Bachelorarbeit Josef Müller

Bild Diplomand
Diplomand
Josef Müller
Dozent
Claudio Tschuor, Dipl. Bauing. HTL/SIA
Experte
Uwe Teutsch, Dipl. Bauing. ETH
Disziplin
Ingenieurbau / Brückenbau
Jahr
2011
Neue Brücke ersetzt Brückenprovisorium
Hinterrheinbrücke Rossmatt GR
Die neue Hinterrheinbrücke ersetzt das nach dem Hochwasser 2004 errichtete Brückenprovisorium. Projektiert wurde die Flussüberquerung in einem Gebiet mit erschwerten Randbedingungen. Über ein Variantenstudium wurde ein geeignetes Tragwerk bestimmt, das schliesslich so entworfen wurde, dass es wirtschaftlich ist, eine hohe Dauerhaftigkeit aufweist und alle Randbedingungen erfüllt.

Das militärische Übungsgelände Rossmatt liegt im Rheinwaldtal hinter dem Portal des San-Bernardino-Tunnels. Die frühere Brücke über den Hinterrhein, die das Übungsgelände Rossmatt erschloss, wurde hauptsächlich durch das Militär genutzt. Sie musste nach den Unwettern im Jahr 2004 wegen Hochwassergefahr abgebrochen und durch eine Panzerbrücke ersetzt werden. Dieses Provisorium soll spätestens bis Ende 2012 zurückgebaut werden. Die neue Hinterrheinbrücke kommt in einer Naturlandschaft zu stehen, die wechselnden Einflüssen wie Hochwasser, Schnee oder Lawinen ausgesetzt ist. Sie soll ausschliesslich der militärischen Nutzung – vor allem Panzern – dienen und daher robust sein sowie eine hohe Dauerhaftigkeit aufweisen.

Tragwerksvarianten im Vergleich
Hochwassergefahr, Standort und Nutzung der Brücke geben die Randbedingungen vor, die bei der Wahl des geeigneten Tragwerks berücksichtigt wurden. Dabei flossen auch Kriterien wie die Anforderung an das Bauwerk, an das Tragsystem und an die Wirtschaftlichkeit in die Beurteilung ein. Das Variantenstudium verglich vier mögliche Tragwerke miteinander: den Trog, die Bogenkonstruktion, den Rahmen und den Stahlbetonverbundträger. Ein Bogentragwerk kam wegen der geringen Spannweite nicht in Frage, da Bogentragwerke mit kurzen Spannweiten ihr Potenzial nicht ausschöpfen. Der Stahlbetonverbundträger wiederum ist zwar während der Bauphase vorteilhaft, da er für die Errichtung kein Lehrgerüst benötigt, doch wäre eine starke Überhöhung notwendig, um das Durchflussprofil einzuhalten. Der schwer wirkende Trogträger hingegen hielt das Durchflussprofil ein. Er wies aber hohe Eigenlasten auf, die die Nutzlasten übertrafen. So fiel der Entscheid auf das Rahmentragwerk.

Rahmentragwerk als Bestvariante
Wegen der monolithischen Bauweise des Rahmens kann auf unterhaltsintensive Brückenlager verzichtet werden; diese sind in der Tragkonstruktion integriert. Die Rahmenwirkung verkleinert das Feldmoment und somit die Querschnitthöhe in Feldmitte. Dies kommt dem Durchflussprofil zugute. Das Tragwerk ist lager- und fugenlos und somit unterhalts- und abnutzungsarm. Weil die Rahmenstiele ausserdem in den Baugrund eingebettet sind, stellen Horizontalkräfte zum Beispiel infolge Einstaus kein Problem dar; diese werden über die Stiellänge verteilt vom Baugrund aufgenommen. Das Tragwerk ist zudem robust und fügt sich optisch gut in die Landschaft ein.

Bauprojekt der neuen Brücke
Bei der Ausarbeitung des Rahmens im Bauprojekt wurden im ersten Schritt die Nutzungsvereinbarung und die Projektbasis festgelegt. Die Brücke wird als vorgespannter Rahmen mit einer Spannweite von 25 m ausgebildet. Die Rahmenstiele weisen eine Länge von 5.5 m auf, womit die Fundamentunterkanten 2 bis 2.5 m unter der Flusssohle zu liegen kommen. Dadurch ist eine ausreichende Kolksicherheit gewährleistet. Der Fahrbahnquerschnitt ist in Feldmitte 60 cm stark und nimmt gegen die Rahmenecken parabelförmig bis auf eine Stärke von 1.40 m zu. Der Brückenträger weist in Längsrichtung ein Gefälle von 1.2 % und in Querrichtung eines von 2 bis 3 % auf. Die Stiele sind nicht vorgespannt und folglich stärker ausgebildet als der Fahrbahnträger. In der Rahmenecke sind sie 2 m stark, und bis zum Fundament verjüngen sie sich bis auf 80 cm.
Die Modellierung der Brücke für die Gebrauchs- und Tragsicherheitsnachweise erfolgte als ebenes Stabsystem, das als Zweigelenkrahmen betrachtet wurde. Die Untersuchung der Lagerung als Rotations- und Horizontalfeder ergab, dass die als Feder modellierte Lagerart gegenüber dem gelenkig gelagerten System keine nennenswerten Vorteile aufweist.

Krafteinleitung der Vorspannung
Die Brücke ist hoch vorgespannt. Dies wirkt sich positiv auf die Gebrauchstauglichkeit aus und gewährleistet eine hohe Dauerhaftigkeit, da sich das Tragwerk meist im ungerissenen Zustand befindet. Auch die Kraftumlenkung im Rahmeneck ist gewährleistet. Das System nimmt die zusätzlichen Umlenkkräfte aus der Vorspannung und der schlaffen Bewehrung auf. Der Vorspannkopf liegt in der Verlängerung des Fahrbahnträgers. Die Krafteinleitung aus der Vorspannung in das Tragwerk erfolgt deshalb grösstenteils bereits vor dem Rahmeneck.
Bild Fusszeile