Die Hängebrücke der A 26 in Österreich

Ein neues Wahrzeichen für Linz im Bauzustand Die Hängebrücke der A 26 in Österreich

von Franz Sempelmann, Sebastian Stöcklegger, Mathias Widmayer

Die A 26 Linzer Autobahn ist als Westumfahrung eines der wichtigsten Projekte zur Verbesserung der Verkehrslage in Linz sowie im Umfeld der Landeshauptstadt. Linzerinnen und Linzer profitieren von weniger Verkehr, Pendler aus dem westlichen Mühlviertel von den kürzeren Wegen. Mit der A 26 wird viel Verkehr sinnvoll auf die neue Autobahn verlagert und das städtische Straßennetz damit maßgeblich entlastet. Teil der ersten Bauetappe ist die Errichtung einer neuen Donaubrücke. Mit einer Spannweite von über 300 m wird die schlanke Hängebrücke über die Donau zu einem ebenso eleganten wie funktionalen Wahrzeichen der Stadt. Die vierte Linzer Donaubrücke ist bis dato die einzige Hängebrücke in Österreich über die Donau. Der Startschuss für die Errichtung der A 26 Linzer Autobahn, Etappe 1 Donaubrücke war im Januar 2019. Drei Jahre später erfolgt die Montage der Hängebrücke an mehreren Schauplätzen gleichzeitig unter Volllast. 65 t schwere Tragseile werden über die Donau gezogen und die sieben bis 280 t schweren Schüsse des Stahlfahrbahnträgers für das Einschiffen vorbereitet. Kurz gesagt: Die echte Hängebrücke in Linz wird Realität.

1 Die A 26 Linzer Autobahn

Mit der A 26 entsteht eine neue, leistungsfähige Straßenverbindung zwischen der bestehenden A 7 Mühlkreis-Autobahn beim Knoten Hummelhof und der B 127 Rohrbacher Straße. Die Strecke beträgt ca. 4,70 km, davon 68 % unterirdisch im Tunnel. Zur Überquerung des Donautals sowie der Westbahn werden zwei weitgespannte Brücken errichtet. Die A 26 wird in drei Etappen gebaut (Bild 1). Gemäß aktuellem Planungsstand werden folgende Baubeginne und Fertigstellungszeitpunkte angestrebt: – Etappe 1 (Donaubrücke inklusive

Anschlussstellen im Berg): 2019–2024 – Etappe 2 (Tunnel Freinberg, Unterflurtrasse Waldeggstraße): 2024–2029 – Etappe 3 (Westbrücke, Anschluss an die A 7): 2029–2031 Der Bau der A 26 dient der Bündelung der Verkehrsströme im Kfz-Verkehr auf einer umweltschonenden Trasse mit Tunnel- und Unterflurstrecken und wird begleitet von entsprechenden Schutzmaßnahmen. Im ersten Ausbauschritt werden die neue Linzer Donaubrücke und die Auf- und Abfahrten zur B 127 Rohrbacher Straße und B 129 Eferdinger Straße errichtet. Die Anschlüsse an das Landesstraßennetz befinden sich vollständig im Tunnel. Nach ihrer Fertigstellung wird die Brücke für den Verkehr freigegeben. Zunächst, bis zur Realisierung der Bauetappe 2, wird in jede Richtung eine Fahrspur über die Donau befahrbar sein.

1 Übersicht über die Realisierungsabschnitte der A 26 Linzer Autobahn © ASFiNAG Bau Management GmbH

Ohne die A 26 würden laut Verkehrsprognose im Jahr 2030 ca. 62.200 Kfz/d die innerstädtische Nibelungenbrücke, Teil einer vierstreifigen Landesstraße, passieren. Die Nibelungenbrücke wird bereits mit der Verkehrsfreigabe der neuen Donaubrücke der A 26 Etappe 1 um 20.000 Kfz/d deutlich entlastet. Nach Gesamtfertigstellung der A 26 wird sich das Fahrzeugaufkommen auf ca. 38.800 Kfz/d reduzieren. Dies entspricht einer Entlastung der innerstädtischen Bestandsbrücke von ca. 38 %.

2 Startschuss für die echte

Hängebrücke

Nach langjährigen Planungen und Genehmigungsverfahren konnte im Januar 2019 mit der Errichtung Etappe 1 der A 26 Linzer Autobahn gestartet werden. Herzstück der Etappe 1 ist die ca. 300 m lange echte, erdverankerte Hängebrücke über die Donau. Die einzigartige Topographie und die guten geologischen Verhältnisse in diesem Bereich des Donautals ermöglichen einen Kraftabtrag über die angrenzenden Felswände südlich und nördlich der Donau und somit die Ausführung einer echten Hängebrücke. Durch die ingenieurmäßige Ausnutzung des gegebenen Geländes lässt sich auf die Anordnung von Flusspfeilern oder Pylonen verzichten und es entsteht eine äußert schlanke, schwerelos wirkende Konstruktion. Die Herstellung der echten Hängebrücke erfolgt in fünf Hauptschritten: – Herstellung der Ankerblöcke Nord und

Süd inklusive Brückenverankerung sowie Widerlager

2 Linzer Autobahn, Etappe 1: Donaubrücke © Geoconsult Holding ZT GmbH

– Errichtung des Seiltragwerks (Tragseile,

Hängerklemmen und Hängerseile) – Einschiffen und Montage des Stahlfahrbahnträgers – Herstellung der Fahrbahnplatte inklusive Fahrbahnaufbau – Ausrüstung der Brücke

3 Visualisierung: Hängebrücke am Tag © von Gerkan, Marg und Partner

4 5 Ansicht und Grundriss der Brücke © schlaich bergermann partner

3 Das Brückenbauwerk 3.1 Gliederung

Die vierte Donauquerung in Linz ist eine auf das Äußerste reduzierte und schlichte Hängebrücke, bestehend aus – dem Überbau als Stahl-Verbundkonstruktion mit einem zentralen Stahlhohlkasten und gevouteten Stahlquerträgern im Abstand der Hänger, – dem Seiltragwerk mit 145 mm dicken

Tragseilbündeln, bestehend aus jeweils zwölf parallel geführten vollverschlossenen Spiralseilen; die Hänger werden ebenfalls als vollverschlossene Seile ausgeführt und weisen einen Durchmesser von 95 mm auf, – den Verankerungsbauwerken, vier

Seilverankerungen (Nord und Süd) sowie zwei Widerlagerbauwerke an den Tunnelportalen.

3.2 Brückendeck

Der Überbau der Brücke wird mit in der Ansicht vertikalen Hängerseilen von den Tragseilen abgehängt. Der Hauptträger ist ein einzelliger Stahlhohlkasten mit einer im Verbund liegenden Fahrbahnplatte aus Beton. Er gewährleistet die für Hängebrücken nötige Biege- und Torsionssteifigkeit. Der hohe Eigengewichtsanteil aus Stahltragwerk, Betonplatte und Fahrbahnbelag samt Randbalken sorgt zudem dafür, dass die Verformungen und die Ermüdungslastanteile aus Verkehr in einem zulässigen Bereich bleiben. Durch die mittige Lage des Hohlkastens verschwindet dieser visuell im Schatten der auskragenden Fahrbahn und lässt die Brücke in der Ansicht schlank und elegant wirken. Die Wahl eines aus Stahl und Beton kombinierten Tragwerks vereinfacht die Montage durch Einheben der leichten Stahlbausegmente von der Donau aus und bietet mit der nachträglich aufbetonierten Betonplatte die notwendige Robustheit und Dauerhaftigkeit für eine stark frequentierte Straßenbrücke. Der 2,05 m hohe, oben 7 m und unten 5 m breite sowie begehbare Stahl-Hauptträger bildet zusammen mit dem Randträger im Verbund mit einer 28 cm dicken, schlaff bewehrten Betonplatte den biege- und torsionssteifen Längsträger der Brücke. Längs- und Quersteifen als T-ProfilRahmen im Hauptträger verhindern das Beulen der Steg- und Gurtbleche unter Druck- und Schubbeanspruchung.

6 Querschnitt der Brücke © schlaich bergermann partner

Stahlquerträger, 80 cm breit und 0,90– 2,05 m hoch, die ebenfalls im Verbund mit der Betonplatte liegen, leiten die Kräfte aus dem Hauptträger zu den Verankerungspunkten der Hängerseile. Die Querträger werden so wie die am Rand angeordneten 65 cm breiten und 90 cm hohen Längsträger als dichtgeschweißte Hohlprofile ausgebildet. Die Quer- und Längsträger dienen zugleich zur Auflagerung der Betonplatte.

Die Betonfahrbahnplatte spannt primär in Querrichtung mit Auflagerungen an den Stegen des Hauptträgers und an den Randträgern. An den Rändern kragt die Betonplatte ca. 1,20 m aus und entlastet damit das Feld zwischen Rand- und Hauptträger. Auch an den Querträgern ist die Platte aufgelagert, so dass in diesen Bereichen eine zweiachsig gespannte Platte vorliegt. Wegen der einfacheren Herstellbarkeit ist geplant, die Verbundplatte aus Halbfertigteilen zu realisieren: 8 cm Filigranplatten, in Querrichtung gespannt und mit Zwischenjoch versehen, sowie zusätzlich 20 cm Aufbeton.

3.3 Seiltragwerk

Die Haupttragseile über die Donau, die ein Gewicht von 13.000 t tragen, sind ca. 500 m lang. Zusammengefasst sind sie zu zwei Paketen aus jeweils zwölf einzelnen vollverschlossenen Spiralseilen (VVS-Seilen) mit einem Durchmesser von 145 mm. Die vertikalen Hängerseile, die die Haupttragseile mit dem Brückendeck verbinden, haben einen Durchmesser von 95 mm und sind in einem Abstand von jeweils 14,55 m angeordnet. Die zwei Tragseilpakete vereinigen sich wieder an den steilen Donauufern und werden in jeweils zwei Stahlbetonankerblöcken in massiven Abspannbauwerken mit 100 Ankern pro Paket im Fels des Freinbergs bzw. der Urfahr-Wänd befestigt.

7 Brückendeck und Fahrbahnplatte © schlaich bergermann partner

8 Prinzipdarstellung des Seiltragwerks © schlaich bergermann partner

Jede der beiden Tragseilebenen wird als Paket, bestehend aus zwölf einzelnen vollverschlossenen Spiralseilen mit 145 mm Durchmesser, realisiert. Durch diese Aufteilung wird nicht nur die Montage der Tragseile möglich, sondern auch die jederzeitige Austauschbarkeit einzelner Seile gewährleistet: ein entscheidendes Argument für eine lange Lebensdauer des Bauwerks. Durch die Wahl von zwei Seilebenen je Tragseil ist es möglich, sie einfach und effizient an einem kräftigen, stehenden Blech (Ankerschwert) zu verankern. Zur Justierung der Tragseile sind Futterplatten zum Längenausgleich vorgesehen.

9 Verankerung der Tragseile © schlaich bergermann partner

10 Tragseilklemme mit Hängeranschluss © schlaich bergermann partner 11 Tragseilklemme im Detail © schlaich bergermann partner

An den Tragseilklemmen aus Gussstahl, die auch die Tragseile in ihrer Geometrie fixieren, werden die Hängerseile über einen Gabelseilkopf verankert. Die Tragseile werden mittels Klemmschalen in den Nuten der Tragseilklemme gehalten. Durch die Vorspannung der HV-Schrauben können die Tangentialkräfte über Reibung abgetragen werden. Die Länge der Tragseilklemmen richtet sich nach der zulässigen Querpressung und den notwendigen »Auslauftrompeten« für die Seilumlenkung. Die Hängerseile sind ebenfalls vollverschlossene Spiralseile mit einem Durchmesser von 95 mm und Einzellängen von ca. 4,50–27 m. In Brückenlängsrichtung haben sie einen Abstand von 14,55 m.

3.4 Verankerungsbauwerke

Um der Besonderheit der geographischen Lage der Brückentragwerke im Donautal mit dessen steil ansteigenden Berghängen aus Gneis Rechnung zu tragen, werden die Tragseile der Brücke direkt im Fels dieser Berghänge verankert. Dadurch »schwebt« die Brücke geradezu über der Donau und passt sich optisch schwerelos in das landschaftliche Umfeld ein. Das Bauwerk kommt mir nur zwei SeilVerankerungsbauwerken und zwei Widerlagerbauwerken aus. Die Kräfte der 2 × 12 Haupttragseile werden jeweils über ein Ankerschwert in die Ankerblöcke Nord und Süd eingeleitet, die mit über 100 Dauerverpressankern im Gneis verankert sind.

12 Widerlager und südlicher Ankerblock © schlaich bergermann partner

13 Ankerblock Süd im Bau © ASFiNAG Bau Management GmbH

Die beiden Endquerträger des Brückendecks werden jeweils im Portalbereich der beidseitigen Tunnel auf Widerlagern gelagert. Die vertikale Lagerung erfolgt dabei mit allseitig beweglichen Kalottenlagern, die an den Außenseiten der Lagerquerträger angeordnet sind. In horizontaler Richtung wird der Versteifungsträger des Tragwerks auf gesonderten Horizontallagern in der Symmetrielängsachse der Brücke statisch bestimmt gelagert. Der Festpunkt befindet sich auf dem südseitigen Widerlager, auf der Nordseite ist ein querfestes, längs bewegliches Lager. Durch diese Lagerung werden Zug- und Druckkräfte aufgrund der Einspannwirkung des breiten Decks bei Windbelastung vermieden.

4. Das Baugeschehen 4.1 Ankerblöcke inklusive

Brückenverankerung

Bevor mit der Herstellung der Ankerblöcke inklusive Brückenverankerungen begonnen werden konnte, musste der felsige Baugrund vorbereitet werden. Zu dieser Vorbereitung zählten unter anderem Obertage-Sprengarbeiten, die Herstellung von Steinschlagzäunen und Felsvernetzungen, der Aushub der Baugruben für die Ankerblöcke und Seiltunnel inklusive Baugrubensicherungen sowie einer anschließenden Bodenverbesserung. Die Bodenverbesserung erfolgte durch Entfernen des verwitterten Gesteins, nachträgliche Betonauffüllungen und zusätzliche Injektionen. Diese Maßnahmen ermöglichen eine gleichmäßige Übertragung der Ankerkräfte in der Sohlfuge auf das darunterliegende Gebirge. Nach Abschluss der Vorbereitungsarbeiten wurden 217 Dauerverpressanker mit einer maximalen Ankerlänge von ca. 70 m mittels einer geführten und gesteuerten Bohrung eingebracht. Als Bohrmethode wurde das Wassara-down-thehole-hammer-Verfahren gewählt. Nur dadurch ließ sich die geforderte, im Vergleich zur Norm abgeminderte Einbautoleranz mit einer Winkelabweichung < 1 % erreichen. Nach Abschluss der Ankermontage wurde der Ankerblock auf die bevorstehende Betonage vorbereitet. Neben Schalungs- und Bewehrungsarbeiten ging der Einbau der 45 t schweren Ankerschwerter mit einer Einbautoleranz von ± 5 mm vonstatten. Im Endzustand erfolgt die Kraftableitung vom Seiltragwerk auf das Ankerschwert, über den Stahlbetonblock auf die Brückenanker und schlussendlich in der 15 m langen Haftstrecke der Brückenanker auf den felsigen Baugrund.

14 Schema der Brückenlagerung © schlaich bergermann partner

15 Widerlager und südliches Tunnelportal © ASFiNAG Bau Management GmbH

Um den hohen sicherheitstechnischen und ingenieurmäßigen Ansprüchen an das Bauwerk gerecht zu werden, wurden die Ankerblöcke in einem Guss betoniert. Der Einbau der ca. 600 m³ Beton wurde in einem Tag unter Würdigung des Naheverhältnisses zu den Anrainern umgesetzt. Ein laufendes Monitoring der Betontemperatur zur Vermeidung von Rissen wurde installiert. Die Kühlung erfolgte durch Einbringen von Kühlwasser in die vorhandenen Leerverrohrungen der Brückenanker.

16 Ankerblock Süd vor der Betonage © ASFiNAG Bau Management GmbH

17 Auf Hilfsseilbahn liegendes Tragseil © ASFiNAG Bau Management GmbH

4.2 Errichtung des Seiltragwerks

Für die Montage des Seiltragwerks ist eine Vielzahl von Gerätschaften und Hilfskonstruktionen notwendig. Dazu zählen unter anderem: – zwei Kabelkräne über die Donau inklusive Ballonseil zur Sicherung des Luftraums, – Hilfsseilbahn für das Überführen des

Haupttragseils, – Seilwinden und hydraulische

Litzenheber, – Abrollmaschine und Spanngeräte zum kontrollierten Abrollen der

Tragseile, – diverse Hebewerkzeuge (Schienenkran mit Hebelast > 80 t, Turmdrehkräne etc. ) sowie Sicherheitseinrichtungen (Arbeitskörbe für den Einsatz über der

Donau, Arbeitsbühnen etc.). Die einzelnen Komponenten wurden aus ganz Europa für die Montage des Seiltragwerks in die Stahlstadt Linz transportiert. Neben der Verfügbarkeit der Bauhilfskonstruktionen stellten die sicherheitstechnischen Anforderungen an das Zusammenspiel der Geräte eine besondere Herausforderung dar. Eine weitere große Herausforderung für die Errichtung der Ankerblöcke und des Seiltragwerks waren und sind die äußerst beengten und alpinen Bedingungen. Um die Bereiche zwischen den Ankerblöcken zu bedienen, wurden zwei Kabelkräne mit einer Traglast von 2 × 5 t errichtet. Und um die großen, 65 t schweren Tragseile über die Donau zu ziehen, musste vorab mit den Seilkränen eine Hilfsseilbrücke (»Hilfsseilbahn«) aus zwei 52-mmSeilen und 40 Seilreitern errichtet werden.

18 19 Tragseilmontage am Ankerblock Nord © schlaich bergermann partner

20 Erstes Tragseil nach erfolgter Montage © schlaich bergermann partner

Die einzelnen Tragseile werden nacheinander von einer motorisierten Haspel abgewickelt und in einen Tensioner (Spanngerät) eingelegt. Anschließend wird das Seilende über ein 24-mm-Zugseil mit einer Winde auf der Südseite verbunden. Damit kann das Seil jetzt kraftkontrolliert von Nord nach Süd über die 40 Seilreiter gezogen werden. Ist das Seil im Süden angekommen, werden beide Seilenden an jeweils einen Hydraulik-Litzenheber angeschlossen. Danach wird die Seilbrücke aus 52er Seilen und den 40 Reitern abgelassen und querverschoben, so dass das Haupttragseil frei über der Donau in überhöher Lage hängt. Nun werden beide zentrisch angeordneten Litzenheber sukzessive abgelassen, da die freien Seilköpfe in die Ankerschwerter eingelegt sind. Beim Ablassvorgang bewegt sich das Seil quer zur Brückenachse in die entsprechende Endlage.

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Die Montage der Tragseile hat Ende 2021 begonnen und wird in der ersten Hälfte des Jahres 2022 abgeschlossen werden. Nach Abschluss der Seilmontage werden die beiden inneren Seilebenen temporär zueinander gespannt, um Platz für das Ausrichten und Einführen der Hängerklemmen zu schaffen. In Summe müssen 2 × 20 Hängerseil- und weitere 2 × 10 Tragseilklemmen installiert werden. Nachfolgend zur Seilklemmenmontage werden auch die 40 Hängerseile eingebaut. Um im Anschluss die beiden Haupttragseile West und Ost in ihrer Endlage für die Deckmontage zu positionieren, werden entlang des Seils sieben temporäre Spreizen angeordnet. Somit ist die Seilmontage abgeschlossen, das Einschwimmen und Montieren der einzelnen Schüsse des Stahldecks kann beginnen.

5 Ausblick: Stahlfahrbahnträgereinschiffen, Fahrbahnplattenerrichtung und Restarbeiten

Parallel zur Errichtung des Seiltragwerks wird am Donaukraftwerk AbwindenAsten auf einem Vormontageplatz der Stahlfahrbahnträger vorbereitet. Mit Fertigstellung der Seilmontage werden die sieben Segmente des Stahlfahrbahnträgers, beginnend mit dem mittleren, über die Donau vom Kraftwerk Abwinden-Asten zum eigentlichen Bestimmungsort transportiert. Aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeit in diesem Bereich der Donau und zur Gewährleistung eines kontrollierten Montagevorgangs wird ein Stelzenponton als Transportmittel und Fundament beim Hebevorgang verwendet. Durch die einzelnen Montageschritte ergeben sich in der Konzeption und Berechnung dieser Hängebrücke eine Vielzahl von Montagezuständen. Neben deren Planung ist die vermessungstechnische Kontrolle im Zuge der Errichtung für alle Beteiligten ein Kernstück für den Projekterfolg. Mit der Montage der Betonfahrbahnplatte kann nach Fertigstellung des Stahlfahrbahnträgers voraussichtlich im Herbst 2022 begonnen werden. Zur Komplettierung der A-26-Hängebrücke werden neben dem Einbau der Fahrbahn inklusive Abdichtung, Fahrbahnübergänge, Entwässerung, Randbalken, Geländer etc. die Fahrbahn- und die Effektbeleuchtung angebracht.

21 Darstellung der Hängermontage © MAEG

22 Temporäre Spreizung der Tragseile © schlaich bergermann partner

23 Vormontage der Stahlfahrbahnträger © ASFiNAG Bau Management GmbH

24 Visualisierung: Erscheinungsbild der Hängebrücke bei Nacht © von Gerkan, Marg und Partner

In der Planungsphase wurde zur Unterstreichung der Einzigartigkeit der Hängebrücke bei der Fahrbahnbeleuchtung von der üblichen Lösung mit Masten abgewichen. Stattdessen werden ca. 1,20 m über Deck geführte horizontale LEDLeuchtlinien realisiert. Darüber hinaus sieht das Beleuchtungskonzept vor, den schlanken Stahlhohlkasten mit LED-Strahlern von der Innenseite der Randträger und die Tragseile mittels einzelner LEDStrahler auf den Tragseilklemmen effektvoll zu inszenieren. Mit der Verkehrsfreigabe 2024 wird die Hängebrücke der A 26 Linzer Autobahn bei Tag und auch bei Nacht als ein wahres Highlight der Stahlstadt Linz dienen.

Autoren: Dipl.-Ing. Franz Sempelmann Projektleiter Dipl.-Ing. Sebastian Stöcklegger stellvertretender Projektleiter ASFiNAG Bau Management GmbH, Wien, Österreich Dipl.-Ing. Mathias Widmayer schlaich bergermann partner, Stuttgart Wettbewerbsauslober und Bauherr ASFiNAG Bau Management GmbH, Wien, Österreich

Entwurf schlaich bergermann partner, sbp GmbH, Stuttgart Baumann + Obholzer ZT GmbH, Innsbruck, Österreich gmp Architekten von Gerkan, Marg und Partner, Aachen

Tragwerksplanung schlaich bergermann partner, sbp GmbH, Stuttgart Baumann + Obholzer ZT GmbH, Innsbruck, Österreich

Bauausführung Arbeitsgemeinschaft: ICM, Vicenza, Italien MAEG, Vazzola, Italien f-pile GmbH, Wien, Österreich

PMMA für Betonfahrbahntafeln

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