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10.02.2014 | Stadtplanung, Verkehrsmanagement

Leichte, verschraubte Aluminium-Konstruktion macht Bahnüberführung besonders wartungsarm

Da die bisherige Fuß- und Radwegbrücke über die Eisenbahnlinie im saarländischen Friedrichsthal alt und marode war und sich eine Sanierung nicht mehr lohnte, entschied sich die Stadt für den Abriss und anschließenden Neubau der Konstruktion.

Die neue Brücke sollte leicht und wartungsfrei sein, die Wahl fiel daher auf ein Aluminium-Modell des Singener Spezialisten Peter Maier Leichtbau (PML) GmbH. Dieses besteht aus zwei Überbauten, hat eine Geländerverkleidung aus Füllstäben und verfügt über einen Berührungsschutz mit Makrolonverglasung, der verhindert, dass Passanten die elektrischen Leitungen berühren können. Die eloxierte und damit sehr witterungs- und korrosionsbeständige Fachwerktrogbrücke ermöglichte zudem eine zügige Montage: Der Bau konnte in weniger als sieben Wochen abgeschlossen und somit der Zugang zum Bahnsteig am Haltepunkt Friedrichsthal Mitte innerhalb kürzester Zeit wieder hergestellt werden.

"Da die Sanierung der alten Bismarckbrücke sehr teuer geworden wäre, entschied sich die Stadt dafür, den maroden Baukörper komplett abzureißen", erläutert Dipl.-Ing. Stefan Heth, Projektverantwortlicher bei PML.

Anschließend wurden neue Brückenauflager geschaffen und eine moderne Konstruktion des Singener Unternehmens aufgestellt. Das Bauwerk, das wie sein Vorgänger die Bismarckstraße in Friedrichsthal über die Bahnstrecke Bingen (Rhein) Hbf. - Saarbrücken Hbf. führt, wurde als Fachwerktrogbrücke in Aluminium-Leichtbauweise konzipiert. Es besteht aus zwei getrennten Überbauten mit einer Stützweite von jeweils 22 Metern Länge pro Feld und einer Fertigteil-Mittelstütze. Da die alte Überführung insgesamt lediglich 16 Meter überspannte und damit zu nah an den Gleisen war, war es aus Sicherheitsgründen notwendig, die neuen Brückenauflager in größerem Abstand zum Gleiskörper anzulegen.

"Herausforderungen bei der Ausführung des Baus waren dabei neben dem Abbruch der bisherigen Überführung auch die Entsorgung der anfallenden kontaminierten Erdmassen sowie die Herstellung der Bohrpfähle und die Montage der Brücke innerhalb von sechs Wochen Gesamtbauzeit", erklärt Dipl.-Ing. Thomas Müller von SBS-Ingenieure, Büro Lauda-Königshofen, der bei dem Projekt für die Vorentwurfs-, Entwurfs-, Ausschreibungs- sowie Ausführungsplanung zuständig war.

Zwei separate Brückenteile auf Mittelstütze vergossen
"Der Obergurt der beiden Brückenteile ist ein auf Druck ausgesetzter Durchlaufträger, der gegen seitliches Ausknicken elastisch gelagert ist. Die Querschnittsausbildung des Obergurts besteht aus einem stranggepressten Rechteckprofil ohne Verkleidungsbleche. An ihm wurden die diagonal verlaufenden Streben verschraubt", so Heth.
Die Lauffläche ist eine kontinuierlich laufende, in beide Richtungen tragende, orthotrope Platte, die durch Zusammenschweißen einzelner Hohlflachplatten entsteht. Sie ist darüber hinaus mit den eingeschraubten Queraussteifungen schubfest verbunden. Der Untergurt besteht ebenfalls aus stranggepressten Rechteckprofilen, die Queraussteifung übernehmen hier zwischen die Untergurte verschraubte Strangpressprofile. Die Ober- und Untergurte sowie die Diagonalen sind mit Knotenblechen aus Aluminium verbunden und bilden zusammen die tragenden Geländerfachwerke.
"Bei dieser Gestaltung der Brücke wurde auch die Vorgabe der Stadt berücksichtigt, dass die Konstruktion optisch möglichst ansprechend sein und sich ihre Architektur harmonisch in die Landschaft einfügen sollte", erläutert Müller. "Außerdem wurde die Mittelstütze V-förmig ausgeführt, um die Ästhetik der Brücke auch auf die Betonbauwerke zu übertragen."

Um dem Aluminium-Bau bei Erwärmung die Möglichkeit zur Ausdehnung zu geben, wurden die beiden Brückenteile nicht fest aneinander montiert, sondern jeweils unabhängig voneinander auf dem mittleren Fundament vergossen. Die Brücke verfügt zudem über einen durchgehend geschlossenen Gehbelag aus Aluminiumplattformen.
"Der Boden ist mit einer Polyurethanbeschichtung versehen, die mit Quarzsand abgestreut wurde und die Rutschfestigkeitsklasse R12 hat", erklärt Müller.

Mit einer lichten Durchgangsbreite von 2,5 Metern und einer Nutzlast von 5 kN kann die Brücke gemäß DIN-FB 101 sowohl von Fußgängern als auch von Radfahrern genutzt werden. "Da sie eine elektrifizierte Bahnstrecke überführt, wurde zudem gemäß des Regelwerks der Deutschen Bahn auf 15 m Länge ein vertikaler Berührschutz notwendig", so der Experte weiter. "Dieser besteht aus einer Makrolonverglasung und verhindert, dass Passanten die darunterliegenden Oberleitungsanlagen berühren können."

Insgesamt hat die Bismarckbrücke lediglich ein Gewicht von 12 t, da als Material eine spezielle Aluminium-Legierung verwendet wurde, die den Festigkeitswerten von Stahl S235JR entspricht. "Das spezifische Gewicht von Aluminium beträgt 2,7 g/cm³ und ist damit gegenüber Stahl mit 7,85 g/cm³ circa dreimal leichter", so Heth. "Bei Aluminiumbrücken hat man so als Mittelwert nur circa 50 Prozent des Gewichtes vergleichbarer Stahlbrücken."

Wartungsfreiheit durch verschraubtes und eloxiertes Aluminium
Da für die Stadt Friedrichsthal besonders wichtig war, dass die Brücke wartungsfrei bleibt, wurden zudem alle konstruktiven Brückenteile eloxiert. Dabei wird die Metalloberfläche unter Einwirkung von Gleichstrom in einem Elektrolyt-Bad in eine dichte und sehr harte Oxidschicht umgewandelt, die fest mit dem Grundmaterial verbunden ist. Sie bietet Schutz gegen mechanische Einflüsse und ist witterungs- und korrosionsbeständig.
"Da die Schicht ins Material eingeht und anschließend ein integraler Bestandteil der Konstruktion ist, ist das Verfahren die technisch sinnvollste Maßnahme, um einen nachhaltigen Oberflächenschutz zu gewährleisten", erklärt der Fachmann. Bei lackierten Oberflächen werden dagegen zusätzliche Schichten auf das Material aufgebracht, die ausbleichen, verwittern und abblättern, so dass sie irgendwann erneuert oder ausgebessert werden müssen. "Wir haben alle Profile vor der Eloxierung gesägt, gebohrt und nachbearbeitet, so dass ein Rundumschutz von innen und außen vorhanden ist", erklärt Heth. "Außerdem lassen sich so behandelte Aluminiumoberflächen auch ohne aufwändigen Graffityschutz reinigen."
Teure Sanierungen, deren Kosten nach Ablauf der Gewährleistungsfrist von vier Jahren nach VOB beziehungsweise von fünf Jahren nach BGB der Bauherr in der Regel alleine trägt, entfallen somit. Außerdem wurde bei der Brücke überwiegend auf Schweißnähte verzichtet, da sie eine Schwachstelle darstellen, an der es zu versteckten Fehlern wie Einschlüssen, Porenbildung oder Bindefehlern kommen kann. Diese lassen sich nur durch eine zerstörungsfreie Prüfung (ZPF) mittels Ultraschall oder Röntgen ausschließen.
"Werden sie übersehen, kann es zu einer Schwächung der Belastbarkeit kommen. Bei der für unsere Brücken verwendeten Legierung EN AW-6082 T6 beispielsweise würde die maximale Belastbarkeit des Materials von einer Streckgrenze von 310 N/mm² auf nur noch 185 N/mm² in der Wärmeeinflusszone sinken", so Heth.

Auch kann sich die Konstruktion durch das Schweißen verziehen und die Wärme innere Spannungen hervorrufen. "Schweißnähte gibt es bei der Brücke in Friedrichsthal daher lediglich an den Lagerplatten und den Plattformen, alle anderen tragenden Teile sind verschraubt."

Knapper Zeitplan durch Vorfertigung beim Hersteller eingehalten
Insgesamt betrug die Bauzeit inklusive Planung nur drei Monate. Ein entscheidender Faktor für die Beauftragung von PML war dabei auch, dass die Brücke beim Singener Aluminium-Experten vorgefertigt und die Bauzeit vor Ort so drastisch verkürzt werden konnte. Dies war notwendig, da die gesamte Maßnahme, also der Abriss der bisherigen Überführung und die Montage der neuen Brücke, innerhalb einer circa siebenwöchigen Vollsperrung des bahnbetrieblichen Verkehrs durchgeführt werden musste.
"Zur weiteren Beschleunigung des Bauablaufes wurde die Baustelle von Montag bis Freitag von sechs bis 22 Uhr und samstags von acht bis 18 Uhr besetzt und zusätzliche Arbeitskräfte sowie Subunternehmer hinzugezogen", so Müller.

Eine Herausforderung war dabei besonders die Herstellung der Betonbauwerke in der vorgegebenen Spanne. "Der Zeitfaktor war das wichtigste, doch es hat alles gut geklappt", bestätigte Tahar Fouaghla vom städtischen Bauamt, der mit der Bauoberleitung betraut war, gegenüber der Saarbrücker Zeitung.
Die Kosten für den neuen Brückensteg belaufen sich auf 550.000 Euro.

Das Ingenieurbüro SBS-Ingenieure, Ingenieurgesellschaft für das Bauwesen mbH, wurde im Jahr 2000 gegründet. Heute hat das Unternehmen insgesamt 41 Mitarbeiter, die an den Standorten Saarlouis, Kaiserslautern und Lauda-Königshofen tätig sind. Das Leistungsspektrum von SBS-Ingenieure umfasst Planungsleistungen für Baumaßnahmen jeder Größenordnung, insbesondere jedoch für die Konzernunternehmen der Deutschen Bahn. Das Ingenieurbüro bietet die kompletten Ingenieurleistungen auf den Gebieten der Objekt- und Tragwerksplanungen an, unter anderem für Ingenieurbauwerke, Verkehrsanlagen, Hoch- und Industriebau. SBS-Ingenieure übernimmt dabei Projektsteuerung, Bautechnische Prüfung, Bauüberwachung, Bauwerksprüfung sowie -diagnostik. Alle Bereiche des Unternehmens arbeiten nach einem einheitlichen Qualitätsmanagementsystem, das nach DIN EN ISO 9001 zertifiziert ist und einer ständigen internen und externen Kontrolle unterliegt.

Die Firma Peter Maier Leichtbau (PML) GmbH wurde 1984 im baden-württembergischen Singen gegründet. Das Unternehmen mit rund 40 Mitarbeitern entwickelt und produziert Lösungen aus Aluminium für die Logistikbranche und den Brückenbau: Seit mehr als 20 Jahren beschäftigt sich PML mit der Konzeption und Fertigung von Aluminiumplattformen für hydraulische LKW-Ladebordwände, bei der eine von Firmengründer Peter Maier entwickelte, weltweit einzigartige Hybrid-Laser-Schweißtechnik zum Einsatz kommt. Der Produktionszweig macht 80 Prozent der Unternehmenstätigkeit aus. Mitte der 1990er Jahre erfand die Firma ein mittlerweile patentiertes Baukastensystem für Aluminiumbrücken, Türme, Stege und Treppen. PML ist nach ISO-Norm 9001:2008 zertifiziert, die Brücken erfüllen alle deutschen sowie viele internationale Baunormen. Das Unternehmen hat bereits Aufträge in Italien, Ungarn, England, Frankreich, der Schweiz, Australien und China durchgeführt.