Die Stuttgarter Brücke ein neuer Robustheitsansatz

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1 4. Internationale Holzbrückentage IHB 2016 Die Stuttgarter Brücke ein neuer Robustheitsansatz J. Hezel, S. Aicher 1 Die Stuttgarter Brücke ein neuer Robustheitsansatz Jürgen Hezel Materialprüfungsanstalt (MPA) Universität Stuttgart Stuttgart, Deutschland Dr. Simon Aicher Materialprüfungsanstalt (MPA) Universität Stuttgart Stuttgart, Deutschland

2 2 Die Stuttgarter Brücke ein neuer Robustheitsansatz J. Hezel, S. Aicher 4. Internationale Holzbrückentage IHB 2016

3 4. Internationale Holzbrückentage IHB 2016 Die Stuttgarter Brücke ein neuer Robustheitsansatz J. Hezel, S. Aicher 3 Die Stuttgarter Brücke ein neuer Robustheitsansatz 1. Einleitung Primäres Ziel zweier EFRE-Forschungsprojekte war die Entwicklung von neuartigen Konstruktionsprinzipien und eines Anforderungskataloges für Detailausbildungen von robusten, langlebigen und wartungsarmen Holzbrücken. Bei dem Prototyp des Forschungsvorhabens Stuttgarter Holzbrücke handelt es sich um eine Fuß- und Radwegbrücke, die auf dem Versuchsgelände der MPA Universität Stuttgart realisiert wurde. Unter Verwendung eines blockverklebten BSH-Primärträgers wurde ein im Grundriss gebogener, rd. 22 m langer und 2 m breiter Brückenüberbau hergestellt. Wesentliche Elemente der Konstruktion die bei jedem Detail stringent auf Robustheit, Dauerhaftigkeit sowie durchgängige Inspektionsmöglichkeiten ausgerichtet ist, sind ein integraler, fugenloser Widerlageranschluss, ein entzerrter Übergang, sowie einfach rückbaubare Schraubpfahlfundamente. Der Aufbau des Brückenquerschnitts, der keine Verbindungsmitteldurchdringungen von oben aufweist, eine zweite Abdichtungsebene sowie diverse Monitoringsysteme einschließt, garantiert einen extrem dauerhaften und robusten Holzbrückentyp der wesentlich dazu beitragen sollte, dass vermehrt Brücken mit dem nachhaltigen und CO2 speichernden Baustoff Holz gebaut werden. 2. Robustheitskonzept der Stuttgarter Brücke Basierend auf den Erkenntnissen aus einer Vielzahl von durchgeführten Brückenbegutachtungen und Zustandsbewertungen von Fuß- und Radwegbrücken aus Holz, wurden im Schlussbericht des ersten der beiden aufeinander aufbauenden EFRE-Forschungsvorhaben [1] zum Thema Dauerhaftigkeit von Holzbrücken, häufig auftretende Schäden in die allgemeinen Schadenstypen 1 bis 6 mit mehreren Schadenstypuntergruppen, die häufig speziellen Brückentypen (z.b. Trogbrücken, Fachwerkbrücken, vergleiche hierzu auch [1], [2]) zugeordnet sind, kategorisiert. Die Stuttgarter Brücke repräsentiert den Brückentypus einer Deckbrücke, wobei das Haupttragsystem ein monolithischer blockverklebter Brettschichtholz-Verbundträger ist. Nach [1] wiesen Deckbrücken summarisch die günstigsten Bewertungen auf, wobei 75 % dem zusammenfassenden Zustandsnotenbereich gut bis zufriedenstellend zuzuordnen waren. Per se repräsentiert eine Deckbrücke (bzgl. genauer Definition siehe [1]) noch kein Bauwerk, das langfristig gute Zustandsnoten aufweist. Um dies zu erreichen, sind einerseits insbesondere die nachstehenden Dauerhaftigkeits-schwachstellen 1. und 2. zu vermeiden und andererseits konsequent leicht realisierbare Begutachtungsmöglichkeiten, angepasste Monitoringkonzepte und einfache Verschleißteillösungen (Punkte 3. und 4.) umzusetzen. 1. Ausschluss des Wassereintrags über den Geh-/ Fahrbelag in den Blockträger, respektive im Geh-/Fahrbelags-Widerlagerübergangsbereich; dies entspricht dem Ausschluss der allgemeinen Schadenstypen 5 nach [1] 2. Ausschluss von Schädigungen im Widerlagerbereich infolge nicht ausreichend großer Abstände, nicht dauerhaft geschützter Hirnholzflächen bezüglich der Widerlagerrückwand durch ablaufendes / eindringendes Wasser, bzw. Laub, Erde, Splitt- und Schneeansammlungen (LESS); dies entspricht dem Ausschluss der allgemeinen Schadenstypen 6 nach [1] 3. Konsequente Realisierung einfacher Begutachtungsmöglichkeiten des Haupt-tragwerks und der Abdichtungsebenen, sowie innovatives, dezentrales Monitoringkonzept 4. Einfacher Austausch von Verschleißbauteilen Des Weiteren soll die Stuttgarter Holzbrücke die Möglichkeit aufzeigen, dass bei Holzbrückenkonstruktionen infolge des geringen Gewichts sehr einfache ressourcenschonende

4 4 Die Stuttgarter Brücke ein neuer Robustheitsansatz J. Hezel, S. Aicher 4. Internationale Holzbrückentage IHB 2016 Gründungen unter Unterbauten umsetzbar sind, die bei Bedarf auch einfach wieder vollständig rückbaubar sind. Nachstehend wird in knapper Form auf die Umsetzung der Punkte eingegangen. Zu 1: Der Lösungsansatz zu Punkt 1 wird bei der Stuttgarter Brücke mit zwei unabhängigen und inspizierbaren Abdichtungsebenen über dem Brücken-Hauptträger realsiert. Hierbei erfolgt keine Durchdringung der Abdichtungsebenen durch Verbindungsmittel in den Blockträger Zu 2: Der Lösungsansatz zu Punkt 2 wird bei der Stuttgarter Brücke in zwei Lösungsvarianten umgesetzt: Zum einen in Form der Variante A, d.h einem entzerrten Widerlager- Hauptträgerübergang mit großem lichtem Abstand zwischen der Widerlagerrückwand bzw. dem Böschungsübergang und dem Stirnholzende des Hauptträgers. Zum anderen besteht der Lösungsansatz in der Variante B, welche die erstmalige Realisierung eines integralen voll eingespannten Widerlager-Hauptträgerübergangs mit kontinuierlichem Übergangsbereich in Form eines Holz-Stahlbeton-Verbundstoßes darstellt. Zu 3: Die einfachen Begutachtungsmöglichkeiten werden durch konsequent realisierte Entkopplungen des Geh-/ Fahrbahnbelags und der Abdichtungsebenen vom Haupttragwerk erreicht. Mittels dezentraler Monitoringsysteme zur Holzfeuchte, zur Oberflächentemperatur, zu Dehnungen und Relativverschiebungen wird ein umfassendes wartungsfreundliches Bauwerksüberwachungssystem umgesetzt, näheres hierzu siehe [5]. Zu 4: Beim ausgeführten Douglasie-Holzbohlenbelag ist ein segmentweiser Austausch der Bohlenkonstruktion, die auf einer Folienabdichtung aufliegt, möglich. Der Holzhandlauf aus Lärche und die seitlichen Verkleidungsleisten, ebenfalls aus Lärche, sind aufgrund der Materialauswahl relativ langlebig, können aber im Bedarfsfall leicht demontiert und ersetzt werden. Aus Nachhaltigkeitsgründen wurde ein Holzbohlenbelag gewählt. Das Gesamtkonzept des Querschnittaufbaus ermöglicht jedoch ebenso Belagsdielen aus GFK-, WPC- Materialien sowie geschlossene Plattenbeläge aus Aluminiumprofil- oder Betonfertigteilplatten. 3. Experimentelle Voruntersuchungen zum integralen Holz-Beton-Widerlageranschluss Zu dem vorstehend zu Punkt 2 formulierten Lösungsansatz des integralen voll eingespannten Widerlager-Hauptträgerübergangs in Form eines Holz-Stahlbeton-Verbundstoßes, unter Verwendung in Holz eingeklebter und sodann im Beton vergossenen Bewehrungsstählen, wurden zur experimentellen Validierung des Bauprinzips, im Vorfeld der Errichtung der Stuttgarter Brücke, zwei großmaßstäbliche Bauteilversuche durchgeführt [3]. Im Falle der Volleinspannung eines massiven Brückenhauptträgers mit Querschnittsabmessungen von z.b. 0,5 m x 1-2 m ergibt sich die Erfordernis eine große Anzahl von Bewehrungsstäben in vergleichsweise enger Anordnung im Holzquerschnitt zu verkleben. Durch den Verguss der Stangen im Stahlbeton werden sodann im Übergangsbereich Holz/Beton schwind- und quellbedingte Formänderungen des Holzes einschließlich der hierin eingeklebten Stangen vollständig behindert, woraus Zwangsspannungen und ggf. Rissbildungen rechtwinklig zur Faserrichtung mit Ausdehnung in Brückenlängsachse entstehen können. Diese Zwangsspannungen können jedoch durch Querzugarmierungen mittels Vollgewindeschrauben aufgenommen werden. Hierbei kann bei größeren Querschnittsabmessungen auch mit Schraubenübergreifungen gearbeitet werden. Es wurden zwei Brettschichtholz-Stahlbeton-Prüfkörper in unterschiedlichen Konfigurationen und Bewehrungsdichten hergestellt. Bei beiden Prüfkörper betrugen die Querschnittsabmessungen (Höhe x Breite) jeweils 54 cm x 60 cm. Die Längen der Holzbauteile betrugen im Falle des Prüfkörpers P1 4 m und im Falle des Prüfkörpers P2 3,5 m. An jeweils eine der beiden Stirnseiten der BSH-Verbundbauteile wurden mittels Betonstabstählen unterschiedlich lange und unterschiedlich dimensionierte Stahlbetonteile aus Ortbeton anbetoniert. Holzseitig wurden die Betonstabstähle jeweils mit einem hierfür allgemein bauaufsichtlich zugelassenen Epoxidharzklebstoff [4] eingeklebt.

5 4. Internationale Holzbrückentage IHB 2016 Die Stuttgarter Brücke ein neuer Robustheitsansatz J. Hezel, S. Aicher 5 Bei dem Prüfkörper P1 schließt an den 4 m langen BSH-Träger ein 0,7 m langes Betonteil an, siehe Abbildung 1a. Die Verbindung erfolgte mittels insgesamt 15 Betonstahlstäben mit 16 mm Durchmesser. Hierbei sind 8 Betonstahlstäbe faserparallel und 7 Betonstabstähle zur Schubübertragung geneigt um ± 30 im Holzteil eingeklebt. Der Prüfkörper P2 unterscheidet sich im wesentlichen durch ein längeres Betonteil mit 1,5 m Länge sowie durch eine dichtere Betonstabstahlanordnung, siehe Abbildung 1b. Bei dem Prüfkörper P2 wurden insgesamt 36 Betonstabstähle eingeklebt, 28 davon faserparallel und 8 unter einem Neigungswinkel von 30. Es wurden durchweg Betonstabstähle B500B mit 16 mm Durchmesser verwendet, die Einklebelänge im Holz betrug einheitlich rd. 64 cm. Die infolge der klimatischen Lagerungsbedingungen und des Betonschwindens zumindest teilweise erwarteten Querzug-Rissbildungen im Holzquerschnitt waren nicht feststellbar. Diese Feststellung war auch bei dem integralen Brückenwiderlagerstoß, mit deutlich größeren Querschnittsabmessungen zu machen. Hier waren sodann 9 Monate nach Herstellung und Verguß auch nach teilweise direkter (unplanmäßiger) Bewitterung und nachfolgender Austrocknung keinerlei Rissbildungen sichtbar. a) b) Abbildung 1a und b: Schematische Darstellungen der Prüfkörper mit BSH-Stahlbetonvollstoß in Längs- und Querschnitt a) Prüfkörper P1 / b) Prüfkörper P2 Die Bilder in Abbildung 2a und b zeigen Ansichten des BSH-Stahlbeton-Stoßbereichs nach Erreichen der Tragfähigkeiten der Prüfkörper. Im Falle des primär betreffend Querkraftübertragung untersuchten Prüfkörpers P1 ist die im fortgeschrittenen Belastungszustand aufgetretene Querzugrissbildung speziell am oberen Trägerbereich des BSH-Verbundträgers deutlich sichtbar. Im Falle des Prüfkörpers P2 der im Hinblick

6 6 Die Stuttgarter Brücke ein neuer Robustheitsansatz J. Hezel, S. Aicher 4. Internationale Holzbrückentage IHB 2016 a) b) Abbildung 2a und b: Ansichten der Prüfkörper P1 und P2 mit BSH-Stahlbetonvollstoß im Bruchzustand auf Momenten- und Querkraftübertragung untersucht wurde, ist zum einen die Klaffung der Holz-Beton-Fuge im Biegezugbereich sowie die typische Rissbildung im Stahlbetonbereich zu sehen. Das Belastungsprotokoll der Versuche beinhaltete bei beiden Prüfkörpern mehrfache Be- und Entlastungszyklen bei zunehmend erhöhter Oberlast, um bei den quasi-statischen Versuchen die Schädigungsentwicklung bzw. Schädigungstoleranz besser bewerten zu können. Beide Prüfkörper versagten mit extrem duktilem Verhalten durch Fließen der Betonstabstähle und bei dem Prüfkörper P1 in einem sehr hohen Lastbereich durch Aufspalten des Holzes. Die erreichten Höchstkräfte betrugen beim Prüfkörper P1 840 kn und beim Prüfkörper P kn. Im Rahmen der vorstehenden knappen Diskussion der Validierung der Leistungsfähigkeit eines kraftschlüssigen BSH-Stahlbeton-Anschlusses, worüber ausführlicher in [3] berichtet ist, bleibt festzuhalten, dass bei geeigneter Wahl der Bewehrungsanordnung sowohl die Leistungsfähigkeiten des Brettschichtholzes wie des Stahlbetonbauteils vollständig ausgenutzt werden können. 4. Form und Aufbau der Stuttgarter Brücke Abbildung 3a zeigt die Brückenkonstruktion im Grundriss. Die im Grundriss einfach gebogene Brücke weist eine Gesamt(Abwicklungs-)länge von rd. 22 m auf. Das nordseitige Auflager ist als integraler Widerlager-Hauptträgerübergang mit einem biegesteifen Holz- Beton-Stoß ausgebildet, an das eine befahrbare Rampe anschließt. Das südliche Auflager besteht aus einem entzerrten Widerlager-Hauptträgerübergang mit auskragendem Trägerende. Im Scheitelpunkt der Krümmung liegt der Hauptträger, der aus einem monolithischen Brettschichtholz-Verbundbauteil der Festigkeitsklasse GL24h mit Querschnittsabmessungen von (Höhe x Breite) 0,4 m x 1,2 m besteht, auf einer Mittelstütze auf. Die Begeh-/ Befahrbarkeit (zur Aufbringung vertikaler und horizontaler (Bremskräfte) Testlasten) ist auf der Seite des integralen Stoßes mittels einer rd. 12 m langen Rampe realisiert. Der Zugang auf der Seite des entzerrten Übergangs erfolgt aus Platzgründen über eine rechtwinklig zur Brückenlängsachse angeschlossene Treppen-/Podestkonstruktion. Die Nutzbreite der Brücke beträgt 2 m. Abbildung 3b zeigt die Stuttgarter Brücke in einer Ansichtsskizze. Die Mittelstütze und die Pfeiler des südlichen Auflagers mit dem entzerrten Widerlagerübergang wurden mit jeweils 4 Schraubpfählen des Typs Krinner KSF M 140 bzw. KSF M 114 realisiert. Die einfach einbringbaren und unschwer vollständig rückbaubaren und sodann wiederverwendbare Schraubpfähle wurden speziell mit Blick auf das hohe Potenzial bei leichten Holzbrücken in ökologisch sensibler Umgebung gewählt. In diesem Sine lässt sich die Wahl der Brückenlager als ein Beispiel eines Übergangs von einem befestigten Uferbereich in ein Naturschutzgebiet mit dazwischenliegendem Bachlauf verstehen. Die Gründung des nördlichen Auflagers mit dem integralen Holz-Beton-Widerlagerübergang erfolgt mit einem Ortbetonfundament.

7 4. Internationale Holzbrückentage IHB 2016 Die Stuttgarter Brücke ein neuer Robustheitsansatz J. Hezel, S. Aicher 7 a) b) Abbildung 3a und b: a) Grundriss- und b) Ansichtsskizze der auf dem Gelände der MPA Universität Stuttgart realisierten vollmaßstäblichen Stuttgarter Brücke 4.1. Brückenüberbau Auf dem Brückenhauptträger ist auf Gefällekeilen aus Lärchen-BSH mit 4% Querneigung die erste Abdichtungsebene in Form einer diffusionsoffenen Unterspannbahn (Typ Bauder TOP Difuplus) aufgebracht. Darüber liegt eine 2 m breite und 63 mm dicke Holzwerkstoffplatte aus Furnierschichtholz mit Querlagen (LVL) auf 2 cm dicken Distanz-leisten auf. Die LVL-Platte kragt seitlich um jeweils 40 cm über den BSH-Primärträger über. Die zweite Abdichtungsebene ist sodann durch eine gewebe-verstärkte Kunst-stoffdichtungsbahn (Typ Wolfin M) realisiert, die unmittelbar auf der LVL-Platte aufliegt. Abbildung 4 zeigt schematisch den realisierten Querschnittsaufbau. Von wesentlicher dauerhaftigkeitsrelevanter Bedeutung ist, dass alle genannten Querschnittsschichten keinerlei Durchdringung mittels Verbindungsmitteln von oben in den BSH-Primärträger aufweisen. Abbildung 4: Querschnittsaufbau der Stuttgarter Brücke

8 8 Die Stuttgarter Brücke ein neuer Robustheitsansatz J. Hezel, S. Aicher 4. Internationale Holzbrückentage IHB 2016 Die Befestigung sowohl der Gefälle-keile wie auch der LVL-Platte erfolgt mittels Winkelverbindern an der Unterseite der Keile bzw. der LVL-Platte. In Abbildung 5 ist die Ausbildung der Verbindung der LVL-Platte mit dem BSH-Primärträger schematisch dargestellt. Wie ersichtlich ist das Brückendeck über seitlich an dem Hauptträger mittels Winkelverbindern angeschlossenen Flügelelementen, die ebenfalls aus Furnierschichtholzplatten der Dicke 63 mm hergestellt sind, mit dem BSH-Blockträger verbunden. Infolge der großen Länge und der Bogenform der Deckplatte wurde diese vor Ort aus 4 Plattensegmenten über Schäftungsverbindungen auf der Baustelle zu einer durchgehenden Platte verklebt. Der Geh- und Fahrbelag ist als konventioneller Holzbohlenbelag mit längslaufenden Lagehölzern (Douglasie) ausgebildet und liegt ohne Durchdringung der Abdichtungsebene auf der LVL-Platte bzw. genauer auf Pressschichtstoff-Unterlagen die auf der 2ten Abdichtungsebene liegen, auf. Durch die unterschiedlich hohen Lagehölzer wird das Quergefälle ausgeglichen, so dass der Bohlenbelag keine Querneigung mehr aufweist. Die Lagesicherung des Bohlenbelags erfolgt hierbei über seitliche Befestigung an den Geländerpfosten. Seitlich schließt unter dem Brückendeck bzw. an der Unterseite der LVL-Platte eine Lärchenschalung aus Rhombusleisten an, die als Bewitterungsschutz der Flügelelemente und des BSH-Blockträgers angebracht sind. Der seitliche Überstand und die zusätzlich vorgesehene seitliche Verkleidung stellen einen zuverlässigen Bewitterungsschutz des Hauptträgers dar. Die Holzbohlen können als Verschleißteile bei Bedarf segmentweise mit den Lagehölzern ausgetauscht werden. Ebenso ist die Lärcheschalung einzeln oder bei Bedarf segmentweise leicht demontier- und ersetzbar Geländeranschluss Ein weiteres wesentliches Merkmal zur Erhöhung der Robustheit betrifft die Wahl der Befestigung der Geländerpfosten. Die Geländerpfosten sind als IPE 80 Profile bzw. Flachstahlprofile 70 x 15 mm ausgebildet und mittels seitlich angeschraubten Stahl-schwertern an den LVL-Flügelelementen mittels Schraubverbindungen befestigt. Schraubverbindungen wurden deshalb gewählt, um gegebenenfalls eine Demontage einzelner Bauteile durchführen zu können. Auf eine unmittelbare seitliche Befestigung der Geländer-elemente an dem Brückenhauptträger wurde verzichtet. In Abbildung 5 ist das Prinzip des seitlichen Anschlusses der Geländerpfosten skizziert. Die Geländerpfosten wurden aus Kostengründen in feuerverzinkt ausgeführt und aus optischen Gründen anthrazit gestrichen. Abbildung 5: Detailskizze des Brückenaufbaus und des Geländeranschlusses

9 4. Internationale Holzbrückentage IHB 2016 Die Stuttgarter Brücke ein neuer Robustheitsansatz J. Hezel, S. Aicher Entzerrter Widerlagerübergang Abbildung 6 zeigt schematisch den entzerrten Brückenwiderlagerübergang mit großem lichtem Abstand der geneigten und abgedeckten Stirnfläche des Hauptträgers zur Widerlager-Rückwand bzw. zum Übergangbereich. Der Übergang vom Widerlager bzw. vom Podest zum Holzbohlenbelag erfolgt mittels eines Stahlrosts, der auf Winkelprofilen, die in der Widerlagerwand befestigt sind, aufliegt. Der Holzbohlenbelag kragt über das Hauptträgerende aus und schützt so die Hauptträgerstirnfläche vor Bewitterung. Für Begutachtungszwecke und zur Sicherheit gegen Feuchteansammlung durch Bewuchs wurde ein großer Abstand zwischen Widerlagerwand und Trägerende (Hirnholzbereich) gewählt. Im unmittelbarem Zusammenhang mit der Entzerrung des Hauptträgerendes respektive dessen Hirnholzflächen von der Abbildung 6: Entzerrter Widerlagerübergang klassischen Widerlagerrückwand steht der Sachverhalt, dass das Auflager des nunmehr auskragenden Brückenhauptträgers, und die ausschließlich/überwiegend für die Übertragung der Verkehrslast vom Ufer zur Brücke erforderlichen Widerlager- Rückwand, vollständig entkoppelt wurden. Dieser Aspekt hängt wesentlich von den jeweiligen geologischen und lokal-geographischen Randbedingungen des Auflager-Übergangsbereichs ab Integraler Widerlager-Hauptträgerübergang Als zweite Widerlagervariante wurde am nordöstlichen Auflager der integrale Widerlager- Hauptträgerübergang mit kontinuierlichem Übergangsbereich in Form eines Holz-Stahlbeton-Verbundstoßes ausgeführt. Die Verbindung des Holzträgers mit dem Stahlbetonwiderlager erfolgt holzseitig mit eingeklebten Betonstabstählen, die sodann in den auskragenden Widerlagerbereich einbetoniert werden. Die Hirnholzfläche des Holzträgers wurde mittels eines wasserabweisenden Hirnholzschutzanstrichs gegen Abbildung 7: Schematische Schnittskizze des integralen Widerlagerübergangs Betonierphase geschützt. Das Feuchteeintritt während der aus dem Stahlbetonbrückenbau übernommene Konstruktionsprinzip eines lagerfreien, fugenlosen kontinuierlichen Widerlager-Hauptträger-Übergangs, siehe Schemaskizze in Abbildung 7, ermöglicht die Vermeidung einer Vielzahl der klassischen Problemstellungen der Brückenwiderlager- und -fugenausbildung. Der Stoßbereich wird hierbei ohne Dehnfuge ausgebildet. Das Konstruktionsprinzip des integralen Widerlager-Hauptträger-Übergangs/Anschlusses weist für Holzbrücken im Vergleich zu Stahlbetonbrücken zusätzlich erhebliche Vorteile auf, da die gegenläufigen thermischen und hygrischen Längsdehnungen von Holzträgern in Summe deutlich geringer sind als bei Betonbauteilen, deshalb geringere Zwangsspannungen auftreten, und somit auch über sehr große Längen ohne Rissbildungen realisierbar sind.

10 10 Die Stuttgarter Brücke ein neuer Robustheitsansatz J. Hezel, S. Aicher 4. Internationale Holzbrückentage IHB 2016 Beide Abdichtungsebenen überdecken den Stoßbereich und den gesamten Bereich bis zur Rückwand des Stahlbetonwiderlagers fugenlos. Aufgrund der frei wählbaren Ausformung des Stahlbetonprofils zwischen Widerlager und Hauptträger kann das Holz-Haupttragwerk stets mit ausreichendem Abstand zur Geländeoberfläche ausgeführt werden, sodass Gefährdungen durch Laub, Erde, Splitt und Schnee (LESS) Ansammlungen ausgeschlossen werden können. Das Einkleben der Bewehrungsstäbe in den blockverklebten BSH-Brückenhauptträger erfolgte seitens Mitarbeiter der MPA Universität Stuttgart. Die in Abbildung 8 gezeigten Bilder veranschaulichen zusammenfassend Ausschnitte des Herstellvorgangs des Holz-Beton-Widerlagerübergangs der Stuttgarter Brücke. Im Einzelnen zeigt Abbildung 8a die Anordnung der Bohrungen für die horizontalen und diagonalen Betonstabstähle. Abbildung 8b zeigt eine Detailaufnahme der aus dem Holzblock austretenden Betonstabstähle, an denen teilweise Dehnungsmesstreifen angeklebt und verkabelt sind (Kabelaustritte bei den Stahlstäben 3 und 4 v. links). Abbildung 8c zeigt den Verklebungsvorgang der Betonstabstähle im Holzbauteil und Abbildung 8d zeigt die fertige Bewehrungsanordnung. Das Einkleben der Bewehrungsstäbe in den blockverklebten BSH-Brückenhauptträger erfolgte seitens Mitarbeiter der MPA Universität Stuttgart. Abbildung 8e zeigt das Einheben des BSH-Hauptträgers in die vorbereitete Schalung und Abbildung 8f zeigt die um die Querbügel ergänzte Bewehrung im Bereich des Holz-Beton-Stoßes. Der Abschluss der Herstellung des integralen Holz- Beton-Widerlagers ist in den Abbildungen 8g mit der Höhennivellierung des Widerlagerbetons und in 8h mit dem Ausschalen nach Erhärtung des Betons gezeigt. a) b) c) d)

11 4. Internationale Holzbrückentage IHB 2016 Die Stuttgarter Brücke ein neuer Robustheitsansatz J. Hezel, S. Aicher 11 e) f) g) h) Abbildung 8 a-h: Ansichten aufeinanderfolgender Herstellungsschritte des integralen Holz-Beton-Widerlagerübergangs der Stuttgarter Holzbrücke 5. Monitoring an der Stuttgarter Holzbrücke Das Monitoringkonzept verfolgt zunächst das Ziel des wissenschaftlichen Erkenntnisgewinns, wobei insbesondere die Spannungsverteilung auf Grund von Eigen- und Verkehrslasten sowie die unterschiedlichen Querverformungen zwischen Stahlbetonauflager und Holzbrückenträger im Bereich des integralen Stoßes von Interesse sind, vgl. Abbildung 9. Um ein realistisches Bild der tatsächlich wirkenden Kräfte unter Belastung zu erhalten werden die Längsdehnungen ( ) der im Blockquerschnitt eingeklebten Bewehrungsstäbe für Zug- und Querkraftaufnahme an insgesamt acht Stäben (jeweils 2 im Zug- und Druckbereich je Belastungsart), Die Schubdehnungen ( ) aus Querkraft und Torsion an den beiden vertikalen Querschnittsseiten am Ende der eingeklebten Stangen, Die Längsdehnungen ( ) infolge Biegemoment am oberen und unteren Rand an jeweils zwei Messstellen am Ende der eingeklebten Stangen, Die Querdehnungen ( ) infolge Torsionsmoment an der Oberseite und an beiden vertikalen Querschnittsseiten am Trägerende gemessen.

12 12 Die Stuttgarter Brücke ein neuer Robustheitsansatz J. Hezel, S. Aicher 4. Internationale Holzbrückentage IHB 2016 Abbildung 9: Querschnitt des integralen Stoßes mit eingezeichneten Sensorpositionen. Weitere Informationen über die Querkraftabtragung und deren Verteilung auf Normalkräfte in den schrägen Stangen und auf Scherkräfte in allen Stangen (Schubnocken) soll die Überwachung der vertikalen Relativverschiebung ( l) zwischen Holzträger und Betonauflager liefern. Die Überwachung der horizontalen Verschiebung/der Spaltbildung ( l) zwischen Holzträger und Betonwiderlager am oberen Querschnittsrand soll indirekt Informationen über die Klebverbindung zwischen den auf Zug belasteten Betonstahlstangen und dem Holzquerschnitt liefern. Die Beobachtung der Temperatur (T) in der Epoxid-Verklebung der Stangen ermöglicht einen Abgleich mit Kriechprozessen, die häufig durch Wärme beschleunigt werden. Des Weiteren ist die Gesamtlängenänderung der Brücke infolge von klimatischen und statischen Einwirkungen im Hinblick auf die Erstellung von Brücken mit beidseitigem Integralen Stoß von Interesse, da diese dann zu Zwangsspannungen führen würde. Diese wird mittels der Überwachung der Horizontalverschiebung am beweglichen Auflager gemonitort. Darüber hinaus liegen bislang kaum Daten über die Holzfeuchteverteilung und -entwicklung im Inneren eines großen Blockquerschnitts vor, insbesondere nicht im Fall von Nutzungsklasse 2 (bis 3) Szenarien. Diese wird durch insgesamt zehn punktuelle Feuchtesensoren in verschiedenen Querschnittstiefen ständig ermittelt. Das zweite wichtige Ziel der Bauwerksüberwachung besteht ganz allgemein in dem Erhalt des Bauwerks an sich. Obwohl Dehnungs- und Wegsensoren auch Rückschlüsse auf Schädigungen zulassen, steht hierbei vor allem eine mögliche feuchtebedingte Schädigung im Vordergrund, die mittels der folgenden Maßnahmen verhindert werden soll: Die Überwachung von Temperatur und relativer Feuchte der Umgebungsluft sowie der Oberflächentemperatur erlaubt den Abgleich mit den erwarteten Nutzungsklasse 2 Klimabedingungen und ermöglicht Korrelationen mit der Holzfeuchte und der Auflagerverschiebung. Die Überwachung der Holzfeuchte in der Holz-Beton-Fuge am oberen Querschnittsrand, sowohl punktuell als auch linear über die gesamte Querschnittsbreite, sollen eine unmittelbare Reaktion auf einen extrem unwahrscheinlichen Wassereintritt in diesen sensiblen Bereich ermöglichen.

13 4. Internationale Holzbrückentage IHB 2016 Die Stuttgarter Brücke ein neuer Robustheitsansatz J. Hezel, S. Aicher 13 Das Monitoring von freiem Wasser mittels Liniensensoren an der bezüglich der Querschnittsbreite tiefsten Stelle der unteren wasserführenden Schicht ermöglicht schnelle Korrekturen im Fall eines Dichtheitsversagens der oberen wasserführenden Schicht, womit ein Schaden der Primärtragstruktur ausgeschlossen werden kann. Eine ausführlichere Erläuterung zum Monitoringkonzept und den Details des Monitorings der Stuttgarter Brücke finden sich in [5] und werden in Verbindung mit Messergebnissen in einem folgenden Beitrag vorgestellt. 6. Ausblick Der Prototyp der Stuttgarter Holzbrücke ist auf dem Gelände der MPA Universität Stuttgart errichtet, öffentlich zugänglich und jederzeit inspizierbar. Der bei der Brückenausführung gewählte statische Lösungsansatz eines erstmals in Holzbauweise ausgeführten integralen voll eingespannten Widerlagerstoßes unterliegt mittels des implementierten Monitoringsystems einer kontinuierlichen dezentralen Echtzeitüberwachung der Dehnungen respektive der Schnittgrößen im Verbindungsbereich. Hierbei wird unter anderem auch überprüft, ob sich bedingt durch das unterschiedliche Dehnungsverhalten von Holz und Stahlbeton rechtwinklig zur Achse der eingeklebten/einbetonierten Stäbe langzeitig Rissbildungen einstellen. Die Monitoringergebnisse zur Feuchte werden Aufschluss über die Feuchteverteilung in großen Blockträgerquerschnitten liefern. Die im Hinblick auf die Vermeidung häufiger Holzbrückenschäden stringent ausgeführten Details bei den Geh-/ Fahrbahnbelägen in Verbindung mit einer zweiten Abdichtungsebene und dem Ausschluss jeglicher Verbindungsmittel-Durchdringungen von oben, garantieren eine dauerhafte und robuste Holzbrücke. 7. Danksagung Der Bau der Stuttgarter Holzbrücke auf dem Gelände der MPA Universität Stuttgart wäre ohne das extreme Engagement der nachfolgend genannten Personen, denen hierfür herzlich gedankt wird nicht realisierbar gewesen: Gordian Stapf, Nena Leitschuh, Kai Simon, Dessislava Panova, Roland Falk, Martin Hentschke, Max Henning, Jan Hamming und Nickolai v. Ruckteschell. Dem Land Baden Württemberg, vor allem dem Ministerium für ländlichen Raum und hierbei insbesondere den Herren Panknin, Deines und Wetzel sowie dem Landesbeirat Holz Baden-Württemberg e.v. und proholzbw GmbH, vertreten durch den Geschäftsführer Herrn Maraun, wird für die aktive Beförderung der beiden grundlegenden EFRE-Forschungsvorhaben und die hiermit verbundene finanzielle Unterstützung großer Dank geschuldet. Die Umsetzung des Bauvorhabens wurde wesentlich durch großzügige Spenden der Industrie ermöglicht. An dieser Stelle sei den unterstützenden Firmen, die nachfolgend in alphabetischer Reihenfolge genannt sind, unser Dank ausgedrückt. Adolf Würth GmbH & Co. KG GODEL-BETON GmbH HECO-Schrauben GmbH & Co. KG Holzwerk Gebr. Schneider GmbH IB Rief, Ingenieurberatung KRINNER Schraubfundamente GmbH MERK Timber GmbH Metsä Wood Deutschland GmbH Paul Bauder GmbH & Co.KG Rettenmaier Holzindustrie Hirschberg GmbH Schaffitzel Holzindustrie GmbH + Co. KG SIMPSON STRONG-TIE GmbH Ulrich Lübbert Warenhandel GmbH & Co. KG

14 14 Die Stuttgarter Brücke ein neuer Robustheitsansatz J. Hezel, S. Aicher 4. Internationale Holzbrückentage IHB Literaturangaben [1] Aicher, S., Leitschuh, N. und Hezel, J. (2015): Schlussbericht Forschungsvorhaben Stuttgarter Holzbrücke [2] Aicher, S. und Leitschuh, N. (2015): Geh- und Radwegbrücken aus Holz Ergebnisse und Konsequenzen aus 100 Brückenbegutachtungen, Tagungsband 3. Stuttgarter Holzbausymposium 2015 [3] Hezel, J., Aicher, S. und Helbig T. (2015): Integraler, geklebter Holz-Beton- Widerlagerstoß, Tagungsband 3. Stuttgarter Holzbausymposium 2015 [4] Z (2014): Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung 2K-EP-Klebstoff WEVO-Spezialharz EP 32 S mit WEVO Härter B 22 TS zum Einkleben von Stahlstäben in Holzbaustoffe, Deutsches Institut für Bautechnik, Antragsteller: WEVO- Chemie GmbH, Ostfildern-Kemnat [5] Stapf, G., Lehmann, F. und von Ruckteschell, N. (2015): Neuzeitliche Bauwerksmonitoringkonzepte und Realisierungen, Tagungsband 3. Stuttgarter Holzbausymposium 2015