1. Einführung
Integrale Brücken sind im letzten Jahrzehnt auf stetig wachsendes Interesse seitens der Bauwerkseigner gestoßen, da dieser Brückentyp entscheidende Vorteile gegenüber konventionellen Tragwerken hat. Dies macht sich insbesondere durch die vermehrte Betrachtung der Lebenszykluskosten unserer Bauwerke bereits im Entwurfsprozess bemerkbar. Im einführenden Kapitel werden ausgehend von den Ursprüngen der integralen Bauweise einige, historisch wertvolle Meilensteine im Brückenbau gezeigt.
2. Grundlagen
Bei integralen Brücken handelt es sich im Allgemeinen um fugenlose und lagerlose Bauwerke welche eine monolithische Einheit bilden und in Ihrer Gesamtheit in den Baugrund eingebettet sind. Bei den Begriffen gibt es zwischen integralen und semi-integralen Brücken in der D-A-CH Region (Deutschland-Österreich-Schweiz) jedoch Unterschiede die gegenüberstellend erläutert werden und eine Festlegung für das vorliegende Buch getroffen. Die Vorteile integraler Brücken für den Entwurfsprozess, die Herstellung, für Nutzer und Anrainer sowie die Bauwerkserhaltung werden detailliert dargestellt. Impulse aus dem Unterhalt unter Berücksichtigung der Kostenanteile aus der Erhaltung zeigen den Bedarf an robusten und dauerhaften Tragwerken sehr deutlich. Die abschließende Erläuterung von Nachhaltigkeitsaspekten für integrale Brücken lassen ebenfalls die Vorteilhaftigkeit der fugenlosen und lagerlosen Bauweise erkennen.
3. Gestaltung
Die integrale Bauweise bietet neben dem Vorteil robuster, langlebiger Bauwerke hinsichtlich der konstruktiven Durchbildung neue Lösungsansätze und damit für die Gestaltung zwangsläufig auch neue Spielräume und Entwicklungsmöglichkeiten. Die integrale Bauweise führt zu einem Höchstmaß an eigenständiger Identität in der Gestaltung. Die Brücken gewinnen im Vergleich zur konventionellen Bauweise einen deutlich unverwechselbaren Charakter. Diese Bauwerke sind Ausdruck eines starken Gestaltungswillens und einer bewusst wahrgenommenen Verantwortung ästhetischer Ansprüche an die Brücken unserer modernen Umwelt. Die vorgestellten Beispiele sollen Lösungsansätze vorstellen und zeigen die zunehmenden Gestaltungsmöglichkeiten ausgehend von mehrfeldrigen Rahmenbrücken, über Einfeldrahmen und Sprengwerke bis hin zu hybriden Konstruktionen.
4. Entwurf
Bei integralen Brücken handelt es sich um sehr komplexe Strukturen, bei denen im Entwurfsprozess nicht auf Bauteilebene gearbeitet werden oder das Bauwerk isoliert vom Baugrund betrachtet werden kann. Einwirkungen auf das Tragwerk erzeugen im Vergleich zu konventionell gelagerten Brücken Zwangsschnittgrößen die bemessungsrelevant sein können. Diese Zwänge können jedoch im Zuge des Entwurfsprozesses stark beeinflusst werden. Wesentliche Einflussgrößen auf den Entwurf werden daher im Kapitel 4 u.a. anhand von konkreten Beispielen erläutert. Ausgehend von der Bauwerk-Baugrund-Interaktion werden wesentliche Entwurfsparameter für die Gründung und den Unterbau sowie den Überbau beschrieben. In einer Parameterstudie wird die Sensitivität der Schnittgrößen auf die Variation einzelner Einflussparameter gezeigt und daraus allgemein gültige Schlussfolgerungen für den Entwurfsprozess formuliert.
5. Berechnung und Bemessung
Auf Grundlage der aktuell gültigen Normenlage in der D-A-CH Region werden die Berechnungsansätze für integrale Brücken zusammenfassend dargestellt. Es werden die Einwirkungen (ständige und veränderliche) sowie insbesondere die Modellierung des Baugrundes für Flach- und Tiefgründungen ausführlich erläutert. Neben der linear-elastischen Schnittkraftermittlung und Bemessung werden auch Ansätze für die nichtlineare Berechnung integraler Brücken gezeigt.
6. Konstruktive Durchbildung
Zur Realisierung eines möglichst dauerhaften fugenlosen und lagerlosen Bauwerks sind sorgfältig durchdachte konstruktive Lösungen insbesondere für das Brückenende und den Übergangsbereich vom Tragwerk auf die freie Strecke erforderlich. Auf Grundlage von in der Praxis bewährten Konstruktionsdetails in der D-A-CH Region für die Ausführung des Brückenendes sowie der Ausbildung von Schleppplatten wird eingegangen. Zusätzlich werden Ausführungsvorschläge aus dem angloamerikanischen Raum kurz dargestellt. Abschließend werden Sonderkonstruktionen gezeigt, die bei integralen Brücken umgesetzt wurden und eine Besonderheit im Brückenbau repräsentieren.
7. Ausfürhung, Bauüberwachung und Monitoring
Wesentliche Faktoren der Bauausführung für integrale Brücken in Hinblick auf das Bauverfahren, die Herstellungstechnologie und die zeitliche Abfolge der Herstellung werden anhand von Beispielen praxisnah erläutert. Hinweise für die Baubegleitung und Bauüberwachung sowie die Bauwerkserhaltung vervollständigen die Ausführungen. Erfahrungswerte aus der messtechnischen Überwachung (Monitoring) von mehreren integralen Brücken über mehrere Jahre werden umfassend dargestellt und lassen Rückschlüsse auf das Tragverhalten über die Zeit und den Vergleich zwischen Annahmen der statischen Berechnung und dem realen Bauwerk zu. Die Anordnung der Sensoren und die zugehörigen Ergebnisse für 3 Brücken werden dargestellt und erläutert.
8. Umrüstung bestehender Brücken - Ausblick und Chancen
Heute wird der Fokus im Bauwesen vermehrt vom Neubau in Richtung Instandsetzung verschoben, da besonders in Mitteleuropa ein gut ausgebautes Infrastrukturnetz vorhanden ist. Die Möglichkeit Erhaltungskosten über den Lebenszyklus zu sparen in dem bestehende Tragwerk – im Rahmen von ohnehin erforderliche Instandsetzungen – auf integrale Bauwerke umgerüstet werden ist ein wichtiger Zugang für die vermehrte Nutzung der Bauweise. Bei der Integralisierung kann einerseits das ursprüngliche statische System beibehalten werden oder jedoch eine Aktivierung der Rahmenecken in unterschiedlichen Ausmaß erfolgen. Anhand von ausgewählten Beispielen werden diese Möglichkeiten praxisnah erläutert und auch die Umrüstung einer 400 m langen Einfeldträgerkette in ein integrales Tragwerk gezeigt.
