2022/02 - PAMB: Pilotanwendung modularer Brückenbau am Beispiel eines Carbonbeton-Brückenträgers

Fakultät Bauingenieurwesen

2022/02

Vorgespannter Carbonbeton-Brückenträger

Grundsätzlich können die immerwährenden Anforderungen an (Brücken-)bauwerke auf die Faktoren Standsicherheit, Gebrauchstauglichkeit, Ästhetik und Kosteneffizienz reduziert werden. Gerade der letztgenannte Punkt ist bei der Vergabe oft entscheidend. Doch in Zeiten des Klimawandels und der Ressourcenknappheit findet auch im Bauwesen ein Umdenken hin zur lebenszyklusorientierten Betrachtung von Bauwerken statt. Dabei ist der Begriff Nachhaltigkeit ein weitverbreitetes Schlagwort. Mit 87,1 % der Bauwerke ist die Stahlbeton- und Spannbetonbauweise vorherrschend im Straßenbrückenbestand der Bundesrepublik Deutschland (BASt, 2020). Gerade Brückenbauwerke sind in der Regel wesentliche/kritische Bauten der Infrastruktur mit einer geplanten Lebensdauer von 100 Jahren. Hier können flexible und adaptierbare Bauweisen einen signifikanten Mehrwehrt erzeugen, da mit ihnen auf sich ändernde Anforderungsprofile im langen Lebenszyklus reagiert werden kann.

Daher beschäftigt sich der Fachbereich Konstruktiver Ingenieurbau in mehreren Forschungsvorhaben mit modularen Brückensystemen. Stahlbetonfertigteilbauwerke können anpassungsfähig designed werden, in dem auf nichtreversible Verbindungen wie bewehrte Querkraftschlösser, Vergussfugen oder Epoxidharzverklebungen zwischen den Betonfertigteilen verzichtet wird. Im Forschungsvorhaben C³ V2.9 – Modulare Bausysteme Ingenieurbau wurde zusammen mit den Partnern des Instituts für Massivbau (IMB) der RWTH Aachen und der Hentschke Bau GmbH ein vorgespannter Straßenbrückenprototyp in modularer Bauweise und ausschließlich nichtmetallischer Bewehrung entwickelt. Dabei stehen ein maximierter Vorfertigungsgrad und die damit verbundene Bauzeitreduzierung sowie die Beseitigung der Korrosionsproblematik bei metallischer Bewehrung im Vordergrund. Um den Baustellenaufwand zu minimieren werden die Carbonbetonträger im Fertigteilwerk hergestellt und am Einsatzort durch Quervorspannung gefügt. Die Längsfugen werden nicht verklebt oder vergossen, womit Aushärtezeiten der Bindemittel und potentielle Ausführungsfehler entfallen. Die Korrosionsbeständigkeit und die wesentlich höhere Festigkeit der Carbonbewehrung bei gleichzeitig geringerem Eigengewicht ermöglichen zudem schlankere Querschnitte.

Als Ergebnis des C³-Vorhabens wurde ein 1:1-Modul der Brücke im Fertigteilwerk unseres Projektpartners Hentschke Bau GmbH in Bautzen hergestellt. Der vollständig carbonbewehrte Träger stellt das erste in Deutschland hergestellte Brückenfertigteil dieser Art dar, welches außerhalb des Labors und in Originalgröße gefertigt wurde. Der Plattenbalken ist 16 Meter lang und verfügt über einen integrierten Endquerträger zur Lagerung.

Die schlaffe Bewehrung stellt eine Kombination von Stäben und textilen Gelegen der Firma SOLIDIAN dar. Tokyo Rope lieferte die CFK-Litzen für die vorgespannte Biegebewehrung. Um weitere Erkenntnisse zum Tragverhalten zu erlangen, wird der Träger zeitnah am IMB der RWTH Aachen zerstörend geprüft.

Um diese Bauweise für den Brückenbau der Zukunft zu erproben, konnte ein weiteres Anschlussvorhaben generiert werden. Der entworfene Brückenprototyp aus dem C³ V2.9-Vorhaben soll im Zuge des Nachfolgeprojektes PAMB – Pilotanwendung modularer Brückenbau gebaut und durch repräsentative Lastkollektive, inklusive Schwerlastverkehr, beansprucht werden. Aktuell laufen die erforderlichen Standortabstimmungen mit dem Freistaat Sachsen, sodass die erste Brücke mit dieser innovativen Bauweise hoffentlich bald umgesetzt werden kann. Darüber hinaus sind weitere Untersuchungen notwendig, um die Eignung der Bauweise nachweisen zu können. Auch dafür liefert der im Februar 2022 hergestellte Brückenträger wichtige Erkenntnisse.
Alle Beteiligten konnten sich davon überzeugen, dass die Herstellung umsetzbar und praxistauglich ist, was die nächste Projektphase einläutet. Wir danken unseren Projektpartnern des IMB an der RWTH Aachen, der Hentschke Bau GmbH und Curbach-Bösche-Ingenieurpartner sowie den Fördermittelgebern vom BMBF und BMWi.