Stahlbrückenkonstruktionen

Produktübersicht

Stahlbrückenkonstruktionen erfordern Präzisionstechnik, um dynamischen Belastungen, Temperaturwechseln und Ermüdung über eine Bemessungslebensdauer von 100 Jahren standzuhalten. In einem Werk in Suzhou werden Flachträger, orthotrope Fahrbahnplatten und Lagerbaugruppen für Straßen-, Eisenbahn- und Fußgängerbrücken gefertigt, wobei einteilige Trägerlängen von bis zu 30 Metern und Tiefen von bis zu 4.000 mm bei Blechdicken von 12 mm bis 100 mm möglich sind. Es werden ausschließlich Baustahlsorten S355J2/K2 gemäß DE 10025, A709-50W gemäß ASTM und Q345qD gemäß GB/T 714 verwendet, wodurch die Einhaltung internationaler Brückenspezifikationen gewährleistet ist. Jede Schweißnaht wird gemäß dem AWS D1.5 Bridge Schweißnorm ausgeführt, wobei für Zugbauteile, deren Versagen zum Einsturz führen würde, Verfahren für bruchkritische Bauteile (FCM) angewendet werden. Die Zertifizierung nach ISO 3834-2 garantiert vollständige Rückverfolgbarkeit von Werkszeugnissen bis hin zu Schweißplänen, und an 100 % der Fugen-Schweißnähte in den tragenden Hauptbauteilen werden zerstörungsfreie Prüfungen (NDT) durchgeführt.

Orthotrope Fahrbahnplatten stellen eine Spezialkompetenz innerhalb dieses Portfolios an Stahlbrückenkonstruktionen dar. Diese Platten kombinieren eine dünne Stahlfahrbahnplatte (typischerweise 12–16 mm) mit Längsrippen in geschlossenem Querschnitt und Querträgern zu einem leichten, hochfesten System, das die Radlasten direkt auf die Hauptträger verteilt. Bei der Fertigung kommen automatisiertes Unterpulverschweißen (SAW) für die Verbindungen zwischen Längsrippen und Fahrbahnplatte sowie Fülldrahtschweißen (FCAW) für die Baustellenverbindungen zum Einsatz, wobei der Rippenabstand im Hinblick auf die Ermüdungsfestigkeit optimiert ist. Die Schweißverfahren sind gemäß AWS D1.5 Anhang A für ermüdungsanfällige Details qualifiziert, mit Profilkontrolle, um die Schweißnahtdurchdringung der Rippen bei über 80 % der Fahrbahnplattenstärke zu gewährleisten. Entwässerungslöcher und Entwässerungsdetails sind gemäß den AASHTO-LRFD-Spezifikationen integriert, um Wasseransammlungen und Korrosionsbildung an kritischen Schweißnahtfüßen zu verhindern. Bei orthotropen Fahrbahnen, die schwerem Lkw-Verkehr ausgesetzt sind, haben Ermüdungsversuche eine Lebensdauer von über 2 Millionen Zyklen bei Spannungsbereichen von 70 MPa gezeigt, wobei die Rippen-zu-Fahrbahn-Schweißnähte keine Rissbildung aufweisen, wenn die Schweißnahtfußradien bei 2 mm oder mehr gehalten werden. Darüber hinaus werden die Toleranzen des Querschnitts der geschlossenen Rippen auf ±0,5 mm gehalten, um eine gleichmäßige Lastverteilung über benachbarte Rippen sicherzustellen – ein entscheidender Faktor zur Vermeidung lokaler Spannungskonzentrationen, die die Ermüdungslebensdauer um bis zu 40 % verringern können.

Lagerplatten und Dehnungsfugenkomponenten sind für die Leistungsfähigkeit von Stahlbrücken von entscheidender Bedeutung, da sie thermische Bewegungen, Drehungen und Durchbiegungen unter Verkehrslast ausgleichen. Festlager und geführte Lager werden aus S355J2+N-Stahlblech mit Gleitflächen aus Edelstahl (ASTM A240 Typ 304) und reibungsarmen Auflagen auf PTFE-Basis gefertigt, die gemäß DE 1337-2 einen Reibungskoeffizienten von unter 0,05 erreichen. Dehnungsfugenbaugruppen werden aus A709-50W-Stahl gefertigt und mit Elastomerdichtungen ausgestattet, die für Bewegungsbereiche von ±50 mm bis ±300 mm ausgelegt sind und bei einem hydrostatischen Druck von 0,1 MPa auf Dichtheit geprüft werden. Das Beschichtungssystem im Werk umfasst eine SSPC-SP10-konforme, nahezu weiße Strahlreinigung zur Erzielung eines Ankerprofils von 75–100 µm, gefolgt von einer zinkreichen Grundierung (mindestens 85 % Zink im Trockenfilm) mit einer Schichtdicke von 75–125 µm, einer Epoxid-Zwischenbeschichtung mit 125–200 µm und einer Polyurethan-Deckschicht mit 50–75 µm. Dieses System bietet Korrosionsschutz für C5-M- (marine) und CX- (extreme) Umgebungen gemäß ISO 12944 mit einer wartungsfreien Lebensdauer von 15 Jahren bei Brückenanwendungen in Küstengebieten. Für gekrümmte Brücken mit Überhöhung sind die Lagerbaugruppen so ausgelegt, dass sie Drehungen von bis zu 0,05 Radian unter voller Verkehrslast aufnehmen können, wobei die Elastomerpolster gemäß ASTM D395 auf ein Druckkriechen von unter 5 % nach 1.000 Stunden bei 70 °C geprüft wurden.

Anwendungen & Branchen

Straßen- und Eisenbahnbrücken stellen den Hauptanwendungsbereich für diese Stahlbrückenkonstruktionen dar, wobei die Projekte von Einfeldbrücken bis hin zu mehrfeldrigen Durchlaufträgern reichen. Für eine kürzlich realisierte Straßenbrücke in Südostasien wurden 12 Plattenträger mit einer Länge von jeweils 28,5 Metern, einer Tiefe von 2.800 mm und 50 mm dicken Flanschen aus A709-50W-Stahl geliefert. Die Konstruktion erforderte für alle Schweißverbindungen Details der Ermüdungsklasse B gemäß AASHTO sowie eine 100-prozentige Ultraschallprüfung (UT) aller durchschweißten Flansch-Steg-Verbindungen. Querrahmen und seitliche Aussteifungen wurden aus L-Profilen der Abmessung 152 x 152 x 12,7 mm gefertigt und mit hochfesten Schrauben nach ASTM A325 in rutschkritischen Verbindungen verschraubt. Der Projektzeitplan erforderte eine Just-in-time-Lieferung an eine stark frequentierte städtische Baustelle, was durch die Aufteilung der Trägerlieferungen in drei Chargen über acht Wochen erreicht wurde, wobei jedes Teil entsprechend der Montagefolge mit Passmarkierungen versehen war. Bei Eisenbahnbrücken werden dynamische Lastfaktoren von 1,67 gemäß AREMA Kapitel 15 angewendet, um die Auswirkungen vorbeifahrender Züge zu berücksichtigen, wobei die Ermüdungsbemessung auf 2 Millionen Zyklen bei Spannungsbereichen bis zu 110 MPa für die Hauptträger basiert.

Zugangsbrücken für Offshore-Windparks und Übergangsplattformen stellen einen wachsenden Anwendungsbereich für dieses Know-how im Stahlbrückenbau dar. Diese Bauwerke müssen Salznebel, Wellenbelastung und Temperaturen von -20 °C bis +50 °C standhalten und dabei ihre strukturelle Integrität über eine Lebensdauer von 25 Jahren bewahren. Kastenträger und Fachwerkbrücken für den Zugang zu den Turbinen werden aus S355J2+N-Stahl gefertigt, der gemäß DE 10025-2 bei -40 °C einem Charpy-V-Kerbschlagversuch unterzogen wird. Die Schweißarbeiten erfolgen gemäß der Ausführungsklasse EN 1090-2 EXC3, wobei die Vorwärmkontrolle auf der Grundlage von Kohlenstoffäquivalentwerten (CEV ≤ 0,45 %) erfolgt, um wasserstoffinduzierte Risse zu verhindern. Für ein Windparkprojekt in der Nordsee wurden 18 Zugangsbrücken mit einer Länge von jeweils 22 Metern und einer Breite von 1,5 Metern geliefert, die feuerverzinkt gemäß DE ISO 1461 (mindestens 85 µm pro Seite) und mit einer zusätzlichen Epoxid-Deckschicht für UV-Beständigkeit versehen waren. Jede Brücke wurde vor dem Versand mit dem 1,25-fachen der vorgesehenen Verkehrslast (5 kN/m²) belastet. Ermüdungskritische Details bei Offshore-Brücken sind für Spannungsbereiche von 50 MPa oder weniger bei 10 Millionen Zyklen ausgelegt, wobei die Schweißnahtfüße auf einen Radius von 0,5 mm bündig geschliffen wurden, um die Spannungskonzentrationsfaktoren um bis zu 30 % zu reduzieren.

Im Bergbau und in der Fördertechnik werden Stahlbrückenkonstruktionen für Fördergalerien, Übergabetürme und Kreuzungen von Transportwegen benötigt, wo hohe Belastungen durch schwere Maschinen und abrasive Umgebungsbedingungen an der Tagesordnung sind. Fachwerkbrücken und Portalkonstruktionen werden aus Q345qD-Stahl (Streckgrenze mindestens 345 MPa) gefertigt und verfügen über verschraubte Verbindungen vor Ort, um eine schnelle Montage an abgelegenen Standorten zu ermöglichen. Für eine Kupfermine in Chile wurde eine Förderbrücke mit einer Spannweite von 40 Metern und einem 1.200 mm breiten Förderband geliefert, das 3.500 Tonnen zerkleinertes Erz pro Stunde transportiert. Die Konstruktion wurde für die Erdbebenzone 3 gemäß ASCE 7-16 ausgelegt, mit Grundschubkoeffizienten von 0,25 g und Duktilitätsanforderungen, die durch momentenresistente Verbindungen erfüllt wurden. Der gesamte Stahl wurde auf die kommerzielle Qualität SSPC-SP6 gestrahlt und mit einem dreischichtigen Epoxidharzsystem (zinkreiche Grundierung, Zwischenbeschichtung aus Glimmer-Eisenoxid, Polyurethan-Deckschicht) beschichtet, um die Abriebfestigkeit unter staubbelasteten Bedingungen zu gewährleisten. Die Brücke wurde in fünf vormontierten Modulen geliefert, die jeweils weniger als 20 Tonnen wogen, um den Einbau per Hubschrauber zu ermöglichen. Im Bergbau können die Verkehrslasten bei Fördersystemen 15 kN/m² überschreiten, wobei zur Berücksichtigung der Falllasten des Erzes Aufschlagfaktoren von 1,3 angewendet werden und die Durchbiegungsgrenzen auf L/400 festgelegt sind, um eine Fehlausrichtung des Förderbandes zu verhindern.

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Die Fertigungsanlage in Suzhou ist mit CNC-Plasmaschneidetischen (mit einer Tischfläche von 6 m × 20 m), automatisierten Unterpulverschweißportalen und hydraulischen Blechbiegemaschinen ausgestattet, die in der Lage sind, 100 mm dicke Bleche auf Radien von bis zu 1.500 mm zu biegen. Diese Anlagen ermöglichen die Herstellung von gebogenen Trägern für horizontal ausgerichtete Brücken sowie von schrägen Endverbindungen für nicht orthogonale Widerlager. Maßtoleranzen von ±2 mm bei der Trägerhöhe und ±1 mm bei der Flanschbreite gemäß AWS D1.5 Tabelle 7.1 werden eingehalten, wobei die Wölbungsprofile vor dem Versand durch Totalstationen vermessen werden. Das Qualitätsmanagementsystem ist nach ISO 3832-2, ISO 9001:2015 und EN 1090-1 zertifiziert, wobei die werkseigene Produktionskontrolle (FPC) jährlich von einer benannten Stelle auditiert wird. Zudem liegt eine DNV-GL-Typzulassung für Schweißverfahren vor, die bei Offshore-Brückenanwendungen zum Einsatz kommen und Materialstärken von 8 mm bis 120 mm abdecken. Bei komplexen Geometrien wird mittels 3D-Laserscanning die Wölbung der Träger auf ±1 mm der vorgegebenen Profile überprüft, wobei Abweichungen vor der Endabnahme durch kontrollierte Erwärmung oder mechanisches Richten korrigiert werden.

Beschaffungsingenieure bei globalen EPC-Unternehmen profitieren von einem integrierten Projektmanagementansatz, der die 3D-Modellierung in Tekla Structures zur Kollisionserkennung und Montageplanung sowie wöchentliche Fortschrittsberichte mit fotografischer Dokumentation umfasst. Eine lückenlose Rückverfolgbarkeit der Materialien wird gewährleistet – von Werksprüfzeugnissen (MTRs) bis hin zu den Chargennummern der Schweißzusatzwerkstoffe –, wobei die Berichte zu zerstörungsfreien Prüfungen (UT, MT, RT, PT) je nach Projektanforderungen 10 Jahre lang archiviert werden. Das Logistikteam koordiniert den Seetransport vom Hafen in Shanghai zu Baustellen weltweit, wobei die Trägerlieferungen mithilfe speziell angefertigter Auflagen und Verzurrungen auf Flat-Rack-Containern oder Stückgutfrachtern gesichert werden. Für ein kürzlich durchgeführtes Brückenprojekt in Australien wurden 24 Träger in sechs Lieferungen über einen Zeitraum von 12 Wochen transportiert, wobei jedes Teil für die 45-tägige Seereise mit einer VCI-Verpackung (Vapor-Phase Corrosion Inhibitor) und Polyethylen-Schrumpffolie geschützt war. Vor-Ort-Schweißunterstützung für Feldverbindungen wird ebenfalls angeboten, wobei AWS-zertifizierte Schweißinspektoren (CWI) für die Qualitätsprüfung an Ihrem Projektstandort zur Verfügung stehen. Für Projekte mit engen Zeitplänen können parallele Fertigungslinien mobilisiert werden, um die Vorlaufzeiten um bis zu 30 % zu verkürzen, wobei die Produktionskapazität bei über 5.000 Tonnen Stahlbrückenbauteilen pro Jahr liegt.

Technische Daten

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