{"id":11034,"date":"2020-10-26T10:43:56","date_gmt":"2020-10-26T09:43:56","guid":{"rendered":"https:\/\/www.fachbau.ch\/?p=11034"},"modified":"2020-10-26T10:43:56","modified_gmt":"2020-10-26T09:43:56","slug":"stuttgarter-bruecke-haengt-an-schweizer-carbon-seilen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.fachbau.ch\/de\/der-bauingenieur\/2020-10-26\/stuttgarter-bruecke-haengt-an-schweizer-carbon-seilen\/","title":{"rendered":"Stuttgarter Br\u00fccke h\u00e4ngt an Schweizer Carbon-Seilen"},"content":{"rendered":"
\"\"
Die Stuttgarter Netz-werk-Bogenbr\u00fccke mit CFK-H\u00e4ngern ist bereit
zum Einschieben.<\/figcaption><\/figure>\n

In der Nacht vom Sonntag, 3. Mai, findet in Stuttgart ein spektakul\u00e4rer Br\u00fccken-schlag statt: Die Stuttgarter Strassenbah-nen AG (SSB) verl\u00e4ngert die Stadtbahn-linie U6 von Stuttgart-Fasanenhof bis zum Flughafen. Dazu ist eine 127 Meter lange Br\u00fccke \u00fcber die Autobahn A8 erforderlich. Der Br\u00fcckenbogen und die Fahrbahnplat-te wurden in den vergangenen Monaten direkt neben der Autobahn hergestellt. Die filigrane Netzwerk-Bogenbr\u00fccke besteht aus zwei parallelen Stahlb\u00f6gen und der an Carbon-H\u00e4ngern aus der Schweiz abgeh\u00e4ngten Betonfahrbahnplatte. Die Bauleute werden den Koloss von rund 1500 Tonnen nachts \u00fcber die gesperrte Autobahn schieben. Zu dieser Masse tragen die 72 wie Spinnf\u00e4den wirkenden Carbon-H\u00e4nger der Firma Carbo-Link AG in Fehraltorf, eines Spin-off der Empa, mit insgesamt lediglich 1675 Kilogramm jedoch kaum etwas bei.<\/p>\n

Ein seltener Br\u00fcckentyp<\/strong>
\nSeinen Anfang nahm das Projekt bereits 2012, als das Ingenieurb\u00fcro schlaich bergermann partner (sbp) aus Stuttgart den Wettbewerb f\u00fcr die Autobahn\u00fcber-querung der Stadtbahnlinie U6 mit seiner eleganten Netzwerk-Bogenbr\u00fccke gewann. Im Gegensatz zu einer klassi-schen Stabbogenbr\u00fccke mit vertikalen H\u00e4ngern \u00fcberkreuzen sich die schr\u00e4g angeordneten H\u00e4nger, und es entsteht der Eindruck eines feinen Seilnetzes. Eine Netzwerk-Bogenbr\u00fccke wirkt
\nstatisch wie ein Fachwerktr\u00e4ger, sie ist im Vergleich zu Stabbogenbr\u00fccken mit vertikalen H\u00e4ngern steifer. Das heisst, die Durchbiegung unter Verkehrslast ist geringer. Dies ist besonders f\u00fcr Eisen-bahnbr\u00fccken von Bedeutung: Sind die Durchbiegungen unter der Last eines Zugs zu gross, verkr\u00fcmmen sich die Schienen, und der Zug entgleist.
\nTrotz dieses Vorteils wurden bisher nur wenige Br\u00fccken dieses Typus realisiert, da es mit den Stahlh\u00e4ngern verschiedene Probleme gab, vor allem bez\u00fcglich Erm\u00fcdung. Auch der Wettbewerbsent-wurf von sbp beinhaltete zun\u00e4chst Stahlseile als H\u00e4nger. Doch die Bauherr-schaft z\u00f6gerte mit dem Bau. Sie sch\u00e4tzte zwar die Eleganz der Br\u00fccke und insbesondere die st\u00fctzenfreie \u00dcberque-rung der acht Autobahnspuren. Die Kosten erachtete sie indes als zu hoch.<\/p>\n

Die L\u00f6sung: H\u00e4nger aus CFK<\/strong>
\nAusschlaggebend war schliesslich eine Idee von Lorenz Haspel aus dem sbp-Team, die Stahlseile durch vorge-spannte Carbon-H\u00e4nger zu ersetzen, oder materialwissenschaftlich korrekt ausgedr\u00fcckt: H\u00e4nger aus kohlenstoff-faserverst\u00e4rkten Kunststoffen (CFK). Zum Erstaunen aller liessen sich die Kosten dadurch sogar senken. Doch im Gegensatz zu Stahlseilen waren CFK-H\u00e4nger noch kein Massenprodukt. Wer w\u00fcrde also die 72 erforderlichen CFK-H\u00e4nger liefern k\u00f6nnen? In einem
\nfr\u00fcheren Projekt hatte Haspel mit Andreas Winist\u00f6rfer, dem Gr\u00fcnder und CEO des Empa-Spin-off Carbo-Link, zusammengearbeitet, das seit rund 20 Jahren unter anderem CFK-R\u00fcckhalte-stangen f\u00fcr Baukr\u00e4ne produziert. Diese Stangen hatten Haspel \u00fcberhaupt erst auf die Idee mit den CFK-H\u00e4ngern gebracht. In Deutschland ist f\u00fcr neue Bauprodukte eine bauaufsichtliche Zulassung erforder-lich. Eine solche zu erlangen, insbesonde-re f\u00fcr ein v\u00f6llig neues Produkt, wie es CFK-H\u00e4nger zweifellos darstellten, ist in der Regel zeitintensiv und teuer. F\u00fcr die Stuttgarter Stadtbahnbr\u00fccke standen aber weder Geld noch Zeit zur Verf\u00fcgung. Eine \u00abZustimmung im Einzelfall\u00bb war die einzige Chance, und die verantwortliche Zulassungsbeh\u00f6rde von Baden-W\u00fcrttem-berg stimmte zu, diesen Weg zu versu-chen. Im Herbst 2016 beauftragte die SSB Winist\u00f6rfer daher mit der Herstellung von drei Prototypen \u2013 und das Empa-Team um Masoud Motavalli und Robert Widmann damit, die erforderlichen Experimente durchzuf\u00fchren. F\u00fcr die Empa-Forscher war die Thematik nicht neu, besch\u00e4ftigten sie sich doch bereits seit den 1980er-Jah-ren intensiv mit der Entwicklung von CFK-Zuggliedern f\u00fcr den Br\u00fcckenbau.<\/p>\n

100 Jahre in wenigen Monaten simulieren<\/strong>
\nEnde September 2016 lieferte Carbo-Link die Prototypen, und im Oktober begann Motavallis Team mit den mechanischen Versuchen. Die wichtigste Aufgabe bestand darin, an den CFK-H\u00e4ngern 100 Jahre Bahnbetrieb zu simulieren \u2013 innert weniger Monate. Dies entspricht einer Beanspruchung von mehr als 11 Millionen \u00dcberfahrten. Die aus Zeit-und Kosten-gr\u00fcnden gew\u00e4hlte hohe Schwingfrequenz von 4,2 Hz f\u00fchrte anf\u00e4nglich an den Kontaktfl\u00e4chen zwischen CFK und den Titankauschen zu einer gef\u00e4hrlichen \u00dcberhitzung. Das Projekt drohte zu scheitern, bis entschieden wurde, die aus Ehrgeiz stark \u00fcbersteigerte Lastamplitu-de auf ein realistisches Mass zu reduzie-ren. Schliesslich \u00fcberlebten die zwei untersuchten H\u00e4nger die rund 11 Millio-nen Lastzyklen problemlos.<\/p>\n

Die Aufgabe der Empa-Gutachter Urs Meier \u2013 ein Pionier der CFK-Forschung \u2013 und Peter Richner, der heutige stellver-tretende Direktor der Empa, bestand nun darin, die umfangreichen Daten zu analysieren und zu bewerten. Neben den Erm\u00fcdungseigenschaften mussten sie auch Themen wie Witterungsbest\u00e4ndig-keit, Blitzschlag, Brand, Einfluss elektri-scher und magnetischer Felder sowie Vandalismus ber\u00fccksichtigen. Am 17. Mai 2017 schickten Meier und Richner ihr Gutachten nach etwas mehr als sieben Monaten nach Stuttgart. Alle hatten unter Hochspannung und enormem Zeitdruck gearbeitet. Und dann geschah … nichts. Monate verstrichen, und sowohl der Carbo-Link-CEO Winist\u00f6rfer als auch Meier und Richner kamen zum Schluss:
\n\u00abAusser Spesen nichts gewesen.\u00bb<\/p>\n

Sie hatten das Projekt bereits abge-schrieben, als am 10. April 2018 pl\u00f6tzlich ein Schreiben der baden-w\u00fcrttembergi-schen Zulassungsbeh\u00f6rde eintraf, das die Verwendung von CFK-H\u00e4ngern beim Bau der Br\u00fccke \u00fcber die A8 unter bestimmten Auflagen erlaubte. So waren unter anderem das Gutachten der Empa mit den darin enthaltenen Anforderungen den Ausschreibungsunterlagen f\u00fcr das Projekt beizulegen. Auf die darauffolgen-de Ausschreibung des Projekts ging lediglich eine Offerte ein; in Deutschland herrschte damals eine konjunkturelle \u00dcberhitzung in der Baubranche. Da die Kosten in der Offerte deutlich \u00fcber dem vorgesehenen Budget lagen, sah es im Herbst 2018 f\u00fcr die Netzwerk-Bogen-br\u00fccke mit CFK-H\u00e4ngern erneut d\u00fcster aus. Das Projekt drohte aus Kostengr\u00fcn-den endg\u00fcltig zu scheitern. Doch kurz vor Weihnachten entschieden sich die Verantwortlichen \u00fcberraschenderweise trotzdem f\u00fcr die zukunftsweisende Technologie.<\/p>\n

Eine Weltpremiere im Br\u00fcckenbau<\/strong>
\nNun wird am kommenden Sonntag die weltweit erste grosse Br\u00fccke, die vollst\u00e4ndig an CFK-Zuggliedern h\u00e4ngt, errichtet \u2013 eine Weltpremiere, zu der Carbo-Link und die Empa viel beitrugen. Vor allem die f\u00fcr die CFK-Variante geringeren Erstinvestitionskosten im Vergleich zur Stahlvariante haben die Fachwelt \u00fcberrascht, denn in bisherigen Br\u00fcckenprojekten, die nicht durch Forschungsf\u00f6rdergelder unterst\u00fctzt wurden, hatten CFK-Zugglieder gegen-\u00fcber Stahl kommerziell keine Chance. Doch das anspruchsvolle Anforderungs-profil f\u00fcr H\u00e4nger von Netzwerk-Bogen-br\u00fccken ist wie massgeschneidert f\u00fcr den Werkstoff CFK. So betr\u00e4gt die Quer-schnittsfl\u00e4che der CFK-H\u00e4nger nur ein Viertel dessen, was f\u00fcr H\u00e4nger aus Stahl erforderlich w\u00e4re \u2013 ein wichtiger Grund f\u00fcr die Wirtschaftlichkeit des neuen Werkstoffes. Mitte April erfolgte der Einbau der 72 CFK-H\u00e4nger. Dieser konnte, aufgrund des geringen Gewich-tes, ohne Kran und mit lediglich drei Bauarbeitern durchgef\u00fchrt werden.<\/p>\n

Und auch punkto Nachhaltigkeit punktet die CFK-Br\u00fccke. Da im Empa-Gutachten das Thema Nachhaltigkeit von CFK-H\u00e4n-gern noch kein Thema war, bestanden bei den Beteiligten diesbez\u00fcglich zun\u00e4chst Zweifel. Im Rahmen eines weiteren Projekts f\u00fcr eine 130 Meter weit spannende zweigleisige Eisenbahn-br\u00fccke konnten Empa-Forscher diese \u00abL\u00fccke\u00bb k\u00fcrzlich schliessen. Die Ergebnisse sprechen eindeutig f\u00fcr die CFK-Variante. So sind etwa die CO#-Emissionen f\u00fcr die Stahlvariante rund dreimal h\u00f6her und der Energieaufwand mehr als doppelt so hoch.<\/p>\n

Die CFK-H\u00e4nger der Stuttgarter Stadt-bahnbr\u00fccke d\u00fcrften f\u00fcr zuk\u00fcnftige Netzwerk-Bogenbr\u00fccken wegweisend sein. Es d\u00fcrfte f\u00fcr CFK-Zugglieder aber noch weitere Nischen geben, in denen sie gegen\u00fcber Stahl nicht nur technisch, sondern auch kommerziell konkurrenz-f\u00e4hig sind. Ein Beispiel sind die enorm langen Seile weit gespannter Schr\u00e4gseil-br\u00fccken in Asien. Doch das schnelle Geld ist mit innovativen Materialien im Bau-bereich nicht zu verdienen, hat es doch rund 40 Jahre intensiver Forschung und enormer Beharrlichkeit erfordert \u2013 vor allem von Urs Meier und seinem Team \u2013, um CFK im Bauwesen zum Durchbruch zu verhelfen. \u00abDas ist fast schon absurd lange\u00bb, so Peter Richner. \u00abGenau aus die-sem Grund haben wir vor einigen Jahren unsere Demonstrationsplattform Nest ins Leben gerufen, um Innovationen im Bau-und Energiebereich deutlich schneller als das in die Praxis umzusetzen.\u00bb<\/p>\n

\n

Text: Michael Hagmann | Fotos: M. L\u00e4ngle, sbp Stuttgart, Empa<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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