Fertigung von Gesimskappen
Optimierte Lösung aus Konsole und Verankerung
Weißenhorn (ABZ). – In Deutschland ist in den nächsten Jahren mit einem erhöhten Bedarf an Neubauten und Sanierungen von Brücken zu rechnen. Damit wird auch die Anzahl der zu fertigenden Gesimskappen zunehmen. Für deren Rückbau und Herstellung werden üblicherweise Konsolgerüste verwendet, die am Bauwerk verankert werden. Bei der Planung muss die Baustellensituation richtig erfasst und ein geeignetes Konsolgerüst einschließlich Verankerung gewählt werden, um Risiken und Kosten zu minimieren und um Bauverzögerungen zu vermeiden. Peri bietet ein geschlossenes System aus Konsole und Verankerung, das die Planungs- und Arbeitssicherheit steigert und letztendlich Kostenersparnisse mit sich bringt.
In Deutschland existieren etwa 106000 Straßenbrücken für den öffentlichen Kraftfahrzeugverkehr. 67.000 dieser Brücken befinden sich in kommunaler Baulastträgerschaft[¹]; 39 500 gehören zum Bundesfernstraßennetz, dem Netz der Autobahnen und Bundesstraßen[²]. Ein Großteil aller Brücken ist älter als 40 Jahre.
Der hohe Investitionsrückstand bei den kommunalen Brücken ist bekannt, er ist durch Haushaltsdefizite in vielen Gemeinden bedingt. Im Bericht des Deutschen Instituts für Urbanistik wird ein Investitionsbedarf von 10,7 Mrd. Euro bis zum Jahr 2030 genannt. Brücken unter Baulast der Länder und des Bundes sind im Schnitt erheblich größer als kommunale Brücken. Der Investitionsbedarf dürfte hier daher eher noch höher sein. Die Straßenbauverwaltung schätzt den Ertüchtigungsbedarf allein für die rund 400 großen Brücken im Verlauf von Bundesfernstraßen in Nordrhein-Westfalen auf 4,5 Mrd. Euro in den nächsten zehn Jahren.
Über 70 % der bundesdeutschen Brücken für den öffentlichen Kraftfahrzeugverkehr bestehen aus Beton. Die zu erwartenden Investitionen in den nächsten Jahren werden vor allem in die Sanierung dieser Brücken und damit auch in die Sanierung ihrer Gesimskappen fließen.
Gesimskappen – auch Brückenkappen genannt – bilden den seitlichen Abschluss einer Brücke. Sie haben keinen direkten statischen Nutzen. Ihre Hauptaufgabe ist neben dem Schutz der Brückenabdichtung die Gewährleistung eines optisch attraktiven seitlichen Abschlusses. Kappen gleichen Bauwerksungenauigkeiten aus, die während der Bauphase entstanden sind. Darüber hinaus bieten sie Platz für Fußgänger zur Überquerung der Brücke und für die Befestigung einer seitlichen Absturzsicherung. Für die Herstellung von Gesimskappen in Ortbetonbauweise kommen je nach Kappengeometrie, Brückenlänge und Brückenart unterschiedliche Bauhilfskonstruktionen aus Holz oder Stahl zum Einsatz. Die herstellende Firma kann neben der klassischen zimmermannsmäßigen Lösung auf eine Reihe von Systemlösungen unterschiedlicher Anbieter zurückgreifen.
Bei längeren Brücken lassen sich verfahrbare Systeme mit unten oder oben laufender Konstruktion verwenden. Die Betonage erfolgt hierbei abschnittsweise. Eine weitere Möglichkeit ist der Einsatz von unverschieblichen Konsolgerüsten, die über die gesamte Länge an der Brücke befestigt werden. Die Gesimskappe wird in diesem Fall am Stück betoniert.
Die Befestigung all dieser Systeme an das Brückentragwerk muss mit bauaufsichtlich zugelassenen Verankerungen erfolgen. Bei Neubauten können die Anker – unter Beachtung der erforderlichen Betondeckung – als Einbauteil im Zuge der Brückenherstellung mit einbetoniert werden. Ihre Tragfähigkeit ist meist sehr hoch und die Montage unproblematisch.
Für den Sanierungsfall ist es ungleich schwieriger, geeignete Verankerungen zu realisieren. Die dem verantwortlichen Tragwerksplaner zur Verfügung stehenden Produkte sind häufig sehr teuer, arbeitsintensiv in der Montage und Demontage oder sie besitzen nicht die notwendige Tragfähigkeit.
Für Konsolen zur Herstellung von Brückenkappen gibt es bisher nur wenige "geschlossene Systemlösungen". Unter einer "geschlossenen Systemlösung" wird in diesem Zusammenhang eine typengeprüfte Konsole mit aufeinander abgestimmten Bauteilen verstanden. Dabei deckt die Typenprüfung nicht nur einen Sonderfall ab, sondern betrachtet die baustellentypischen Randbedingungen. Die wichtigste Komponente einer "geschlossenen Lösung" ist die Verankerung im Beton einschließlich einer Zulassung. Idealerweise gehören hierzu eine Einbaulösung für den Neubau und eine Lösung für die nachträgliche Verankerung z. B. im Sanierungsfall.
Bei Konstruktionen, die an der Unterseite der seitlichen Brückenkragarme befestigt werden, haben die Querneigung der Kragarmunterseite ?Q und die Brückenlängsneigung ?L einen erheblichen Einfluss auf die Schnittgrößen im Konsolgerüst. Ein weiterer Effekt der Brückenneigungen sind zusätzliche Lasten auf die Verankerung. Vor allem die zusätzliche Zugkraft ist oft größer als die Zugkraft, die sich bei Vernachlässigung der Neigungen ergeben würde. Die Neigungen bestimmen daher maßgeblich die maximalen Einflussbreiten und damit auch die maximal zulässigen Konsolabstände.
Die Bemessungsunterlagen, die der Hersteller der Konsolen dem Bauunternehmer zur Verfügung stellt, sollten Angaben darüber enthalten wie sich die Längs- und die Querneigung auf die Konsole und auf die Verankerungskräfte auswirken. Fehlt dies muss unter Umständen für jeden Einzelfall eine gesonderte Statik erstellt werden. Hierbei können erhebliche Zusatzkosten entstehen.
"Der Grundsatzausschuss für fachübergreifende Fragen der Brauchbarkeits- und Verwendungsnachweise (GA 1) des DIBt hat in seiner Sitzung vom 5. September 2001 beschlossen, dass der Nachweis der Verwendbarkeit für die Verankerung von Klettergerüsten (bestehend aus Kletterschalung und Arbeitsbühne) durch eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung oder eine Zustimmung im Einzelfall zu erbringen ist"[³]
Unter dem Begriff "Verankerung von Klettergerüsten" ist die temporäre oder ständige Verankerung von Konsolgerüsten, darunter fallen auch Kletterschalungen, Gesimskappenschalungen und sonstige Spezialgerüste, zu verstehen.
Lasteinleitungsmittel (z. B. Einhängeringe oder Aufhängeschuhe) leiten die Last von der Konsole in die Verankerung. Dabei sind Exzentrizitäten zu berücksichtigen, durch die die inneren Lasten erheblich größer werden können als die äußeren Lasten. Aus diesem Grund schreiben einige Ankerzulassungen vor, welche Konsolgerüste und welche Lasteinleitungsmittel mit der Verankerung kombiniert werden dürfen. Weiterhin enthalten sie Angaben u. a. über den zulässigen Anwendungsbereich, die Mindestbetonfestigkeit zum Zeitpunkt der Belastung, die erforderlichen Randabstände und Einbindetiefen und Angaben zur Montage und Demontage bzw. zur eventuellen Wiederverwendbarkeit.
Besonderes Augenmerk ist auf die Einbindetiefe zu richten, da diese nach dem Einbau oftmals nicht mehr zu kontrollieren ist. Ein geeignetes Verankerungssystem verringert die möglichen Fehlanwendungen und ermöglicht Kontrollen. Am Ende der Montagearbeiten werden die Anker meist nur teilweise wieder ausgebaut und die Ankerlöcher verschlossen. Hierbei ist zu beachten, dass für die im Beton von Brückentragwerken verbleibenden Stahlteile die vorgeschriebene Mindestbetondeckung nicht unterschritten werden darf.
Üblicherweise werden Gerüstkonsolen mit Schrauben oder Ankerstabstählen an den einbetonierten Ankern befestigt. Die Querkräfte werden über die Länge der Betondeckung von der Konsole in den Anker geleitet. Die auftretenden Querkräfte können je nach Kappengeometrie und nach Längs- und Querneigung der Brücke sehr hoch sein. Einige Ankerstabstähle besitzen keine Zulassung, die es erlaubt Querkräfte zu übertragen oder Momente aufzunehmen. Weiterhin werden immer wieder zugelassene Anker eingesetzt, deren Anwendungsbereich die Baustellensituation nicht beschreibt.
Für den Sanierungsfall ist es schwierig eine Verankerung zu realisieren, die alle Vorschriften, die statischen Erfordernisse, die Wünsche des Bauherrn und nicht zuletzt die Wünsche der ausführenden Firma berücksichtigt. Kostengünstige Lösungen erfüllen zumeist nicht die Anforderungen an die Betondeckung oder an die Tragfähigkeit. Lösungen, die die Anforderungen an die Korrosion und die Tragfähigkeit erfüllen, sind zumeist teuer oder sie erfordern einen erhöhten Montage- oder Demontage Aufwand.
Die Variokit-Gesimskappenkonsole ist ein wirtschaftliches und leistungsfähiges System, das sowohl als Arbeitsbühne wie auch als Schalungskonsole eingesetzt werden kann. Bühnen- und Schalelement wurden getrennt, um Öffnungen und Durchdringungen im Bühnenbelag zu vermeiden. Dadurch kann die Bühne als "geschlossene Wanne" ausgebildet werden, um ein Höchstmaß an Sicherheit für den unten durchlaufenden Verkehr zu gewährleisten.
Die Einzelkomponenten des Systems sind schnell und einfach zu montieren. Sie wiegen jeweils unter 20 kg und können von einer Person getragen und montiert werden. Aus Gründen der Sicherheit und zur Verbesserung der Qualität erfolgt die Bedienung und Justierung der Boden- und Seitenschalung stufenlos von der Bühne aus. Mit der Konsole lassen sich Brückenkappen mit einer maximalen Breite von 60 cm und einer maximalen Höhe von 100 cm fertigen. Dabei kommt das System mit vergleichbar wenig Ankerstellen aus.
Peri stellt dem Anwender eine Typenprüfung sowie Bemessungstabellen und -diagramme für geneigte und nicht geneigte Brücken zur Verfügung. Außerdem wird der Kunde von den Peri Ingenieuren bei seiner Planung und Kalkulation unterstützt. Für den Unternehmer bedeutet das Planungssicherheit und Kostenersparnis – auch weil er die einzelnen Komponenten sowohl kaufen als auch mieten kann.
Für seine Variokit-Gesimskappenkonsole bietet Peri zwei leistungsfähige und zugelassene Verankerungssysteme an. Das ist zum einen die Peri Ankerhülse, die bei Neubauten eingesetzt wird. Zum anderen umfasst das Lieferprogramm einen neuartigen Betonanker, der überwiegend im Sanierungsfall verwendet wird.
Da der Sanierungsanker eine sehr hohe Tragfähigkeit besitzt, kann die Zahl der benötigten Ankerstellen erheblich reduziert werden. Für die Montage benötigt der Anker relativ kleine Bohrlöcher. Wegen seines Hinterschnitts kann die Konsole sofort montiert werden. Ein Herausrutschen bei Überkopfmontage ist nicht möglich. Seine volle Tragfähigkeit erreicht der Anker, sobald der eingebrachte Verbundmörtel ausgehärtet ist. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Einbindetiefe während der Montage und auch nachträglich überprüfbar ist.
Der Sanierungsanker ist zweigeteilt. Es besteht aus einem Anschlusselement und einer Innengewindehülse. Die Innengewindehülse ist der kleinere Teil des Gesamtankers; er verbleibt nach der Demontage im Brückenbauwerk. Das Anschlusselement lässt sich wiedergewinnen und wiederverwenden. Im Zuge der Demontage des Hilfsfügeteils können die Ankerlöcher sofort verschlossen werden.
Die Ermittlung des Lastabtrags bei i und -konsolen ist sehr aufwändig. Schon kleine Änderungen der Randbedingungen und der inneren und äußeren Exzentrizitäten haben einen großen Einfluss auf die Schnittgrößen im Tragsystem und letztendlich auf die Ankerlasten. In einer Statik bzw. in einer Typenprüfung müssen, neben der Kappengeometrie, vor allem die Brückenquer- und Brückenlängsneigung berücksichtigt sein. Ein Extrapolieren von einem Sonderfall auf die tatsächlichen Bedingungen vor Ort ist nicht möglich.
Das Versagen einer einzelnen Konsole oder einer Verankerung kann zum Versagen des gesamten Systems führen mit erheblichen Risiken für die sich auf und unter der Brücke befindenden Personen. Zur Erhöhung der Sicherheit auf Brückenbaustellen, werden daher Verankerungen mit Zulassung gefordert.
Zur Fertigung von Gesimskappen bei Neubauten und bei Sanierungen hat die Firma Peri eine flexible und leistungsfähige Gerüstkonsole entwickelt, die auch bei Brücken mit starken Quer- und Längsneigungen eingesetzt werden kann. Für die nachträgliche Befestigung am Bauwerk steht dem Anwender eine neuartige Verankerung zur Verfügung, die auf die Anforderungen vor Ort optimiert ist. Alle verwendeten Teile, bis hin zur Verankerung, sind aufeinander abgestimmt. Sie sind typengeprüft oder besitzen eine Zulassung.
Die "geschlossene Systemlösung" garantiert höchste Flexibilität in der Planung und Anwendung, steigert die Planungs- und Arbeitssicherheit und erleichtert die Montage. Dies führt zur Qualitätssteigerung in der Ausführung und letztendlich zu Kostenersparnissen bei allen Beteiligten.
Literatur
[1]Arndt, Wulf-Holger u. a.: Ersatzneubau Kommunale Straßenbrücken, Endbericht Deutsches Institut für Urbanistik (DIfU), Berlin, 20.09.2013.
[2]Brücken an Bundesfernstraßen, Brückenstatistik, Bundesanstalt für Straßenwesen (bast), Bergisch Gladbach, 01.03.2015.
[3]Scheller, Eckehard: Konsolgerüst-Verankerungen brauchen bauaufsichtliche Zulassung, Allgemeine Bauzeitung, Ausgabe Nr.10, 11.03.2005.
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