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Begrenzt offener einphasiger interdisziplinärer Realisierungswettbewerb | 12/2006

Rampenbauwerk Honsellstraße / Mainbrücke Ost

© Benthem Crouwel

© Benthem Crouwel

3. Preis

Benthem Crouwel

Architektur

Erläuterungstext

Tragwerk und Baustoffe
Die neue Mainbrücke Ost mit einer Gesamtlänge von ca. 215 m besteht aus der Strombrücke von ca. 160 m Länge und der Vorlandbrücke auf dem Südufer von ca. 55 m Länge.

Der Überbau der Strombrücke besteht aus einer vollständig geschweißten Stahlkonstruktion aus Baustahl S235 und S355 mit orthotroper Fahrbahnplatte und einem Belag aus 8 cm Gussasphalt im Bereich der Fahrbahn. Das statische System des Haupttragwerkes ist ein Stabbogen oder Langer´scher Balken mit einer Bogenstützweite von 160 m bei einem Bogenstich von 37 m im Scheitelpunkt und Hängern im Ab-stand von 8 m in Brückenlängsrichtung. Der nur aus einem elliptischen Querschnitt bestehende Bogen der Strombrücke ist an den Kämpfern in kräftige Endquerträger mit Hohlkastenquerschnitt eingespannt, die auf jeweils zwei Kalottenlagern ruhen.

Der Überbau der Vorlandbrücke besteht aus einer schlaff bewehrten gevouteten Stahlbetonblatte aus Be-ton C30/37 mit einer Bauhöhe die zwischen 70 und 100 cm variiert. Das statische System ist eine in Quer-richtung dreifeldrige und in Längsrichtung fünffeldrige Stahlbetonplatte mit annähernd quadratischem Stüt-zenraster und Stützweiten bis 11 m.

Die Widerlager auf dem Nord- und Südufer, der Pfeiler im Übergang zwischen Strom- und Vorlandbrücke und die Stützen der Vorlandbrücke werden als Stahlbetonkonstruktionen ausgeführt. Die Gründung kann als Flachgründung erfolgen, sofern ausreichend tragfähiger Baugrund vorhanden ist. Durch die gewählten Tragwerke sind überwiegend Vertikallasten in den Baugrund zu leiten. Die Horizontallasten aus dem Bo-genschub der Strombrücke werden durch den Versteifungsträger der Stabbogenbrücke kurzgeschlossen.


Entwurfsstatik und Formfindung
Die modifizierte Trasse der neuen Mainbrücke Ost ist ein Kreisbogen mit 258 m Radius im Bereich der Strombrücke mit einer anschließenden Geraden im Bereich der Vorlandbrücke.

Der Kreisbogen im Grundriss der Strombrücke schmiegt sich als Tangente an die Achse der bestehenden Honsellbrücke und erzeugt eine kontinuierliche Linienführung für den Hauptverkehrsstrom zwischen der Honsellstraße im Norden und dem Deutschherrnufer im Süden. Durch die im Grundriss gekrümmte Form der Brücke ist es möglich, den Bogen der Strombrücke mit nur einem Querschnitt zu realisieren, der an den Kämpfern über der Ostseite und im Scheitel über der Westseite der Brücke liegt und somit im Mittel über dem Schwerpunkt des Versteifungsträgers angeordnet werden kann.

Die Bogengeometrie und der Bogenquerschnitt wurden im Rahmen der Entwurfsstatik in einem Optimie-rungsprozess mit computerunterstützter Formfindung ermittelt. Zu diesem Zweck wird das Tragwerk mit einem Stabwerksprogramm geometrisch nichtlinear berechnet, wobei die Lastrichtung aber umgedreht wird, so dass der Bogen als Zugglied wirkt. Die berechneten elastischen Verformungen des Bogens wer-den auf die unverformte Geometrie des Bogens aufaddiert und anschließend die Verformungen der neuen Geometrie berechnet. Durch diese iterative Vorgehensweise wird eine Geometrie gefunden, für welche die Biegebeanspruchung des Bogens minimal ist.

Das Ergebnis dieser Formfindung ist ein im Scheitelpunkt leicht nach Westen geneigter Bogen mit kontinu-ierlich veränderlichem elliptischen Stahlquerschnitt mit Wandstärken von 35 mm. Im Scheitelpunkt ist die Ellipse liegend ausgebildet mit einem horizontalen Halbmesser von 4000 mm und einem vertikalen Halb-messer von 1000 mm. Im Bereich der Viertelspunkte ist der Bogenquerschnitt näherungsweise kreisrund mit einem Durchmesser von 2500 mm und geht im Bereich der Kämpfer in eine für den Fuß- und Radver-kehr auf der Brücke „stromlinienförmige“ elliptische Form über mit einem Halbmesser in Brückenlängsrich-tung von 4500 mm und einen Halbmesser in Brückenquerrichtung von 2000 mm.

Der Versteifungsträger mit einer Bauhöhe von 1,80 m wird durch zwei außen liegende Längsträger mit Hohlkastenquerschnitt gebildet. Die Querträger mit offenem Querschnitt und ebenfalls 1,80 m Bauhöhe sind im Abstand von 4 m angeordnet. Sie spannen ca. 20 m weit zwischen den Längsträgern und bilden auf den Außenseiten Kragarme für die Fußwege. Der Anschluss der Rundstahlhänger mit 150 mm Durch-messer an den Versteifungsträger erfolgt in Querrichtung zwischen Fußweg und Radweg und in Längsrich-tung im Abstand von 8 m in der Achse jedes zweiten Querträgers. Die Querschnittsbreite des Versteifungs-trägers beträgt im Feld 21 m und weitet sich zu den Kämpfern auf 26 m auf, um das Lichtraumprofil unter den stärker geneigten Hängern frei zu halten und um den Bogenkämpfer von 2 m Breite zwischen dem öst-lichen Fußweg und dem östlichen Radweg zu integrieren, wo der Bogenschub mit dem östlichen Längsträ-ger kurzgeschlossen werden kann.


Schwingungsverhalten
Die Hänger mit kreisförmigem Querschnitt sind auf wirbelerregte Querschwingungen, Galloppingschwin-gungen und Regen-Wind induzierte Schwingungen zu untersuchen. Im Rahmen der Entwurfsstatik wurden die Eigenfrequenzen der Hänger untersucht, die infolge der Hängerlänge und der vorhandenen Zugkräfte variieren. Die berechneten Eigenfrequenzen liegen oberhalb von 9 Hz und damit außerhalb des kritischen Bereiches.

Bauablauf
Als Vormontageplatz für die Strombrücke kann das Areal nördlich des Mains zwischen Hafenbahn im Nor-den, Deutschherrenbrücke im Westen und Honsellstraße im Osten genutzt werden.

Die Stabbogenbrücke kann vom Vormontageplatz aus in südöstlicher Richtung auf Pontons in ihrer gesam-ten Länge von 160 m eingeschwommen werden bis der südliche Bogenkämpfer auf dem zugehörigen Strompfeiler südlich des Mains zu ruhen kommt. Für diesen Einschwimmvorgang in Brückenlängsrichtung diagonal über den Main kann vorteilhaft die vergrößerte Breite des Mains im Bereich der Einfahrt zum Ost-hafen genutzt werden.

Wenn der südliche Bogenkämpfer seine endgültige Position erreicht hat, kann der Einschwimmvorgang durch eine Drehung der Brücke nach Osten um diesen Punkt fortgesetzt werden bis auch der nördliche Bogenkämpfer seine endgültige Position auf dem nördlichen Widerlager erreicht hat.
© Benthem Crouwel

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