Spannbeton: Bewährung im Brückenbau

Seit 1950 hat sich die Spannbetonbauweise aufgrund ihrer technischen Vorzüge und ihrer Wirtschaftlichkeit immer mehr durchgesetzt und auch Anwendungsgebiete, die bis dahin anderen Werkstoffen vorbehalten waren, erobert. Gelungene Bauwerke zeugen von den vielfältigen Möglichkeiten, die diese Bauweise bietet. Da der Baustoff Beton in beinahe jede beliebige Form gebracht werden kann, wird der Einsatz aus gestalterischen Gesichtspunkten kaum beschränkt. Vor allem im Brückenbau fand die neue Bauweise sehr rasche Verbreitung. Dabei entstanden kühne und gut gestaltete Bauwerke, wie z. B. die in Bild 1 und 2 dargestellte Kochertalbrücke. Während in den Anfängen der Spannbetonbauweise im wesentlichen über Erfolge und immer größere Spannweiten berichtet werden konnte, mußten in den letzten Jahren auch Meldungen und Berichte über Mißerfolge und Schäden verzeichnet werden [3].

Bevor auf Schäden an Spannbetonbrücken und ihre Ursachen näher eingegangen wird, sollen vorab die Begriffe Fehler, Mangel und Schaden erläutert werden, wie sie im folgenden verstanden werden, da diesen Begriffen im allgemeinen Sprachgebrauch kein deutlich abgegrenzter Inhalt zugewiesen wird. Auch die juristischen Definitionen verdienten eine Zuschärfung.

Im vorigen Kapitel wurden Schäden angesprochen, die, einmal von den erwähnten Bauunfällen abgesehen, an älteren schadhaften Spannbetonbrücken häufiger zu beobachten sind. Es ereigneten sich jedoch im Zeitraum zwischen 1976 und 1980 vier sehr spektakuläre Schadensfälle, über die auch in den öffentlichen Medien berichtet wurde, wobei diese vier Schadensfälle dabei immer wieder in Verbindung zu den Schäden an Spannbetonbrücken gebracht wurden. Dadurch könnte bei Außenstehenden aufgrund der Darstellungsart leicht der Eindruck entstehen, daß diese Schadensfälle repräsentativ für Spannbetonbrücken seien. Nicht erwähnt wurde dagegen in den Medien, daß den vier angeführten Beispielen alleine im Zuge von Bundes-Auto- bahnen und Bundesstraßen rund 10.000 Spannbetonbrücken mit einer Überbaufläche von 13,5 Mio m² gegenüberstehen, von denen sich der bei weitem überwiegende Teil in einem guten Zustand befindet.

Nachdem in Kapitel 2 Schäden an Spannbetonbrücken ganz allgemein angesprochen und in Kapitel 3 vier außergewöhnliche Schadensfälle dargestellt wurden, von denen aber nur der Schadensfall am Heerdter Dreieck in direktem Bezug zur Spannbetonbrückenbauweise steht, soll nachfolgend der Frage nach dem tatsächlichen Ausmaß der Schäden an Spannbetonbrücken nachgegangen werden. Zu diesem Zweck wurde eine Stichprobe von 43 großen Fluß- und Talbrücken untersucht, die 76 getrennte Spannbetonüberbauten umfaßt.

In einer Ende 1979 von der Bundesanstalt für Straßenwesen veröffentlichten Statistik wurde mitgeteilt, daß von 251 untersuchten Brücken mit Koppelfugen 171 Risse in diesem Bereich aufwiesen. Diese Zahlen ergaben sich aus der vom Bundesverkehrsministerium Ende 1976 veranlaßten Untersuchung aller Spannbetonbrücken der Bun- desfernstraßen mit Arbeitsfugen, die von Spanngliedkopplungen (Koppelfugen) durchsetzt sind.

Für eine computerunterstützte Überwachung und Verwaltung von Brücken ist es zunächst erforderlich, den gesamten Bestand EDV-mäßig zu erfassen. Die Erfassung der Bauwerksdaten, wie

Sind die Bauwerksdaten der Brücken erfaßt, können sie mit Hilfe der zur Verfügung stehenden Software auf vielfältige Weise genutzt werden, d.h. die Erstellung des Bauwerksbuchs stellt nur eine Möglichkeit der Nutzung dar. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit stellt beispielsweise die Auswertung der Bauwerksdaten dar.

Grundsätzlich stellen Schadensfälle höchst bedeutsame Quellen für technische Erkenntnisse dar. Durch eine systematische Auswertung von Schadensfällen können Schwachstellen aufgedeckt und wichtige Hinweise für die Verbesserung von Konstruktionsprinzipien sowie für die Bauwerksüberwachung und -Unterhaltung gewonnen werden. Desweiteren ergeben sich die notwendigen Kenntnisse für das rechtzeitige Erkennen und Instandsetzen von schadhaften Bauteilen. Prioritäten können abgeleitet werden.

Durch die Kombination von Bauwerks- und Schadensdaten lassen sich Zusammenhänge zwischen den Konstruktionsmerkmalen des Bauwerks und den beobachteten Schäden herstellen, wodurch letztlich Schwachstellen ausfindig gemacht werden können. Die Aufdeckung von Schwachstellen stellt einen wesentlichen Beitrag zur Qualitätssicherung und Verbesserung der Bauweise Spannbeton dar, sofern eine entsprechende Umsetzung der Erkenntnisse in die Entwurfs- und Ausführungspraxis stattfindet.

Beton besitzt von Natur aus eine hohe Druckfestigkeit, aber nur eine vergleichsweise geringe Zugfestigkeit. In einem unbewehrten, auf Biegung beanspruchten Querschnitt wird daher die Tragfähigkeit immer durch Erreichen der Zugfestigkeit bestimmt. 1867 ließ sich daher der Gärtner Joseph Monier vom französischen Patentamt den Grundgedanken schützen, die fehlende Zugfestigkeit des Betons durch Zugstangen aus Eisen zu ersetzen. Diese sollten so in den Querschnitt eingefügt werden, daß sie einen festen Verbund mit dem Beton eingehen und für ihn die Zugkräfte übernehmen können. 1873 erhielt er ein Zusatzpatent auf Brücken aus Eisenbeton (erst um 1940 bürgerte sich im allgemeinen Sprachgebrauch das Wort „Stahlbeton“ ein [33]).

Bei den untersuchten 75 Brückenüberbauten in Spannbetonbauweise und einer Verbundkonstruktion handelt es sich mit Ausnahme einer Pilzkonstruktion ausschließlich um Balkenbrücken. Davon sind 69 Überbauten Durchlaufträger- und 7 Brücken Einfeldsysteme. Unter den Einfeldsystemen befindet sich die Stahlverbundbrücke.

Im folgenden werden die Risse und Schäden ausgewertet, die an den 43 großen, zufällig ausgewählten Fluß- und Talbrücken während ihrer bisherigen Nutzungsdauer festgestellt worden sind. Ergänzend werden einige zusätzliche Informationen angeführt, die zur Beurteilung der Risse und Schäden dienlich sind. Aus den Schäden können Schwachstellen aufgezeigt werden, deren künftige Vermeidung die Grundlage für eine weitere Verbesserung der Bauweise bieten kann.

Risiko ist ganz allgemein definiert als das Produkt aus der Wahrscheinlichkeit (= Häufigkeit) des Eintretens eines Schadens und dem zu erwartenden Schadensum- fang.

Das Sicherheitsbedürfnis der Öffentlichkeit, insbesondere gegenüber Gefahren für Leib und Leben, wird durch die Beachtung der Sicherheitsanforderungen, die in den Regelwerken festgelegt sind, erfüllt.

Um die Brücken in einem ordnungsgemäßen baulichen Zustand erhalten und um jederzeit ihre Standsicherheit garantieren zu können, müssen die einzelnen Bauwerke in regelmäßigen Zeitabständen überwacht und geprüft werden (Kapitel 5). Dabei festgestellte Mängel und Schäden müssen in Abhängigkeit von ihrem Ausmaß und ihrer Auswirkung in angemessenen Zeiträumen beseitigt werden. Die Maßnahmen zur Erhaltung der Bauwerke erfordern aber finanzielle Aufwendungen.

Der Spannbeton ist gemessen an der langen Baugeschichte eine sehr junge Bauweise: 1875 erste Eisenbetonbrücke (bei Chazelet, Frankreich) 1935–1936 erste Spannbetonbrücke (Entwurf, Dischinger, Ausführung Dyckerhoff & Widmann, in Aue/Sachsen, externe Vorspannung) 1938 erste Spannbetonbrücke mit Vorspannung im Verbund (Freyssinet, Wayss & Freytag, in Oelde/Westfalen) Die weitere Entwicklung wurde zunächst durch den Krieg unterbrochen. Ab etwa 1950 begann weltweit der große Aufschwung im Brückenbau. Aufgrund ihrer technischen Vorzüge und wirtschaftlichen Vorteile konnte sich dabei die noch neue Spannbetonbauweise bereits in ihrer Entwicklungsphase rasch durchsetzen.