Eisenbahnbrücke Brunngraben

ÖBB-Strecke Linz – Selzthal, Bahnkilometer km 100,740, Ardning, Steiermark

Generelles zum Tragwerksentwurf

Die ÖBB Infrastruktur AG, vertreten durch den Geschäftsbereich Integriertes Streckenmanagement ISM (damals Strecken- und Bahnhofsmanagement SBM), hat auf der eingleisig geführten und elektrifizierten ÖBB-Strecke Linz – Selzthal im Jahr 2010 die bestehende Eisenbahnbrücke über den Brunngraben (Bahnkilometer km 100,740) durch einen Neubau ersetzt. Das Bestandstragwerk war eine gerade einfeldrige Stahltrogbrücke mit offener Fahrbahn, d.h. es wurde seinerzeit ohne Schotterbett errichtet. Dieser Schritt wurde notwendig, nachdem für die genannte Strecke eine Anhebung der Streckenklasse auf Basis des Referenzwagens E5 gemäß ÖNORM EN 15528:2009 mit Ende 2014 fixiert wurde, womit wiederum die Grenztragfähigkeit des Bestandstragwerkes überschritten wurde. Die Errichtung des Brückenneubaus musste unter aufrechtem Eisenbahnbetrieb erfolgen. Sowohl die Konstruktionsunterkante als auch die Gradiente der Schieneoberkante durften aufgrund einer behördlichen Bescheidvorgabe in der Höhe nicht verändert werden. Trotzdem sollte aufgrund einer LCC-Betrachtung und aus Lärmschutzgründen die offene Fahrbahn durch ein auch auf dem Tragwerk in Schotter gebettetes Gleis ersetzt werden. Damit waren im Zuge der Projektumsetzung besondere Rahmenbedingungen zu beachten, die maßgebenden Einfluss auf den Tragwerksentwurf „Trogbrücke“ und die Materialwahl „Stahl“ hatten. Die zusätzlich gestellten Vorgaben hinsichtlich Bauhöhe (670 mm), maximale Konstruktionshöhe (1220 mm), Berücksichtigung des ÖBB-Lichtraumprofils bei der Querschnittsgestaltung sowie der Verzicht auf Aussteifungselemente für die beiden Stahlstege im Regelquerschnittsbereich stellten bezogen auf eine Eisenbahnbrücke mit mittlerem Stützweitenbereich eine enorme Herausforderung an die ingenieurmäßige Bearbeitung dar. Dabei waren auf Grund des gewählten Querschnittes Trogbrücke mit unten liegender Fahrbahn zwei spezielle Untersuchungen erforderlich.

• Die erste war eine Untersuchung hinsichtlich Querschnittsformtreue des Brückenquerschnitts, erforderlich durch den Verzicht auf Aussteifungselemente im Regelbereich des Tragwerks.
• Die zweite war eine Untersuchung hinsichtlich Ursache und Wirkung der Biegemomente in Brückenquerrichtung.

Das Deckblech mit einer erforderlichen Dicke von 120 mm ist zwischen den beiden Stegen der Längsträger elastisch eingespannt. Das in Folge der Einwirkung entstehende Einspannmoment ist grundsätzlich von vernachlässigbarer Größe und hat keinen wesentlichen Einfluss auf das Biegemoment in Feldmitte. Dies gilt allerdings nicht für die Beanspruchung des Steges im Anschlussbereich der dicken Platte an den Steg. Tatsächlich waren hier 3 kritische Probleme zu lösen:

• Beanspruchung des Steges um dessen schwache Achse zusätzlich zu den aus dem Haupttragsystem resultierenden Schubspannungen.
• Die Kehlnähte, welche in solchen Konstruktionen grundsätzlich Schubspannungen aufzunehmen haben, werden dadurch zusätzlich durch Normalspannungen, verursacht durch Biegemomente, beansprucht.
• Hinsichtlich Ermüdung gilt für solch einen Spannungszustand für das betrachtete Schweißnahtdetail der Kerbfall 36, welcher somit viel strenger ist als jener für durchgehende Kehlnähte, die einen Schubfluss übertragen (Kerbfall 80)

Brückenunterbau und Gründung

Die Brückenwiderlager wurden als tief gegründete, massive Widerlager mit seitlichen Parallelflügeln im Schutze von Hilfsbrücken unter aufrechtem Eisenbahnbetrieb hergestellt. Die Kammerwand und die Flügelergänzungen wurden als Fertigteile hergestellt und nach erfolgtem Einhub des Brückentragwerks auf der Widerlagerwand bzw. den Flügeln versetzt und mittels Bewehrungsstangen und Verguss mit dem Widerlagerblock verbunden. Aus optischen Gründen (Verdecken der Auflagerquerträger) wurden seitliche Kammerwände angeordnet.

Hinter den Widerlagern wurde eine Drainage DN 150 vorgesehen, die in Filterbeton eingebettet und mit einem Filtervlies abgedeckt wird. Die Ausleitung erfolgte in die Böschung. Die Widerlager wurden mit Füllbeton hinterfüllt. Die Oberflächenwässer auf die Auflagerbank wurden in einer Rinne gesammelt und in die Widerlagerhinterfüllung ausgeleitet.

Die Widerlager wurden mit Ortbetonbohrpfählen tief gegründet. Es wurden je Widerlager 4 Großbohrpfähle mit einem Durchmesser von 120 cm und einer Länge von ca. 26,50 m angeordnet.

Stahltragwerk

Das Eisenbahnbrückentragwerk ist eine einfeldrige gerade Stahltrogbrücke mit offenem Querschnitt mit einer Stützweite von 14,44 m und einer Tragwerkslänge von 16,04 m. Die Gesamtbreite beträgt 6,0 m, die Kreuzungswinkel bei den Widerlagern betragen jeweils 90°. Als Ausführungsklasse wurde erstmals in Österreich für Eisenbahnbrücken die Ausführungsklasse EXC4 zusammen mit ergänzenden Fertigungs- und Montagetoleranzen für Klasse 2 laut ÖNORM EN 1090-2 gefordert. Grundlage der Abnahmekriterien für die Schweißarbeiten war die Bewertungsgruppe B+ laut ÖNORM EN ISO 5817. Da man hier Neuland betrat, war man auch in der Ausführungsphase vor enormen Herausforderung gestellt.

Genereller Bauablauf - Übersicht

A Bauphasen vor Beginn der Dauersperre

Herstellen der Bohrpfähle und der Stahlbetonquerträger für die Auflagerung der beiden Hilfsbrücken, Herstellen der Bauwerkspfähle, Aushub unter der Hilfsbrücke, Herstellen der Pfahlkopfplatten und der aufgehenden Widerlager incl. Schweißgrundkonstruktionen für die beiden Laufstege;

B Bauphasen in Dauersperre von Mittwoch 1. September 2010, 08:00 Uhr bis Montag, 6. September 2010, 04:00 Uhr

Ausbau der Hilfsbrücke während einer Gleissperre, Einheben und provisorische Lagerung des neuen Stahltragwerks samt Lagern und komplettem Korrosionsschutz, Versetzen der Kammerwand- und Flügelfertigteile und Herstellung des kraftschlüssigen Anschlusses an den Widerlagerblock, Verlegen der Drainage und Hinterfüllung des Widerlagers bis OK Auflagerbank, Herstellen des Lagervergusses, Versetzen der Randbalken und Kabeltrogabgänge sowie der Laufstege samt Geländer, Fertigstellung der Hinterfüllung, Herstellung des Schotterbetts und Verlegen des Gleises, Herstellung der Erdung

C Nach Ende der Dauersperre

Rekultivierungsarbeiten;

Erläuterungsbericht der ÖBB Infrastruktur AG zur Einreichung beim Ingenieurbau-Preis 2013