Sanierung Eisenbahnbrücke Leipzig

1. Allgemeines

Die denkmalgeschützte Eisenbahnbrücke in Leipzig, Linkelstraße muss durch Änderung der Gleislagen mehr Verkehrslast aufnehmen, als ursprünglich vorgesehen. Bild 1 zeigt eine Ansicht der Brücke:

Bild 1: Ansicht Brücke Linkelstraße

Offensichtlich handelt es sich um eine Fachwerkbrücke mit bogenförmigem Untergurt.
Um zunächst einen Überblick über die Art der globalen Beanspruchungen unter den UIC - Lasten zu bekommen, wurde das Gesamtsystem im vorliegenden Zustand untersucht, vgl. Bild 2.
Bild 2: System der gesamten Brücke

Durch die größere Belastung treten nunmehr Überbeanspruchungen der Fachwerk-Untergurte auf. Das beauftragte Ingenieurbüro hatte deshalb als Lösung eine durchgehende Verstärkung der Untergurte vorgeschlagen und ausgearbeitet. Der bestehende Untergurt wird dabei über 2 Winkel mit dem dazwischengesteckten Knotenblech verbunden. Die Zulage-Flachbleche sind mit den Winkeln vernietet. Die Bauaufgabe bestand deshalb darin, die vorhandenen Niete auszubohren, ein Zulageblech passend zu bohren und dann das neue Zulageblech mit Schrauben an der bestehenden Konstruktion zu befestigen. Die Niete mussten vor Ort mit der Hand gebohrt werden,. Es liegt auf der Hand, dass dabei kein sauberes, planmäßiges Loch entsteht, sondern eines, das Überweiten aufweist. Es wäre dabei sehr fraglich, ob die bestehenden Konstruktionselemente des Gurtes überhaupt noch, wie geplant, zusammenwirken würden. Der damalige Leiter des EBA-Halle, Herr Demele, stoppte deshalb die Arbeiten und bat mich, einen alternativen Sanierungs-Vorschlag auszuarbeiten. Die Lösung war relativ einfach und konnte mit drastisch geringem Aufwand ohne Schädigung des bestehenden Brückengefüges und ohne große Straßenbehinderung ausgeführt werden.
Vor jeder Therapie steht die Diagnose. Diese war im vorliegenden Fall relativ einfach zu bestimmen. Bild 3 ist zu entnehmen, dass die Untergurtspannungen vor allem im Auflagerbereich durch eine nicht mehr in Richtung des Untergurtbogens verlaufende Bogenauflagerkraft zustandekam. Die Komponenten der Auflagerkraft erzeugen nunmehr ein Biegemoment am ersten Knotenpunkt des Bogengurtes, wie beispielhaft auf der linken Seite des Systems dargestellt ist.

Bild 3: Statisches System des Brückenhauptträgers

Das Biegemoment am ersten Knoten ergibt sich zu: . Insbesondere die vertikale Komponente hatte durch die Veränderungen zugenommen. Die Therapie war in Anbetracht der Lage vergleichsweise einfach: Es wurde lediglich ein weiterer Diagonalstab eingezogen, der die Vertikallast aus dem Knotenpunkt nach oben, zum Auflager der Längsträger abhängte. Im Bild 2 ist dies auf der rechten Seite dargestellt. Selbstverständlich wird der Zusatzstab auf beiden Seiten der Brücke symmetrisch eingebaut. Der Zusatzstab wurde zusätzlich geeignet vorgespannt, um den Knotenpunkt zusätzlich zu entlasten.

Da das o.a. statische Modell die verwickelten Verhältnisse des dreidimensionalen, kompakten Knotenpunktes nur sehr unvollkommen wiedergibt, wurde im Anschluss an die Lösung die Situation noch einmal mit Hilfe der Finite-Element-Methode (FEM) durchleuchtet. BIld 4 zeigt ein Foto des in Rede stehenden Knotens mit Blickrichtung vom Bogenuntergurt auf Knoten und Vertikalstab, Bild 5 ein Konstruktionsmodell der einzelnen Komponenten. Beide Bilder sind in etwa in der gleichen Perspektive dargestellt

Bild 4: Foto des Knotenpunktes Bild 5: Konstruktionsmodell der Komponenten

Im folgenden Bild 6 ist der Spannungsverlauf im unverstärkten Zustand berechnet nach linearer Theorie dargestellt. Man erkennt hohe, lokale Spannungsspitzen weit üoberhalb der Streckgrenze. Bei Berücksichtigung der werkstofflichen Nichtlinearität (Fließen) werden die hohen Spannungsspitzen auf das NIveau der Streckgrenze abgebaut, dafür wächst die plastische Zone an. Auch dies wurde untersucht.

Bild 6: Spannungszustand im kritischen Knoten im unverstärkten Zustand

In Bezug auf die hier stets zu berücksichtigende Ermüdung sind solch hohe Spannungsspitzen natürlich nicht tolerabel.

Im folgenden Bild 7 ist die SItuation mit eingebautem Zusatzstab dargestellt. Dieser ist im unteren Bereich nicht dargestellt, um die die Übersicht nicht zu verwirren. Er wird aus geometrischen Gründen oberhalb des Knotenbleches an die vertikale Druckstrebe angeschlossen.

Bild 7: FE-Modell mit eingepasstem Zusatzstab

Ebenso kann auch oben nicht in der Auflagerachse angeschlossen werden, deshalb wurde auch hier eien Exzentrizität zugelassen, um den Arbeitsaufwand zu minimieren. Die entstehenden Zusatzmomente sidn durch die ohnehin dreidimensionale, kompakte Ausbildung der Knotenpunkte gering. Die Vorspannung wirds durch eine Temperaturreduktion simuliert.