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Neue 127 Meter lange Brücke in Stuttgart hängt an Schweizer Carbon-Seilen - Brückenschlag in der Nacht vom 3. Mai 2020

Am 3. Mai 2020 wird eine 127 Meter lange Eisenbahnbrücke über die Autobahn A8 bei Stuttgart geschoben, deren 72 Hängeseile komplett aus kohlenstofffaser-verstärktem Kunststoff (CFK) bestehen. Dieser ultraleichte und trotzdem enorm stabile Werkstoff wurde massgeblich an der Schweizer Empa entwickelt und kommt seither in immer mehr Bauwerken zum Einsatz.

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In der Nacht vom 3. Mai findet grosser Brückenschlag in Stuttgart statt

In der Nacht vom Sonntag, 3. Mai, findet in Stuttgart ein spektakulärer Brückenschlag statt: Die Stuttgarter Strassenbahnen AG (SSB) verlängert die Stadtbahnlinie U6 von Stuttgart-Fasanenhof bis zum Flughafen. Dazu ist eine 127 Meter lange Brücke über die Autobahn A8 erforderlich. Der Brückenbogen und die Fahrbahnplatte wurden in den vergangenen Monaten direkt neben der Autobahn hergestellt. Die filigrane Netzwerk-Bogenbrücke besteht aus zwei parallelen Stahlbögen und der an Carbon-Hängern aus der Schweiz abgehängten Betonfahrbahnplatte. Die Bauleute werden den Koloss von rund 1500 Tonnen um 3:00 Uhr morgens über die gesperrte Autobahn schieben.Die 72 wie Spinnfäden wirkenden Carbon-Hänger der Firma Carbo-Link AG in Fehraltorf, ein Spin-off der Empa, wiegen insgesamt lediglich 1675 Kilogramm.

Ein seltener Brückentyp

Seinen Anfang nahm das Projekt bereits 2012, als das Ingenieurbüro schlaich bergermann partner (sbp) aus Stuttgart den Wettbewerb für die Autobahnüberquerung der Stadtbahnlinie U6 mit ihrer eleganten Netzwerk-Bogenbrücke gewann. Im Gegensatz zu einer klassischen Stabbogenbrücke mit vertikalen Hängern überkreuzen sich die schräg angeordneten Hänger, und es entsteht der Eindruck eines feinen Seilnetzes. Eine Netzwerk-Bogenbrücke wirkt statisch wie ein Fachwerkträger, sie ist im Vergleich zu Stabbogenbrücken mit vertikalen Hängern steifer. Das heisst, die Durchbiegung unter Verkehrslast ist geringer. Dies ist besonders für Eisenbahnbrücken von Bedeutung: Sind die Durchbiegungen unter der Last eines Zugs zu gross, verkrümmen sich die Schienen, und der Zug kann entgleisen.

Trotz dieses Vorteils wurden bisher nur wenige Brücken dieses Typus realisiert, da es mit den Stahlhängern verschiedene Probleme gab, vor allem bezüglich Ermüdung. Auch der Wettbewerbsentwurf von sbp beinhaltete zunächst Stahlseile als Hänger. Doch die Bauherrschaft zögerte mit dem Bau. Sie schätzte zwar die Eleganz der Brücke und insbesondere die stützenfreie Überquerung der acht Autobahnspuren. Die Kosten erachtete sie indes als zu hoch.

Die Lösung: Hänger aus CFK

Ausschlaggebend war schliesslich eine Idee von Lorenz Haspel aus dem sbp-Team, die Stahlseile durch vorgespannte Carbon-Hänger zu ersetzen, oder materialwissenschaftlich korrekt ausgedrückt: Hänger aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK). Zum Erstaunen aller liessen sich die Kosten dadurch sogar senken. 

100 Jahre in wenigen Monaten simulieren

Ende September 2016 lieferte Carbo-Link die Prototypen, und im Oktober begann Motavallis Team mit den mechanischen Versuchen. Die wichtigste Aufgabe bestand darin, an den CFK-Hängern 100 Jahre Bahnbetrieb zu simulieren – innert weniger Monate. Kurz vor Weihnachten 2018 entschieden sich die Verantwortlichen für die zukunftsweisende Technologie.

Eine Weltpremiere im Brückenbau

Nun wird am kommenden Sonntag die weltweit erste grosse Brücke, die vollständig an CFK-Zuggliedern hängt, errichtet – eine Weltpremiere, zu der Carbo-Link und die Empa viel beitrugen. Mitte April erfolgte der Einbau der 72 CFK-Hänger. Dieser konnte, aufgrund des geringen Gewichtes, ohne Kran und mit lediglich drei Bauarbeitern durchgeführt werden.

Die CFK-Hänger der Stuttgarter Stadtbahnbrücke dürften für zukünftige Netzwerk-Bogenbrücken wegweisend sein. Es dürfte für CFK-Zugglieder aber noch weitere Nischen geben, in denen sie gegenüber Stahl nicht nur technisch, sondern auch kommerziell konkurrenzfähig sind. 

Quelle: Eidg. Materialprüfungs- und Forschungsanstalt EMPA
Bild: Foto: L. Haspel, sbp Stuttgart

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