Empa-Innovation im Brückenbau: Ausgezeichnete Eisenbahnbrücke dank Schweizer Carbon-Seilen

Ein strahlend weisser Netzwerkbogen mit 130 Metern Spannweite trägt die neue Grenzbrücke bei Küstrin. 88 Carbon-Hänger stabilisieren die filigrane Konstruktion über der Oder. Weltweit erstmals kamen solche Zugglieder aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) bei einer Eisenbahnbrücke zum Einsatz – entwickelt vom Empa-Spin-off Carbo-Link und getestet sowie begutachtet an der Empa. Der neuartige Werkstoff ermöglicht nicht nur eine besonders materialeffiziente Bauweise, sondern reduziert auch die CO2-Emissionen im Vergleich zu einer herkömmlichen Stahlkonstruktion erheblich. Für diese wegweisende Konstruktion wurde die Brücke gleich doppelt ausgezeichnet – mit dem britischen «Bridges International Award» und dem Deutschen Brückenbaupreis.

Leichter Carbon statt tonnenschweren Stahls
Die Küstriner Oderbrücke gilt laut der Jury des Deutschen Brückenbau Preises nicht nur als ingenieurtechnisches Meisterwerk, sondern ist auch wirtschaftlich und bezüglich Nachhaltigkeit zukunftsweisend. Die 88 Carbon-Hänger reduzieren das Eigengewicht im Vergleich zu herkömmlichen Flachstahlhängern erheblich. Denn CFK bietet eine hohe Zugfestigkeit und eine bessere Ermüdungsfestigkeit als Stahl – bei gleichzeitig deutlich geringerem Gewicht. Das eröffnet neue gestalterische Freiheiten, wie das luftige, transparente Erscheinungsbild der Oderbrücke eindrucksvoll zeigt. Zudem senkt die Materialeinsparung die Baukosten und reduziert langfristig den Wartungsaufwand.

Insgesamt konnten durch den Einsatz der CFK-Hänger rund 500 Tonnen Stahl und 1350 Tonnen Stahlbeton im Gesamttragwerk der Brücke eingespart werden. Eine Nachhaltigkeitsstudie von Urs Meier, CFK-Pionier und ehemaliges Mitglied der Empa-Direktion, zeigt: Die Carbon-Variante spart gegenüber einer Stahlkonstruktion rund 20 Prozent der CO2-Emissionen ein.

Hohe Anforderungen an die Eisenbahnbrücke
Die Eisenbahnbrücke über die Oder ist eine zweigleisige Netzwerkbogenbrücke in Verbundbauweise, ausgestattet mit vorgespannten CFK-Hängern. Zwar kamen solche Carbon-Seile bereits bei einer anderen Brücke zum Einsatz, doch hier wurden sie weltweit erstmals für den schweren Eisenbahngüterverkehr eingesetzt. Züge können das Bauwerk nun mit bis zu 120 Kilometern pro Stunde passieren – was umfangreiche Tests und aufwendige Genehmigungsverfahren erforderte.

Laut Lorenz Haspel, dem zuständigen Projektleiter beim Ingenieurbüro schlaich bergermann partner, wäre diese Carbon-Brücke ohne die Empa nicht realisierbar gewesen. Die neuartigen CFK-Hänger stammen vom Empa-Spin-off Carbo-Link in Fehraltorf – gegründet von Andreas Winistörfer, CEO und ehemaliger Empa-Doktorand – und wurden nun bereits zum zweiten Mal bei einer Netzwerkbogenbrücke verbaut. «Bei der Stadtbahnbrücke in Stuttgart haben wir solche Carbon-Seile erstmals als hoch beanspruchte Zugglieder in einem Netzwerkbogen eingesetzt», so Haspel.

Die Ermüdungsversuche für die Oderbrücke führte grösstenteils ein Team der Empa-Abteilung «Structural Engineering» um Robert Widmann und Dimitri Ott in der Bauhalle der Empa durch – und bestätigten dabei die nötige Dauerfestigkeit des neuartigen CFK-Materials. Giovanni Terrasi, Leiter der Empa-Abteilung «Mechanical Systems Engineering», erstellte zudem zusammen mit Christian Affolter das technische Gutachten für die nun ausgezeichnete Brücke. «Damit haben wir die Basis geschaffen für eine neue Generation filigraner Netzwerkbogenbrücken mit Carbon-Hänger als tragende Elemente», ist Terrasi überzeugt.


Medienkontakt:
Prof. Dr. Giovanni Terrasi
Mechanical Systems Engineering
Tel. +41 58 765 41 17
giovanni.terrasi@empa.ch

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