Bachelorarbeit Marco Cavegn

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Diplomand
Marco Cavegn
Betreuer
Prof. Dr. Albin Kenel
Experte
Dr. Martin Käser, Brückeningenieur Kt. Zürich
Disziplin
Konstruktion
Jahr
2014
Instandsetzung Einer 100-jährigen Betonbogenbrücke
Tragfähigkeitsüberprüfung und Massnahmenkonzept

Grosse Deformationen der Widerlager erforderten vor Jahren eine Stahlhilfskonstruktion, und Korrosionserscheinungen bedingen dringend die Instandsetzung der Brücke. Eine Tragwerksanalyse soll zeigen, ob sie weiterhin verwendbar ist.

Die Spannweite des 1906 erstellten Zweigelenkbogens beträgt 33 m, die Pfeilhöhe 2.5 m. In den 1970er-Jahren senkte sich die Brücke im Scheitelbereich rund 35 cm ein, ein nachträglich erstelltes Sprengwerk aus Stahl stützte sie fortan. Heute zeigen sich an der gesamten Brücke zahlreiche Schäden. Besonders gut sichtbar sind diese im Scheitelbereich des Bogens: Der Beton an der Unterseite ist abgeplatzt, die stark korrodierte Bewehrung kommt zum Vorschein, und es zeigen sich zahlreiche Risse. Das Stahlsprengwerk soll nach den Instandsetzungsarbeiten entfernt werden können. Die Brücke steht dem motorisierten Verkehr in Zukunft nicht mehr zur Verfügung.

Analyse des Schadensbilds
Die Einsenkung des Bogenscheitels ist zu etwa 80 % auf horizontale Verschiebungen der Widerlager zurückzuführen, die restlichen 20 % sind infolge Schwindens und Kriechens des Betons entstanden. Wegen der ungenügenden Entwässerung der Fahrbahn dringen an allen Betonoberflächen Chloride ein. Zusammen mit der ungenügenden Überdeckung der Bewehrung ist dies der Hauptgrund für die grossen Schäden.

Tragwerksanalyse
Dank der Bogenwirkung ist die Tragkonstruktion vor allem auf Druck beansprucht, sodass trotz der starken Bewehrungskorrosion keine Tragfähigkeitsprobleme auftreten. Indem man die Bewehrung bei der Ermittlung des Tragwiderstands vernachlässigt, kann dies anhand von M-N-Interaktionsdiagrammen auf der Basis von aktualisierten Baustoffeigenschaften gezeigt werden. Das massgebende Gefährdungsbild ist der Lastfall «ständige Einwirkungen» plus «veränderliche Einwirkungen aus nichtmotorisiertem Verkehr». Zur Untersuchung der Stabilität des Tragwerks, insbesondere des Knickens des Bogens, verwendete man ein FEM-Programm. Dabei liess sich die Tragstruktur mit Schalenelementen modellieren. Um die grossen Risse an der Bogenuntersicht zu berücksichtigen, reduzierte man die Querschnittshöhe in der Brückenmitte. Auch mit nur einem Viertel der Querschnittshöhe kann der Bogen die Druckkraft übertragen, und der Knicknachweis kann dennoch erbracht werden. Somit treten am sanierten Bauwerk keine Stabilitätsprobleme auf.

Massnahmenkonzept
Da keine Tragfähigkeitsprobleme bestehen, reduziert sich das Massnahmenkonzept auf das Beheben der Schadenursachen. Die bestehenden Fahrbahnübergänge sind zu entfernen und die Widerlagerbereiche umzubauen. Der Abtrag des chloridkontaminierten Betons und dessen Reprofilierung mit Spritzmörtel erhöht die Dichtigkeit an der Betonoberfläche und sorgt für eine ausreichende Überdeckung der Bewehrung. Mit dem Aufdoppeln der Fahrbahn verbessert man gleichzeitig die Entwässerung. Auf die Fahrbahnplatte werden anschliessend eine PBD-A bdichtung und ein neuer Belag eingebaut.

Baugrund
Verformungen des Baugrunds haben zu Verschiebungen der Widerlager geführt. Durch den Einbau des Stahlsprengwerks hat vermutlich eine Entlastung stattgefunden. Durch den Ausbau des Stahlsprengwerks findet eine Wiederbelastung des Baugrunds statt, sodass nach der Instandsetzung mit einer zusätzlichen Horizontalverschiebung der Widerlager von rund 3 mm und einer Scheiteleinsenkung von rund 20 mm zu rechnen ist. Diese Zusatzverformung hat aber keinen entscheidenden Einfluss auf die Tragsicherheit der Brücke.

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