Integrale Brücken : ein Kostenvergleich über den Lebenszyklus mit konventionellen Brücken

Abstract

Integrale Brücken sind Brücken, bei denen auf den Einbau von Lagern und Fahrbahnübergängen verzichtet wird. Das Brückentragwerk ist mit dem Unterbau monolithisch verbunden. Im Gegensatz dazu bezeichnet man eine Brücke, bei der das Tragwerk nach herkömmlicher Bauweise auf Lagern gelagert ist, als konventionelle Brücke. Beide Konstruktionsarten besitzen Vor- und Nachteile. Durch die monolithische Verbindung von Über- und Unterbau vermeidet man Fugen im Tragwerk, die die Brücke anfällig auf Witterungseinflüsse und andere Einwirkungen machen. Die integrale Brücke ist damit erhaltungsfreundlicher als eine konventionelle Brücke. Weiters erspart sich der Brückeneigentümer die in periodischen Zyklen von 20-30 Jahren anfallenden Kosten für den Austausch der Brückenlager und Fahrbahnübergänge, welche einem hohen Verschleiÿ ausgesetzt sind. Durch die Einspannung des Tragwerks in den Unterbau kommt es bei der integralen Bauweise zur Entstehung von Zwangsspannungen. Diese müssen konstruktiv aufgenommen werden und verursachen deshalb in der Errichtung üblicherweise höhere Herstellkosten. Im Zuge dieser Arbeit wurden Brückenpaare einfeldriger und mehrfeldriger Tragwerke sowohl für die Straÿe als auch für die Schiene untersucht. Nach einer Auswertung der hauptkostenverursachenden Anteile wurden die Brücken mit Hilfe einer Software auf die Kostenentstehung über einen Lebenszyklus von 70 Jahren untersucht. Dabei grossen Erfahrungswerte für jährliche Instandhaltungskosten sowie für die durchschnittlichen zu erwartenden Lebensdauern der Ausrüstungsbestandteile mit ein. Die integrale Brücke stellt im Vergleich zur konventionellen Brücke vor allem im geringen Spannweitenbereich sowohl in der Errichtung als auch über den Lebenszyklus betrachtet die wirtschaftlichere Variantedar. Je länger die Brücke wird, umso höher werden die Zwangsschnittgröÿen, die aufgenommen werden müssen. Dadurch wird die konventionelle Brücke im mittleren Spannweitenbereich von 50-60 m in der Errichtung günstiger. Über den Lebenszyklus betrachtet ist die integrale Brücke jedoch die rentablere Variante. Als Endresümee lässt sich sagen, dass die integrale Bauweise bis zu einer Spannweite von rund 60 m die wirtschaftlichere Konstruktionsart darstellt. Für Brücken mit gröÿeren Spannweiten stellt sie hingegen keine rentable Alternative mehr dar, da die entstehenden Zwangsspannungen konstruktiv und wirtschaftlich nicht mehr vertretbar abgetragen werden können.

Integral bridges are bridges without bearings and expansion joints. The superstructure and the substructure are in a monolithic connection. In contrast a bridge built in conventional mode with expansion joints - situated on bearings - is called a conventional bridge. Both construction types have advantages and disadvantages. Joints are susceptible to moisture and humidity and high trac loads damage them periodically and raise the maintainance costs. In contrast the integral bridge is a more resistant structure because of its jointlessness but in exchange tensions caused by temperature variations occur and may raise the construction costs. Due to this several bridges of both construction types are analyzed in this thesis. Both single span and multispan bridges between 10-60 m of total span are analyzed, railway bridges as well as road bridges. After an evaluation of the parts which raise the main costs in the construction period a life cycle costs analysis is held. The bridges are analyzed over a life cycle period of 70 years using a software developed by Vienna University of Technology. The data for the life periods of the several construction parts of the bridges and the data for annual maintainance costs are estimated by experience knowledge. In conclusion the integral solution is an outstanding alternative especially for single span bridges. Both construction costs as well as maintainance costs are below the costs raised by a conventional design. Due to raising spans and total length of the bridges, the conventional bridge gets cheaper in erection than the integral solution because of the need for a more resistant construction to handle the higher temperature tensions. Considering the life cycle costs the integral bridge beats the conventional solution up to a total length ofapproximately 60 m and spans up to three elds. For higher spans and longer total bridge length the integral solution is in most cases no economical alternative because tensions raised by temperature movements are getting too high.