Untersuchung zur Anwendung eines neuen Bauverfahrens zur Herstellung der Fahrbahnplatte der Jauntalbrücke

Abstract

Die Neu- und Weiterentwicklung von Bauverfahren, zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit von Bauprojekten, ist eine der großen Forschungsaufgaben im wissenschaftlichen Betrieb des Bauwesens. Vor allem Brückenbauprojekte befinden sich dabei oft in einem besonderen Fokus wirtschaftlicher und auch öffentlicher Interessen. Angestrebt werden besonders kurze Bauzeiten, damit etwaige Verkehrseinschränkungen geringgehalten werden oder die Bertreiber möglichst früh Einnahmen durch die Inbetriebnahme erzielen können. Um diesen Anforderungen bei der Umsetzung eines Brückenbauprojekts gerecht zu werden, werden immer häufiger Stahl-Beton-Verbundtragwerke realisiert. Die Herstellung des Stahllängstragwerks auf den fertigen Stützen und Widerlagern geht schnell und das fertiggestellte Stahltragwerk dient zudem als Montageträger für die darauffolgende Herstellung der Verbund-Fahrbahnplatte. Zusätzliche Unterstellungen des Stahltragwerks im überbauten Bereich sind dabei in der Regel nicht nötig. Ein Nachteil dieser Bauform bildet sich allerdings in der erforderlichen Montagezeit der Stahlbetonplatte ab. Herkömmliche Bauverfahren, welche eine aufwendige Schalung zur Betonage der Fahrbahnplatte benötigen, können der schnellen Errichtung des Stahllängstragwerkes nicht gerecht werden und schmälern somit die Wirtschaftlichkeit des Brückentypus in der Bauphase. Zur Verkürzung der Bauzeit, gegenüber der Herstellung mit Ortbeton, wurden verschiedene Bauverfahren entwickelt, bei denen die Verbundplatte unter Einsatz von Halb- oder Vollfertigteilen hergestellt wird. Diese kommen meist ohne bauseitige Schalungsarbeiten aus, verlangen jedoch oft nach zusätzlichen Stahlbauteilen im Längstragwerk, wie aussteifende Elemente oder Konsolträger, um das Auflegen der Fertigteile zu ermöglichen. Hinzu kommt die Notwendigkeit eines Krans, um die Fertigteile versetzen zu können. Da bei der Überbauung tiefer Täler oft keine Kranmontage möglich ist, schränkt dies die Einsatzmöglichkeiten dieser Bauverfahren ein. Zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit der Bauphase von Stahl-Beton-Verbundbrücken, wurde am Institut für Tragkonstruktionen, Forschungsbereich Stahlbeton- und Massivbau, der TU Wien ein neues Bauverfahren entwickelt. Die Fahrbahnplatte wird dabei unter dem Einsatz vorgefertig-ter Halbfertigteile hergestellt. Diese Halbfertigteile bestehen aus dünnen Plattenelementen und Querbalken, welche die Tragfähigkeit des Halbfertigteils in Brückenquerrichtung erhöhen. Ein Großteil der erforderlichen Bewehrung der Stahlbetonplatte ist dabei ab Werk bereits in die Fer-tigteile eingebunden. Zur Montage werden mehrere Halbfertigteile auf einem Montageplatz mit einer ersten Aufbetonschicht kraftschlüssig zu einem Bauabschnitt verbunden. Dieser Bauab-schnitt wird im Anschluss von einem eigens angefertigten Versetzwagen aufgenommen und am Einbauort auf dem Längstragwerk versetzt. Die Halbfertigteile liegen dabei ausschließlich auf dem Längstragwerk auf. Zusätzliche Hilfskonstruktionen zur Montage, wie Konsolträger, werden nicht benötigt. In einem nächsten Arbeitsschritt kann ein Teilverbund der dünnen Platten mit den Kopfbolzen des Längstragwerks hergestellt werden. Durch einen solchen frühen Teilverbund wirken die Halbfertigteile bereits zur Lastabtragung mit und steifen das Stahltragwerk zusätzlich aus. Abschließend wird die Fahrbahnplatte durch eine zweite Aufbetonschicht auf die endgültige Höhe ergänzt.Im Vergleich zu einer herkömmlichen Herstellung der Stahlbetonplatte mit einem Verbundschalwagen, bringt das neue Bauverfahren eine signifikante Verkürzung der Bauzeit und das da-mit verbundene Potential der Kosteneinsparung mit sich.

New and further developments of building methods for increasing the efficiency of building projects are one of the extensive research tasks in the scientific operation of civil engineering. Bridge construction projects, in particular, are often on a special focus of economic and public interests. The aim is to achieve short construction times so that any traffic restrictions can be kept to a minimum and the operators can generate income from the operation of the infrastructure as soon as possible. To meet these requirements in the implementation of a bridge construction project, steel-concrete composite structures are increasingly being realized. The erection of the longitudinal steel structure on the already finished piers is quick and the completed steel structure subsequently serves as mounting support for the erection of the concrete deck slab. Usually, no further assembly support of the steel structure is needed therefore. One disadvantage of this construction type is the time that is required to install the concrete deck slab. Conventional construction methods, which require an expensive formwork construction for the deck slab, cannot keep up with the fast erection time of the longitudinal steel structure and reduce the economic efficiency of the bridge type in the construction phase. Different building methods have been developed to shorten the construction time compared to the erection with in-situ concrete, in which the composite deck slab is produced by using half- or full-depth elements. These usually do not require any formwork installation on site but often require additional steel components in the longitudinal structure, like stiffening elements or cantilevering transverse steel girders, to enable the placement of the precast elements on the longitudinal steel structure. In addition, a crane is needed to place the precast components. As crane assembly is often not possible when building bridges over deep valleys, this limits the potential application of these construction methods.To increase the economic efficiency of the construction phase of steel-concrete composite bridges, a new construction method was developed at TU Wien, Institute of Structural Engineering, Research Unit for Structural Concrete. With this method, the deck slab is produced using prefabricated semi-finished precast elements. These precast elements are made of thin plate elements stiffened by cross beams, which increase the element's load-bearing capacity in the bridge's transverse direction. A significant part of the required reinforcement of the concrete slab is already integrated into the precast elements. For the erection, several semi-finished components are connected on an assembly area with a first concrete layer on top to form a construction section. This construction section is picked up by a transportation carriage and moved to the installation site on the longitudinal steel structure. The semi-finished parts are laid on elastomeric strips on the steel structure. Additional supporting structures for assembly, such as cantilevering transverse steel girders, are not required. In the next step, the thin slabs can be partially connected with shear connectors attached to the steel structure. With such an early partial bond, the semi-finished parts already contribute to the load bearing in the longitudinal direction and stiffen the longitudinal steel structure. Finally, the deck slab can be finished with the second layer of cast-in-place concrete.Compared to conventional construction methods of deck slabs for steel-concrete composite bridges, the new construction method brings a significant reduction in construction time and the associated potential for cost savings.