Lagertausch am Weyermannshausviadukt
Der Überbau des Viadukts ist als vorgespannter Hohlkasten mit Spannweiten von rund 26.5 bis 38 Metern 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. Im Zuge des Lagertauschs wird der Überbau mithilfe von 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 aufgehoben werden. Der Querträger „hängt“ damit temporär im Überbau und wird im Wesentlichen durch die Abtragung über die Stege unter gleichzeitiger Wirkung der vorhandenen Quervorspannung gehalten. Dieser Bauzustand unterscheidet sich grundlegend vom ursprünglichen statischen System und erfordert einen eigenständigen Nachweis.
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.
Ungewöhnlicher Bauzustand mit umgekehrtem Kraftfluss
Im Bestand werden Linienlasten seitlich über den Querträger in die Stütze eingeleitet. In der Bauphase fällt die Stütze weg – es bleibt im Wesentlichen die Vorspannkraft (6 Kabel, insgesamt rund 13’000 kN) und eine geänderte Lagerung. Dadurch kehrt sich der Kraftfluss um (Druck-/Zugzonen wechseln), was insbesondere Schub und Biegung beeinflusst.
Detaillierte Bestandsinformationen – aber aufwendig auszuwerten
Die Bewehrungs- und Vorspannungspläne lagen vor, jedoch als grosse, eingescannte Bestandsunterlagen. Für einen Nachweis mussten Öffnungen, Bewehrungsführung und Vorspannung realitätsnah abgebildet werden. Somit wurde der Bestand und Bauzustand in IDEA StatiCa modelliert.
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, wobei horizontale und vertikale Bewehrung sowie die Bügelbewehrung einzeln abgebildet und ausgewertet wurden. Zusätzlich wurde die Quervorspannung im Modell berücksichtigt. Die Krafteinleitung der Vorspannung erfolgt dabei über eine vereinfachte Modellierung der Lastausbreitung mittels Konus, ergänzt durch die lokale Bewehrung im Ankerbereich, insbesondere die vorhandene Spiralbewehrung.
Qualitativer & quantitativer Vergleich: Bestand vs. Bauzustand
Mithilfe des Kräfteflusses konnte der grundlegende Systemwechsel im Bauzustand anschaulich nachvollzogen werden, insbesondere die Ausbildung eines Druckbogens im oberen Bereich des Querträgers und eines Zugbandes in der unteren Zone infolge des Wegfalls des Punktlagers. Ergänzend dazu wurden die Spannungen im Beton sowie in der Bewehrung ausgewertet, um lokale Druckspitzen und erhöhte Zugbeanspruchungen zu identifizieren und zu bewerten. Darauf aufbauend wurde der Tragfähigkeitsnachweis für den Bauzustand geführt. Massgebend waren insbesondere die Beanspruchungszunahmen in einzelnen Bügeln in den Bereichen von Umlenkkräften und Öffnungen, die anhand des Programms detailliert untersucht und als lokale Spannungserhöhungen belegt wurden. Gerade die lokalen Effekte um die Öffnungen oder an den Bügeln sind analytisch und mit einfacheren Methoden schwer abzubilden.
Die Ausführung startete im Januar 2025. Nach diversen Vorarbeiten wurden die pfahlfundierten Fundamente für das Gerüst erstellt. Danach erfolgte die Montage der Gerüsttürme und Blechträger. Das Viadukt konnte dann anhand von hydraulischen Pressen angehoben werden, um die Stützen zu entlasten. Der Rückbau der bestehenden Stützen erfolgte im oberen Bereich mit Hochdruckwasserstrahlen (HDW-Verfahren). Anschliessend konnten die Bohrpfähle, Fundamente sowie die neuen, längeren Stützen erfolgreich erstellt werden.
Ein wesentlicher Vorteil von IDEA StatiCa lag in der Möglichkeit, jedes einzelne Bewehrungselement explizit zu modellieren und dessen Spannungen direkt auszuwerten.
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