VSVI Gliederung Erfahrungen bei der Planung beweglicher

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Seminar Brückenbau, Linstow 05.03.2009

VSVIMecklenburg-Vorpommern

Erfahrungen bei der Planung beweglicher Brücken am Beispiel der Eisenbahn-Klappbrücke über den Ziegelgraben in Stralsund



Gliederung

1. Vorbemerkungen

2. Vorschriften

2.1 ZTV Teil 9 Abschnitt 2 Bewegliche Brücken

(ZTV Bewegliche Brücken – Entwurf 10.09.2008)

2.2 EU-Maschinenbau-Richtlinie

3. Die Ziegelgrabenbrücke

3.1 Der Rügendamm

3.2 Die Eisenbahnbrücke über den Ziegelgraben



Die Einteilung beweglicher Brücken

Gliederung nach ZTV Bewegliche Brücken

- Klappbrücken

- ohne Gegengewicht

- mit tiefliegendem Gegengewicht

- Waagebalken-Klappbrücken

- Rollklappbrücken (Scherzerbrücken)

- Drehbrücken

- Hubbrücken




Auszug aus : Bewegliche Brücken, Ludwig Hotopp

Hannover 1913




Auszug aus : Der Brückenbau, Handbuch der Ingenieur-wissenschaften, W. Dietz Leipzig 1907

Im Text ergänzt:

- Kranbrücken -Schiffsbrücken

- Fähren und Landebrücken- Zerlegbare Brücken und Brücken zu Kriegszwecken



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Klappbrücken - Waagebalkenklappbrücken



Klappbrücken - Rollkappbrücken




Rotterdam 1911

Quelle: Bruggen in Nedderland 1800-1940




Bristol, Südengland



Drehbrücken



Hubbrücken

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Gliederung

1. Vorbemerkungen

2. Vorschriften





3.1 Der Rügendamm




ZTV Bewegliche Brücken Entwurf 10.09.2008




Inhalt:

1. Allgemeines2. Geltungsbereich3. Begriffsbestimmungen4. Brückentypen5. Baugrundsätze6. Betriebsanforderungen7. Technische Unterlagen8. Werkstoffe und Bauteile9. Betriebsstoffe10. Nachweise der Tragkonstruktion11. Nachweise für die Maschinenkonstruktion12. Berechnung und Konstruktion13. Prüfung der technischen Unterlagen14. Baudurchführung15. Betriebshandbuch, Wartung, Einweisung16. Mängelansprüche

Anhang A WindstärkenAnhang B Hinweise zu Antriebstechnik, Elektrotechnik und

SteuerungAnhang C Hinweise zu Verkehrssicherungsanlagen, Beleuchtung und

BedienungAnhang D Ersatzteile




_________________________

„Öffnen und Schließen“

___________________

Verkehrs- und Endlage




__________________________________

dazwischen

„Öffnen und Schließen“

__________________________________

Normalfall – eventuell langsam abgebremst

Gesteuertes (langsames) Anhalten

Unkontrolliertes Anhalten- extreme Bremskräfte

________________________________________

Begriffsbestimmungen




5 Baugrundsätze

(4) .. Forderung nach geringen bewegten Massen.. ,ist der bewegliche Teil der Brücke als Stahlkonstruktion auszuführen

(6) Antriebsart und Verriegelungen sind auch unter Beachtung der zu erwartenden Relativverschiebungen … festzulegen. In der Verkehrslage ist daher die Brücke i.d.R. zu verriegeln.

(7) Die Antriebselemente dürfen nicht durch Fahrzeugüberfahrt beansprucht werden.

(9) Die Brücke ist in der Verkehrs- und Endlage zu sichern. In der Endlage ist die Lagesicherung über den Antrieb ausreichend, wenn die Stellung überwacht wird.

(13) Es sind die Auswirkungen des Ausfalls einzelner Teile des beweglichen Überbaus und der Technischen Ausrüstung nachzuweisen. Teile, deren Ausfall nicht durch Maßnahmen beherrscht werden kann, sind doppelt anzuordnen.

(19) Alle Kabel, Leitungen und Schläuche in frei zugänglichen Bereichen sind vor Manipulation oder Sabotage zu schützen.

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5 Baugrundsätze

(4) .. Forderung nach geringen bewegten Massen.. ,ist der bewegliche Teil der Brücke als Stahlkonstruktion auszuführen

(6) Antriebsart und Verriegelungen sind auch unter Beachtung der zu erwartenden Relativverschiebungen … festzulegen. In der Verkehrslage ist daher die Brücke i.d.R. zu verriegeln.

(7) Die Antriebselemente dürfen nicht durch Fahrzeugüberfahrt beansprucht werden.

(9) Die Brücke ist in der Verkehrs- und Endlage zu sichern. In der Endlage ist die Lagesicherung über den Antrieb ausreichend, wenn die Stellung überwacht wird.

(13) Es sind die Auswirkungen des Ausfalls einzelner Teile des beweglichen Überbaus und der Technischen Ausrüstung nachzuweisen. Teile, deren Ausfall nicht durch Maßnahmen beherrscht werden kann, sind doppelt anzuordnen.

(19) Alle Kabel, Leitungen und Schläuche in frei zugänglichen Bereichen sind vor Manipulation oder Sabotage zu schützen.




6 Betriebsanforderungen

6.1 (4) Die Zeit für den Öffnungs- und Schließvorgang der Brücke darf im Automatikbetrieb nicht mehr als 90 sec betragen

6.2 (2) Ab Windstärke 9 .. sollte sich die Brücke in Verkehrslage befinden

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10 Nachweise der Tragkonstruktion (Auswahl der Lastannahmen)

- Herstellungs- und Montageungenauigkeiten

- Massenkräfte infolge Beschleunigung (wenn größer als 0,2 m/s² im Masseschwerpunkt)

- Zweiseitig angetriebene Brücken sind für unterschiedliche Antriebskräfte auszulegen (Schräglauf)

- eventuell Widerspruch: Kraft � � Weg

- Wind beim Bewegungsvorgang (sollte nur bis Windstärke 9 ausgeführt werden )

Staudruck q = v²/ 1600 � für bft 9 = 20,8²/1600 = 0,27 kN/m²

Formbeiwert 1,6

Verriegelte Hochlage: DIN-FB101, Tabelle N.1 mit Faktor 0,5

b/d ~ 5,5/3,3 = 1,67 (20m< ze < 50m) w x 0,5 = 1,65 kN/m²

Faktor 0,5 galt 2006 noch nicht !!!

- Lotrecht wirkende Windlast auf die Projektion der Klappenfläche von +/ 0,2kN/m² (Unterwind)

- Bei Klappbrücken kann die Mindestauflagerkraft aus der anteiligen zweifachen Einwirkung der lotrechten Windlast ermittelt werden.

- Bei Unterschreitung der Mindestauflagerkräfte sind Verriegelungen anzuordnen







Zurück zu 1 Allgemeines

Der folgende Passus war in der Version 10/2006 noch nicht enthalten:



EG – Maschinenbau-Richtlinie

Für Planung Ziegelgrabenbrücke

Spätere Überarbeitung



EG – Maschinenbau-Richtlinie

Für Planung Ziegelgrabenbrücke

Kapitel I (2)a, 1. Anstrich

Wesentliche Forderungen:

- Erstellen einer Gefahrenanalyse

- EG-Konformitätserklärung mit Bestimmungen dieser Richtlinie



Gliederung

1. Vorbemerkungen

2. Vorschriften





3.1 Der Rügendamm


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Zeittafel

1240 Erste Erwähnung eines Fährbetriebes

1863 Erster Eisenbahnanschluss der Stadt Stralsund über die Strecke Berlin – Greifswald – Stralsund

1883 Eröffnung der Eisensbahnstrecke auf der Insel RügenFährverkehr Stralsund – Altefähr

2 Fährschiffe für maximal 3 GüterwagenBeförderung von 90.000 Personen im Jahr

1909 Eröffnung der Eisenbahnlinie Sassnitz -Trelleborg(Königslinie)



Quelle: Google



Entwurf 1914: 1200m lange kombinierte Brücke über den Strelasund



Tunnelvariante von 1928



Unterwasserbaugrube

Tunnelgesamtlänge 2671 m

Bergmännisch über Stollenvortrieb 211 m

Offen zwischen Fangedämmen 335 m

unter Schutzdecke mit Wasserabsenkung 900 m

versenkte Eisenröhren mit Betonummantelung 550 m

Schildtunnel 675 m



Ab 1930: Weitere Planungen

Hochbrücken zu lange Dammstrecken

Tunnel Baugrundprobleme, sehr tiefe Lage führt zu sehr langen Rampen

Vorzugslösung: Klappbrücke

Bearbeitung einer gemeinsamen Lösung für Eisenbahn und Straße

„Die Reichsbahn stellte im Gegensatz zur Vorkriegszeit bei den Vorhaben für den

Dammbau das allgemeine Verkehrsbedürfnis in den Vordergrund und die nicht

unbegründeten Bedenken wegen Abwanderung des Verkehrs auf Kraftwagen bei

gleichzeitiger Herstellung eines Straßendammes zurück“

- Gründung eines „Neubauamtes Rügendamm“ der Rbd Stettin für Straße und Schiene

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Straßen- und Eisenbahnklappbrücke im geöffneten Zustand



Vollwandträger mit Trägerhöhen von ca.. 3,5 m Höhe

Stützweiten 52 – 29 – 52 m

Pylonhöhe ca. 20 m

Eisenbahn mit offener Fahrbahn, Hauptträgerabstand 5,70 m



Festlandseitiges Dammabschlussbauwerk und Widerlager



Mechanischer Antrieb, bei der Straßenbrücke noch

immer in Betrieb



Ansicht Strelasundbrücke

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-Strelasund- und Ziegelgrabenbrücke der Reichsbahn gehörten zu den ersten voll

geschweißten Großbrücken (1936) – geringe Erfahrungen

-Kriegsschäden (Kerben, Ermüdungsprobleme)

- Straßenbrücken als Nietkonstruktionen ausgebildet





Sprengungen von Strelasund- und Ziegelgrabenbrücke im Mai 1945

- Absturz des Gegengewichtes an der Ziegelgrabenbrücke

- bei beiden Brücken starke Zerstörungen des jeweils 1. Überbaus

- Einbau von R-Geräten



Zeittafel

1945 Sprengungen von Ziegelgraben-und Strelasundbrücke

1947 Wiederaufnahme des Eisenbahn über hölzerne Notbrücken

1948 Einbau von Brückengeräten in allen 4 Brücken

1961 Ersatz der Brückengeräte durch permanente Überbauten

1990 Auswechseln der Überbauten der Eisenbahnbrücke über den Strelasund

1992 Auswechseln der Überbauten der Eisenbahnbrücke über den Ziegelgraben (mit Pylon und Waagebalken)

1999 Auswechseln der Überbauten der Straßenbrücke über den Ziegelgraben (ohne Pylon, mit Waagebalken)



Gliederung

1. Vorbemerkungen

2. Vorschriften





3.1 Der Rügendamm


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Bild von Einschwimmen 19961 (C) einfügen



Straßen- und Eisenbahnklappbrücke im geöffneten Zustand



Sicht auf die Straßen- und Eisenbahnklappbrücke in Richtung Stralsund



- Austausch der Überbauten der Strelasund- und Ziegelgrabenbrücke 1990 bzw. 1992

-Grundsätzliche Änderungen an der Ziegelgrabenbrücke

- Anordnung seitlicher Federbalken

- Oberleitung für V = 40 km/h ohne Schwenkausleger

- neue Schienenübergänge für 90km/h – schräg geschnittenen Schienenenden

Spitze: Ersatz der durch Kulissenplatten angetrieben beweglichen Übergänge

Wurzel: Ersatz des Stumpfstoßes

- Ersatz des Kurbelantriebes durch hydraulischen Antrieb

- Umbau in 6 Sperrpausen- Verformungen am Waagebalken, Störung des kinematischen Systems



Übersichtsskizze



Klappenwurzel Schienenauszug bei Übergang von Überbau III zum Damm Dänholm

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Brücke geschlossen

Schienenübergang an der Klappenspitze

Sensoren für Endlagenüberwachung

Öffnungsvorgang



Fachplanung Fahrleitungsanlage



Schienen-Übergang

Überwachung durch SPS / Starkstromtechnik

Freigabe an LST - Schnittstelle

Ziegelgrabenbrücke

LST – Technik: Überwachung Schienenübergang

??

-SPS/Starkstromtechnik muss sicherheitstechnische Prinzipien der LST einhalten, auch bei eventuellen Änderungen

Schienen-Übergang

Überwachung durch SPS / Starkstromtechnik

Freigabe an LST-Schnittstelle

Direkte LST-Überwachung

Andere Konzepte (z. B. Peenebrücke Wolgast)�



Straßenseitiger Klappenkeller Lagesensor, Überbauspitze Werftseite



Randbedingungen für die Neuplanung 2007

- Verzicht auf Gleichlaufsteuerung, deshalb Änderung der Steifigkeitsverhältnisse Klappe –Waagebalken

- Gewährleistung des Ein-Zylinder-Betriebes

- Trennung von Steuerung der Straßenbrücke

- Bearbeitung auf Grundlage der DIN-Fachberichte und des Entwurfes der ZTV Bewegliche Brücken (ZTV-ING Teil 9 Abschnitt 6)



Berechnungsmodell – Klappvorgang ϕ = 0°

Berechnungsmodell – Klappvorgang ϕ = 30°

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Messungen an den Zugstangen 2001

Quelle: DB Netz, NBI 11, Magdeburg



ZTV-ING Teil 9 Abschnitt 6 „Bewegliche Brücken“

Besondere Lastannahmen, z.B.

- Verschmutzung

- Massenkräfte aus planmäßigen Bewegungsvorgängen

- Antriebskräfte

- Schräglauf

- Reibung / Erhöhte Lagerreibung

- Wind

- Puffer (Rückstellkräfte)

- Verriegelung (Mindestspitzendruck) und Zentrierung

- Kein Schiffsstoß auf den Überbau



Festlegungen zu den Windlastannahmen

Grund:

•••• fehlende Regelungen in der Ril 804 für Klappbrücken,

•fehlende Regelungen im DIN-FB 101 für Klappbrücken.

•Ansätze in ZTV BB nicht umsetzbar

Daher:

gesonderte Festlegungengesonderte Festlegungengesonderte Festlegungengesonderte Festlegungen während der Entwurfsplanung

•••• den Klappvorgang(Zweizylinderregelbetrieb, Einzylindernotbetrieb),

•••• die verriegelte Hochlage.



Ermittlung der Extremwerte des Windes am Standort Stralsund Quelle: IfGDV Greifswald, 2005



Überschreitenswahrscheinlichkeit für extreme Windlasten: 1,19 E-8

Für den Fall :Infolge Störung muss ein Verriegelung in der Hochlage erfolgen, wobei gleichzeitig eine Windstärke größer als 11 auftritt.



Querschnitt Klappe Feldbereich

Querschnitt Klappe im Endquerträgerbereich

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Zugstangen- / Hilfszugstangenlager oben



Anhang

Der Neubau der Rügenbrücke im Zuge der B96

(2. Rügenanbindung)



Übersichtsplan

BAB A20 und

B 96 “Rügenzubringer”



2. Rügenanbindung im Zug der B 96

- 1998 Trennung von Ortsumgehung Stralsund und 2. Rügenabindung

- Ortsumgehung Stralsund wird durch SBA Stralsund umgesetzt

- Für die 2.Rügenabindung wird die Mittelvarariante als Vorzugslösung herausgearbeitet

und weiter von der DEGES geplant

- 1999 Vertiefter Variantenvergleich: Brücke oder Tunnel

Eckdaten Rügenbrücke

- Gesamtlänge mit Dämmen 4.097 m

- Gesamtläng der Brücke 2.831 m

- Querschnitt RQ 15,5

- Teilung in BW 1.1 Vorlandbrücke Stralsund 327,5 m

BW.1.2 Vorlandbrücke Stralsund 317,0 m

BW 2 Ziegelgrabenbrücke 583,20 m

Hauptfeld 198 m

BW 3 Vorlandbrücke Dänholm 532,3 m

BW 4 Vorlandbrücke Strelasund 532,2 m

BW 5 Strelasundbrücke 539 m

Quelle: DEGES-Broschüre 2007.



Computersimulation aus PlanungsphaseQuelle: DEGES 1999



Bild (D) von Broschüreeinfügen

Quelle: Broschüre Klepin/Mandelkow 2007.

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Schutzplanken und windabweisende Geländer

Quelle: DEGES-Broschüre 2007.

Quelle: Stahlbau 75(2006)2; Die Zweite Strelasundquerung, Otto u.a.



Y-Stütze im Bereich der Vorlandbrücke Stralsund



Rügenbrücke, Herstellung der Unterbauten, Blick in Richtung Rügen, 2005



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