Tragwerksentwurf der Fuss- und Radwegbrücke bei Schloss Böttstein
Autor: Pascal Pulver
Sprache: Deutsch
Kurzfassung
Das Tiefbauamt Kanton Aargau beabsichtigt den Bau einer neuen Fuss- und Radwegbrücke zur Überquerung des Bruggbachs in der Ortschaft Böttstein. Die aktuell sicherheitstechnisch bedenkliche Linienführung des Fuss- und Radwegs entlang der Kantonsstrasse kann durch den Bau einer neuen Fuss- und Radwegbrücke neben dem Schloss Böttstein entschärft und durch eine neue attraktive Linienführung ersetzt werden. Das Ziel dieser Arbeit ist es, ein geeignetes Tragwerkskonzept auf Stufe Vorprojekt zu entwerfen. Die optimale Linienführung des Fuss- und Radwegs führt über den Schlossparkplatz zur neuen Brücke, welche den Bruggbach in ca. 25 m Höhe überquert und auf der Nordseite an das bestehende Radwegnetz anschliesst. Im Variantenstudium wurden vier verschiedene Tragwerkstypologien – Spannband, Bogen, Unterspannung sowie Schrägseilbrücke – untersucht. Die Bogenbrücke schneidet im Vergleich am besten ab, dies unter anderem aufgrund der Eignung des Terrainverlaufs und der Geologie zur Aufnahme grosser Druckkräfte im Bereich der Kämpferfundamente. Basierend auf der Vordimensionierung aus dem Variantenstudium wird ein Tragsystem mit einer Bogenbrücke in Stahlbauweise ausgearbeitet. Die erforderliche Nutzbreite beträgt 3.0 m und die Brücke weist eine Länge von ca. 70 m auf. Der erarbeitete Entwurf zeichnet sich durch zwei seitlich verlaufende, nach aussen geneigte Bögen aus, welche in einem gemeinsamen Kämpferfundament zusammenlaufen. Die fehlende seitliche Halterung der Bögen im Hauptfeld erfordert eine hohe Biegesteifigkeit in Querrichtung. Es wird deshalb ein zusammengeschweisster Blechträger mit einer Höhe von 300 mm und einer Breite von 600 mm verwendet. Die Hänger bestehen aus vollverschlossenen Seilen aus hochfestem Stahl. Das Hauptfeld des Fahrbahnträgers ist über Konsolen mit den Hängern verbunden und in elf Teilfelder unterteilt. Der Fahrbahnträger wurde so kompakt wie möglich konzipiert und besteht aus quadratischen und rechteckigen Hohlprofilen, welche als Längs- bzw. Querträger dienen. Die Modellierung des Tragwerks erfolgte durch ein parametrisches 3D-Modell mit den CAD-Programmen Rhino und Grasshopper. Anhand der Achsengeometrie des 3D-Modells wurde das statische System definiert und anschliessend im Finite-Elemente-Programm SOFiSTiK bemessen. Dazu wurden statische und dynamische Berechnungen durchgeführt – die erforderlichen Nachweise können mit den gewählten Querschnitten erbracht werden. Die Berechnungen zeigen, dass die massgebenden Stellen im Tragwerk bei der Einspannung der Bögen im Kämpfer sowie beim Anschluss der Bögen an den Fahrbahnträger liegen. Der Anschluss der Bögen an den Fahrbahnträger wird über acht ebene, dreiecksförmige Bleche ausgeführt, der Anschluss an die Kämpfer erfolgt über ein einbetoniertes Stahlteil, welches die Bögen innerhalb des Kämpfers verschmelzen lässt und damit einen optimalen Kraftfluss gewährleistet. Das erarbeitete Tragsystem besitzt ein Gesamtgewicht der Haupttragkonstruktion von ca. 65.5 t, was ca. 1 Tonne pro Laufmeter entspricht. Die Bögen sowie der Fahrbahnträger werden im Stahlwerk zu ca. 12 m langen Stücken zusammengeschweisst und auf die Baustelle geliefert. Dort werden die Bögen zusammengesetzt und mittels Pneukran nacheinander eingehoben. Die Teile das Fahrbahnträgers werden ebenfalls per Pneukran eingehoben. Der Entwurf zeichnet sich damit durch einen hohen Vorfabrikationsgrad aus, welcher eine relativ kurze Bauzeit ermöglicht. Die Realisierungskosten werden auf ca. CHF 1.1 Mio. (exkl. MwSt.) geschätzt, was ca. CHF 5’400 pro Quadratmeter Nutzfläche entspricht. Die Gesamtprojektkosten inkl. Projektierungskosten, Landerwerb und weiteren unvorhergesehenen Kosten belaufen sich auf knapp CHF 1.6 Mio. Das Resultat dieser Masterarbeit ist ein effizientes, wirtschaftliches und ästhetisch ansprechendes Tragwerk, welches sämtliche Rahmenbedingungen erfüllt und sich somit für das geplante Bauvorhaben in Böttstein eignet.
