitätsnach-weise, da der Beton die Blechtafelnam Beulen bzw. dem seitlichen Aus-weichen hindert. Auch für die Um-lenkpunkte der externen Spannglie-der vereinfacht sich der Einbau, dadurch die Breite der Querträger genü-gend Platz zur Anordnung der not-wendigen Umlenkhalbschalen zur Ver-fügung stand und somit keine zusätz-liche Stahlkonstruktion erforderlichwurde.

Im Gegensatz zu den übrigenAchsen, bei denen die Querträger inK-Form ausgebildet wurden, erhieltendie Querträger mit Umlenkpunkteneinen Vollquerschnitt. Da die Her-stellung der Verbundquerträger vorder Herstellung der Verbundplatte er-folgt, ist der Einbau der Bewehrungsowie die Betonage selbst einfach überden noch offenen Trogquerschnittmöglich, wenn auch die vorhandenen

Dübel die Bewehrungsverlegung er-schwert und die der Fahrbahnplattevorlaufende Herstellung für die Be-tonandienung zusätzliche Aufwen-dungen erforderte.

Im Unterschied zu den Rege-lungen des DIN-Fachberichtes 104mussten nach den bei der Planungund Ausführung der Lockwitztal-brücke gültigen Vorschriften (altesNormenkonzept) die Nachweise ge-gen Werkstoffermüdung nur in be-grenztem Umfang geführt werden.Der Nachweis der Betriebsfestigkeitfür die Bewehrung der Fahrbahnplattewar aufgrund des hohen Bewehrungs-gehaltes nicht maßgebend. Für dieStahlkonstruktion selbst wurde einentsprechender Nachweis entbehrlich,da die ermüdungsrelevanten Detail-punkte entsprechend den Regelun-gen der DIN 18809-09/87 ausgeführtwurden.

Die Montage des Stahltroges er-folgte im Taktschiebeverfahren. Hin-ter dem westlichen Widerlager befandsich eine aus zwei längsverlaufendenTrägern gebildete Montageebene miteiner Länge von ca. 110 m, der so ge-nannte Taktkeller. Auf dieser Montage-ebene wurden jeweils drei Takte zueiner Verschubeinheit mit einer Längevon bis zu ca. 105 m zusammengebautund mit Hilfe einer Klemmschub-anlage (Bild 11) verschoben. Für dieGesamtlänge von 723 m mussten ins-gesamt sieben Verschubeinheiten proÜberbau zusammengeschweißt undverschoben werden.

Um zu verhindern, dass vor allembeim Verschub über die 85-m-Felderdie Momentenbeanspruchung aus dem

Bild 11. Klemmschubanlage im BetriebFig. 11. Launching device with hydraulic rams in service

Bild 10. Montage des Stahltroges (Nordüberbau)Fig. 10. Erection of the steel trough (northern superstructure)



Verschubzustand für die Bemessungdes Troges maßgebend wird, wurde ander ersten Verschubeinheit (Takt 21)ein 26,5 m langer und ca. 54 t schwererVorbauschnabel montiert (Bild 12).

Im Verschubzustand, der nochohne Verbundplatte durchgeführtwird, hat der Trogquerschnitt nuretwa 1/5 der Biegesteifigkeit des imEndzustand vorhandenen Kastenquer-schnittes, was bei den großen Stütz-weiten zu einer elastischen Vertikal-verformung der äußersten Kragarm-spitze von bis zu 2,60 m führt. Umeine Hubeinrichtung an der äußers-ten Spitze des Vorbauschnabels zumAusgleich dieser Verformung zu ver-meiden, wurde der Vorbauschnabelim Bereich des Untergurtes mit Hilfevon Bolzengelenken – frei drehbar –an den Trog angeschlossen. Mit Hilfevon hydraulischen Pressen, die amObergurt zwischen Vorbauschnabelund Trogquerschnitt eingebaut waren,konnte die Neigung in zwei Stufenmit Hilfe von stählernen Zwischen-bauteilen eingestellt werden. Um dieTaktlager nicht durch den schräg an-gestellten Vorbauschnabel bei zuneh-mender Vertikallast von den Pfeilernzu schieben, wurde die Neigung wäh-rend der Überfahrt in den zwei mög-lichen Stufen zurückgenommen. DieseVorgehensweise bedingt jedoch, dassauch die Taktlager selbst die Neigungdes Vorbauschnabels annehmen kön-nen. Die Taktlager wurden daher inForm von Wippen konstruiert(Bild 13).

Für den Verschub über die beiden125 m breiten Talöffnungen konnteder Trog selbst mit dem Vorbauschna-

bel nicht wirtschaftlich dimensioniertwerden. Hier mussten Hilfsstützen an-geordnet werden. Die aus einzelnen 8bis 15 m langen Stahlfachwerkschüs-sen zusammengebauten Hilfsstützenerreichten eine Höhe von ca. 65 m.

Zur Aufnahme der Horizontal-kräfte aus dem Verschubvorgang muss-ten die Stützen mit Hilfe von je zweiB&B-Spannlitzen (A = 150 mm2)schräg zu den jeweils davor und da-hinter liegenden Fundamenten abge-spannt werden (s. Bild 4).

Im Rahmen der Fertigungsüber-wachung in den Werken bzw. auf derBaustelle wurden in einigen BereichenEbenheitsabweichungen der Blech-tafeln oberhalb der Toleranzgrenzenfestgestellt. Dies lag zum einen anVerformungen, die während des Ab-schweißens des Querschnittes, vor-nehmlich im Bodenblech, auftratensowie an fertigungs- bzw. transport-bedingten Unebenheiten. In der Re-gel wurden diese Unebenheiten fürdie längsbeanspruchten Blechtafeln alszusätzliche Imperfektion zu berück-sichtigende Toleranzüberschreitungmesstechnisch aufgenommen undrechnerisch überprüft. Im Falle vonSpannungsüberschreitungen wurdendie Beulfelder mit zusätzlichen Blech-rippen ausgesteift.

Abweichungen von den plan-mäßigen Sollmaßen ergaben sich auchin Längsrichtung. Die Abmessungender einzelnen Schüsse in Längsrich-tung überschritten die vorgegebenenLängen z. T. um einige Zentimeter, sodass sich z. B. über Achse 7 eine Ex-zentrizität der Querträgerachse zurPfeilerachse von ca. 15 cm ergab.

Aufgrund der Ausführung der Quer-träger in Beton konnten diese Aus-mittigkeiten jedoch ohne Auswirkun-gen auf die Standsicherheit belassenwerden.

Als gravierender erwiesen sichdie Toleranzen in den Abständen deräußeren Obergurtränder. Auf denObergurten wurde ein längsverfahr-bares Gerüst zum Einbau der Lagereingesetzt, das seitlich über Rollen anden Obergurträndern geführt wurde.Für die Fahrwerke in Längsrichtungstand nur der knappe Platz zwischenäußerer Kopfbolzenreihe und Gurt-rand zur Verfügung, der noch zusätz-lich wegen einer Toleranzvorgabe fürdie Lage der Dübel reduziert wurde.An einer Stelle reichte wegen eines zugeringen Abstands der Gurtaußen-ränder untereinander die Aufstands-fläche für die Fahrwerke nicht mehraus, so dass es zum Absturz des Ge-rüstes kam.

Als Fazit ergibt sich daraus:– Die gewählte Stahl-Verbundbau-weise war, unter Berücksichtigung dervorliegenden Randbedingungen, diebei weitem wirtschaftlichste Lösung.In Verbindung mit der Herstellung imTaktschiebeverfahren führten die Vor-teile einer zeitnahen, werksmäßigenVorfertigung großer Baugruppen so-wie deren Zusammenbau zu großenVerschubeinheiten zu einer auch ter-minlich sehr effizienten Herstellungdes Tragwerkes.– Die Herstellung der Querträger inVerbundbauweise führte gegenüberder klassischen Lösung als reine Stahl-konstruktion im vorliegenden Fall zukonstruktiven Erleichterungen.

Bild 12. Vorbauschnabel nach dem Endverschub des Nord-überbausFig. 12. Launching nose after final launching of the northernsuperstructure

Bild 13. Taktlager auf der Hilfsstütze zwischen den Achsen 6und 7Fig. 13. Support for the incremental launching placed onauxiliary support between axes no. 6 and 7

370



– Sofern kein Toleranzabgleich mög-lich ist, sind die Abmessungen derStahlkonstruktionen akribisch einzu-halten.– Besonders bei Gerüsten, die ge-wöhnlich keine sanfte Behandlungerfahren, muss – z. B. durch ein ge-naues Aufmaß – sichergestellt sein,dass enge Toleranzvorgaben auch ein-gehalten werden können.

4.6 Fahrbahnplatte

Die Fahrbahnplatte des Überbauswurde mit Hilfe von zwei je 112 tschweren Schalwagen, die auf einer aufden Obergurten montierten Schieneverfahrbar waren, in 27 einzelnen Ab-schnitten fortlaufend betoniert.

Bei dem über lange Zeit im Groß-brückenbau gebräuchlichen Konzeptder konsequenten Trennung von Über-und Unterbauten sowie der Her-stellung von separaten Bauwerkenfür jede Fahrtrichtung sind notwen-dige Instandsetzungsmaßnahmen bishin zur Verstärkung bzw. dem voll-ständigen Ersatz einzelner Bauteileproblemlos möglich. Wird, wie imFalle der Lockwitztalbrücke, von die-sem Grundsatz abgewichen, sind zu-sätzliche Überlegungen im Hinblickauf mögliche Instandsetzungsmaß-nahmen anzustellen. Hierzu gehörtauch die Forderung des Bauherrn,den Überbau so zu dimensionieren,dass ein teilweiser Ersatz ganzerFahrbahnplattenteile erfolgen kann.In der Regel werden Ausbesserungenund Erneuerungen des Fahrbahnbe-lages auf Brücken bei normaler Ver-kehrsbelastung im Abstand von ca.20 Jahren erforderlich. Üblicherweisebleibt die Fahrbahnplatte von diesenArbeiten jedoch weitgehend un-berührt. Infolge eines Brandes oderdurch chemische Angriffe kann esdennoch erforderlich werden, die

Fahrbahnplatte bereichsweise aus-tauschen zu müssen. Bei einteiligenQuerschnitten für beide Fahrtrich-tungen muss diese Maßnahme so er-folgen, dass ohne die Möglichkeit zurUmlegung auf einen zweiten Überbauder Verkehr dennoch aufrecht erhal-ten werden kann.

Im Vergleich dazu sind dieGründe für die Forderung nach einempartiellen Austausch der Fahrbahn-platte bei der Lockwitztalbrücke vonweit größerer Bedeutung. Durch diemonolithische Verbindung zwischenÜberbau und Unterbau wird nämlichder vollständige Ersatz des Überbausverhindert, wenn nicht gleichzeitigauch große Teile der Unterbauten(Bogenstreben, Betongelenke) erneu-ert werden. Es ist daher notwendig,das am stärksten vom Verkehr beein-trächtigte Bauteil – die Fahrbahn-platte – an jeder beliebigen Stelle desÜberbaus austauschen zu können.Dabei müssen die im Endzustandvorhandenen Last- und Verformungs-zustände der angrenzenden Platten-bereiche aufrecht erhalten werdenkönnen, d. h., es sind je nach Lage imQuerschnitt mehr oder minder auf-wendige Hilfskonstruktionen erfor-derlich.

Untersuchungen derartiger Maß-nahmen bei anderen Bauwerken er-wiesen sich in statischer und kon-struktiver Hinsicht als sehr umfang-reich, da insbesondere bei den ein-teiligen Querschnitten der partiellePlattenaustausch unter Berücksichti-gung einer einseitigen Verkehrsbela-stung erfolgen muss. Die zur Stabili-sierung des Restquerschnittes notwen-digen Hilfskonstruktionen (Traversen,Verankerungen etc.) müssen dabei imBedarfsfall, d. h. in der Regel im Falleeiner Havarie, erst hergestellt werden,was zu unerwünschten Verzögerun-gen führen würde. Um dies zu umge-

hen, kann der Stahltrog stattdessenauch so bemessen werden, dass erden im Havariefall auftretenden Be-anspruchungen auch bei partiellemAusfall der Verbundplatte standhält.Es müssen dann abhängig von derLänge der auszutauschenden Platten-bereiche vor allem die Stabilitätskri-terien der Ober- und Untergurte desStahltroges eingehalten und eventuellVerstärkungen vorgenommen werden.Da bei der Lockwitztalbrücke im Falledes partiellen Plattenaustausches auf-grund der Umlegung des Verkehrs aufden benachbarten Überbau keine nen-nenswerten Verkehrslasten zu berück-sichtigen sind, konnte nachgewiesenwerden, dass – bei einem auf maximal25 m Länge (Bild 14) begrenzten Plat-tenabschnitt – keine Verstärkungenan der Stahlkonstruktion vorgenom-men werden müssen.

Aufgrund des hohen Längsbe-wehrungsgrades der Verbundplattemusste lediglich für die lokalen Bean-spruchungen aus den zur Lastüber-tragung eingesetzten Hilfskonstruk-tionen in den Betonquerschnitt zu-sätzlich eine Rückhängebewehrungvorgesehen werden. Diese Konstruk-tionen sind im Stützbereich erforder-lich, um die beim Ausbau der Fahr-bahnplatte freiwerdenden Zugkräfteaus der Längsbewehrung zu konser-vieren. Nach Erhärten des neuenBetons wird die Festhaltung wiedergelöst und damit die Zugkraft wiederin den Plattenquerschnitt eingeleitet(Bild 14).

Als Fazit ergibt sich daraus:Aufgrund der gewählten konti-

nuierlichen Herstellung der Verbund-platte liegen weite Teile des Beton-querschnittes unter Zugspannungen.Zur Begrenzung der Rissbreite mussteeine erhöhte Betonstahl-Bewehrungin die Fahrbahnplatte eingebaut wer-den.

Bild 14. Austausch der Verbundplatte im Stützbereich/Querschnitt mit HilfskonstruktionFig. 14. Replacing of the composite concrete-steel slab in the area of the supports/cross-section with auxiliary structure



5 Einhaltung der geometrischenVorgaben

Die geometrischen Vorgaben, hier be-sonders die Höhenlage der Gradiente,konnte, wie bei Bauwerken dieserKomplexität und Größe üblich, nurdurch die Anpassung der vorgefunde-nen Ist-Gradiente an eine rechneri-sche Soll-Gradiente, die den Vorga-ben der ZTV-ING genügen musste,vorgenommen werden. Die Abwei-chungen von der Soll-Gradiente be-trugen bis zu ca. 60 mm, sowohl inpositiver als auch in negativer Rich-tung. Der Ausgleich der zu hoch lie-genden Fahrbahnbereiche erfolgte,an den Stellen, an denen die Beton-deckung ausreichend war, durch Ab-fräsen der betroffenen Flächen bzw. imumgekehrten Falle durch den Mehr-einbau von Belagsmaterial. Durchdiese Maßnahme konnte eine im Hin-blick auf die fahrdynamischen Be-lange optimierte Gradiente am Bau-werk realisiert werden.

6 Schlussbemerkung

Die Konstruktion der Brücke Lock-witztal ist eine Antwort auf die vor-handene anspruchsvolle Situation,die Überquerung eines landschaftlichreizvollen Tals mit Bebauung, mitüberörtlichem Verkehr und mit wert-vollen Naturräumen.

Zwangsläufig besitzen Bauwerkein dieser und ähnlichen Situationeneine auf lange Zeit prägende Wir-kung, die bei positivem Ergebnis denReiz der Umgebung und das Lebens-gefühl der benachbarten Bürgerschaftsteigern oder bei negativem Ergebnisauch den gegenteiligen Effekt habenkönnen.

Konsens besteht daher darüber,dass in der Aufgabenstellung und beider Lösungssuche für solche Bau-werke die gestalterischen Aspekte eineangemessene Rolle spielen müssen.Die Gestaltungsansätze können sichallerdings innerhalb einer großenSpannweite bewegen. Die Ziele kön-nen von einer zurückhaltenden Ein-passung in die Landschaft mit har-monischen Übergängen bis zu einerexpressiven Zeichensetzung mit be-

absichtigtem Blickfang reichen. Ge-eignete Lösungen für diese Großbau-werke werden dann gefunden, wennsich die Gestaltung an den Gegeben-heiten des Kraftflusses, der Konstruk-tion und an den zur Verfügung ste-henden Verfahren orientiert. Auf deranderen Seite kann die Technik dieAnregungen aus der Gestaltung alsGelegenheit ansehen, neuartigen kon-struktiven und verfahrensmäßigenIdeen nachzugehen, die im günstigenFall auch für andere Situationen Ent-wicklungsmöglichkeiten aufzeigen.Für anspruchsvolle Aufgabenstellun-gen müssen die Anstrengungen, diesynergetische Verbindung von über-zeugender visueller Impression undeffizienter Technik zu finden, immerneu unternommen werden.

Bei der Brücke Lockwitztal wurdeein für die erforderlichen großen Stütz-weiten zweckmäßiges Rahmentrag-werk mit abgestrebtem Überbau ge-wählt. Die Streben wurden bogenför-mig mit Ständern ausgebildet, um fürdiese Talüberquerung die unbestrittenvorhandene, besondere visuelle Wir-kung von Bogentragwerken anzuzie-len. Die Effizienz von technischemSystem und visueller Impression istim Zusammenhang zu sehen.

Am Bau Beteiligte:Bauherr:Bundesrepublik Deutschland, Bundes-ministerium für Verkehr, Bau undStadtentwicklungAuftragsverwaltung:Freistaat SachsenGesamtplanung und Projektleitung:DEGES Deutsche Einheit Fernstra-ßenplanungs- und -bau GmbHPrüfingenieur:Dr.-Ing. Tilman Zichner, BerlinAusführungsplanung:LAP Leonhardt, Andrä und Partner,DresdenBauausführung:Arge LockwitztalbrückeJ. G. Müller Wetzlar – mg engineeringBrückenbau Plauen, Neu Isenburg

Nach Insolvenz von J. G. MüllerWeiterführung durch mg engineeringBrückenbau Plauen mit HermannKirchner GmbH, Bad Hersfeld, alsSubunternehmer.

Literatur

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[3] Schreiber, O.: Die Lockwitztalbrückeim Zuge der BAB A 17, 4. SymposiumBrückenbau, in: Erfahrung und Zu-kunft des Bauens, Festschrift zum 70.Geburtstag von Gert König, Leipzig2004.

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[5] Zichner, T., Tang, S., Küchler, M.: DieLockwitztalbrücke – Besonderheitenbei Planung und Bau, Leipzig 2005.

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[9] Reintjes, K.-H.: Zur Weiterentwick-lung einiger Bauweisen für den Brük-kenbau der A 17, 5. Leipziger Fach-tagung „Innovationen im Bauwesen“Leipzig 2004.

[10] Dix, J.: Betongelenke unter oftmalswiederholter Druck- und Biegebean-spruchung; DAfStb-Heft 150, Berlin:Ernst & Sohn, 1962.

Autoren dieses Beitrages:Dipl.-Ing. Karl-Heinz Reintjes, DEGES, Zimmerstraße 54, 10117 BerlinDr.-Ing. Tilman Zichner, Dr.-Ing. Shengwei Tang,Dipl.-Ing. Michael Küchler, König und Heunisch Planungsgesellschaft,Oranienburger Straße 65, 10117 Berlin

die brücke lockwitztal – eine revision nach entwurf und ausführung

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