Wetter- und höherfester Stahl für Bau der Carrington Bridge verwendet

Worcester/Großbritannien (ABZ). – Mit der Verdopplung der Southern Link Road wurde eine der verkehrsreichsten Straßen in Worcester, England, an die aktuellen Erfordernisse angepasst. Letzter Teil dieses Infrastrukturprojektes, das zu den größten in der Geschichte der Region zählt, ist der Neubau der Carrington Bridge in unmittelbarer Nähe zur bestehenden, gleichnamigen Brücke.Mit der Stahlbaukonstruktion der 205 m langen Brücke wurde eines der führenden Unternehmen für derart anspruchsvolle Stahlbauwerke, Cleveland Bridge UK Ltd., beauftragt. Ausschlaggebend für die Auftragserteilung war der Vorschlag von Cleveland Bridge, statt des geplanten wetterfesten Stahls der Güte S355 den Markenstahl Diweten 460+M von Dillinger einzusetzen. Dieser wetter- und zugleich höherfeste Stahl ist mit der überarbeiteten EU-Normenreihe EN 10025-2 bis 6:2019 nun auch in Europa zugelassen. Durch seine höhere Festigkeit und durch analoge Schweißeigenschaften wie die weniger feste Güte S355 ermöglichte er erhebliche Material-, Zeit- und Kosteneinsparungen. So konnte die ursprünglich als Sechs-Feld-Konstruktion geplante Brücke in eine Drei-Feld-Konstruktion abgeändert und damit die reine Bauzeit um sieben Wochen verkürzt werden.Das 1877 in Großbritannien gegründete Stahlbauunternehmen Cleveland Bridge hat seinen Sitz in Darlington. Mit mehr als 250 Mitarbeitern ist es spezialisiert auf Entwurf, Konstruktion, Fertigung und Bau von komplexen Stahlbaukonstruktionen für Brücken, Verkehrsinfrastruktur, Städtebau, Energie- und Rohstoffindustrie. Seiner hohen Innovationskraft und dem ausgeprägten technologischen Querdenken verdankt das Unternehmen seinen Ruf als Pionier des Brückenbaus: Viele Bau- und Montagetechniken wurden im Laufe der 150-jährigen Firmengeschichte hier entwickelt. Zu den bekanntesten Bauwerken von Cleveland Bridge gehören die Victoria Falls Bridge in Simbabwe, die Sydney Harbour Bridge in Australien, aber auch The Shard in London oder der Bogen des Wembley-Stadions. Insbesondere für scheinbar unlösbare bauliche Herausforderungen ist das Unternehmen daher gefragter Lösungspartner. Mit einem 22 ha großen Gelände mit 27.000 m² überdachter Hallenfläche ist Cleveland Bridge für seinen nachhaltigen Ansatz bekannt Als mehrfach ausgezeichneter Hersteller spiegelt sich sein Umweltengagement in den Fertigungsprozessen, Material- und Lieferantenwahl des Unternehmens wider. Seit 2000 ist das Unternehmen mit einer jährlichen Fertigungskapazität von 50.000 t Teil der Al-Rushaid-Gruppe, einem vielfältigen internationalen Konglomerat und einem der größten Stahlbaukonzerne der Welt mit Sitz in Saudi-Arabien, gruppenweit 35.000 Mitarbeitern und 150.000 t Fertigungskapazität.

Enorme Einsparungen möglich

Der Auftrag an Cleveland Bridge zum Bau der Carrington Bridge umfasste Fertigung, Lieferung und Errichtung der 873 t schweren Stahlbaukonstruktion sowie die während der Montage der Brücke erforderlichen temporären Arbeiten bei der Brückenmontage. Die neue Brücke in Worcester überquert den Fluss Severn und vollendet damit die Verdopplung der 1985 gebauten Southern Link Road. Diese südliche Verbindung zwischen der Anschlussstelle 7 der Autobahn M5 und dem Powick-Kreisverkehr war dem heutigen Verkehrsaufkommen der stark prosperierenden Wirtschaftsregion schon lange nicht mehr gewachsen. Der ursprüngliche Bauplan der Brücke sah eine Sechs-Feld-Konstruktion vor, wie sie auch die gleichnamige Vorgängerbrücke kennzeichnet.

Schon bei einem sehr frühen Treffen mit Designern und Generalunternehmen schlug Cleveland Bridge jedoch den Einsatz des Dillinger-Markenstahls Diweten 460+M vor, um das Gewicht der Konstruktion und zugleich die Fertigungs- und Montagezeit zu verringern. Möglich macht dies der thermomechanisch gewalzte, wetterfeste Feinkornstahl durch seine – verglichen mit einem Stahl der Güte S355 – um 30 % höhere Streckgrenze, die eine Verringerung der eingesetzten Blechdicken in analoger Höhe erlaubt. Die entsprechend dünneren Bleche erfordern kleinere Schweißnähte und senken dadurch nicht nur das Schweißvolumen und den Verbrauch an Schweißzusätzen, sondern auch den Fertigungs- und Prüfaufwand. Durch seine chemische Zusammensetzung bietet Diweten 460+M zudem erhöhten Widerstand gegen atmosphärische Korrosion, sodass er dauerhaft wartungsfrei ist und weder einen Erst- noch Instandhaltungsanstriche benötigt. Aufgrund des geringeren Gehalts an Legierungselementen paare er diese "Wetterfest"-Eigenschaften mit sehr guter Schweißbarkeit, so der Hersteller. So erfordere dieser Markenstahl durch den geringen Kohlenstoffäquivalentwert (CEV ~ 0,43) deutlich weniger Vorwärmtemperatur und -zeit als normalisierte wetterfeste Stähle gleicher Festigkeit. Damit sinke neben den Aufheiz- und Abkühlzeiten auch die gesamte Dauer der Vorfertigung. Zusätzlich wirkt sich eine niedrige Vorwärmtemperatur positiv auf die Arbeitsbedingungen und die Arbeitssicherheit auf der Baustelle aus.Die Summe der Vorteile – höherer Durchsatz, bessere Verarbeitbarkeit, weniger Kosten für Energie und Fertigungslohn sowie schlankere und nachhaltigere Konstruktionen – spricht für sich. Für Dean Baker, Schweißfachingenieur bei Cleveland Bridge, der allein für dieses Unternehmen bereits mehr als 30 Brückenbauten betreut hat, machte aber auch eine geringere Fehlerrate beim Schweißen diesen Markenstahl zur ersten Wahl: "Der niedrige CEV senkt das Rissrisiko bei den Schweißnähten!" Das qualifiziert Diweten 460+M aus seiner Sicht gerade für anspruchsvolle Stahlkonstruktionen wie Brücken oder Hochhäuser, wo besonders hohe Anforderungen an Schweißeignung und Festigkeit gelten.Bei der Konstruktion der Carrington Bridge konnte durch den Einsatz dieses Markenstahls das Gewicht um 15 % verringert, die Anzahl der Pfeiler von fünf auf zwei reduziert und auf den Einsatz von Dopplerblechen sogar vollständig verzichtet werden. Die Gewichtseinsparungen ermöglichten größere und schnellere Montageeinheiten, mit der Folge, dass auch weniger Transporte erforderlich waren. Das wirkte sich wiederum positiv auf Energieverbrauch und Umwelt aus.Die von Dillinger bereits vor Jahren entwickelten thermomechanisch gewalzten Diweten-Stähle sind durch die im Jahr 2019 erschienene überarbeitete Version der Normenreihe EN 10025-2 bis 6:2019 mittlerweile in ganz Europa für den Stahlbau zugelassen. Das erste Projekt, bei dem Diweten 460+M im Vereinigten Königreich eingesetzt wurde, war der Bau der Carrington Bridge von Cleveland Bridge. Dies sei ein bahnbrechendes Projekt gewesen, das auch einige Herausforderungen mit sich gebracht habe, wie Dean Baker erklärt: "Die Wahl des richtigen Schweißzusatzes ist bei höherfesten Stählen immer kompliziert. Da der Schweißzusatz die Festigkeit des Stahls übertreffen muss, um Risse in der Schweißnaht zu verhindern, waren für uns mit dem neuen Stahl sehr aufwändige Verfahrensprüfungen im Vorfeld verbunden." Zudem galt es, die Schweißzertifizierung für das Material zu bekommen, was rund 15 verschiedene Qualifizierungen erforderte. "Das war ein wirklich aufregendes Projekt", erinnert sich auch Dan Sowerby, verantwortlicher Projektmanager für die Carrington Bridge. "Für Prüfungen erhielt Cleveland Bridge von Dillinger ein zusätzliches Blech vorab, was uns geholfen hat, den sehr engen Zeitplan einzuhalten und die umfangreiche Verfahrensqualifizierung innerhalb der vorgegebenen acht Wochen erfolgreich abzuschließen", so Dan Sowerby.

Hochbelastete Stahlträger

Die 205 m lange Brücke setzt sich aus drei Spannweiten – 64 und 72 m über Land sowie 69 m über den Fluss – zusammen. Ihre Breite beträgt zwischen 12,35 m am westlichen Ende und 16,5 m am östlichen Ende, wo eine Zubringerspur vom Kreisverkehr die beiden je 3,65 m breiten Fahrspuren ergänzt. Vier Gurtreihen aus zwei miteinander verspannten befestigten und mit Versteifungselementen verstärkten Stahlträgerpaaren bilden die Tragkonstruktion für die Stahlbetondecke auf der Oberseite der Brücke. Die vier Hauptträger trennen die beiden Betonpfeiler vom Deck. Für die Fertigung der Hauptträger, Membranträger und Versteifungselemente verarbeitete Cleveland Bridge insgesamt 825 t Diweten 460+M.

Lediglich für Querträger- und Diagonalverstrebungen sowie für die Verbindungslaschen kam wetterfester S355 zum Einsatz. Dillinger lieferte 60 Bleche Diweten 460+M in Dicken von 16 bis 50 mm, bis zu 3,43 m breit und 21,31 m lang. Cleveland Bridge teilte dann die Gesamtkonstruktion in zwölf transportfähige Fertigungsabschnitte mit sechs unterschiedlichen Längen auf. Im ersten Schritt wurden die Träger, Flansche und Stege geschnitten und anschließend T-förmig zu Einzelträgern automatisiert zusammengeschweißt. Diese in Länge und Gewicht variierenden Einzelträger wurden sodann mit Verstrebungen verbunden. Rund einen Monat dauerte die Fertigung pro Träger. Cleveland Bridge produzierte allerdings in den gewaltigen Fertigungshallen, in denen bis zu 90 t schwere Elemente gehändelt werden können, bis zu drei dieser Träger gleichzeitig. Der längste Träger der Carrington Bridge war rund 42 m lang, der schwerste hatte ein Gewicht von 42 t – für das Team von Dan Sowerby fast schon Tagesgeschäft. Die riesigen Krananlagen manipulierten die Träger in die jeweils erforderliche Bearbeitungsposition, sodass der Fertigungsprozess beispielsweise durch abwärts geneigte Schweißpositionen der Komponenten deutlich beschleunigt wurde.Leider war das ursprünglich geplante Installationsdatum Januar 2020 nicht möglich. Hochwasser vom Fluß Severn sorgte für eine sechsmonatige Verzögerung, durch Covid-19 kamen dann drei weitere Monate hinzu. Die Brücke wurde nun im Oktober an ihrem endgültigen Standort installiert. Für ihre Installation hat das Expertenteam empfohlen, zwei 500-Tonnen-Raupenkrane durch einen 1200-Tonnen-Strebenauslegerkran zu ersetzen, um sicherzustellen, dass die letzten Trägerpaare mit einem Gewicht von 123 t in einem Radius von 82 m über den Fluss gehoben werden können. "Der Plan, die Brücke mit den beiden kleineren Kranen gleichzeitig anzuheben, hätte eine Reihe von Nachteilen wie aufwendige Straßensperren zur Folge gehabt", begründet Dan Sowerby diesen Vorschlag. "Also haben wir eine bessere Alternative gesucht und den Megakran gebucht." Angesichts räumlicher Standortbeschränkungen und der in unmittelbarer Nähe zur Brücke verlaufenden Hochspannungsleitungen ist bei der Positionierung und Bedienung des Krans aus der Sicht von Dan Sowerby allerdings besonders viel Fingerspitzengefühl gefragt. Zudem erfordert die Verschraubung der Elemente mitten über dem Fluss in 25 m Entfernung vom Land von Cleveland Bridge eigens entwickelte Logistiklösungen wie ein Ponton und mobile Hebebühnen. Doch gerade solche Herausforderungen sind für den Brückenbauexperten willkommene Möglichkeiten, seine führende Innovationskraft bei der Installationstechnik einmal mehr unter Beweis zu stellen.

Pole Position im Wettbewerb

Entsprechend positiv fällt das Fazit von Cleveland Bridge zu dem Projekt und zur Zusammenarbeit mit Dillinger aus: Dazu trägt neben dem über lange Jahre gewachsenen Vertrauensverhältnis mit dem britischen Vertriebsmitarbeiter von Dillinger auch die Unterstützung des Stahlherstellers selbst bei, der aus gutem Grund den Ruf als weltweiter Qualitäts- und Technologieführer hat. "Die Ingenieure bei Dillinger waren für uns eine große Hilfe bei der Erarbeitung der Schweißqualifikation", sagt Dean Baker. Voll des Lobs ist er auch über die online zur Verfügung stehenden Tools zur Berechnung der Vorwärmtemperaturen: "Das ist ein ausgezeichneter Service, den Dillinger auf der Unternehmenswebsite und per App bietet." Dan Sowerby ergänzt: "Nachdem der Diweten 460+M durch die Überarbeitung der Normenreihe EN 10025 zugelassen ist, hat unser Unternehmen jetzt die erste Brücke in Großbritannien mit diesem wetter- und höherfesten Stahl gebaut. Damit haben wir ein erfolgreiches Exempel für das Potenzial dieses Materials statuiert!" Schweißfachingenieur Baker sieht darin auch die Belohnung für die harte Arbeit bei Verfahrensprüfungen und -qualifikation: "Die Carrington Bridge zeigt Designern eindrucksvoll die Vorteile des Diweten 460+M in puncto Wetterbeständigkeit, Zeit- und Kostenersparnis. Mit unserer Schweißqualifizierung sind wir unseren Mitbewerbern bei künftigen Projekten weit voraus und damit in der Pole Position für weitere Auftragsgewinne."