Vergleich von Brückenklappverfahren und Freivorbauverfahren am Beispiel der Talbrücke San Leonardo

Abstract

Das Brückenklappverfahren wurde in den letzten Jahren am Institut für Tragkonstruktionen, Forschungsbereich Stahlbeton- und Massivbau der Technischen Universität Wien unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Johann Kollegger entwickelt. Dieses neuartige Brückenherstellungsverfahren kann als Alternative zum Freivorbauverfahren eingesetzt werden. Die Herstellung von Zement und somit auch von Beton ist ein sehr CO2-intensiver Prozess. Um den Kohlendioxidausstoß zu verringern, gibt es Entwicklungen der Zementindustrie, eine Reduktion bereits bei der Herstellung zu erzielen. Eine andere eektive Möglichkeit zur Senkung der Schadstoemissionen besteht in der Entwicklung von schlankeren Konstruktionen bei gleichbleibender Tragfähigkeit. In der vorliegenden Arbeit wird am Beispiel der Talbrücke San Leonardo gezeigt, dass durch den Einsatz des Brückenklappverfahrens eine erhebliche Reduktion der Baustomassen erzielt werden kann. Es wird für die 210m lange und 90m hohe zweifeldrige Autobahnbrücke in Sizilien ein Alternativentwurf unter Anwendung des Brückenklappverfahrens vorgestellt. Dazu werden Querschnitte für den Brückenträger, die Druckstreben und den Brückenpfeiler erarbeitet und eine Vorbemessung in Quer- und Längsrichtung durchgeführt. Ziel der statischen Berechnungen ist es, die Machbarkeit des Entwurfs zu zeigen. Der Querschnitt des Brückenträgers im Bauzustand besteht aus dünnwandigen Betonfertigteilen, die einen rechteckigen Hohlkasten mit einer Breite von 6m bilden. Dieser schlanke Querschnitt wird mit Hilfe von Fertigteildruckstreben, welche seitlich am Brückenträger angebracht werden, auf den gewünschten Autobahnquerschnitt ausgebaut. Der Querschnitt des Brückenträgers wird in den Bauphasen in der Brückenlängsrichtung mittels Spanngliedern zusammengespannt, weshalb ein Hauptaugenmerk im Entwurf geeigneter Spanngliedführungen liegt. Für die einzelnen Bauphasen und für den Bauendzustand erfolgten statische Berechnungen. Bisher wurden mit dem Brückenklappverfahren Entwürfe vor allem für Plattenbalkenquerschnitte erstellt. In dieser Arbeit werden deshalb für eine Brücke mit Hohlkastenquerschnitt die Details für die Knoten und die Verankerungsblöcke der Spannglieder im Bauzustand entworfen und neue Lösungen aufgezeigt. Nach Fertigstellung der Entwurfsarbeiten werden die erforderlichen Massen und die Bauzeit ermittelt. Um eine Vergleichbarkeit des Alternativentwurfs mit der Talbrücke San Leonardo zu ermöglichen, wird der Freivorbau-Entwurf überarbeitet und auf den Stand der Technik (gemäß Eurocodes) gebracht. Hierbei wird es beispielsweise notwendig, die Dicken der Fahrbahnplatte und der Stege zu erhöhen. Abschließend werden einerseits bauwirtschaftliche Faktoren, wie Bauzeit und eingesetzte Massen, aber auch technische Kriterien beider Entwürfe beleuchtet.

In recent years a new bridge construction method has been developed at the Institute of Structural Engineering of TU Wien by Professor Kollegger and his team. The so called Balanced Lift Method (BLM) can be seen as an alternative to the Balanced Cantilever Method (BCM). This thesis contains a technical and economical comparison between these two methods for the 210m long San Leonardo viaduct. Cement production and therefore concrete production is a very CO2-intense process. Recent trends show that the cement industry strives to reduce these carbon dioxid emissions during the production process. On the structural level the CO2-reduction can be achieved by optimizing the cross sections, in other words building thinner load bearing elements without reducing load capacity therefore economizing construction materials and consequentially carbon dioxid emissions. The BLM, when applied reasonably, as shown on the example of the San Leonardo Viaduct, oers the possibility to save resources and decrease pollution. For the redesign of the San Leonardo Viaduct, which was built in the 1960-s using the BLM, cross sections for the bridge girder, the compression struts and the pier where elaborated. The webs of the bridge girder consist of thin precast concrete doublewalls. A hollow box cross section with a width of 6 m will be built, consisting of these doublewalls and other thin concrete plates. Precast compression struts next to the webs will help complete the bridge cross section in order to obtain the 20,5m wide carriageway. The cross section elements are connected by tendons positioned throughout the box girder. The most important part of the BLM is the lifting process. For all construction phases, as well as for the end of the construction, the required post-tensioning tendons were designed. Starting with the vertical installation of the prefabricated compression struts and bridge girders, structural calculations of the bridge for all construction phases have been made. Up to this point mainly designs for bridges with other cross sections (T-beams), were conceptualized using the BLM. Hence a redesign of the nodes and the concrete blocks, which are needed for the anchorage and the deviation of the tendons, was required forming a main part of the thesis. After the structural calculations a calculation of the masses was possible. In order to align the construction phases, a time table was prepared. To allow a realistic comparison between the two bridge construction methods, a redesign of the original San Leonardo Viaduct was necessary. Based on the Eurocodes a thicker slab as well as thicker webs were needed. With the redesigned cross section a calculation of masses was possible. Finally it was feasible to compare technical and economical aspects of the BLM and the BCM. Summarizing, it can be said that for the San Leonardo Viaduct a considerable reduction of concrete mass would be possible by using the BLM.