Neues Schutz- und Überwachungssystem bei der Penobscot- Schrägseilbrücke

Kontext

Die neue Penobscot-Schrägseilbrücke in Bucksport, Maine, USA, auf der U.S. Route 1 ersetzt die aus dem Jahre 1931 stammende Waldo- Hancock-Bridge, eine Hängebrücke aus Stahl, die von David B. Steinman entworfen wurde. Die neue Schrägseilbrücke weist bei einer Hauptspannweite von 354 m eine Gesamtlänge von 646 m auf. Mit dem Einbau der ersten DYNA Grip® -Schrägseile wurde im September 2005 begonnen.

Lösung

Zur Gewährleistung eines dauerhaften Schutzes dieser ersten Schrägseilbrücke im US Bundesstaat Maine wurden unter Beteiligung von DYWIDAG verschiedene Schutzsysteme entwickelt und miteinander kombiniert. Außerdem kamen für den Bau der Brücke insgesamt vier DYWIDAG Vorbauwagen zum Einsatz, die von DYWIDAG geliefert wurden. Die 80 Schrägseile wurden nach dem neuen Waagebalken-Prinzip (Cradlesystem) des Ingenieurbüros Figg Bridge Engineers, Inc., Tallahassee, Florida, konzipiert. Bei diesem Konzept werden die Seile nicht einzeln am Pylon verankert, sondern über im Pylon eingebaute Umlenksättel mit definierter Krümmung geführt.

Sie laufen von einer Verankerung am Brückendeck über den Umlenksattel im Pylon bis zur anderen Verankerung im benachbarten Brückenfeld kontinuierlich durch. Das „cradle system“ erlaubt, neben deutlichen Einsparungen an Materialkosten und Bauzeit, eine überaus schlanke und somit ästhetisch elegante Gestaltung des Pylons. Die Schrägseile der neuen Penobscot- Brücke bestehen aus 61 bis 73 Epoxidharzbeschichteten Litzen
0,6" die in einem gemeinsamen Mantelrohr geführt werden.

Im Bereich der Umlenkung im Pylon sind die Litzen einzeln in Edelstahlröhren geführt, so dass gegenseitige Beeinflussungen der Litzen im Bereich der Krümmung durch Querkräfte ausgeschlossen werden.

Der architektonische Entwurf der Brücke sah zwei Pylone mit jeweils zentral angeordneten Schrägseilen vor. Die Schrägseile sind hierbei jeweils paarweise im Pylon angeordnet und werden auf dem Brückendeck in verschiedenen Segmenten verankert. Die DYNA Grip®-Schrägseile haben in den Nebenspannweiten steilere Winkel als in der Hauptspannweite. Als weitere Besonderheit weist die Brücke eine asymmetrische Krümmung in einem Seitenfeld auf.

Aufgrund der asymmetrischen Geometrie der Umlenksättel wäre der Einbau der insgesamt 40 Sättel in den Pylonen vor Ort sehr aufwändig gewesen. DYWIDAG entwickelte für das komplexe Design eine Hilfs- und Stützkonstruktion, die den Einbau der Umlenksättel in den Pylonen erheblich erleichterte. Hierbei handelte es sich um ein Verfahren, das alle Winkel und Erhöhungen bereits vor dem Einbau in den Pylonen berücksichtigte.

Darüber hinaus entwickelte DYWIDAG als dauerhaften Schutz der Schrägseile ein System, welches eine permanente Überwachung der Schrägseile ermöglicht. Hierzu werden die DYNA Grip® Schrägseile zuerst in hermetisch abgedichtete HDPE-Hüllrohre geführt. Während des Einbaus wird zunächst warme, trockene Luft in das Schrägseilsystem gepumpt. Anschließend wird das HDPE-Hüllrohr mit reinem Stickstoff befüllt. Das Gas beseitigt hierbei sämtliche vorhandene, potentiell korrosive Elemente wie Sauerstoff, Chloride und Feuchtigkeit.

Jedes Schrägseil beinhaltet einen kleinen mit Stickstoff befüllten Behälter, der im Falle einer Undichtigkeit zusätzliches Druckgas mit einem Überdruck von 0,14 bar zuführt. Ferner werden Messinstrumente mit jedem Schrägseil verbunden, die zum einen Druckschwankungen aufzeichnen und zum anderen eine kontinuierliche Überwachung ermöglichen.

Eine Abschlusskappe, als Teil der Schrägseilverankerung, kapselt das gesamte Verankerungssystem vollständig ein. Für die Schutzkappe der Verankerung wurde erstmals ein durchsichtiges Material als Endplatte verwendet, welche eine visuelle Inspektion des Verankerungsbereichs ermöglicht.

Die größte Herausforderung bildete die wirtschaftliche Entwicklung eines gasdichten Systems, das einerseits die Bewegungen und Schwingungen eines Schrägseils aufnehmen konnte sowie andererseits den extremen Temperaturschwankungen, die im US-Bundesstaat

Maine auftreten, standhält. Als weiteres Überwachungsinstrument wird das DYNA Force System für die Penobscot-Brücke eingesetzt. Es besteht aus einer Reihe von Messspulen die an jedem Schrägseil fest montiert sind. Die Messwerte werden mit einer Genauigkeit von +/- 1 % gemessen. Dieses System ist robust und wartungsfrei und auf eine der Brücke entsprechende Lebensdauer ausgelegt.

Der Betreiber der Brücke kann hierdurch im Rahmen einer Inspektion unter geringem Aufwand die Kräfte in den Schrägseilen kontinuierlich und kostengünstig überwachen. Der Schutz der Penobscot-Brücke und damit auch des DYNA Grip®-Schrägseilsystems besteht aus der Kombination von vier Sicherungsmaßnahmen:

• Epoxidharz-beschichtete DYNA Grip®- Schrägseillitzen,

• HDPE-Hüllrohre,

• Stickstoffgas-Schutzsystem,

• DYNA Force Überwachungssystem.

Die Fertigstellung der neuen Penobscot-Brücke ist für Ende 2006 geplant.