Abbildung 1: Holz-Beton-Verbundbrücken für die ... · 16 BAUEN Mit HLZ · 4 .2014 technik Holz-Beton-Verbund Pünklich zur Landesgartenschau 2014 wurden in Schwäbisch Gmünd zwei

16 bauen mit holz · 4.2014

technik

Holz-Beton-Verbund ❙ Pünklich zur Landesgartenschau 2014 wurden in Schwäbisch Gmünd zwei Brücken

fertiggestellt, über die der Besucher die Rems überqueren kann. Die Planer wählten Konstruktionen aus

Betonfahrbahnen, die mit blockverleimten Brettschichtholzelementen schubfest verbunden wurden. Die so

entstandenen Bauwerke sind schlank, ästhetisch und konstruktiv äußerst interessant. Jürgen Graf

Brücken überwinden seit Jahrtausen-den Unwegsamkeiten und Hindernisse.

Trotz seiner langen Tradition und der her-vorragenden Eigenschaften des Werkstoffs Holz wurde der Holzbrückenbau in den letzten Jahrzehnten stark zurückgedrängt. Stahl- und Stahlbetonbrücken überzeugen aufgrund der neueren technischen Mög-lichkeiten durch ihre Filigranität. Diese Leichtigkeit kommt im besonderen Maße bei Fuß- und Radwegbrücken im urbanen Raum zum Tragen, da der Mensch sie über-schreitet, sie berührt, sie also unmittelbar wahrnimmt und ihre geringen Dimensio-nen ihn angenehm berühren. Dies beim

Bau einer Holzbrücke zu erreichen stellt eine ganz besondere gestalterische Her-ausforderung dar. Mit zwei bauähnlichen Fuß- und Radwegbrücken in Holz-Beton-Verbund-(HBV)-Bauweise in Schwäbisch Gmünd wird der Holzbrückenbau in eine ästhetische und schlanke Richtung weiter-entwickelt (Abbildung 1).

Städtebauliche Einbindung der Holz-Beton-VerbundbrückenDie Landschaftsarchitekten A24 Land-schaft aus Berlin belegten 2007 beim Wett-bewerb zur Landesgartenschau 2014 in Schwäbisch Gmünd, Baden Württemberg,

den 2. Platz und wurden mit der Umset-zung beauftragt. Zentrale Idee der Land-schaftsplanung ist die Erweiterung eines Stadtparks durch Einbindung der Gewässer Rems und Josefsbach als erlebbare Natur im Stadtraum. Dieser Gedanke wird umge-setzt mit Wegen und Verweilplätzen ent-lang der Gewässer. Zusätzlich verbinden zwei gerade, fächerförmig zueinander ver-laufende Wegeachsen den Stadtgarten über die Rems hinweg mit dem nahege-legenen Bahnhof. Die Wege überqueren die Rems in Form zweier HBV-Brücken, die sich in einer Sichtweite von 80 m zueinan-der befinden. Die Wichtigkeit dieser Verbin-

Integrale HBV-Brücken zur Landesgartenschau

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eAbbildung 1: Holz-Beton-Verbundbrücken für die Landesgartenschau 2014 in Schwäbisch Gmünd; im Vordergrund ist die Bahnhofsbrücke zu sehen, 80 m dahinter die Rokokobrücke.

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dungswege wird durch großzügige Plätze vor den Brückenköpfen und begleitende Bepflanzungen hervorgehoben.

Entwurf der Brücken als schlanke Holz-Beton-VerbundtragwerkeDer Entwurf zweier bauähnlicher Brücken berücksichtigt die Gleichwertigkeit der beiden Wege vom Bahnhof zum Stadtgar-ten und ihre räumliche Nähe. Aufgrund der Sitzgelegenheiten am Remsufer im Brückenbereich werden die Brücken von Passanten nicht nur über-, sondern auch unterquert. Dies lenkt die Aufmerksamkeit nicht nur auf die begehbare Brückenober-seite, sondern auch auf die Untersicht, so dass beide Bereiche mit Sorgfalt entworfen werden müssen. Diese Anforderung führte dazu, Holz als Baustoff zu verwenden. Die

meisten Menschen empfinden Holz als natürlichen und in ihrer Umwelt allgegen-wärtigen Werkstoff, sie haben eine emotio-nale Nähe zu seinem Ursprung, dem Baum, und sie schätzen seine ökologischen Vor-teile als umweltschonender und nach-wachsenden Rohstoff.

Beim konstruktiv guten Entwurf von Holzbrücken im Allgemeinen und von Fuß-gängerbrücken für den urbanen Raum im Besonderen müssen wir uns mit vielen komplexen Problemen auseinandersetzen. Auf folgende zwei Fragen müssen wir über-zeugende Antworten finden:

– Welche Konstruktionen und welcher Umgang mit dem Werkstoff Holz sind dazu geeignet, schlanke und elegante Brücken zu bauen, um damit in Konkur-renz zu den Werkstoffen Stahl und Stahl-beton zu treten?

– Wie gelingt der konstruktive Schutz des Werkstoffs Holz? Bei einer dauerhaften Holzfeuchte von über 30 Prozent (Faser-sättigung) kommt es auf lange Sicht zur Zerstörung von Holz durch Pilze.

Die Schlankheit der Brücken wurde durch blockverleimte Brettschichtholzträ-ger, schubfesten Verbund von Holz und Beton und die Ausführung als integrale Bauwerke möglich.

Blockverleimte BrettschichtholzträgerDie Holzträger der beiden HBV-Brücken wurden aus heimischem Fichtenholz her-gestellt. Im ersten Schritt wurden 14 glei-che, 20 cm breite und 60 cm hohe Brett-schichtholzträger gefertigt. Im zweiten Schritt wurden diese Brettschichtholzträ-ger zu einem bis zu 2,80 m breiten und

bis zu 22 m langen blockverleimten Brett-schichtholzträger zusammengefügt. Die-ser wird als Blockträger bezeichnet. Die blockverleimten Brettschichtholzträger unter den Fahrbahnen lassen aufgrund ihres räumlichen Volumens viel gestalte-rischen Freiraum beim konstruktiven Ent-werfen der Brücken.

Schubfester Verbund zwischen Holz und BetonDie schubfesten Verbindungen wurden hergestellt, indem 4 cm tiefe Kerven quer zur Blockträgerlängsachse gefräst wurden, in die dann beim Betonieren der Fahrbahn-platte der Ortbeton formschlüssig einge-gossen wurde (Abbildungen 2 und 3). Dadurch werden globale Biegemomente im Verbundquerschnitt in Längsdruckkräf-te im Beton und in Längszugkräfte im Holz aufgeteilt. Außerdem werden sie, abhän-gig von der Lage der Schubfuge, in loka-le Biegebeanspruchungen der Einzelquer-schnitte von Beton und Holz umgewan-delt. Der breite, aber schlanke Blockträger eignet sich hervorragend zur Einleitung von Schubkräften und zur Abtragung der Längszugkräfte. Außerdem erhöhen die schubfesten Verbindungen die Überbau-biegesteifigkeiten gegenüber den Einzel-steifigkeiten von Stahlbetonfahrbahn und Blockträger, was zu geringeren Verformun-gen und verbessertem Schwingungsver-halten der Brücken führt.

Integrale BauwerkeIntegrale Bauwerke sind nach [1] Bauwer-ke ohne Fugen und Lager. Dies bietet den Vorteil, dass Wartungsfugen und somit Fol-gekosten beim Betrieb der Brücken entfal-len. Außerdem entsprechen die integralen HBV-Brücken durch die monolithischen Verbindungen der Überbauten mit den 45 cm starken, winkelstützartigen Widerlagerwänden Rahmentragwer-ken (Abbildung 3). Dies bewirkt hohe Steifigkeiten in den Auflagerungen der Überbauten an den Widerlagern. Dadurch reduzieren sich die maxima-len Biegebeanspruchungen auf circa 70 Prozent gegenüber den Biegebeanspru-chungen eines von Widerlager zu Wider-lager spannenden Einfeldträgers, so dass dünnere Überbauten realisiert werden kön-nen. Die Überbauten wurden zur schnellen Entwässerung der Brücken bewusst über-

Abbildung 2: Schubverbund und Querkraftabtragung am Blockträgerende

bautafel

bauherrLandesgartenschau Schwäbisch Gmünd 2014 GmbHwww.gmuend2014.delandschaftsarchitekturA24 LANDSCHAFT Landschaftsarchitektur GmbH, Berlinwww.a24-landschaft.debrückenentwürfe und Gesamtplanunggraf ingenieure, Schwäbisch Gmündwww.graf-ingenieure.euHolzbauarbeitenSchaffitzel Holzindustrie GmbH + Co. KG, Schwäbisch Hallwww.schaffitzel.deRohbauarbeitenHermann Fuchs Bauunternehmung GmbH, Ellwangenwww.hermann-fuchs-bau.de

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Copyright Bruderverlag Albert Bruder GmbH & Co. KG Nachdruck nur mit Genehmigung des Verlages


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Verbundfuge,Kerven im Holz,ausbetoniert

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höht und die Stahlbetonfahrbahnen dauer-haft gegen Durchfeuchtungen mit Epoxid-harzbeschichtungen abgedichtet.

Gegenüber den für Holzbrücken üb lichen Einfeldträgersystemen konnte durch die integrale Bauweise die Schlankheit der HBV-Brücken signifikant erhöht werden. Bei Brückenlängen von bis zu 28 m ergeben sich Schlankheiten im Feld von hges

/L = 0,8/28 = 1/35, in den Einspannbereichen sogar von 1/70.

Konstruktives EntwerfenSchlanke Überbauten zu entwerfen reicht allein nicht aus, um elegante Brücken zu bauen. Vielmehr müssen Brücken kons-truktiv entworfen werden. „Konstrukti-ves Entwerfen“ bezeichnet das Entwerfen von Tragstrukturen unter Beachtung des materialgerechten Einsatzes von Werkstof-fen. Die Tragstruktur der HBV-Brücken ent-spricht einem biegebeanspruchten Rah-men, bei dem Einspannmomente in den Rahmenecken und Feldmomente zwi-schen den Bereichen geringster Momen-te des Überbaus entstehen (Abbildung 3). Einspannmomente bewirken Biegezug-beanspruchungen auf der Überbauober-seite, während Feldmomente Biegezug-

beanspruchungen auf der Überbauunter-seite bewirken. Querschnitte, die momen-tenbeansprucht sind, werden vorrangig im Bereich der Ober- und der Unterseite beansprucht. Um diese Beanspruchungen gering zu halten, ist der Abstand zwischen Ober- und Unterseite des Querschnitts zu vergrößern, d. h., die Querschnitte sind zu erhöhen. Eine Erhöhung des Querschnitts ist auch zur Einhaltung geringer vertikaler Verformungen in Feldmitte erforderlich. In den Bereichen der Übergänge von Feld-momenten zu Stützmomenten sind fast nur Querkräfte zu übertragen, so dass an diesen Stellen der Querschnitt verjüngt werden kann.

In Brückenlängsrichtung wird der druck-feste Beton im Verbund mit Holz werkstoff-gerecht im Biegedruckbereich des Über-baus eingesetzt, der Werkstoff Holz im geschützten Biegezugbereich. Der Biege-zugbereich tritt zwischen den Momenten-nulldurchgängen des Rahmentragwerks etwa 3 m von den Widerlagerwänden ent-fernt auf. Nur in diesem Bereich ist der kons-truktive Einsatz des Werkstoffs Holz mög-lich. Der unter der 20 cm dicken Betonfahr-bahn liegende, 60 cm hohe Blockträger aus Fichte GL 32c wird in Längsrichtung ent-

sprechend der zur Trägermitte anwachsen-den Zugbeanspruchung abgestuft. So fol-gen die Stufungen der Blockträger bean-spruchungsabhängig dem parabelförmi-gen Momentenverlauf. Aufwändige Aufla-gerkonstruktionen des Blockträgers wur-den vermieden und aufgrund der allseiti-gen Luftzirkulation ist der Holzquerschnitt dauerhaft besser vor Feuchtigkeitseinflüs-sen geschützt (Abbildung 4). Außerdem ist der von den Widerlagern abgelöste Ver-bundträger zwischen den Momentennull-punkten gestalterisch gelungen. Ein in der Verbundfuge eingebautes Monitoringsys-tem erlaubt uns durch Feuchtemessungen an der nicht einsehbaren Holzoberfläche, die Dauerhaftigkeit von Holz nachzuweisen.

In den Einspannbereichen des Überbaus in die Widerlagerwände wird nicht Holz, sondern Stahlbeton eingesetzt, da dort Biegezugbeanspruchungen auf der Ober-seite auftreten. Der Beanspruchung ent-sprechend konnten die Einspannbereiche mit nur 40 cm dünnen Stahlbetonplatten erstellt werden. Im Übergang der Stahlbe-tonplatte zum Verbundträger reduziert sich die Betonfahrbahn von 40 cm auf die dann druckbeanspruchte 20 cm dicke Betonplatte.

Abbildung 3: Zusammenhang zwischen Tragwerk und Material – „Konstruktives Entwerfen“



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Die Querkraftabtragung bei Holz-Beton-Verbundbauwerken wird dem Holzquer-schnitt zugewiesen. Querkräfte verteilen sich nur dann hälftig auf beide Verbundpart-ner, wenn deren Biegesteifigkeiten gleich sind. Im Fall der Bahnhof- und Rokokobrücke beträgt die Biegesteifigkeit EI der Betonplat-te im Übergangsbereich von Verbundträger zur Stahlbetonplatte 40 Prozent des Block-trägers, in Feldmitte sogar nur noch 10 Pro-zent. Das bedeutet, dass sich die Betonplat-te bei gleicher Beanspruchung stärker durchbiegen würde als der Blockträger. Da beide Bauteile im Verbund liegen und sich damit gleich verformen, legt sich die Beton-platte auf den Blockträger auf. Somit wird ein Großteil der gleichmäßigen Belastungen auf den Blockträger übertragen, nämlich 71 Prozent im Übergangsbereich und 91 Pro-zent im Feldbereich. Die geringe verbleiben-de Querkraftabtragung im Beton wird ver-einfacht dem Holzquerschnitt zugewiesen. Die Querkräfte an den Blockträgerenden werden in die 20 cm starke Stahlbetonplatte aufgehängt und über die mit Schubbügeln bewehrten 40 cm hohen Stahlbetonplatten zu den Widerlagerwandscheiben geführt (Abbildung 2).

Baulicher HolzschutzGrundsätzlich sind tragende Strukturen aus Holz in bewitterter Umgebung nur dann dauerhaft, wenn sie konstruktiv geschützt werden. Diese Forderung kann auf einfa-che Weise mit der HBV-Bauweise dadurch erfüllt werden, dass der wetterbeständi-ge Beton als Schutz für das Holz einge-setzt wird. Deshalb kragt in Brückenquer-richtung die Betonplatte beidseitig über den Blockträger aus. Außerdem wird der Blockträger im Querschnitt gegenüber der Betonplatte um mehr als 30° zur Vertikalen parabelförmig zurückversetzt, so dass nach [2] Schlagregen von dem Holzquerschnitt fern gehalten wird (Abbildung 5). Da eine direkte Bewitterung somit nahezu ausge-schlossen wurde, können heimische Fich-tenhölzer ohne chemischen Holzschutz für die Blockträger verwendet werden [2], was aus Nachhaltigkeitsgesichtspunkten von Vorteil ist.

Die Bauten von A 24 Landschaft im Pla-nungsgebiet des Stadtgartens sind durch scharfkantige Stahlbetonflächen geprägt. Diese Merkmale wurden aufgenommen und in den HBV-Brücken durch markant

gestufte und klar strukturierte Formen wei-tergeführt (Abbildungen 1 und 5). Auch die stählernen Geländer wurden scharfkantig ausgebildet und mit leichten horizontalen Seilen ausgefüllt. In ihre Handläufe wurden LED-Leuchten integriert.

Besonderheiten bei der konstrukti-ven und werkstofflichen PlanungNeben der Untersuchung des globalen Tragverhaltens eines Rahmentragwerks sind bei den integralen HBV-Brücken kons-truktive und werkstoffliche Besonderhei-ten zu untersuchen und zu bewerten

Interaktion Bauwerk–Boden bei inte-gralen BrückenBei integralen Bauwerken ist neben der genauen Abbildung der Bauzustände bei den zu erbringenden Nachweisen im Grenzzustand der Tragfähigkeit (GZT) auch die Interaktion zwischen Bauwerk und Boden bei der Ermittlung von Schnittkräf-ten und Verformungen zu berücksichtigen. Zwangsbeanspruchungen wie Kriechen, Schwinden und Temperaturänderungen erzeugen horizontale Kopfverschiebungen der Widerlagerwände und beeinflussen dadurch den Erddruck. Außerdem wirken sich sowohl die Gründungsart als auch die schiefen Anschlüsse der Überbauten an die Widerlager auf die Schnittkraftverteilung aus. Die Interaktion zwischen Bauwerk und Boden ist umso größer, je steifer die Wider-lager ausgebildet sind. Die winkelförmigen Widerlager der HBV-Brücken sind zwischen 2,50 m und 3,0 m hoch und dadurch trotz

fehlender Flügelwände steif. Durch die im Aufriss gekrümmte Brücke kann der Über-bau unter Zwangsbeanspruchungen verti-kal ausweichen, so dass die Höhe und Ver-teilung der Schnittkräfte nur geringfügig beeinflusst wird.

Die schiefen Anbindungen der Überbau-ten an die Widerlager zwischen 94 gon und 79 gon wirken sich dagegen auf die Schnittkraftverteilung in Brückenquerrich-tung aus. Nach [1] sind bei Schiefen < 80 gon zur Schnittkraftermittlung räumliche statische Modelle aufzustellen. Es zeigt sich an den auf 1 m Breite verteilten stumpfen Ecken, dass die Längsbiegebeanspruchun-gen um bis zu 22 Prozent gegenüber denen aus den ebenen statischen Model-len ansteigen. Auch die Längskräfte und die Querkräfte steigen bis zu 10 Prozent im Einspannbereich an. Im Verbundbereich der Brücken wirken sich die Schiefstellun-gen weder auf das Tragverhalten noch auf die Verformungen aus. Zusätzlich ist nach [3] im GZT zu berücksichtigen, dass in den Einspannbereichen der Betonüberbau in den gerissenen Zustand übergehen kann. Dies wird durch die Reduzierung der Stei-figkeit des Betons auf 60 Prozent der Stei-figkeit des ungerissenen Zustandes berück-sichtigt. Als Folge ergeben sich Schnitt-kraftumlagerungen zur Feldmitte hin von circa 10 Prozent.

Verbundsteifigkeit zwischen Holz und BetonDer Verbund zwischen Beton und Holz wird durch Kerven hergestellt. Kerven wer-

Abbildung 4: Ablösen des Blockträgers von den Widerlagern



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den wie die im Holzbau altbewährten Ver-sätze bemessen. Nachweise der Kerven-flanken auf Druck und der Vorholzlängen auf Abscheren sind zu führen. Querzug-beanspruchungen in den Scherfugen der Vorholzlängen treten durch die Neigung der Kervenflanken um 10° zur Senkrechten nicht auf. Die Scherfugen sind in allen Last-zuständen senkrecht zu den Fugen druck-beansprucht (Abbildung 6). Die Bemes-sungsschnittgrößen der Schubkräfte in den Kerven und damit verbunden auch der Normalkräfte und Biegemomente in den Blockträgern und Betonfahrbahnen sind maßgeblich von den Nachgiebigkeiten in den Verbundfugen und den Anordnungen der Kerven in Trägerlängsrichtung abhän-gig. Zur realitätsnahen Abbildung des Ver-bundsystems wurde ein Stabwerkmodell nach [4] mit biegesteifen Verbindungen im Bereich der Kerven generiert. Die Ker-ven liegen an den Verbundträgerenden 80 cm auseinander, in Trägermitte beträgt der Abstand 1,40 m. Den biegesteifen Verbindungselementen nach [4] werden Ersatzbiegesteifigkeiten zugewiesen, die von den Verbindungsmittelsteifigkeiten abhängig sind. Dort liegt beim Schubver-bund mit Kerven die besondere Schwierig-keit, da die Verbindungsmittelsteifigkeiten von folgenden Einflüssen abhängen [5], [6]:

– Kerventiefe: Je tiefer die Kerven, desto grö-ßer die Verbindungsmittelsteifigkeit. Die Kerventiefe bei den HBV-Brücken beträgt 4 cm.

– Vorholzlänge: Je größer die Vorholzlänge, desto kleiner die Schubspannung am Ein-schnitt der Kerven und desto größer die Verbindungsmittelsteifigkeit. Die kleins-te Vorholzlänge bei den HBV-Brücken beträgt 47 cm.

– Eingeklebte Bewehrungskappen im Ker-venbereich: Je weiter entfernt die Beweh-rungskappen von der lastübertragenden Kervenflanke sind, desto größer die Ver-bindungsmittelsteifigkeit. Dies verdeut-licht auch das Stabwerkmodell (Abbil-dung 6) in der Kraftumlenkung der Beton-druckkraft. Bei den HBV-Brücken wird zweilagig je Kerve Bewehrungsstahl mit ø 12 mm als Kappen eingeklebt.

– E-Modul des Holzes: Je höher der E-Mo-dul des Holzes, desto größer die Verbin-dungsmittelsteifigkeit. Der E-Modul bei den HBV-Brücken beträgt 13.700 N/mm² (BSH GL 32c).

– E-Modul des Betons: Je höher der E-Mo-dul des Betons, desto größer die Verbin-dungsmittelsteifigkeit. Der E-Modul bei den HBV-Brücken beträgt 31.400 N/mm² (C40/50). Ein Versagen des Betons auf Druck bei der Kraftübertragung an den Kervenflanken ist aufgrund der hohen Betongüte ausgeschlossen.

In Abhängigkeit von den dargestellten Einflüssen schwanken die Verbindungsmit-telsteifigkeiten zwischen 300 kN/mm/m und 800 kN/mm/m. Da Verbindungen mit Kerven zwischen Beton und Holz in [7] nicht geregelt sind, ist formal für diese Ver-bindungsart eine Zustimmung im Einzelfall

erforderlich. Untersucht man einen Steifig-keitsbereich von 200 kN/mm/m bis 1000 kN/mm/m, stellt man fest, dass bei dem System mit den niedrigen Verbin-dungsmittelsteifigkeiten die Randzugspan-nung des Blockträgers in Feldmitte um 9% gegenüber dem System mit den hohen Verbindungsmittelsteifigkeiten zunimmt, die Verformung in Feldmitte nimmt um 14% zu. In den Einspannbereichen sind die Biegebeanspruchungen unverändert. Es zeigt sich, dass die Höhe der Verbindungs-mittelsteifigkeit geringe Änderungen der Beanspruchungen zur Folge hat. Wichtig ist nur, dass ein Verbund zwischen Holz und Beton besteht. Die Verbindungsmittel-steifigkeit bei den HBV-Brücken wurde auf-grund der oben beschriebenen Einflüsse auf Kser

= 750 kN/mm/m festgelegt. Beim Ablassen der Baugerüste stellte sich heraus, dass die HBV-Brücken steifer sind als ange-nommen, die rechnerischen Verformun-gen wurden tatsächlich nicht erreicht.

Die Schnittkraftauswertung am globalen statischen System zeigt im Bereich des Ver-bundträgers, dass die Betonfahrbahn druckbeansprucht und der Blockträger zug- und querkraftbeansprucht ist. Im Verbund-bereich der Kerven führen die Schubkraft-übertragungen vom Beton ins Holz auf Höhe der Kervenflankenmitten dazu, dass zusätzlich lokale Biegebeanspruchungen sowohl im Beton als auch im Holz entste-hen. Der Kraftfluss im Kervenbereich lässt sich durch ein Stabwerkmodell anschaulich darstellen (Abbildung 6). Es zeigt sich, dass die lokale Biegebeanspruchung im Beton in den Blockträger übertragen wird. Das Kräftepaar aus mittiger Betondruckkraft und horizontaler Kervenflankenkraft wird durch ein Kräftepaar aus Zugbeanspru-chung senkrecht zur Kervensohle und ver-tikaler Kervenflankenkraft ins Gleichgewicht gebracht. Die Zugkraft wird durch einge-klebte Bewehrungsstäbe in den Blockträger geführt, so dass das lokale Biegemoment im Beton direkt im Kervenbereich an den Holzträger weitergeleitet wird. Das Kräfte-paar aus horizontaler Kervenflankenkraft und mittiger Holzzugkraft führt zu Biege-beanspruchungen im Holzquerschnitt. Die Aufhängung der Auflagerquerkraft am Blockträgerende in die angrenzende Stahl-betonplatte erfolgt ebenfalls durch einge-klebte Bewehrungsstäbe. Außerdem ent-steht aus der globalen Krümmung der Brü-

Abbildung 5: HBV-Querschnitt



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AutorProf. Dr.-Ing. Jürgen Graf ist Tragwerks-planer und Inhaber des Ingenieurbüros graf ingenieure in Schwäbisch Gmünd. Er lehrt an der TU Kaiserslautern im Fach-bereich Architektur das Fachgebiet Trag-werk und Material.

Literaturverzeichnis[1] RE-ING: Richtlinien für den Entwurf und die Ausbildung von

Ingenieurbauwerken. Teil XX: Ingenieurbau. Abschnitt XX: Integrale Bauwerke. Entwurf vom 15.04.2011

[2] DIN 1074: Holzbrücken. Ausg. 09/2006[3] DIN Fachbericht 102: Betonbrücken. Ausg. 03/2009[4] Grosse, M. ; Hartnack, R. ; Lehmann, St. ; Rautenstrauch,

K., 2003: Modellierung von diskontinuierlich verbundenen Holz-Beton-Verbundkonstruktionen. Teil 1: Kurzzeittragver-halten. In: Bautechnik 80 (2003), Heft 8, S.5 34 – 541

[5] Michelfelder, B., 2006: Trag- und Verformungsverhalten von Kerven bei Brettstapel-Beton-Verbunddecken. In: Mitteilun-gen des Instituts für Konstruktion und Entwurf; Nr. 2006-1, Universität Stuttgart, Dissertation

[6] Grosse, M., 2005: Zur numerischen Simulation des physi-kalisch nichtlinearen Kurzzeittragverhaltens von Nadelholz am Beispiel von Holz-Beton-Verbundkonstruktionen. In: Schriftenreihe des Institutes für Konstruktiven Ingenieurbau, Bauhaus-Universität Weimar, Dissertation

[7] DIN 1052: Entwurf, Berechnung und Bemessung von Holz-bauwerken – Allgemeine Bemessungsregeln und Bemes-sungsregeln für den Hochbau. Ausg. 12/2008

[8] Schänzlin, J., 2003: Zum Langzeitverhalten von Brettstapel-Beton-Verbunddecken. In: Mitteilungen des Instituts für Konstruktion und Entwurf; Nr. 2003-3, Universität Stuttgart, Dissertation

cke im Aufriss eine über die ganze Länge wirkende Querzugbeanspruchung zwi-schen Beton und Holz, die in den Kervenbe-reichen durch die zweite Reihe eingeklebter Bewehrungsstäbe aufgenommen wird.

Schnittkraftumlagerungen infolge von Kriechen und SchwindenDas Kriechen und Schwinden von Beton sowie das Kriechen von Holz sind bei der Ermittlung der globalen Schnittkräfte und den Tragwerksverformungen zu berück-sichtigen. Kriechen wird im statischen Sys-tem über die Reduzierung der Werte der E-Module von Holz und Beton berücksich-tigt, Schwinden wird als Temperaturlastfall generiert. Die Schwierigkeit liegt vor allem darin, dass das Kriechen von Beton und von Holz zeitlich versetzt zueinander erfolgt. Nach circa 3 Jahren sind bereits 90 Prozent der Kriechverformungen beim Beton (95 Prozent nach circa 7 Jahren) aber nur cir-ca 50 Prozent beim Holz (60 Prozent nach circa 7 Jahren) abgeschlossen. Nach [7] sind die Schnittkräfte in Abhängigkeit von den Kriechverformungen für den Anfangs- und den Endzustand zu ermitteln. Zwi-schenzustände sind gemäß [7] nicht gefor-dert. Allerdings zeigt Schänzlin [8], dass ein Zwischenzustand im Bauwerksalter von 3–7 Jahren betrachtet werden muss, da in die-ser Zeit deutliche Spannungssteigerun-gen im Holzquerschnitt des Verbundträ-gers entstehen. Diese werden durch die oben beschriebenen starken Unterschie-de des zeitlichen Kriechverlaufs der bei-den Werkstoffe hervorgerufen. Nach [8] ist dann die Kriechzahl des Betons mit 95 Pro-zent der Endkriechzahl, die Kriechzahl des Holzes mit 50 Prozent der Endkriechzahl anzunehmen. Im Falle der HBV-Brücken

steigt die Randzugspannung in Feldmitte des Blockträgers um 16% gegenüber dem sonst maßgebenden Anfangszustand an. Der Zustand Kriechen nach 3–7 Jahren soll-te bei den Bemessungen von HBV-Konst-ruktionen berücksichtigt werden.

Querzugbeanspruchungen infolge der Abstufungen des BlockträgersDie Randzugspannung an der Unterseite des Blockträgers sowie die Querkraftabtra-gung über den Holzquerschnitt führen zu Querzugbeanspruchungen im Bereich der Längsstufungen des Holzträgers. Für die Aufnahme der Querzugspannungen wer-den eingeklebte Bewehrungsstäbe ver-wendet.

BauverfahrenDie im Aufriss gekrümmten und in Längs- und Querrichtung gestuften Blockträger mit max. 22 m Länge und max. 2,80 m Brei-te sowie 60 cm Höhe wurden im Werk der Firma Schaffitzel in Schwäbisch Hall her-gestellt und nach der Fertigstellung der Brückenfundamente und Widerlager mit Sondertransporten auf die Baustelle gelie-fert. Kerven, eingeklebte Bewehrungsstä-be und eine oberflächige Zementschläm-me zum Schutz der Blockträger vor Durch-feuchtung im Bauzustand wurden ebenso im Werk erstellt wie die allseitig über den Blockträger auskragenden Schalungen für die Stahlbetonfahrbahn. Der Blockträger selbst war Teil der Schalung und wurde außen und einmal mittig auf Hilfsgerüs-ten gestützt. Im Anschluss an die Beweh-rung des Überbaus und an den Einbau der Geländerpfosten konnten die Fahrbahnen in einem Zug vor Ort gegossen werden. Nach dem Ablassen der temporären Stüt-

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zungen und dem Entfernen der auskragen-den Schalungen wurden die Geländer ver-vollständigt und die Brückenbeschichtun-gen aufgebracht.

Ausblick: Wartungsfrei und langlebig bauen mit HBVHolzträger von HBV-Brücken sind bei Umsetzung des konstruktiven Holzschut-zes langlebig. Werden die Holzträger zusätzlich nicht direkt aufgelagert, sind sie wartungsfrei. Infolge der Möglichkei-ten der modernen Holzverarbeitung ste-hen durch die Vorfertigung präzise und durch die Fügetechniken raumgreifende Holzstrukturen zur Verfügung. Wenn sie in konstruktiv entworfenen Holzbrücken umgesetzt werden, können sie in Bezug auf Leichtigkeit und Schlankheit mit Stahl- und Stahlbetonbrücken konkurrieren. Die HBV-Brücken in Schwäbisch Gmünd sind zudem mit Baukosten von 2900 Euro/m² wirtschaftlich interessante Brückenkonst-ruktionen. Das Entwicklungspotenzial im Holzbrückenbau ist daher noch lange nicht ausgeschöpft. ❙

Abbildung 6: Stabwerkmodell im Kervenbereich und im Auflagerbereich der Verbundträger


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Abbildung 1: Holz-Beton-Verbundbrücken für die ... · 16 BAUEN Mit HLZ · 4 .2014 technik Holz-Beton-Verbund Pünklich zur Landesgartenschau 2014 wurden in Schwäbisch Gmünd zwei