Entwurf einer Pontonbrücke über den Sognefjord

Abstract

Das norwegische Ministerium für Transport und Kommunikation hat 2011 Machbarkeitsstudien in Auftrag gegeben um die Realisierbarkeit einer fährenfreien Verbindung der Europastraße E39 zwischen Kristiansand und Trondheim zu untersuchen. Derzeit gibt es auf dieser Strecke noch 7 Fährenverbindungen, wovon eine über den Sognefjord zwischen Lavik und Oppedal führt. Es wurden bereits einige Machbarkeitsstudien erstellt, die sich der Querung des Sognefjordes widmen, der mit einer Breite von 3700m und einer Tiefe von ca. 1300m eine große Herausforderung für die Planer darstellt, da eine Fundierung am Fjordgrund aus technischer und wirtschaftlicher Sicht kaum zu realisieren ist. Daher werden in beinahe allen Studien schwimmende Brücken, abgesenkte Tunnel, oder Hybridvarianten als Tragstruktur gewählt. Bei derart großen Bauwerkslängen ist vor allem das Verhalten des Bauwerkes bei horizontaler Belastung von großer Bedeutung, da es aufgrund der oftmals geringen Steifigkeit in horizontaler Ebene zu großen Verformungen kommen kann, die für die Nutzbarkeit eines Entwurfes entscheidend sein können. An der TU Wien wurde mit diesem Hintergedanken am Institut für Tragkonstruktionen, Forschungsbereich Stahlbetonund Massivbau unter der Leitung von Prof. Kollegger ein Aussteifungskonzept für schwimmende Brücken entwickelt, das in dieser Arbeit durch den Vergleich mit zwei weiteren Aussteifungsvarianten verifiziert wird. Dazu wird eine schwimmende Pontonbrücke mit einem unter Wasser angeordneten Seilnetz (Artificial Seabed), das für die notwendige Horizontalaussteifung der gesamten Struktur sorgen soll, und einer uferseitigen Schrägkabelbrücke für den Schiffsverkehr, entworfen. Basierend auf diesem Entwurf werden 2 Berechnungsmodelle (mit/ohne Schrägkabelbrücke) erstellt, mit denen die drei Aussteifungskonzepte verglichen werden. Für die Analyse der Modelle werden die maßgebenden vertikalen und horizontalen Lasten auf die Struktur aus Eigengewicht, Ausbaulast, Verkehr, Wind, Strömung und Schiffsanprall berücksichtigt. Das besondere Merkmal des Patentes der TU Wien ist die zusätzliche Anordnung von Auftriebskörpern für die Haupttragseile des Artifical Seabed. Dadurch kann der Seildurchhang erheblich reduziert werden.

The Norwegian Ministry of Transport and Communications commissioned feasibility studies in 2011 to investigate the feasibility of a ferry-free connection of the European route E39 between Kristiansand and Trondheim. There are currently 7 ferry connections on this route, one of which crosses the Sognefjord between Lavik and Oppedal. Several feasibility studies have already been published, which are treating the crossing of the Sognefjord, which, with a width of 3700m and a depth of approx. 1300m, holds a major challenge for the planing engineers, since a foundation at the fjord bottom is hardly feasible from a technical and economic point of view. Therefore, almost all of these studies use floating bridges, lowered tunnels, or a hybrid alternative as a supporting structure for their crossing concepts. With such large building lengths, especially the behavior of the structure under horizontal load is of great importance, since it can come to large deformations due to the lack of rigidity in the horizontal plane that can be crucial for the usability of a designed concept. With this ulterior motive, a stiffening concept for floating bridges was developed at the Institute of Structural Engineering at the TU Wien by Professor Kollegger, which is verified in this work through comparison with two other stiffening concepts. For this purpose, a floating pontoon bridge with a submerged cable net (Artificial Seabed) to provide the necessary horizontal stiffening of the entire structure and a shore-side cable-stayed bridge for shipping passage is designed. Based on this design, 2 analysis models (with/without a cable-stayed bridge) are developed, with which the three mentioned concepts are compared. The analysis of the models takes into account the most relevant vertical and horizontal loads on the structure regarding dead weight, traffic, wind, water flow and ship impact. The special feature of the patent of the TU WIEN is the additional assembly of pontons for the main ropes of the Artifical Seabed. As a result, the rope sag can be reduced massively.