Ganzfertigteile bei der Verbundfahrbahnplatte der Bahretalbrücke – Eine Revision nach Ausführung und baubegleitender messtechnischer Überwachung

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Fachthemen

© Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin · Stahlbau 78 (2009), Heft 12

Fertigteilbauweisen für die Herstellung der Fahrbahnplatten von Verbundbrücken konntensich bei kleineren Brücken bereits durchsetzen. Verschiedene Bautypen wurden entwickelt:die VFT-Bauweise, die Halbfertigteilbauweise, die Ganzfertigteilbauweise. Im Groß brücken-bau ist die Anwendung, zumindest in Deutschland, bisher auf einzelne Fälle beschränktgeblieben und eine abgeschlossene Stufe der Entwicklung noch nicht erreicht. Die Ganzfertigteilbauweise, wie sie bei der Bahretalbrücke eingesetzt wurde, stellt eineMöglichkeit dar, die Vorteile der deutlich schnelleren Herstellung der Fahrbahnplatte imGroßbrückenverbundbau effektiv zu realisieren. Besonderes Augenmerk ist bei der Bemessung und Konstruktion auf die Rissproblematik zu legen. Die hier aufgetretenenRissbildungen begründen sich durch die unterschiedlichen Materialeigenschaften undHerstellungszeitpunkte der Fertigteile und der Ortbetonergänzungen. Mit Hilfe des bau-begleitenden Messprogramms für die Bahretalbrücke konnten die Rissbildungen sowieinsbesondere die Spannungen in den Anschlussbewehrungen der Fertigteile gut nach-vollzogen werden. Letztere liegen aufgrund des „Sammelrisseffektes“ deutlich über denSpannungen der Ortbetonbewehrung und können nicht einfach am Zustand II-Querschnittberechnet werden. Zusammenfassend kann für die Bahretalbrücke eine gute Beurteilungder Bauweise gegeben werden.

Prefabricated elements for the floor system of Bahretalbridge. The construction of floorsystems of composite bridges, using prefabricated elements in concrete, could alreadyachieve acceptance for smaller bridges. Different types were developed: VFT-types,semi-precast construction, precast construction. So far there are only a few cases ofprefabricated elements in concrete for bigger bridges in Germany. Using the precastconstruction presents a possibility to produce floor systems faster and more effective, asdone with the Bahretalbridge. Special attention is to be turned to the calculation and construction of the crack forma -tions. The crack formations seen in this particular construction happened because of thedifferent material property and the production time of the prefabricated elements as wellas the addition of floor systems. During the construction progress several measurementshelped to understand the appearance of the crack formations. The stresses of the rein-forcement between prefabricated elements and the in-situ concrete are much higherdue to the effect of accumulated cracks. Summarizing the construction of the Bahretal-bridge was done in a decent way and deserves a positive evaluation.

zum Einsatz gebracht. Gerade hierwerden die Vorteile in Hinblick aufQualität, Bauzeit und auch Bauko-sten deutlich, die sich aufgrund derfabrikmäßigen Herstellung und derTrennung der Bauvorgänge ergeben.

Die Verbundbrücke Bahretal istmit ca. 350 m Länge und 30 m Höheeine größere Brücke, und üblich wärehier die Schalwagenbauweise gewesen.Insbesondere die Forderung nach ei-ner kurzen Bauzeit gab aber Anlass,über alternative Methoden nachzuden-ken. Die schließlich verfolgte Bauweisemit Ganzfertigteilen stellt eine Neu-entwicklung dar. In Verbindung mitdem Einsatz eines dichten Kastensals Stahltragwerk wurden die GFT derFahrbahnplatte so eingesetzt, dass zumeinen auf einen Schalwagen und zu-sätzliche Schalung verzichtet werdenkonnte und zum anderen eine Verbin-dung der GFT mit einem durchlau-fenden Ortbetonstreifen vorhanden ist,die zu einer Fahrbahnplatte mit weit-gehend kontinuierlichen Eigenschaf-ten führt. Mit der Bauweise der GFTfür die Verbundfahrbahnplatte wurdedas Ziel der kurzen Bauzeit erreicht,da sicherzustellen war, dass die Streckein 2008 unter Verkehr geht.

2 Die Brücke Bahretal – Kurzüberblick

Über Entwurf und Ausführung derBrücke Bahretal wurde bereits be-richtet [1]. Hier wird daher nur nochein Kurzüberblick mit der Herausstel-lung der Besonderheiten in Zusam-menhang mit dem Einsatz der GFTgegeben.

Die Stützweiten der Brücke be-tragen 36 + 52 + 72 + 76 + 64 + 52 =352 m. Die Breite zwischen den Ge -ländern ist 10,5 m. Die großen Stütz -weiten im mittleren Brückenbereich

Karsten GeißlerKarl-Heinz ReintjesJochen Rodemann

Ganzfertigteile bei der Verbundfahrbahnplatte der Bahretalbrücke – Eine Revision nach Ausführung undbaubegleitender messtechnischer Überwachung

DOI: 10.1002/stab.200910105

1 Einführung

Für die Fahrbahnplatten von großenund hohen Verbundbrücken ist inDeutschland die Ortbetonbauweisemit Hilfe von Schalwagen die üblicheBauweise. In einigen Fällen wurdendie Fertigteilbauweise und dann dieBauweise mit Halbfertigteilen einge-setzt. Dieser Einsatz der Halbfertig-teile hat sich in Deutschland in ver-schiedenen Bauweisen bei kleineren

Straßenbrücken, die über Verkehr zubauen sind, z. B. bei Überführungs-bauwerken über der Autobahn, be-währt und durchgesetzt.

Ganzfertigteile (GFT) für Fahr-bahnplatten von Verbundbrücken sindin Deutschland noch nicht bekannt.Anders ist die Situation im Ausland.Der Einsatz im Ausland beschränktsich auch nicht auf kleinere Brücken,sondern die GFT werden auch beiBrücken größerer Länge und Breite

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K. Geißler/K.-H. Reintjes/J. Rodemann · Ganzfertigteile bei der Verbundfahrbahnplatte der Bahretalbrücke

Stahlbau 78 (2009), Heft 12

ergaben sich aus Forderungen desUm weltschutzes (Bild 1). Die Brückewurde als Verbundbrücke im Einschie-beverfahren entworfen, da im mittle-ren Brückenbereich aus Gründen desUmweltschutzes auch keine Hilfsstüt-zen zugelassen werden konnten. Diemaximale Höhe der Gradiente überTal beträgt 30 m. Im Grundriss ist dieBrücke gerade. Das Gefälle in Längs-richtung beträgt 1 %.

Der zentrisch angeordnete Stahl-hohlkasten hat ein geschlossenes Kopf-blech, eine Breite von 3,2 m und eineBauhöhe von 2,8 m im mittleren Feld,die zu den Widerlagern auf 1,7 m zu -rückgeht (Bild 2). Der Kasten ist alsdichter Kasten konzipiert. Im Abstandvon 4,0 m sind beidseitig am KastenKon solquerträger angebracht, die im

Anschnitt eine Höhe von 80 cm auf-weisen. Die Höhe reduziert sich nachaußen bis auf 12 cm. Der Kasten desKon solträgers hat eine Breite von46 cm, wobei die Breite des Obergurts66 cm beträgt.

Die Verbundfahrbahnplatte hateine konstante Dicke von 0,30 m. Daseinzelne Ganzfertigteil hat Abmes-sungen von 3,5 × 3,45 m und ein Ge-wicht von 9,5 t.

Baubeginn war im Juni 2007. DerEinschub des Stahltragwerks erfolgte infünf Takten mit einer max. Taktlängevon 80 m und dauerte drei Monate. ImJuli 2008 wurden die Fertigteile miteinem auf dem Gelände stehenden Au-tokran auf der vollständigen Brücken-länge aufgelegt. Die Betonage der Fu-gen über den Konsolträgern und des

Plattenteils über dem Kasten wurdean einem Tag durch eine unter derBrücke stehende Pumpe durchgeführt.Für die Herstellung der Fahrbahn-platte ergab sich damit eine Bauzeitvon nur einem Monat. Es wurde einesehr gute Ausführungsqualität desStahltragwerks und der Fahrbahnplatteerreicht. Die Sollgradiente wurde ohneZusatzmaßnahmen eingehalten. DieBrücke wurde im September 2008 fer-tiggestellt.

3 Bauweisen zur Herstellung der Fahrbahnplatte im Verbund -brückenbau

Im Verbundbrückenbau ist die Her-stellung der Fahrbahnplatte einer dermaßgebenden Bauvorgänge. Die Wirt-schaftlichkeit des Bauens und die Qua-lität des Bauwerks sind davon in we-sentlichem Umfang abhängig. Für dieHerstellung der Platte sind verschie-dene Bauweisen entwickelt worden,jede mit bestimmten Vorteilen oderNachteilen behaftet, die sich je nachden Randbedingungen der Baustelleund des Bauwerks unterschiedlichauswirken können. Bei mehreren Au-toren finden sich bereits Zusammen-stellungen und Beurteilungen der Bau-weisen, z. B. [2], [3], [4]. In diesemAbschnitt wird daher nur ein kurzerÜberblick gegeben.

3.1 Ortbetonbauweise

Die Ortbetonbauweise mit Hilfe vonSchalwagen ist die derzeit meist übli-che Technologie für die Herstellungder Fahrbahnplatte großer bzw. ho-her Verbundbrücken, wobei fortlau-fendes Betonieren und Pilgerschritt-verfahren zu unterscheiden sind. DieProblembereiche dieser Bauweise sindbekannt. Diese liegen zum einen inder Qualität des Fahrbahnplattenbe-tons (Rissbildungen im jungen Beton),und zum anderen ist die Bauzeit in-folge des Wochentaktes ungünstig.Die Witterungsabhängigkeit ist eben-falls ein zu beachtender Faktor. Dierealitätsgerechte Berechnung der Ver-formungen ist nach wie vor noch nichtimmer selbstverständlich.

In einzelnen Fällen wurde dervollständige Verbundüberbau einge-schoben [5], [6]. In seltenen Fällenkönnen, insbesondere bei schwieri-gen Geometrien, auch ortsfeste Scha-lungen zum Einsatz kommen.

Bild 1. Ansicht des fertigen Bauwerks Fig. 1. View of the completed construction

Bild 2. Querschnitt mit Fertigteilen im Kragarmbereich und Ortbeton über demStahlträgerFig. 2. Cross-section with prefabricated elements in the area of cantilevers and in-situ concrete above the steel girders

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3.2 Halbfertigteilbauweise

Bei kleineren Brücken, die über Ver-kehr zu bauen sind, hat sich u. a. dieVerbundbauweise mit Halbfertigtei-len für die Fahrbahnplatte (s. [7], [8])durchgesetzt. Die Vorteile einer Bau-kastenbauweise mit weitgehend sepa-rierten Bauvorgängen, die werksmäßigeHerstellung und das schnelle Einhe-ben der Elemente sind hier ausschlag-gebend, zumal die Schalwagenbau-weise aufgrund der kurzen Baulängedeutlich unwirtschaftlich ist und da-her nicht in Frage kommt. Bauweisenmit ortsfester Schalung oder verlore-ner Schalung besitzen ebenfalls ent-scheidende Nachteile. Bei der Halb-fertigteilbauweise ist die Möglichkeiteines Gradientenausgleichs durch grö -ßeren Ortbetonauftrag gegeben – inpraxi ist dies allerdings nicht von Be-deutung, da die entscheidenden Ver-formungen erst mit und nach demOrtbetonauftrag eintreten.

Versuche, auch bei großen undhohen Verbundbrücken eine Fertig-teilbauweise vorzusehen, beschränkensich in Deutschland auf die Halbfer-tigteilbauweise und auf einzelne Fälle.Bei der Brücke Oberhartmannsreuth[9] wurden VFT-Träger mit ergän -zendem Schalwagen eingesetzt. DerEinsatz von VFT-Trägern ist auf Schuss -längen bis etwa 50 m und damit sinn-vollerweise auch auf diese Spannwei-ten beschränkt. Außerdem ist für dasEinheben der großen Elemente einezweckmäßige Lösung für die Baustellezu finden. Mit aufgelegten Halbfertig-teilen wurde z. B. bei der MoselbrückeMehring [10] und der Wupper-Tal-brücke Oehde [11] gearbeitet. Hier wa-ren spezielle Lösungen für die Lage-rung und Halterung der Elemente zufinden, die Verformungen der Halb-fertigteile zu beachten und besondereLösungen für das Auflegen der Fertig-teile, das Verlegen der Bewehrung unddas Betonieren zu finden. Der Riss -problematik ist bei allen Fertigteil-bauweisen besonders nachzugehen.

3.3 Ganzfertigteilbauweise

Die Ganzfertigteilbauweise hat vor al-lem zum Ziel, das Bauen weiter zu be-schleunigen und baustellengerechte,einfache Bauvorgänge vorzusehen. Essoll eine qualitativ zufriedenstellende,dauerhafte Fahrbahnplatte resultie-ren. Ganzfertigteile besitzen gegenüber

Halbfertigteilen eine größere Steifig-keit im Bauzustand, und die Verfor-mungen der Fertigteile stellen damitweniger ein Problem dar. Das spätereAuswechseln von Plattenabschnittenist bei der Ganzfertigteilbauweise aufeinfachere Weise auszuführen.

Im Ausland ist der Einsatz vonGanzfertigteilen durchaus eine üblicheBauweise [12] bis [16]. Zu unterschei-den sind dabei Ganzfertigteile mitOrt betonfugen oder mit geklebten bzw.injizierten Fugen. Weiterhin sind Bau-weisen mit Vorspannung oder ohneVorspannung zu unterscheiden. DieVorspannung kann durch extern ein-geprägte Seilkräfte (z. B. bei Schräg -seil brücken) oder mittels internerSpannglieder erfolgen. Falls Querfugenüber die Brückenbreite durchgehen,kann auf eine Vorspannung zumin-dest über den Stützenbereichen nichtverzichtet werden.

Bei der Durchsicht der bisher ent-wickelten Bauweisen zeigt sich, dasses sinnvoll sein kann, den mit der Fer-tigteilbauweise verfolgten Zielen in voll-ständigerem Umfang nachzugehen.Die bei der Bahretalbrücke entwickelteund angewendete Bauweise stellt hier-für eine Möglichkeit dar.

4 Entwicklung der Fertigteillösung derBahretalbrücke und Besonderheitender Bauweise

4.1 Gewählte konstruktive Lösung –Ganzfertigteile mit Ortbetonfugenund Schlaufenstoß über den Stahl-konsolen

Im Verbundbrückenbau bedingt derEinsatz von Fertigteilen, dass das Stahl-tragwerk für die Auflagerung dieser

geeignet ist oder dafür ausgebildet wer-den kann. Auch die Schalung der Fu-gen bzw. der Ortbetonstreifen durchdas Stahltragwerk ist eine sinnvolleLösung. Weiterhin ist es günstig, wenndas Stahltragwerk ohne Zusatzmaß-nahmen für den Transport der Fertig-teile, der Bewehrung und des Betonsgenutzt werden kann. Prinzipiell sindbei entsprechender Ausbildung desStahltragwerks sowohl der Einsatz vonHalb- sowie auch Ganzfertigteilenmöglich.

Bei der Bahretalbrücke wurde dasStahltragwerk mit einem großen dich-ten Kasten und mit im Abstand von4 m angeordneten, auskragenden Kon-solträgern ausgebildet (Bild 3). Die da-mit vorgegebene Spannweite eignetesich gut für Ganzfertigteile. Das resul-tierende Fertigteilgewicht von ca. 10 tstellte kein Problem dar.

Klebe- oder Injektionsfugen wür-den eine Vorspannung voraussetzen.Diese sollte aber vermieden werden, dadamit entscheidende Zeit- und Kosten-vorteile verloren gehen. Es wurdendeshalb in Brückenquerrichtung Ort-betonstreifen mit Bewehrungsstößenzur Verbindung der Fertigteile vorge-sehen.

Die Bauweise der dichten Kästenermöglicht es auf einfache Art undWeise, über dem Kasten auch einenin Längsrichtung vollständig über dieBrückenlänge durchgehenden Ortbe-tonstreifen herzustellen und die Fer-tigteile mit diesem Ortbetonstreifen zuverbinden. Die Querfugen sind durchden Ortbetonstreifen über dem Ka-sten unterbrochen, und es ergibt sicheine über die Brückenlänge kontinu-ierliche Wirkung. Auf eine Vorspan-

Bild 3. Ansicht der Stahlkonstruktion beim TaktschiebenFig. 3. View of the steel construction by incremental launching

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nung kann damit verzichtet werden.Diese Bauweise kann auch bei breitenBrücken mit mehreren Kästen verfolgtwerden (Bild 4). Hinzu kommt, dassdie Kästen mit den geschlossenenKopfblechen in einfacher Art und Wei-se für Materialtransporte genutzt wer-den können. Die Bauweise der BrückeBahretal stellt damit eine zweckmä -ßige Kombination der Bauweise mitdichtem Kasten und der Ganzfertig-teilbauweise dar.

Für die Querfugen zwischen denFertigteilen bzw. die Ortbetonstreifenüber den Stahlkonsolträgern sind ver-schiedene Ausbildungen möglich. Beider Fugenausbildung der Bahretal-brücke wird der Stahlkonsolträger alsSchalung genutzt, und die Ortbeton-querfugen zwischen den einzelnenFertigteilen liegen über diesen. In den54 cm breiten Ortbetonquerfugen wirddie Bewehrung mittels übergreifenderSchlaufen gestoßen (Bild 5). Die Breitevon 54 cm ergibt sich aus der Längedes Schlaufenübergreifungsstoßes, dernach Regelwerk zu bemessen ist. DieBewehrung ist längs/quer/oben/untenmit d = 14 mm/s = 10 cm ausgeführt.

Die Auflagerung der Fertigteile erfolgteüber in die Fertigteile einbetonierteTrägerstummel und über jeweils vierhöhenverstellbare Schrauben, die ihreLast auf die Stege der Konsolträger ab-geben. Mittels der Schrauben wäreauch eine nachträgliche Justierung derFertigteilplatten möglich gewesen, wassich allerdings als nicht nötig erwies.Zur Abdichtung des Frischbetons wur-den PU-Streifen eingesetzt, die fehler-frei funktionierten.

Von anderen Anwendern, z. B. [2],wird der Einsatz von schwindarmemBeton für den in die Fugen eingebrach-ten Ortbeton vorgeschlagen. Im Fallder Bahretalbrücke wurde mit Nor-malbeton gearbeitet, da für den Ort-beton über dem Kasten der gleicheBeton wie für den Ortbeton in denQuerfugen verwendet werden sollte.Rissbildungen aus Schwindvorgängenkonnten zwar nicht ausgeschlossenwerden. Insbesondere an den Flankender Ortbetonquerfugen – hier befindetsich jeweils die Ebene mit den baube-dingt geringsten Zugfestigkeiten –können Risse zum einen die inner-halb der Ortbetonfuge wirkenden Deh-

nungen und zum anderen auch die indem Fertigteil wirkenden Dehnungenkonzentrieren. Dies ist auch der Fall,wenn – wie hier geschehen – eine ver-zahnte Fuge ausgebildet wird, die Fu-genoberfläche rauh ausgeführt ist undvor der Betonage auf eine gründlicheNässung Wert gelegt wird. Die mögli-chen Rissweiten wurden allerdingsaufgrund der Schwindbehinderungendurch den Stahlträger sowie der Ver-bindung der Fertigteile mit dem Ort-betonstreifen vorab als gering einge-schätzt und das Füllen der Risse alsausreichende Maßnahme angesehen.Als Abdichtung der Fahrbahnplatte isteine rissüberbrückende PU-Abdich-tung ausgeschrieben und ausgeführtworden.

4.2 Abschätzung der Einflüsse aus Hydratationswärme und Schwinden

Bei jeder Fertigteilbauweise ist auf-grund der in der Regel vorhandenenenÜbergänge zwischen Ortbeton undFertigteilbeton und der verschiedenenHerstellungszeiten und Betoneigen-schaften die Rissproblematik beson-ders zu beachten. Bei der GFT-Bau-weise der Brücke Bahretal sind insbe-sondere die Ortbetonquerfugen vonInteresse.

Es handelt sich sowohl bei denFertigteilen als auch beim Ortbetondes Überbaus um einen Beton derFestigkeitsklasse C 35/45. Für die Fer-tigteile wurde ein Zement mit beson-ders schneller Festigkeitsentwicklungeingesetzt. In Bild 6 ist die Festigkeits -entwicklung der Fertigteile angege-ben, sie liegt deutlich über den Norm -anforderungen. Die Festigkeiten derProbewürfel des Ortbetons erreichenhingegen gerade die Normwerte. We-gen der unterschiedlichen Zuschlägeunterscheiden sich auch die E-Modulider Betonrezepturen deutlich. Die re-lativ hohe Druckfestigkeit der Fertig-teile bedingt gleichzeitig eine hoheZugfestigkeit mit späteren bzw. über-haupt nicht stattfindenden Rissbil-dungen unter Zugbeanspruchung.

Zur Abschätzung der Einflüsseaus der Hydratationswärme des Ort-betons wird das vereinfachte Verfah-ren nach Pamp [17] angewandt. AlsEingangswerte für das entsprechendeDiagramm sind die Parameter Beto-nierzeitpunkt (Anfang Juli), wirksameBauteildicke (did = 0,28 cm), Wärme-durchlasswiderstand der Folienab-

Bild 4. Möglichkeiten zur Anordnung der in Längsrichtung durchlaufenden Ort-betonstreifen und der Ortbetonquerfugen Fig. 4. Different arrangements of the in-situ concrete strips and joints

Bild 5. Längsschnitt im Bereich der Fertigteilfugen über den Konsolen Fig. 5. Longitudinal section in the area of prefabricated element joints above theconsoles



deckung (1/Λ = 0,10) und volumetri-sche Wärmeentwicklung (qv = 79,8 ×103 (93,1 · 103) kJ/m3 verwendet. Fürdie Hydratationswärmeentwicklungam ersten Tag wird mit H1 = 210 J/g(Anfangswert) und mit H1 = 245 J/g(Mittelwert) ein möglicher Bereich fürdie Zementsorte CEM II 42,5 R ein-gegrenzt. Ebenfalls wird der Wärme-durchlasswiderstand der Abdeckungrechnerisch variiert. Die ermitteltenäquivalenten Schwindmaße infolgedes Abfließens der Hydratationswärmeliegen zwischen εH = –31 bis –44 · 10–5.Für die beiden Seiten der Ortbeton-fuge werden hiernach jeweils 0,1 mmRissweite errechnet.

Die Schwindverläufe für den Zeit-raum nach abgeschlossener Hydrata-tion sind beispielhaft für ein im Fe-bruar hergestelltes Fertigteil und dem

Anfang Juli hergestellten Überbaube-ton in Bild 7 dargestellt.

Aufgrund der hier erörterten Ein-flüsse kann das Auftreten von frühenRissen in den Ortbetonquerfugen er-klärt und die spätere Rissentwicklungabgeschätzt werden. Andere Einflüsse,z. B. tageszeitliche Temperaturunter-schiede, Sonneneinstrahlung oderauch Einflüsse aus dem Betonierfort-schritt können ebenfalls zu dem Auf-treten von Frührissen beitragen. Diebaubegleitenden Messungen wurdendeshalb gezielt auf die Beurteilungder Rissproblematik hin angelegt unddurchgeführt.

4.3 Rissbildungen in der Fahrbahnplatte

Etwa drei Tage nach der Betonagehatte sich an den Ortbetonquerfugen

ein deutliches Rissbild entwickelt. DieRisse verliefen über die ganze Längeder Ortbetonquerfugen an beiden Sei-ten der Fertigteile. Die Rissweiten ander Oberfläche streuten zwischen0,1 mm und einem Maximalwert von0,3 mm, wobei ca. 80 % der Risse beica. 0,1 mm lagen und sich die restli-chen 20 % der Risse auf der südlichenBrückenseite im Bereich der großenStützweiten häuften. An der Achse 40trat die größte Rissweite von 0,3 mmauf (hier war auch die baubegleitendeMessanlage eingebaut). Über die Längeder Ortbetonfuge zeigte sich keinewesentliche Änderung der Rissweite.Die Risse bis ca. 0,15 mm Rissweiteendeten ungefähr in Plattenmitte, dieRisse mit größeren Rissweiten hinge-gen gingen durch die gesamte Platten-dicke. Eine monokausale Erklärungzur Größe der Rissweiten und zur Ver-teilung der Rissweiten konnte nichtgefunden werden. Die Rissweiten grö-ßer 0,15 mm werden auf eine ungün-stige Überlagerung der Einflussfakto-ren zurückgeführt. Nach dem Füllender Risse fand bis zum Aufbringen derAbdichtung keine wesentliche Vergrö -ßerung der Risse mehr statt. An derLängsfuge zwischen dem über demKasten liegenden Ortbetonstreifen undden Fertigteilen stellten sich keineRisse ein. Ebenfalls stellten sich biszum Auftragen der Abdichtung keineRisse in dem Ortbetonstreifen überdem Kasten und in den Fertigteilenein.

5 Baubegleitende Messungen und Auswertung

5.1 Ziel und Umfang der Messungen

Ziel der Messungen war die kontinu-ierliche Ermittlung der Beanspruchun-gen im Verbundquerschnitt unter Gebrauchslasten in Zusammenhangmit möglichen Rissbildungen [18].Die durchgeführten Verformungs-bzw. Dehnungsmessungen umfasstendie Herstellung des Überbaus bis zumZeitpunkt der Verkehrsfreigabe. Wei-terhin wurden ergänzend bis ca. 8 Mo-nate nach Verkehrsfreigabe Messun-gen unter Verkehrslasten fortgeführt.

Als Messquerschnitt wurde derStützquerschnitt in Achse 40 gewählt,hier treten die maximalen Zugbean-spruchungen in der Fahrbahnplattein Längsrichtung auf. Die Messungender Beanspruchungen wurden mittemperaturkompensierten Dehnmess -

Bild 6. Betondruckfestigkeit der Fertigteile (blau) sowie der Ortbetonquerfugen (rot)Fig. 6. Concrete strength of the prefabricated elements (blue) and in-situ concrete (red)

Bild 7. Rechnerisch zugrunde gelegte Schwindverläufe für Fertigteile und OrtbetonFig. 7. Development of shrinking for prefabricated elements and in-situ concrete

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streifen am Ober- und Untergurt desStahlquerschnittes (DMS 1 bis 4 nachBild 8) sowie am Bewehrungsstahl (Be -wehrungsanschluss des Fertigteils inBrückenlängsrichtung obere Lage: B 1;Längsbewehrung im Ortbetonstreifenobere Lage: B 2) sowie mit Rissweiten-aufnehmern in den Fugen zwischenOrtbeton und den Fertigteilen (Quer-fugen W 1 bis 4, Längsfuge W 5 und 6)durchgeführt (Bild 9). Die Messwertezeigen – trotz der relativ geringen Anzahl der Messgeber an den Beweh-rungsstählen – zum einen in ihrerzeitlichen Abfolge und zum anderenbei den gemessenen Fahrzeugüber-fahrten eine hohe Plausibilität.

Neben den mechanischen Bean-spruchungen werden die Temperatur-verteilungen im Querschnitt dokumen-tiert. Bis zur Herstellung der Abdich-

tung wurden weiterhin die Riss weitenan der Oberfläche an jedem Risswei-tenmesspunkt fotografiert. Anhand derFotos konnten die oberflächlichenRiss weiten vermessen werden.

5.2 Auswertung der Messergebnisse5.2.1 Dehnungsmessungen am Stahl-

querschnitt

Die Dehnungsmessungen am Stahl-querschnitt vor der Herstellung desVerbundes dienen wegen der linearenMaterialeigenschaften des Baustahlsnur zur Einschätzung des Gesamt-schnittkraftbildes. Die Nulllinie imreinen Stahlquerschnitt ist währendaller Messzeitpunkte stabil. Für denZustand kurz nach Aufbringen desOrtbetons wurde eine ausreichendgute Übereinstimmung Rechnung –Messung festgestellt, s. Messung 5 inBild 10.

5.2.2 Rissbreitenbestimmung

Die Rissweiten wurden sowohl mitRissweitenaufnehmern als auch (vorAufbringen der Dichtung) mittelsPhotogrammetrie aufgenommen. Beider Messung drei Tage nach Herstel-lung des Verbundes, bei etwa 50 %der Endfestigkeit, wurden an derQuerfuge zwischen Fertigteil undOrtbetonstreifen (Aufnehmer RWA 2)bereits Rissweiten von etwa 0,3 mman der Oberfläche beobachtet. DieWärmeentwicklung aus Hydratationwar zu diesem Zeitpunkt im Wesentli-chen abgeschlossen. Die Messung an

Bild 8. Messanordnung im Grundriss sowie Anordnung der DMS und Temperatur-fühler T im StahlträgerquerschnittFig. 8. Measuring arrangements in the ground view and layout of the DMS andtemperature sensors T

Bild 9. Rissweitenaufnehmer W 1 in der Querfuge (links), Dehnmessstreifen B 1an der oberen Lage der Anschlussbewehrung der Fertigteile in LängsrichtungFig. 9. Measuring installation for crack widths W 1 in a transverse joint (left), straingauge B 1 on reinforcement of the connection range of the prefabricated elements

Bild 10. Rechnerischer Momentenverlauf in den Bauzuständen bis zur Herstellungdes VerbundesFig. 10. Bending moments in the different stages of construction till the finishingof the composite



der Anschlussbewehrung des Fertig-teils (Aufnehmer B 1) zeigt zu diesemZeitpunkt (s. Bild 11) zunächst nochkeine Zugspannung. Die anfänglichenRisse wurden mit Epoxydharz getränkt.Bis zur Fertigstellung des Bauwerksverhält sich die Rissöffnung dannnäherungsweise linear zur Spannungin der Anschlussbewehrung der Fuge.

5.2.3 Temperaturverläufe am Verbundquerschnitt

Die Verläufe der Temperatur im Ver-bundquerschnitt zeigen, dass die Be-tonoberflächentemperatur von derStrahlungswärme bestimmt wird. DieTemperatur des Stahlträgers folgt demTagesgang der Lufttemperatur. DieKerntemperatur der Betonplatte läuft

verzögert nach. Beide Verteilungenstellen für den Querschnitt nur einenrelativ geringen Gradient dar. Beson-ders die Erwärmung der Platte durchdie direkte Sonneneinstrahlung ver-ursacht aber einen vertikalen Eigen-spannungszustand über die Fahrbahn-platte. Gleichzeitig ist in Querrich-tung ein Eigenspannungszustand durchschnellere Temperaturänderungen derKragarmbereiche zu beobachten.

5.2.4 Dehnungsmessungen am Verbundquerschnitt

Bild 12 zeigt die Überfahrt eines Bau-stellenfahrzeugs mit ca. 15 t Gesamt-gewicht. Es ist zu erkennen, dass sichder Messquerschnitt in der Mitte desFertigteils noch im ungerissenen Zu-

Bild 11. Korrelation der Aufnehmer RWA 2 (Rissweite) undB 1 (Spannung im Bewehrungsstahl) Fig. 11. Correlation of the RWA 2 sensors (crack width) andB 1 (stresses within the reinforcement)

Bild 12. Spannungsverlauf der Aufnehmer B 1 und 2 und DMS 1 und 2 während einer Überfahrt im Rohbauzustand (links),Spannungen über der Querschnittshöhe mit ermittelter Nulllinie des Verbundquerschnitts im Zustand I (rechts)Fig. 12. Stress cause of sensor B 1 and 2 and DMS 1 and 2 during a crossing (left), stresses above the cross-section of theuncracked composite section (right)

Bild 13. Spannungsverlauf der Aufnehmer B 1 und B 2 so-wie DMS 1 und 2 während einer Überfahrt unter laufendemVerkehr (Messung M12 ca. 8 Monate nach Verkehrsfreigabe)Fig. 13. Stress cause of sensors B 1 and B 2 plus DMS 1 and2 during a crossing (measurement M12 about 8 month afteropening the bridge for traffic)

stand I befindet. Der Verlauf derSpannungen am Stahlträger (DMS 1und 2) und an der Längsbewehrung(B 2) verlaufen im Querschnitt auf ei-ner Linie, die exakt die rechnerischeNulllinie des Verbundquerschnitts imZustand I (nach Bild 12 bei 101,6 cm)trifft.

Die während der Bauzeit beob-achteten Dehnungsverhältnisse sindca. acht Monate nach Verkehrsfrei-gabe noch unverändert. Bild 13 zeigtdie Spannungsverläufe bei Überfahrteines etwas mehr als 30 t schwerenFahrzeugs. Die Dehnungen am Stahl-träger bilden zusammen mit demMesspunkt an der Bewehrung imOrtbeton (B 2) eine Dehnungsebene,die nach wie vor durch den rechneri-schen Schwerpunkt des Querschnitts

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im Zustand I verläuft. Das Verhältnisder Betonstahlspannungen zwischenFuge (B 1) und Ortbeton (B 2) in denExtremwerten liegt etwa bei 7:1.

5.3 Vergleich der Messwerte mit denrechnerischen Ergebnissen

In Bild 14 sind die rechnerisch ermit-telten Schnittkräfte im Querschnitt ausSchwinden und Hydratation, Tempe-ratur und den ständigen Lasten der ge-messenen Bauzustände zeitabhängigdargestellt. Die Biegemomentenanteileinfolge Schwinden und auch infolgeTemperaturgradienten sind für den be -trachteten Querschnitt des Bauwerksrelativ gering.

Die Berechnung wird im Bereichder Fertigteilmitte (2 m neben derAchse 40, DMS 1 bis 4 am Stahlträgerund B 2 am Bewehrungsstahl desOrt betons) zunächst am ungerisse-nen Querschnitt (Zustand I) durchge-führt. Die resultierenden rechneri-schen Span nungsverläufe an den Mess-punkten im Verbundquerschnitt zeigtBild 15.

Die Spannungen in der Anschluss-bewehrung in der Fertigteilfuge liegenum ein Vielfaches über den Spannun-gen in der Ortbetonbewehrung. Rech-nerisch kann diese Spannung aller-dings nicht am Zustand II-Querschnittnachvollzogen werden. Ausgehend vonder Erkenntnis, dass bis einschließlichder letzten Messung in den Fertigteilen

Bild 14. Rechnerische Schnittkraftentwicklung im Messquerschnitt bei Achse 40 Fig. 14. Development of the internal forces at axis 40 in the measured cross-section

Bild 15. Rechnerische Spannungsentwicklung im Verbundquerschnitt (Zustand I) Fig. 15. Calculated development of stresses in the uncracked composite section

Bild 16. Modell der Umlagerung der Betonspannung (Zustand I) auf die Fugen-bewehrungFig. 16. Model to rearrange the uncracked concrete stresses upon the reinforcementof the joints

N = Ac · σm

M = (σu – σo) / Ec/hc · lcZo = N/2 – M/hs



der ungerissene Zustand I vorherrscht,kann der Spannungsverlauf in der Be-tonplatte rechnerisch mit Hilfe des inBild 16 dargestellten vereinfachtenModells ermittelt werden. Durch eineeinfache Gleichgewichtsbetrachtungallein für die Fahrbahnplatte im Krag-armbereich, d. h. eine lokale Umlage-rung der Spannungsverteilung der Be-tonplatte auf die Bewehrungsstäbe deroberen und unteren Anschlussbeweh-rung in der Fuge, sind die gemessenenSpannungen gut nachvollziehbar.

Bild 17 zeigt die zeitliche Abfolgeder rechnerischen Spannungen im Be-ton des Fertigteils an Ober- und Un-terseite und die auf die Anschlussbe-wehrung (obere Lage längs) umgela-gerten Spannungen. Die rechnerischenBetonspannungen aus Ausbaulasten

und Schwinden liegen noch unter dermittleren Zugfestigkeit für die Fertig-teile, die aus den ermittelten Würfel-druckfestigkeiten nach 28 Tagen vonfc,cube,m = 60 N/mm2 auf etwa fctm =3,7 N/mm2 abgeschätzt werden kann.

Diese Berechnung für die Span-nung in der Anschlussbewehrung derFertigteilfuge ist solange gültig, wie dieFertigteile im Zustand I bleiben. Dierechnerischen Betonspannungen er-reichen allerdings annähernd die er-warteten Festigkeitswerte des Betons.Bei Überschreitung der Zugfestigkeitwürden sich im Fertigteil selbst dieersten Risse bilden, was zu einer Re-duzierung der Beanspruchung in denFugen führt, der Stahlträger dann ent-sprechend höhere Beanspruchungenerfährt.

Die in Bild 17 erkennbare Schwan -kung der rechnerischen Spannungzum Zeitpunkt der Messung 11 wurdedurch den aus den vier Temperatur -messwerten abgeleiteten Gradientenverursacht. Da in der Betonplatte nurdie mittlere Temperatur gemessenwurde, sind genauere Betrachtungenzu nichtlinearen Temperatureffektennicht möglich.

Die in Bild 18 zusammenfassenddargestellten Messergebnisse für dieSpannungen stimmen mit den berech-neten zeitlichen Verläufen gut überein,so dass von der Richtigkeit der rechne-rischen Modelle ausgegangen werdenkann.

5.4 Rückschlüsse für Statik und Konstruktion mit dieser Bauweise

Die Fuge zwischen Fertigteil undOrtbeton ist erwartungsgemäß derbesonders zu betrachtende Punkt beidieser Bauweise. Die an der Achse 40gemessene maximale Rissweite beträgtspannungslos ca. 0,3 mm nach Her-stellung der Fahrbahnplatte und un-ter Ausbaulasten 0,4 mm. Unter denwährend der Bauzeit beobachtetengeringen Verkehrslasten wurden kaumRissbewegungen gemessen. Da dieRisse an der Oberseite der Fahrbahn-platte etwa bei einer Rissöffnung von0,3 mm vor Aufbringen der Dichtungmit Epoxydharz getränkt wurden, istdie Öffnung der Fugen geringer, alsdie Rissweiten von bei fortschreiten-der Rissentstehung neu hinzukom-menden Rissen.

Die gemessene Spannungskon-zentration in der Bewehrung der Fer-tigteilfugen unter Eigengewicht undVerkehrslast von max. ca. 250 N/mm2

zum Zeitpunkt der Messung M 12 wirdbei Erreichen der Betonzugfestigkeitdes Fertigteils durch dann einsetzendeRissbildung begrenzt, die Beanspru-chungen werden dann auf den Stahl-träger umgelagert. Erst zu diesem Zeit-punkt trifft das rechnerische Bemes-sungsmodell im Zustand II zu. Bis zumZustand der abgeschlossenen Rissbil-dung unterschätzen die rechnerischenNachweise der Rissbreitenbegrenzungwegen der hohen Zugfestigkeit derFertigteile vor allem die Rissbreite anden Fugen. Die entsprechende Kon-sequenz für die statische Berechnungist, den Rissbreitennachweis und diedaraus resultierende Bewehrung inder Fertigteilfuge immer auch für den

Bild 17. Rechnerische Spannungen im Fertigteil Zustand I Fig. 17. Stresses in the prefabricated element (uncracked)

Bild 18. Messwerte der Spannungen im Verbundquerschnitt (Verbundwirkung abMessung M6)Fig. 18. Measurements of stresses in the composite section (beginning with measure-ment M6)

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Zustand I mit dem vorgenannten ört-lichen Modell zu überprüfen.

Aus den bei den Fahrzeugüber-fahrten erhaltenen Messergebnissenfolgt weiterhin, dass die gemessenenSpannungsspitzen im Fugenbereichunter laufendem Verkehr für das be-trachtete Bauwerk nicht ermüdungs-relevant sind.

6 Schluss

Die Einhaltung kurzer Bauzeiten istein Imperativ beim Bauen der Ver-kehrswege. Gerade beim Bau vonGroßbrücken, die für die Fertigstellungeines verkehrswirksamen Strecken-abschnitts oft maßgebend sind, sindalle Möglichkeiten zur Reduzierungder Bauzeit zu überdenken. Wird imVerbundbrückenbau eine kurze Bau-zeit angestrebt, so muss man sich vorallem mit der Frage der Herstellungder Fahrbahnplatte beschäftigen. Dieim Verbundgroßbrückenbau üblicheSchalwagenbauweise zur Herstellungder Fahrbahnplatte führt infolge destaktweisen Bauens zu relativ großenBauzeiten, die die eigentlich mit derVerbundbauweise vorhandenen Mög-lichkeiten des schnellen Bauens nichtzum Tragen kommen lassen. Bei alter-nativen Fertigteilbauweisen im Groß -brückenbau sind neue Lösungen füreine Reihe von Aufgabenstellungen zuerarbeiten. Technologisch sind für dasAuflegen der Fertigteile und für dasBetonieren von OrtbetonergänzungenLösungen zu finden. Falls nicht miteiner die Bauzeit negativ beeinflussen-den Vorspannung gearbeitet werdensoll, ist die Rissproblematik besonderszu verfolgen. Dabei ist es nicht dasZiel, das Auftreten von Rissen vollstän-dig zu vermeiden. Vielmehr solltendurch unterschiedliche Schwindvor-gänge, unterschiedliche Betoneigen-schaften, Bauvorgänge oder Quer-schnittssprünge möglicherweise auftre-tende Risse auch bereits in der Statikund Konstruktion beachtet werden.

Beim Bau der Bahretalbrücke wareine kurze Bauzeit erforderlich. Dieverschiedenen Möglichkeiten der Ver-kürzung der Bauzeit auf dem kritischenWeg wurden untersucht. Schließ lich

wurde nicht die übliche Schalwagen-bauweise gewählt und als effektivsteMaßnahme der Bauzeitverkürzung ei-ne Fertigteilbauweise, in diesem Falldie Ganzfertigteilbauweise festgelegt.Die gewählten Konstruktionen derFertigteile, der Ortbetonfugen und derÜbergreifungsstöße führten zu einemstörungsfreien und schnellen Bau derFahrbahnplatte. Die aufgetretenenRiss bildungen erklären sich durchdie unterschiedlichen Materialeigen-schaften und Herstellungszeitpunkteder Fertigteile und der Ortbetonergän-zungen. Auf der Basis des baubeglei-tenden Messprogramms konnten dieRiss bildungen und resultierenden Be-anspruchungen im Detail gut nach-vollzogen werden. Die Messergebnissegeben Aufschluss zu den Besonder-heiten der Bauweise und erlaubenHinweise für den weiteren Einsatz beianderen Bauwerken. Es sind keinenega tiven Auswirkungen für die Dau-erhaftigkeit der Fahrbahnplatte erkenn-bar. Zusammenfassend kann festge-stellt werden, dass sich die Ganzfer-tigteilbauweise für die Bahretalbrückegut bewährt hat.

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Autoren dieses Beitrages:Prof. Dr.-Ing. Karsten Geißler, TU Berlin, Fach-gebiet Entwerfen und Konstruieren – Stahlbau,Gustav-Meyer Allee 25, 13355 Berlin; Dipl.-Ing.Karl-Heinz Reintjes, DEGES Berlin, Zimmer-straße 54, 10117 Berlin; Dipl.-Ing. Jochen Rode-mann, GMG-Ingenieurgesellschaft, George-Bähr-Straße 10, 01069 Dresden

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Ganzfertigteile bei der Verbundfahrbahnplatte der Bahretalbrücke – Eine Revision nach Ausführung und baubegleitender messtechnischer Überwachung