Nur noch 10 Tonnen Gewicht bei 45 m Spannweite: Besonders leichtes Stabbogensystem aus Aluminium ermöglicht Brückenbau auch in unwegsamem Gelände

Nicht jeder Standort ist für das bei herkömmlichen Konstruktionen wie Holz-, Stahl- oder Stahlbetonbrücken notwendige schwere Gerät geeignet. Bei Aluminiumbrücken und hier ganz speziell der neuen Stabbogenbrücke von PML fallen die Gewichte der Konstruktionen jedoch im Vergleich dazu kleiner aus. Daher kann die neue Brücke auch auf schwierigem Baugrund errichtet werden. Quelle: PML

Nicht jeder Standort ist für das bei herkömmlichen Konstruktionen wie Holz-, Stahl- oder Stahlbetonbrücken notwendige schwere Gerät geeignet. Bei Aluminiumbrücken und hier ganz speziell der neuen Stabbogenbrücke von PML fallen die Gewichte der Konstruktionen jedoch im Vergleich dazu kleiner aus. Daher kann die neue Brücke auch auf schwierigem Baugrund errichtet werden.
Quelle: PML

Konventionelle Konstruktionen für Fußgänger- und Radwegbrücken aus Holz, Stahl oder Stahlbeton haben meist ein sehr hohes Gewicht und lassen sich daher gerade in unwegsamem Gelände oft nur schwer montieren. Die Peter Maier Leichtbau GmbH (PML) hat deshalb ein spezielles Brückensystem aus Aluminium entwickelt, das noch leichter ist als ihre bisherigen Fachwerktrogbrücken aus demselben Material. Aufgrund seines im Verhältnis zur Größe niedrigen Eigengewichts kann das neue Stabbogensystem mit polygonalem Obergurt auch an Stellen mit sehr schwierigen Untergrundverhältnissen realisiert werden. Durch den hohen Vorfertigungsgrad sind die Montagezeiten zudem wesentlich kürzer und die Baukosten geringer als bei anderen Konstruktionen. Die Nutzbreite der Brücke beträgt circa 3 m und ihre maximale freie Stützweite liegt bei 45 m, wobei sich die Stützweite im Raster von 3,00 m anpassen lässt. Das neue System ist für Geh- und Radwegbrücken konzipiert und nach DIN 1055-4 sowie DIN EN 1991-1-4 bis zur Windzone 3 (Küste) zertifiziert.

„Nicht jeder Standort einer Rad- oder Fußgängerbrücke ist für schwere Gerätschaften wie Kräne geeignet, welche aber bei der Montage von Bauteilen mit großem Gewicht notwendig sind“, erklärt Jörg Petrowski, Vertriebsleiter beim Brückenhersteller PML. Um eine Konstruktionsweise zu finden, die besonders leicht ist und diese logistischen Schwierigkeiten umgeht, arbeitete das Unternehmen mit den Experten der Riedel & Ulrich Ingenieurpartnerschaft zusammen. „Das Ziel war neben der Optimierung der Konstruktion im Hinblick auf eine effiziente Vorfertigung und Montage auch die Einsparung von Material“, erläutert Dipl.-Ing. (FH) Stefan Heth, der zuständige Projektleiter für den Brückenbau bei PML. „Vorausgesetzt wurde dabei, dass die Brücke mit Ausnahme der Verbindungsmittel ausschließlich aus dem leichten Baustoff Aluminium bestehen sollte.“

Für die Neuentwicklung untersuchten die Ingenieure zunächst mehrere unterschiedliche Konstruktionstypen in der häufig nachgefragten Stützweite von 45 m bei einer Breite von 3 m und somit identischer Nutzlast. „Dabei zeigte sich, dass Stabbogenbrücken grundsätzlich eine dem Kraftfluss sehr gut angepasste Konstruktionsform haben und äußerst effizient sind“, so Dipl.-Ing. Thomas Ulrich. Bei dieser Brückenform trägt der Untergurt den Belag und nimmt die Zugkräfte auf, der Bogen fängt die gleichmäßig verlaufenden Druckkräfte ab. Die Hängestangen, auch Hänger genannt, verkürzen die Stützweite des Untergurts und leiten die Kräfte in den Bogen ein. Bei Fachwerktrogbrücken dagegen können aus konstruktiven Gründen oftmals auch eher unwirtschaftliche Profile zum Einsatz kommen, so dass sich hier ein ungünstigerer Lastfaktor als bei der Stabbogenform ergeben kann.

Neues System verbindet Effizienz mit einfacher Montage

Die Neuentwicklung basiert auf dem Konzept einer Stabbogenbrücke, vereint dieses aber mit der Montagefreundlichkeit einer aus Modulen aufgebauten Fachwerktrogbrücke: „Der Unterschied zu den meisten Stabbogenbrücken aus Stahl ist, dass der Obergurt einem Polygonzug mit gleichen Winkeln folgt“, sagt Heth. „Das hat zur Folge, dass der Kraftfluss dem Bogen gut angeglichen ist und trotzdem eine modulare Bauweise mit dem Vorteil einer einfachen Montage möglich ist.“ Zudem können die Profile der Hauptträger durch die große statische Höhe kleiner und damit leichter ausfallen als bei einer Fachwerk- oder Tragrostbrücke. Die Konstruktion kann somit auch an Stellen mit sehr schwierigen Untergrundverhältnissen aufgebaut werden. Dabei macht sich diese Brückenform auch die Vorteile des Materials Aluminium zunutze: „Wir verwenden hochfeste Strangpressprofile aus der korrosionsbeständigen Legierung AlMgSi1, die den Festigkeitswerten von Stahl S235JR entspricht, gleichzeitig aber deutlich weniger wiegt“, erläutert Petrowski.

Die wesentliche Schwierigkeit beim Entwurf der filigranen und leichten Brückenkonstruktion lag bei der Aussteifung gegen Beanspruchungen quer zur Brückenachse, beispielsweise durch Wind von der Seite. „Wir haben dazu die Querriegel des Obergurts mit den Hängern als biegesteife Rahmen ausgebildet, um das Problem zu lösen“, erklärt Ulrich. Insgesamt kommt die Konstruktion auf ein Strukturgewicht von 10,3 t. Die Nutzlast ist viermal höher, sie liegt bei 48,6 t. Eine Fachwerktrogbrücke aus Aluminium würde circa 14,9 t wiegen, womit das Verhältnis zur Nutzlast ungünstiger ausfällt. Zudem kommt es im Unterschied zu den ebenfalls untersuchten unterspannten Systemen, welche ein ähnlich günstiges Tragverhalten zeigen, bei der neuen Stabbogenkonstruktion nicht zu Einschränkungen des Lichtraums unter der Brücke.

Das neue System ist auch aus optischen Gründen eine Alternative zur Fachwerktrogbrücke: „Es kann eingesetzt werden, wenn einem Kunden das Fachwerk nicht gefällt, etwa weil dessen Seitenansicht im Vergleich zur Umgebung als zu ‚geschlossen’ erscheint, die Länge aber gleichzeitig einen Tragrost nicht mehr zulässt“, so Petrowski weiter. Darüber hinaus sind die Brücken aufgrund der Aluminiumlegierung nicht nur rostfrei und seewassserfest, so dass kaum Wartungsarbeiten und Umweltbelastungen durch problematische Holz- und Korrosionsschutzanstriche entstehen. Zudem sind sie zu 100 Prozent recyclebar und somit besonders umweltfreundlich. Zugelassen ist die neue Stabbogenkonstruktion nach DIN 1055-4 sowie DIN EN 1991-1-4 für die Anforderungen der Windzone 3 (Küste), so dass sie fast überall aufgebaut werden kann.

 

Die RIEDEL + ULRICH Ingenieurpartnerschaft projektiert Ingenieurbauwerke, Wohnhäuser und Geschäftsgebäude und begleitet Bauherren über alle Leistungsphasen. Das Ingenieurbüro verfügt über die Bauvorlageberechtigung und Eintragung als Tragwerksplaner in mehreren Bundesländern.

Die Firma Peter Maier Leichtbau (PML) GmbH wurde 1984 im baden-württembergischen Singen gegründet. Das Unternehmen mit rund 40 Mitarbeitern entwickelt und produziert Lösungen aus Aluminium für die Logistikbranche und den Brückenbau: Seit mehr als 20 Jahren beschäftigt sich PML mit der Konzeption und Fertigung von Aluminiumplattformen für hydraulische LKW-Ladebordwände, bei der eine von Firmengründer Peter Maier entwickelte, weltweit einzigartige Hybrid-Laser-Schweißtechnik zum Einsatz kommt. Der Produktionszweig macht 80 Prozent der Unternehmenstätigkeit aus. Mitte der 1990er Jahre erfand die Firma ein mittlerweile patentiertes Baukastensystem für Aluminiumbrücken, Türme, Stege und Treppen. PML ist nach ISO-Norm 9001:2008 zertifiziert, die Brücken erfüllen alle deutschen sowie viele internationale Baunormen. Das Unternehmen hat bereits Aufträge in Italien, Ungarn, England, Frankreich, der Schweiz, Australien und China durchgeführt.

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