Lagertausch am Weyermannshausviadukt

Ausgangslage und Bauzustand

Im Raum Bern wird das Quartier Ausserholligen im Rahmen von zwei Grossprojekten aufgewertet: Leistungssteigerung Bern West der SBB und Entwicklungsschwerpunkt Ausserholligen der Stadt Bern.

Teil des städtischen Projekts ist der Bahnhof Europaplatz Nord mit einer neuen Personenunterführung sowie die Aufwertung des Freiraums unter dem Viadukt. Unter dem Autobahnviadukt entsteht ein öffentlicher Freiraum mit Fuss- und Veloverbindung sowie Raum für Freizeit, Sport, Kultur und Quartiernutzungen. Dafür wird das Terrain im Bereich des Viadukts um ca. 2 bis 4 m abgesenkt.

Das Viadukt (Baujahr 1974 bis 1977) besteht aus vorgespannten Kastenträgern mit Spannweiten von 26.5 bis 38 Metern und massiven vorgespannten Querträgern über den Stützen. Diese Stützen werden in der Bauphase abschnittsweise ersetzt. Das Viadukt wird dazu mit einer provisorischen Unterfangung (massive geschweisste Blechträger auf Gerüsttürmen) und hydraulischen Pressen angehoben. Die bestehenden Stützen werden entlastet und rückgebaut, anschliessend werden neue, längere Stützen erstellt, damit das Terrain abgesenkt werden kann.

Kritisch ist dabei ein temporärer Bauzustand: Das Punktlager (Stütze) entfällt, der Querträger «hängt» nur noch an den Stegen des Kastenträgers, die als Linienlager wirken. Gleichzeitig wirkt weiterhin die massive Vorspannkraft im Querträger. Dieser Zustand musste lokal nachgewiesen werden.

Der Überbau ist als vorgespannter Hohlkasten ausgebildet. Über jeder Stütze befindet sich im Hohlkasten ein massiver, quer vorgespannter Betonquerträger, der im Bestand die Lasten aus dem Überbau über ein zentrales Punktlager in die Stütze einleitet. Für den Lagertausch wird der Überbau mit Gerüsttürmen und hydraulischen Pressen angehoben. Die Pressen können konstruktionsbedingt nur unter den beiden Stegen des Hohlkastens angesetzt werden.

Das zentrale Punktlager entfällt in diesem Bauzustand vollständig, während gleichzeitig die ursprünglichen Linienlasten aus dem Überbau reduziert oder aufgehoben werden. Der Querträger «hängt» damit temporär im Überbau und wird im Wesentlichen durch die vorhandene Quervorspannung und die Abtragung über die Stege gehalten. Dieser Bauzustand unterscheidet sich grundlegend vom ursprünglichen statischen System und erfordert einen eigenständigen Nachweis.

Detailliertes 2D-Modell des Querträgers

Die Geometrie des Bauteils wurde vollständig erfasst, inklusive der vorhandenen Öffnungen, die den Kraftfluss lokal beeinflussen. Auf Basis der Bestandspläne konnte die vorhandene Bewehrung explizit modelliert werden. Horizontale und vertikale Bewehrung sowie die Bügel wurden einzeln abgebildet und ausgewertet. Zusätzlich wurde die Quervorspannung im Modell berücksichtigt. Die Krafteinleitung der Vorspannung erfolgt über eine vereinfachte Modellierung der Lastausbreitung mittels Konus, ergänzt durch die lokale Bewehrung im Ankerbereich, insbesondere die vorhandene Spiralbewehrung.

Bestand und Bauzustand im qualitativen und quantitativen Vergleich

Mithilfe des Kräfteflusses liess sich der grundlegende Systemwechsel im Bauzustand anschaulich nachvollziehen, insbesondere die Ausbildung eines Druckbogens im oberen Bereich des Querträgers und eines Zugbandes in der unteren Zone infolge des Wegfalls des Punktlagers. Ergänzend wurden die Spannungen im Beton und in der Bewehrung ausgewertet, um lokale Druckspitzen und erhöhte Zugbeanspruchungen zu erkennen und zu bewerten.

Darauf aufbauend wurde der Tragfähigkeitsnachweis für den Bauzustand geführt. Massgebend waren insbesondere die Beanspruchungszunahmen in einzelnen Bügeln im Bereich von Umlenkkräften und Öffnungen, die mit dem Programm detailliert untersucht und als lokale Spannungserhöhungen belegt wurden. Gerade solche lokalen Effekte um Öffnungen oder an Bügeln sind analytisch und mit einfacheren Methoden schwer abzubilden.