Uni Stuttgart: Europas erste Straßenbrücke aus glasfaserverstärktem Kunststoff

Bei Formel-1 Boliden, Flugzeugen oder Roboterarmen sind Faserverbundwerkstoffe mittlerweile etablierte Werkstoffe, und auch im Bausektor beschäftigen sich etliche Forschungs- und Pilotprojekte mit den äußerst leichten und variablen Strukturen. In Friedberg (Hessen) wurde am Freitag, den 25. Juli, Europas erste Stahl-GfK-Verbundbrücke (Bild) fertig gestellt. Die elegante Überführung über die Bundesstraße 455 ist das Ergebnis einer mehrjährigen Kooperation zwischen dem Hessischen Landesamt für Straßen- und Verkehrswesen (HLSV, www.hsvv.hessen.de) und dem Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen (ITKE, www.itke.uni-stuttgart.de) der Universität Stuttgart.

Robust und nachhaltig sollen sie sein, die Werkstoffe für die moderne Architektur, gute ökologische Kennwerte aufweisen und dabei auch noch viel gestalterischen Freiraum lassen. Glas- und kohlefaserverstärkte Kunststoffe kommen diesen Ansprüchen entgegen und erlauben die Verwirklichung besonders leichter und effizienter Strukturen. Zwar steht der vergleichsweise hohe Herstellungspreis einem breiten Einsatz im Bauwesen bisher noch entgegen, doch durch die Gewichtsersparnis rechnet sich das Material auch hier zunehmend.

"Faserverstärkter Kunststoff wird im Brückenbau eine wichtige Rolle spielen", betont Wolfgang Scherz, Präsident des HLSV. "Während konventionelle Stahlbetonbrücken mit langen Bauzeiten und ebenso langen Verkehrsbehinderungen einhergehen, wurde bei der Brücke in Friedberg eine Konstruktion gefunden, die weitgehend vorgefertigt und dann als Ganzes zur Baustelle transportiert und eingehoben werden konnte." Auch die Folgekosten sprechen für den neuen Brückentyp. Denn bei konventionellen Brücken sind oft schon nach 15 bis 20 Jahren umfassende Instandhaltungsmaßnahmen erforderlich. Die Kunststoffbrücke soll einen Zeitraum von bis zu 50 Jahren ohne Reparatur überstehen.

Um die 27 Meter lange und fünf Meter breite Straßenbrücke nach der Konzeption des ITKE und des HLSV zu realisieren, wurde auf einen Überbau aus zwei Stahlträgern eine tragende Fahrbahnplatte aus glasfaserverstärktem Kunststoff aufgeklebt. Auch die seitlichen Kappen für die Gehwege bestehen aus GfK. Die Oberfläche bildet eine etwa vier Zentimeter starke Schicht aus Polymerbeton, einer Mischung aus Epoxidharz und Silikatstreuung. Die Bauteile wurden im so genannten "Pultrusionsverfahren", einer Art Strangziehen hergestellt. Dabei entstehen längliche Balken, die zu einer flächigen Platte verklebt wurden. Die Geländer aus Edelstahl wurden am Ende seitlich an die Brücke geklebt. Die Konstruktion des Überbaus ermöglicht es, vollständig auf Stahlbeton oder Asphalt zu verzichten. Der neuartige Fahrbahnbelag erfüllt alle Anforderungen an Oberflächenrauhigkeit und Abnutzungsfestigkeit, die von modernen Straßendecken erwartet werden. Der Bau fand komplett in einer Montagehalle statt. Auf der eigentlichen Baustelle musste der Überbau lediglich eingehoben und mit den Betonwiderlagern vergossen werden. Unmittelbar danach war die Brücke betriebsbereit, die notwendige Verkehrssperrung reduzierte sich auf wenige Stunden.

"Die Verwendung einer Stahl-GfK-Verbundbrücke, wie sie am ITKE entwickelt wurde, ist im europäischen Raum ein absolutes Novum", so Prof. Jan Knippers, Leiter des ITKE der Universität Stuttgart. Um die geeignete Konstruktion zu finden beziehungsweise die Tragfähigkeit der Bauteile zu ermitteln, führten die Wissenschaftler am ITKE im Vorfeld Berechnungen mit einer speziellen Software sowie praktische Versuche durch. Einige großformatige Versuche wurden zudem an der Materialprüfungsanstalt der Universität Stuttgart durchgeführt. Auch nach Abschluss des Baus werden die Wissenschaftler die Brücke im Auge behalten. Geplant ist ein mehrjähriges Monitoring-Programm, bei dem die Tragwirkung unter realen Bedingungen getestet und das Bauwerk auf eventuelle Schäden hin untersucht werden soll. Bereits während der Montage wurden deshalb in die Klebefugen zwischen Stahlträger und GfK-Platte insgesamt 137, darunter zwölf neuartige faseroptische Sensoren eingebaut, die der Messung von Dehnungen, Temperatur und von Feuchtigkeit dienen.

Hessisches Landesamt für Straßen- und Verkehrswesen + Universität Stuttgart, Wiesbaden + Stuttgart

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