Ein innovatives Betonschalenbauverfahren in Anwendung: Herstellung der Wildbrücke AM2 mit PFHC

Abstract

1 Einleitung Optimiert man die Form einer Betonschale entsprechend den einwirkenden Lasten, so entsteht ein ästhetisches, freigeformtes und zugleich sehr ressourceneffizientes Tragwerk, das in der Lage ist, mit einer geringen Materialdicke große Lasten abzutragen und eine große Fläche zu überspannen. Nichtsdestotrotz werden, außer in einzelnen Ausnahmen, nach wie vor wenige Betonschalen gebaut. Ein Grund dafür ist die extravagante Form, die sich oft nur schwer in das gewohnte rechteckige Umfeld eingliedert. Ein weiterer entscheidender Grund sind die für die Errichtung erforderliche aufwendige Schalung sowie das notwendige Lehrgerüst zur Stützung der Schalung. An der TU Wien wurde ein neues Bauverfahren mit dem Namen Pneumatic Forming of Hardened Concrete (PFHC) entwickelt, das die Herstellung deutlich vereinfacht. Das Verfahren stellt eine ressourceneffiziente Alternative zu den konventionellen Schalenbauverfahren sowie auch zu in der Vergangenheit entwickelten pneumatischen Schalenbauverfahren dar [1]. Die Funktionsweise des Bauverfahrens ist wie folgt: Eine ebene ausgehärtete Betonplatte wird mithilfe eines darunter angeordneten Pneus und am Umfang verlaufenden Spannlitzen von einer ebenen Platte zu einer aus einfach gekrümmten Streifen bestehenden Betonschale verformt [2-4].

Efficient construction of concrete shells by Pneumatic Forming of Hardened Concrete: Construction of a concrete shell bridge in Austria by inflation

“…The research project "Freiformflächen aus Beton" was funded by the Austrian promotion agency (FFG) and the authors want (2) production of the flat working surface out of concrete (serving as tension plate for the building condition) (3) concreting of the flat starting plate (thickness 100 mm, weight 546 t); (4) transformation of the flat plate to the double curved shell; (5)-(8) application of the 350 mm thick additional concrete layer (including reinforcement); (9) cutting out of the portals; (10) manufacturing of the edge beam; (11) earth back filling 27 to gratefully acknowledge the financial support. The construction project around the shell bridge "AM2" was built on behalf of the Austrian Railways (ÖBB).…”

Die praktische Umsetzung von neuen ressourceneffizienten Bauverfahren als Katalysator für Innovation im konstruktiven Ingenieurbau

“…Diese wird mithilfe eines darunter angeordneten Pneus und durch zusätzlich Vorspannung von am Umfang angeordneten Spannlitzen zu einer zweifach gekrümmten Schale verformt. Nach einem straffen Entwicklungsprozess, der nachfolgend genauer beschrieben wird, wurde die Betonschalenbaumethode in den Jahren 2016–2017 erstmals praktisch für die Errichtung einer Veranstaltungsüberdachung und 2017–2018 für die Errichtung der Wildbrücke AM2 über die zweigleisige Koralmbahn im Auftrag der österreichischen Bundesbahnen (ÖBB) angewendet . Die Grundrissabmessungen des Brückentragwerks betragen 36,2 m x 38,7 m und die Höhe von der Oberkante der Fundamente bis zum Schalenscheitel beträgt 7,6 m. Im Zuge des Bauprozesses wurde eine 100 mm dicke ausgehärtete Betonplatte mit einem Gewicht von 546 t mithilfe des darunter angeordneten Pneus und der am Umfang verlegten Spannlitzen zu der geplanten Freiformschale verformt (Bild ).…”

“…Beide Betonschalen, die Probeschale und die Wildbrücke AM2, wurden im Zuge eines Ausschreibungsverfahrens vergeben, um einen bestmöglichen Lernprozess durch ein einheitliches Projektteam sicherstellen zu können. Vorbereitend wurden wiederum Vorversuche wie beispielsweise Auszugsversuche von Einbauteilen , weitere Berstversuche an kleinformatigen pneumatischen Strukturen, Biegeversuche und Fugendruckversuche durchgeführt. Der gesamte Entwicklungsprozess ist in Bild dargestellt.…”

“…Die grundlegende Idee, aus einer ausgehärteten Betonplatte eine zweifach gekrümmte Betonschale herzustellen, wurde erstmals in [13] vorgestellt. Die wissenschaftliche Entwicklung des heute unter dem Namen PFHC bekannten Bauverfahrens wurde im Rahmen des weise Auszugsversuche von Einbauteilen [12], weitere Berstversuche an kleinformatigen pneumatischen Strukturen, Biegeversuche [15] und Fugendruckversuche [12] durchgeführt. Der gesamte Entwicklungsprozess ist in Bild 6 dargestellt.…”

Form Finding of Shell Bridges Using the Pneumatic Forming of Hardened Concrete Construction Principle

“…Exemplarily all work steps for the construction of a shell bridge built with PFHC are shown in Figure 3. In comparison to a conventional frame bridge, the Advances in Civil Engineering 3 (1) costs can be reduced by approximately 20% and the CO 2 equivalents can be reduced by approximately 40% [18] due to the fewer required reinforcement. By using the PFHC, the construction principle for the shell bridge shown in Figure 2 allows for a cost reduction of approximately 30% in comparison to the same shell bridge built with a conventional double-curved formwork and framework.…”