Vernieuwing van de brugconstructies bij het Darmstädter Kreuz
Een van de belangrijkste verkeersaders van Duitsland, het knooppunt tussen de A5 en A67 bij Darmstadt, tussen Mannheim en Frankfurt, is aan vernieuwing toe. De vier bestaande bruggen vertoonden gebreken in draagvermogen en inmiddels volledig afgebroken en vervangen door vier nieuwe bruggen, inclusief extra rijstroken. De nieuwe bruggen zijn architectonisch aantrekkelijk vormgegeven. Om de nieuwe bruggen met zo min mogelijk hinder over de weg te plaatsen, is gekozen voor een inschuifsysteem.
Het bedrijf Eiffage Infra Süd-West (onderdeel van Eiffage) is de hoofdaannemer voor de herinrichting van de verkeersader. Het Belgische Iemants, tevens onderdeel van Eiffage, heeft de fabricage en montage van nieuwe stalen bruggen uitgevoerd. Het ingenieursbureau Iv werkte mee aan het ontwerp.
De hoofdbrug bestaat uit twee naastgelegen, vrijwel identieke bruggen en wordt ook wel het Zentralbauwerk genoemd. Het basisontwerp van deze bruggen is aangeleverd door de opdrachtgever. Iemants heeft het bijbehorende inschuifconcept beoordeeld en volledig doorontwikkeld om te garanderen dat de belastingen tijdens montage beneden de toelaatbare waarden bleven.
De nieuwe brug is vanuit het ontwerp erg slank vormgegeven, met als gevolg dat de krachtsinleiding op de lijfplaten vanuit de tijdelijke ondersteuningen kritisch is. De methodiek moest herzien worden om een betere krachtsinleiding te verkrijgen. Iemants heeft hiervoor een nieuw ontwerp van de glijschoenen bedacht en gerealiseerd. Hiermee is een goede en beheersbare uitvoering gerealiseerd. Iv leverde ontwerpondersteuning voor de ontwikkeling van het inschuifsysteem, dat bestaat uit een aandrijfsysteem met kabels en een supportsysteem met glijschoenen. Ook heeft Iv de constructieve toetsing van de brug tijdens de diverse montagestappen uitgevoerd.
De transformatie van het verkeersknooppunt is grootschalig. De uitvoeringswerkzaamheden zijn al ver gevorderd en bevinden zich in de afbouwfase. Het bestaande complex met vier bruggen is inmiddels volledig afgebroken en vervangen, met de toevoeging van extra rijstroken. De werkzaamheden worden uitgevoerd terwijl het verkeer doorgang moet vinden en vindt plaats in verschillende delen, namelijk:
De grote stalen brugdelen zijn vanuit Iemants productielocatie in Balen in België over water naar Mannheim vervoerd en vervolgens over de weg naar Darmstadt gereden. De samenbouw van de onderdelen vond plaats op een voorbouwlocatie in het verlengde van de brug. Dit proces maakte het mogelijk om elke brug in te schuiven naar zijn uiteindelijke positie, waardoor de verstoring van het snelwegverkeer tot een minimum is beperkt.
De twee bruggen zijn elk in vijf fasen gebouwd.
Fase A: De eerste helft van de brug werd geassembleerd op de voorbouwlocatie. De einddwarsligger van het eerste brugdeel werd verbonden met een vast punt op het landhoofd.
Fase B: Na voltooiing van het eerste brugdeel werd een kabel aangesloten op het vaste punt en de einddwarsliggers van het eerste deel van de brug. Ter voorbereiding op het eerste intrekproces werden de strengen gespannen.
Fase C: Het eerste brugdeel werd naar zijn tijdelijke positie gegleden. Er werd vervolgens een tijdelijke verbinding gemaakt tussen de kolom en brug.
Fase D: Het tweede deel van de brug werd geplaatst en verbonden met het eerste deel. Er werd weer een kabel aangesloten op de einddwarsligger van de brug en het vaste punt. De kabel werd daarna weer gespannen.
Fase E: De brug werd naar zijn definitieve positie gegleden.
Het nieuwe bruggencomplex voldoet aan de hoogste Duitse standaarden en wordt gekenmerkt door een moderne uitstraling, met opvallende kleuraccenten. De binnenkant van het Zentralbauwerk is voorzien van stroken in diverse kleuren, van groen tot paars, wat een uniek aspect toevoegt aan de brug.
De start van de Südrampe vond plaats in maart 2021, gevolgd door de Nordrampe in hetzelfde jaar en het Zentralbouwerk in 2023. De finale eindoplevering heeft inmiddels plaatsgevonden.
Een enkele brug bestaat uit twee grote doorgaande plaatliggers over meerdere steunpunten. De hoogte van de plaatliggers volgt het momentenverloop. Tussen de hoofdliggers zijn dwarsdragers geplaatst met daarop deuvels. Over de dwarsdragers is een betonnen dek gestort, waardoor er een staal-beton composiet dek ontstaat. Een enkele brug is circa 16 meter breed en heeft een lengte van circa 160 meter, met een hoofdoverspanning van 72 meter en twee zijoverspanningen van 38 meter.
Een van de grootste uitdagingen van het project is het verschuiven van de bruggen. Hiervoor zijn op maat gemaakte schuifschoenen met lagers, lastverdeelplaten en een glijvlak van gepolijst roestvrij staal en polytetrafluoretheen (PFTE) ontwikkeld. Dit systeem zorgt voor een evenwichtige en voorspelbare wrijving en beweging. Het bedrijf Trelleborg heeft in samenwerking met Iemants speciale rubber blokken ontwikkeld die opgenomen zijn in de glijschoenen. Deze blokken maken een flexibele ondersteuning mogelijk waarmee een juiste lastspreiding kon worden gegarandeerd.
Iv heeft support geleverd voor de detailontwikkeling van het inschuifsysteem, dat bestaat uit een aandrijfsysteem met kabels en een supportsysteem met glijschoenen. Daarnaast heeft Iv de constructieve toetsing van de brug in de verschillende bouwstappen tijdens montage uitgevoerd. Op basis hiervan zijn aanpassingen en optimalisaties uitgevoerd.
De brug wordt vanuit de voorbouwlocatie met behulp van kabels en een afzetframe over speciaal ontwikkelde glijschoenen getrokken. Doordat een bestaande snelweg moest worden gekruist, was het zoeken naar voldoende tijdelijke steunpunten en ruimte een uitdaging. Hoewel iedere brug uiteindelijk drie hoofdoverspanningen heeft, is voor het glijden gebruikgemaakt van extra tussensteunpunten in de hoofdoverspanningen. Door ook slim gebruik te maken van landhoofden en hier in het ontwerp al rekening mee te houden, werd voldoende ruimte gevonden om de afzet- en steunpuntskrachten op te vangen.
De trekkabels hebben een vast punt aan het landhoofd en hier is een trekframe ontwikkeld. Aan de dwarsdragers in de achterzijde van de brug is een vijzelconstructie opgenomen, die aan de kabel kan trekken. Hiermee trekt de brug zichzelf als het ware aan de kabel de weg over. De brug kruist in een hoek de snelweg over en heeft bij de landhoofden een scheve aansluiting. Hier is ook uiteindelijk een vrij grote einddwarsdrager voorzien.
De brug heeft bij het schuiven telkens een andere overspanning en kraagt bij het schuiven ook uit. Hierdoor buigt het brugdek aan de voorzijde door. Vooraan de brug is een tijdelijke snavel gemonteerd. De snavel kan deze doorbuiging opvangen en tilt als het ware de brug weer op de volgende oplegging.
Omdat de brug bij het passeren van de tijdelijke steunpunten vervormt en een verticale hoekverdraaiing ondergaat, zijn de glijschoenen zo ontwikkeld dat ze verend én scharnierend zijn opgelegd en daarmee de kromming van de brug kunnen volgen.
De brug is nabij de glijschoenen ook voorzien van vijzels. Hiermee kan de brug gelift worden en kunnen inspecties en eventueel reparaties aan de glijvlakken worden uitgevoerd.
Net als een slee op het ijs, kan de brug bij het bewegen ook zijdelings wegglijden. Om dit te voorkomen zijn zijdelingse steunen aangebracht, met daarin ook een vijzelmogelijkheid om de brug in de juiste positie te drukken.
Bij de definitieve steunpunten zijn de opleggingen uitgebouwd en is de brug hier lokaal breder. De zijdelingse steunen dienen deze verbreding te kunnen passeren. Hiervoor zijn ze deels demonteerbaar. Ook de glijvlakken van de zijdelingse steunen kunnen scharnieren, zodat de brug zich niet klem trekt bij een kleine horizontale hoekverdraaiing.
De glijschoenen werkte bij de plaatsing zodanig goed dat de installatie snel en zonder problemen en slijtage verliep. Het principe zal door Iemants vaker worden toegepast.
Hoewel de uitvoering ogenschijnlijk eenvoudig lijkt, vereiste het veel creativiteit en technische vernuft om de vele montagestappen zorgvuldig door te rekenen en bij elke stap de veiligheid en beheersbaarheid van het project te waarborgen. De goede samenwerking tussen de verschillende partijen was hierbij cruciaal. De constructieve en praktische houding van alle betrokkenen heeft bijgedragen aan de succesvolle uitvoering van dit complexe project.
Jaco, directeur Consult, gaat hier graag over met je in gesprek! Neem contact op via 088 943 3100 of stuur een bericht.
