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774 © 2004 Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin · Beton- und Stahlbetonbau 99 (2004), Heft 10

Fachthemen

Bei Betonbrücken werden heute oft Fugen und Lager angeordnet.Die damit verbundene Trennung von Über- und Unterbauten hatsowohl funktionale als auch gestalterische Nachteile. Im folgen-den wird versucht, die Vorteile der in Vergessenheit geratenenmonolithischen Bauweise anhand von neuen Beispielen aufzuzei-gen. Dabei werden der konstruktiven Durchbildung und der Form-gebung des Tragwerks unter dem Aspekt der Dauerhaftigkeit be-sondere Aufmerksamkeit geschenkt.

Design and Engineering of Integral Bridges. Development,Meaning and Examples.It is common practice, in current concrete bridge design, to in-clude joints and bearings. The associated separation of super-structure and substructure elements has both functional andaesthetic drawbacks. This article illustrates some of the recentlyforgotten advantages of monolithic bridges with examples of newstructures. Both the proportioning of elements as well as designdetails will be discussed with special focus on durability.

1 Einleitung

Der Gedanke, Betontragwerke vor Ort in einem Guß zubetonieren oder zumindest nur durch Arbeitsfugen zu un-tergliedern, ist schon so alt wie die Bauweise selbst. Be-reits vor über 100 Jahren erkannten die „Eisenbeton-Pio-niere“ François Hennebique (1842–1921) und EduardZüblin (1850-1916), daß sich aus dem feuersicheren Betonnicht nur sehr preiswerte und robuste Konstruktionen er-richten lassen, sondern daß dieses Material auch hervor-ragend geeignet ist, sehr effiziente Tragwerke zu konstru-ieren [1]–[4].

Der Plattenbalken (in der Funktion eines Biegesta-bes) oder die Kassettendecke (als Flächentragwerk) sindBeispiele für solche Konstruktionen, bei denen die Trag-glieder Platte und Balken nicht einfach additiv gestapeltwerden, sondern miteinander zu einem leistungsfähigenTragwerk verschmelzen. Vertreter dieser Epoche sind dieEisenbetonbogenbrücken über die Vienne bei Châtel-lerault (1899) von Hennebique und der Langwieser Via-dukt (1912/13) über das Plessur-Tobel von Ed. Züblin &Cie. (Bild 1), [5]–[7].

Integrale Brücken kommen ohne Fugen und Lager aus.

Ein Meister seines Fachs war Robert Maillart(1872–1940). Er war seiner Zeit weit voraus. Als einer derersten betrachtete er Gestalt und Tragwerk als Ganzes.Das damals noch teure Material verwendete auch er sehrsparsam, aber er löste seine Betontragwerke nicht in Stäbeund Fachwerke auf, sondern viel sinnvoller in Platten,Scheiben und Faltwerke. Er entwickelte den Plattenbal-ken weiter zum Hohlkasten, einer Querschnittsform, dieheute aus dem Brückenbau nicht mehr wegzudenken ist,weil sie sich praktisch für jede Beanspruchungsart als sehr

Konzeptionelles Entwerfen und Konstruieren von Integralen BetonbrückenEntwicklung, Bedeutung und Beispiele

Meinen verehrten Lehrern Prof. Dr.-Ing. Jörg Peter und Prof. Dr.-Ing. Drs. h. c. Jörg Schlaich gewidmet

Matthias Schüller

Bild 1. Langwieser Viadukt der Rhätischen Bahn imStreckenabschnitt Chur-Arosa, Kanton Graubünden,Schweiz [6]Fig. 1. Viaduct near Langwies on the Chur-Arosa line of theRhaetian Railway, Canton Graubunden, Switzerland [6]

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M. Schüller · Konzeptionelles Entwerfen und Konstruieren von Integralen Betonbrücken

Beton- und Stahlbetonbau 99 (2004), Heft 10

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zweckmäßig erwiesen hat. Im Gegensatz zu Maillart, dervon dieser geschlossenen Form nur örtlich und mit vieltechnischer Phantasie Gebrauch gemacht hatte, so zumBeispiel bei seiner berühmten Salginatobelbrücke beiSchiers (1929/30) oder bei seinem nicht ausgeführtenEntwurf für die Rhône-Brücke zwischen Aire-la-Ville undPeney (1939), wird heute der Hohlkasten i. d. R. über diegesamte Brückenlänge monoton mit konstanter Bauhöhedurchgezogen.

Eine weitere, besonders geistreiche Idee Maillartsgeht auf die Minimierung der Lehrgerüstkosten zurück.Seine extrem dünnen und damit sehr leichten Stabbögen,die im Bauzustand durch das Gerüst und im Endzustanddurch den Fahrbahnträger versteift werden, sicherten ihmnicht nur einen Preisvorteil im Wettbewerb, sondern er-möglichten ihm kühne Bögen in monolithischer Bau-weise, wie etwa die Val Tschiel-Brücke bei Donath (1925)oder sein Meisterstück, die Schwandbach-Brücke bei Hin-terfultingen (1933) [8]-[10].

Maillart hatte damit einen großen Schritt in Richtungder Integralen Brücken getan: Brücken, die sich dadurchauszeichnen, daß sie ohne Fugen und Lager auskommen,bei denen die Konstruktion sozusagen ein zusammenhän-gendes Ganzes ausmacht [11]. Ihm selbst war dieser Fort-schritt wahrscheinlich noch gar nicht bewußt, weil er beiseinen letzten Bogenbrücken in Vessy (1936), Garstatt(1939/40) und Lachen (1940) wieder das Stabbogenprin-zip verließ und zum Dreigelenkbogen mit Fugen zurück-kehrte.

Maillarts Entwürfe und Bauwerke haben viele Inge-nieure begeistert und beeinflußt. Aber nur wenige, wieChristian Menn (geb. 1927), haben es verstanden, Mail-larts Ideen aufzugreifen und konsequent weiterzuent-wickeln. Menn steigerte bei seinen großen Stabbögennicht nur die Spannweiten, sondern erkannte auch dieenormen Vorteile, die mit der Vorspannung des Verstei-fungsträgers einhergehen. Bei der Rheinbrücke Tamins(1963) in der Nähe von Reichenau und den ZwillingenPonte Nanin (1966/67) und Ponte Cascella (1967/68) beiMesocco verwirklichte Menn im Vergleich zu Maillartsehr schlanke Versteifungsträger, obwohl er die Anzahl derAufständerungen auf den Bogen reduzierte [12].

2 Konventionelle Betonbrücken versus Integrale Betonbrücken

Heute werden bei Bahnbrücken aber auch bei Straßen-und Fußgängerbrücken meist Fugen und Lager angeord-net, um Zwängen z. B. aus Temperatur, Kriechen, Schwin-den und Stützensenkung zu entgehen. Hochwertige Fahr-bahnübergänge und Lager verbinden dabei einzelne Trag-werkskomponenten, wie Widerlager, Pfeiler und Überbau-ten, zu einer Brücke.

Wegen der Bewegungen und Lastwechsel sind Über-gangskonstruktionen und Lager Verschleißteile, die nicht

Integrale Brücken haben Traglastreserven und in gestalterischer Hinsicht ein enormes Entwurfspotential.

nur regelmäßig gewartet, sondern möglicherweise auchausgewechselt werden müssen. Diese speziellen Anforde-rungen prägen Gestalt und Tragverhalten einer Beton-brücke entscheidend:

2.1 Zur Gestalt

Die Begehbarkeit zur Wartung bedingt oft bei Widerla-gern, Hohlpfeilern und Hohlkastenüberbauten viel größe-re Dimensionen als zur Lastabtragung erforderlich. Spe-ziell die Pfeilerköpfe müssen bei Anordnung von Lagernwegen der Verschiebewege und der Pressenstellplätze ent-sprechend großzügig ausgebildet werden. Dies ist beson-ders auffällig, wenn eine „Einfeldträgerkette“ anstelle ei-nes Durchlaufträgers vorgesehen wird, weil nun doppeltso viele Lager auf jedem Pfeiler benötigt werden.

Zwischen dem Überbau und den Pfeilern ergibt sichaufgrund konstruktiver Erfordernisse wie Lagersockel,Ausgleichsplatten und dem Lager ein mehr oder wenigergroßer Spalt, der das Erscheinungsbild der Brücke nach-teilig beeinflußt, weil er die Trennung von Überbau undPfeiler und damit das Aufsplitten der Brücke in einzelneTragwerkskomponenten unterstreicht (Bild 2). Dies giltbesonders bei der Verwendung von Elastomer-Verfor-mungslagern, die bei großen Verschiebewegen dicker alsGleitlager sind. Gerade die kurzen Pfeiler sind problema-tisch, weil hier die Proportionen nicht mehr gewahrt wer-den können und das Auge den „Bruch“ zwischen Überbauund Pfeiler aus unmittelbarer Nähe noch deutlicher wahr-nimmt [13].

2.2 Zum Tragverhalten

Fugen trennen! Die Lager übertragen bei der üblichen La-geranordnung keine Längsbiegemomente des Überbaus.

Bild 2. Übergang Pfeiler/Überbau bei Anordnung vonLagern (links) und bei monolithischer Ausbildung (rechts) inAnlehnung an Beispiele aus [13]Fig. 2. Column to superstructure transition, with bearings(left) and for a monolithic structure (right), based on exam-ples from [13]

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Dies beeinflußt nicht nur das Tragverhalten der Überbau-ten, sondern auch die Knicklänge der Pfeiler. Ein günsti-ges Zusammenwirken oder anders ausgedrückt ein „sichgegenseitiges Helfen“ – man denke z. B. an Maillarts ver-steifte Stabbögen – wird durch Fugen und Lager unter-bunden. Die Trennung erschwert Schnittgrößenumlage-rungen und damit die Aktivierung von Lastreserven. Wer-den z. B. Einfeldträger in Reihe angeordnet, dann sorgtdies zwar für stets klare statische Verhältnisse, aber eineSchnittgrößeninteraktion benachbarter Felder bzw. zwi-schen Überbau und Pfeiler ist praktisch ausgeschlossen.

Integrale Brücken haben Traglastreserven und in ge-stalterischer Hinsicht ein enormes Entwurfspotential.Sehr zweckmäßig konstruierte Pfeiler und Überbauten,die zusammen eine konstruktive Einheit bilden, berei-chern nicht nur den Formenkanon, sondern lassen auchindividuelle Brücken entstehen, die sich aus den jeweili-gen Randbedingungen (u. a. Baugrund, Umfeld, Nut-zungsanforderungen) heraus entwickeln und nicht einemKatalog entnommen sind [14].

Ein ausgezeichnetes Beispiel hierfür ist die Sunni-bergbrücke bei Klosters (1998), die nach dem Konzeptvon Christian Menn realisiert und 2002 vom Verlag Ernst& Sohn mit dem Ingenieurbau-Preis ausgezeichnet wurde(Bild 3) [15]–[18]. Die extrem schlanken und sich nachunten hin verjüngenden Pfeiler gehen direkt auf die fugen-und lagerlose Bauweise zurück. Aufgrund der Einspan-nung der Pfeiler in den Überbau wird nicht nur die Pfeiler-knicklänge reduziert, sondern zusätzlich in Brückenlängs-richtung eine Rahmentragwirkung aktiviert, die Verfor-mungen und Schnittgrößen von Überbau und Pfeiler gün-stig beeinflußt. Temperaturzwängen weicht der imGrundriß gekrümmte Überbau aus, weil sich seine inBrückenquerrichtung vierendeelartig ausgebildeten Pfei-ler verformungsfreundlich verhalten. Die Konstruktionbildet ein untrennbares Ganzes, typisch für IntegraleBrücken.

Es soll nicht unerwähnt bleiben, daß sich im Fall derSunnibergbrücke das Entwurfskonzept nicht willkürlich

in einem „Designprozeß“ ergeben hat, sondern zielgerich-tet in Abstimmung mit einem günstigen Tragverhalten un-ter Berücksichtigung ästhetischer Werte [19], [20] (u. a.Leichtigkeit, Transparenz, Ordnung) ermittelt wurde. Die-se Vorgehensweise, die man als „Konzeptionelles Entwer-fen und Konstruieren“ bezeichnen kann, setzt viel Wissenund Erfahrung voraus, vor allem aber auch den Willen undden Mut neue Wege zu gehen. Letzteres gilt für alle amBau Beteiligten!

3 Beispiele für Integrale Brücken

In chronologischer Reihenfolge werden sechs Beton-brücken vorgestellt (Tabelle 1), die zwischen 1999 und2003 im Stuttgarter Ingenieurbüro Peter und Lochner ent-worfen wurden.

3.1 La-Ferté-Steg in Stuttgart-Zuffenhausen

Der Entwurf dieser Fuß- und Radwegbrücke (zusammenmit den Architekten Arat – Siegel und Partner aus Stutt-gart (Bild 4)) ist aus einem Wettbewerb hervorgegangen[21]. Die im Grundriß gleichmäßig gekrümmte Brücke be-steht aus einem schlaff bewehrten Plattenbalken, der vonsechs dünnen Stahlstützen entlang seiner Schwerachsegestützt wird (Bild 5). Die fugen- und lagerlose Bauweisebedingt eine Einspannung des Überbaus in die Widerlager.Dieser Effekt wird hier genutzt, um zum einen die Halden-rainstraße stützenfrei zu überspannen und um zum ande-ren Traglastreserven bereitzustellen, die es ermöglichen,den Ausfall der Stütze in Achse 1 ohne Einsturz zu ver-kraften.

Um Temperaturzwänge klein zu halten, darf das seit-liche Ausweichen des Überbaus nicht behindert werden.Beim La-Ferté-Steg sind daher die Stahlstützen so ge-formt, daß sie sich praktisch wie Pendelstützen verhalten.Sie erhalten im wesentlichen nur Normalkräfte, auchdann, wenn sich der Überbau infolge Temperaturschwan-kungen ausdehnen oder zusammenziehen will. Ein „Stahl-

Bild 3. Sunnibergbrücke, Klosters, Kanton Graubünden, Schweiz [18]Fig. 3. Sunniberg Bridge near Klosters, Canton Graubunden, Switzerland [18]

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Tabelle 1. Kenndaten der vorgestellten Beispiele Table 1. Characteristics of presented examples

La-Ferté-Steg, Stuttgart

Bauherr Landeshauptstadt Stuttgart,vertreten durch das Tiefbauamt

Ingenieure Peter und Lochner, Stuttgart

Architekten Arat – Siegel und Partner, Stuttgart

Bautechnische Dipl.-Ing. Dr.-Ing. E. h. Reiner Saul,Prüfung Stuttgart

Entwurf 1999

Fertigstellung 2001

Länge 119 m

max. Spannweite 28,50 m

Gehwegbreite 3,50 m

Bauwerk 5, Winnenden

Bauherr Bundesrepublik Deutschland, vertretendurch das Regierungspräsidium Stuttgart


Bautechnische Dipl.-Ing. Roland Wetzel, StuttgartPrüfung

Entwurf 2000

Fertigstellung 2003

Länge 44 m

Spannweite 38,90 m

Regelbreite 13,75 m

Bauwerk 1, Winnenden

Bauherr Bundesrepublik Deutschland, vertretendurch das Regierungspräsidium Stuttgart


Bautechnische Dipl.-Ing. Roland Wetzel, StuttgartPrüfung

Entwurf 2001

Fertigstellung 2004

Länge 44,50 m

Hauptspannweite 31 m

Gesamtbreite 29 m

Bauwerk 3, Sersheim

Bauherr Landkreis Ludwigsburg, vertreten durch das Regierungspräsidium Stuttgart


Entwurf 2003

Fertigstellung 2004

Länge 31 m

Spannweite 23 m

Breite 6 m

Tabelle 1. FortsetzungTable 1. Continued

Bauwerk 1, Sersheim



Entwurf 2003

geplante 2005Fertigstellung

Länge 34,32 m

Spannweite 17,50 m

Breite 12 m

Bauwerk 2, Sersheim



Entwurf 2003

geplante 2005Fertigstellung

Länge 75,60 m

max. Spannweite 18,50 m

Breite 12 m

Bild 4. La-Ferté-Steg, Stuttgart, Photo: Dietmar Strauß,BesigheimFig. 4. La-Ferté-Steg in Stuttgart, photo: Dietmar Strauss,Besigheim

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gelenk“ (in Anlehnung an den Begriff „Betongelenk“) wur-de deshalb an den Stützenenden vorgesehen. Die kelch-förmigen Gußteile sind aus einem hochfesten Stahlgußmit guter Schweißeignung gefertigt und machen ein auf-wendiges Kugelgelenk mit Pfanne (wie beim menschli-chen Oberschenkelknochen) überflüssig. Dies vereinfachtDetails und kommt der Wartung zugute.

In bezug auf das Tragverhalten hat die Sunniberg-brücke den Entwurf des La-Ferté-Steges nachhaltig beein-flußt. Trotzdem entstand eine individuelle Brücke, diezeigt, daß die Neuinterpretation einer geistreichen Ideenicht zwangsläufig zu einer Kopie führen muß.

3.2 Bauwerk 5

Die geplante Anschlußstelle Winnenden-Mitte stellt dieVerbindung der neuen B14 mit der bestehenden Landes-straße 1127 Marbach-Winnenden her. Zur Überführungder Landesstraße über die B14 wurde der Neubau einerStraßenbrücke mit einem kombinierten Fuß- und Radwegerforderlich. Der Entwurf (Bild 6) ist stark von den geo-metrischen Randbedingungen geprägt. Zwei Verkehrskrei-sel, die vom Straßenplaner unterschiedlich weit vor bzw.hinter der Brücke angeordnet wurden, bedeuten für dieBrücke eine über die Länge veränderliche Fahrbahnbreite.Im Schnittpunkt der beiden gekrümmten Straßenachsen

bilden die Tangenten einen schiefen Winkel. BeideStraßen haben im Brückenbereich ein konstantes abernicht unerhebliches Längs- und Quergefälle. Dies erwiessich hier allerdings als gut verträglich, da das Längsgefälleder B14 in die gleiche Richtung wie das Quergefälle derL1127 weist und umgekehrt.

Entwurfsziel war ein Rahmentragwerk ohne Stützen,dessen Geometrie vom B14-Nutzer schnell erkannt undverstanden werden kann (Bild 7). Gleichzeitig sollte derEntwurf den nicht ganz alltäglichen Randbedingungen ge-recht werden, indem er auf die Schiefwinkligkeit der Kreu-zung und die veränderliche Fahrbahnbreite sensibel rea-giert.

Für den vorgespannten Überbau, den Rahmenriegel,wurde ein trapezförmiger Massivquerschnitt gewählt.Über die Länge verändert sich stetig seine Höhe, aberauch seine obere und untere Breite, so daß seine Flankenverwundene Flächen bilden. Die Formfindung gehorchtfolgenden Gesetzen: 1. Alle Querschnitte verlaufen im Grundriß parallel zur

Schnittpunkttangente der B14, um die Schiefwinklig-keit konsequent in der Geometrie zu berücksichtigen.

2. Abgesehen von der Querneigung sind die Querschnittestets symmetrisch ausgebildet (Bild 8).

3. Die beiden Brückenunterkanten schwingen nicht nurim Längsschnitt sondern auch im Grundriß, um der

Bild 5. La-Ferté-Steg, Stuttgart: Grundriß, Querschnitt A–A und AbwicklungFig. 5. La-Ferté-Steg in Stuttgart: plan, section A–A and developed elevation

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Bild 7. Bauwerk 5, Winnenden: Längsansicht, Längsschnitt A – A und GrundrißFig. 7. Winnenden Bridge No. 5: elevation, longitudinal-section A – A and plan

Bild 6. Bauwerk 5 im Zuge der neuen B14 bei WinnendenFig. 6. Bridge No. 5 for the new highway B14 near Winnenden

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veränderlichen Fahrbahnbreite Rechnung zu tragen.Dabei spannen sie eine seitlich konkav berandete, ein-seitig gekrümmte Fläche auf.

Auch die Rahmenstiele respektieren die schiefwinkli-ge Ausrichtung der Konstruktion. Der Betrachter nimmtsie als „Keile“ wahr, die im Widerlagerbereich unter denRiegel „geklemmt“ sind. Sie stören nicht die konkaveForm der bis zur Böschung fortgeführten Brückenunter-kanten, vielmehr übernehmen sie an ihrem oberen Endederen Schwung.

Um eine einfache Herstellung zu gewährleisten, mußbei der Formgebung beachtet werden, daß alle Flächenmit einer konventionellen Schalung hergestellt werdenkönnen. Betrachtet man die geschwungenen Überbaukan-ten als Leitlinien und die Kanten der trapezförmigenQuerschnitte als Erzeugende, dann wird verständlich, war-um geradlinig verlaufende Schalhölzer entlang der Erzeu-genden genügen, um die einseitig und zweiseitig ge-krümmten Flächen des Schalungstroges für den Überbauexakt abzubilden.

Im Längsschnitt (Bild 7) erkennt man, daß die Wider-lager an ihrem hinteren Ende auskragen, um mit Hilfeeiner schleppplattenartigen Konstruktion einen sanftenFahrbahnübergang von der Brücke auf den gewachsenenBoden zu ermöglichen. Diese als Trog ausgebildetenKragarme reduzieren zusätzlich das Moment in der Sohl-fuge, weil sie als Gegengewichte fungieren.

Eine von der Überbaugeometrie her sehr ähnlicheBrücke haben im Jahre 2001 Jürg Conzett (geb. 1956) undGinasranco Bronzini (geb. 1967) im schweizerischenIbach in der Nähe von Brunnen fertiggestellt. Hier wurdeeine alte Maillart-Brücke durch einen beidseitig einge-spannten Balken mit einem „hydrodynamischen Quer-schnitt“ (ebenfalls mit der Form eines Trapezes) ersetzt,um für den Gebirgsfluß Muota ein möglichst großes undströmungsgünstiges Durchflußprofil freizuhalten. Interes-sant ist der Vergleich deshalb, weil diesmal bei sehr unter-schiedlichen Randbedingungen und ohne gegenseitige Be-einflussung der konzeptionelle Entwurfsprozeß zur glei-chen Idee geführt hat.

3.3 Bauwerk 1 im Zuge der neuen B14 bei Winnenden

Bei derAnschlußstelle Winnenden-Süd bestand die Aufga-be darin, die Ab- und Zufahrtsrampen unter der B14 hin-durchzuführen. Im Gegensatz zum Bauwerk 5, bei dem

Bild 8. Bauwerk 5, Winnenden: Querschnitte B–B und C–CFig. 8. Winnenden Bridge No. 5: cross-sections B–B andC–C

Bild 9. Bauwerk 1, Winnenden: Stabbogenbrücke und Bogenbrücke mit hochgesetzten Kämpfergelenken Fig. 9. Winnenden Bridge No. 1: deck-stiffened arch and arch with elevated hinges

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Bild 10. Bauwerk 1, Winnenden: Stabbogenbrücke, Längsschnitt A–A und GrundrißFig. 10. Winnenden Bridge No. 1: deck-stiffened arch, longitudinal-section A–A and plan

Bild 11. Bauwerk 1, Winnenden: Stabbogenbrücke, Quer-schnitt B–BFig. 11. Winnenden Bridge No. 1: deck-stiffened arch, cross-section B–B

Bild 12. Bauwerk 1, Winnenden: Stabbogenbrücke, ModellM 1:100, Photo: Dietmar Strauß, BesigheimFig. 12. Winnenden Bridge No. 1: deck-stiffened arch,model scale 1:100, photo: Dietmar Strauss, Besigheim

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noch ein zweispuriger Querschnitt genügte, mußte nunein Tragwerk gefunden werden, das je Richtungsfahrbahnzwei Fahrstreifen plus Standspur aufnehmen kann.

Wegen des Höhenversatzes der beiden Richtungs-fahrbahnen sollten zwei getrennte Brücken nebeneinan-der gestellt werden (Bild 11). Um bei diesen Verhältnissen(kurze Brückenlänge bei großer Brückenbreite) einenTunneleffekt für die Rampenbenutzer zu vermeiden, wur-de ein aufgelöstes Tragwerk angestrebt.

Schon beim Bauwerk 5 wurden Untersuchungen an-gestellt, die massiven Widerlagerbereiche aufzulösen. Ein-fache Löcher oder Aussparungen befriedigten jedochnicht. Schnell wurde klar, daß der Wunsch nach zurück-haltenden Widerlagern und einer schlanken Konstruktion

nur durch einen vollständig überarbeiteten Entwurf rea-lisiert werden konnte. Um in der Formensprache an Bau-werk 5 anzuknüpfen, wurden mehrere Bogentragwerkeuntersucht (Bild 9). Wegen des freizuhaltenden Licht-raumprofils kamen aber nur sehr flache Bögen in Frage.Diese hätten den relativ großen Horizontalschub über ih-re Kämpferfundamente in den dafür ungeeigneten Bau-grund aber nicht einleiten können.

Es lag darum nahe, ein selbstverankertes System zuwählen und den Horizontalschub über den Fahrbahn-träger kurzzuschließen. Bei vielen selbstverankerten Syste-men spielt die Spannweitenaufteilung wegen des Hebel-gesetzes eine entscheidende Rolle, man denke z. B. an dieklassische dreifeldrige Schrägseilbrücke. Hier ist die

Bild 13. Bauwerk 3, Sersheim: Längsansicht, Längsschnitt A–A und GrundrißFig. 13. Sersheim Bridge No. 3: elevation, longitudinal-section A–A and plan

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Brücke so eingestellt, daß die Widerlager als Gegengewich-te fungieren. Ein in der Böschung verlaufender Druckriegelbefriedigt dabei das horizontale Gleichgewicht am Kämp-ferfundament. Die Widerlagersohlfuge ist unter Eigenlastüberdrückt, die dort angeordneten Pfähle erhalten nur beiungünstig wirkenden Verkehrslasten Zugkräfte (Bild 10).

Es wurden zwei Entwürfe in die engere Wahl gezo-gen. Es sind dies eine Stabbogenbrücke und eine Bogen-brücke mit hochgezogenen Kämpfergelenken. Zur Beur-teilung der Raumwirkung unter der Brücke wurden fürbeide Entwürfe Modelle im Maßstab 1:100 angefertigt. Siebilden das Tragwerk in ganzer Breite und Länge mit denDämmen der B14-Trasse ab. Bild 12 zeigt das Modell derStabbogenbrücke.

Zur Ausführung bestimmt wurden die paarweise an-geordneten Stabbögen mit geneigten Aufständerungen,die eine geschickte Spannweitenaufteilung der gevoutetenSpannbetonplatte ermöglichen. Die Bogengeometrie wur-de bewußt feingliedrig ausgeführt, um Eigenspannungenund Zwängen entgegenzuwirken. Die grazile Erscheinungwird durch das leichte Wölben der äußeren Bogenkontu-ren noch gesteigert; gleichzeitig wird hierdurch ein Bezugzur ebenfalls gewölbten Unterseite der Fahrbahnplattehergestellt. Die Vorspannung der Platte wurde so ausge-legt, daß unter Eigenlast plus 30 % der DIN-Verkehrsla-sten keine Zugspannungen auftreten. Für alle darüber hin-aus gehenden Beanspruchungen wird durch eine sinnvollabgestimmte Mindestbewehrung eine maximale Rißbreitevon 0,15 mm erreicht.

Mit Hilfe der Vorspannung ist es gelungen, ein Beton-tragwerk zu konzipieren, bei dem alle wesentlichen Bau-teile (Stabbögen, Aufständerungen, Fahrbahnplatte undDruckriegel) vorrangig nur Druckkräfte erhalten. Im Hin-blick auf Verkehrslasten verhält sich das Tragwerk sehrsteif, nicht aber in bezug auf Zwänge. Schwinden, Krie-chen und selbst Temperaturschwankungen erzeugen nurunbedeutende Spannungsänderungen in der Konstrukti-on, weil die Kämpferfundamente durch den Baugrund nurkleine Widerstände in Brückenlängsrichtung erfahren.

3.4 Bauwerk 3 im Zuge der Entlastungsstraße Sersheim

Die zur Ausführung bestimmte Rahmenbrücke (Bild 13)zur Überführung eines Wirtschaftsweges über die Entla-stungsstraße orientiert sich sowohl am La-Ferté-Steg alsauch am Bauwerk 5. Ein Plattenbalkenquerschnitt mit ge-neigten Stegflanken (Bild 14) in Kombination mit einergewölbten Überbauunterkante sorgt wieder für eine verän-derliche untere Stegbreite, die eine Eintönigkeit über dieLänge vermeidet. Im Widerlagerbereich läuft der Überbaueinfach in die Böschung ein, ohne daß ein massiver Wi-derlagerkörper mit Flügelwänden erforderlich würde. Umdie effektive Spannweite zu verkürzen und um dieEinspannung des Überbaus in die Gründung zu visualisie-ren, sind die Stegunterkanten zum Widerlager hin nachunten abgeknickt. Beim Eintauchen in die Böschung hatdie Stegunterseite wegen der Stegflankenneigung nur nocheine Breite von 75 cm. Damit bleiben auch bei dieserschmalen Brücke mit nur einer Fahrspur die Proportionengewahrt.

Im Gegensatz zum Bauwerk 5 genügen hier einschlaff bewehrter Rahmenriegel und schräg unter der Bö-schung verlaufende Rahmenstiele mit relativ kleinen Sohl-flächen. An den Widerlagerenden wurden keine Trögemehr vorgesehen; Dammsetzungen und Zwänge, die zuBewegungen am Übergang führen können, werden durcheinen Fahrbahnübergang aus Asphalt mit der Produkt-bezeichnung Thorma® -Joint [22] ausgeglichen.


Für die Kreuzung der Entlastungsstraße mit einem wenigbefahrenen Industriegleis wurde erneut eine Rahmen-brücke vorgeschlagen. Diesmal galt es, das veränderlicheQuergefälle der Entlastungsstraße sowie die hohen Däm-me vor und hinter der Brücke als eine besondere Heraus-forderung anzunehmen und harmonisch in den Entwurfzu integrieren. Besonders zu beachten war die Vorgabe,daß der maximale Abstand der Widerlagervorderkantennicht mehr als 15 m betragen durfte, um die Baukostender Brücke, die ursprünglich für eine lichte Weite von29 m ausgelegt war, zu reduzieren.

Ein Einfeldträger – mit konstanter Bauhöhe vonungefähr 1,20 m und auf kastenförmigen Widerlagernschwimmend aufgelagert – hätte hier wegen der großenWiderlagerkörper im Verhältnis zur Öffnung sehr strengund wahrscheinlich auch belastend gewirkt. Um die Wi-derlageransichtsflächen vor allem in der Schrägansicht zumildern, wurde wieder das kombinierte Wandscheiben/Plattenbalken-Prinzip des La-Ferté-Steges aufgenommen(Bild 15). Die kurze Spannweite und die monolithischeBauweise ermöglichten einen einstegigen Querschnitt, derdie unvermeidbaren Torsionsmomente bei exzentrischenLaststellungen verwindungssteif aufzunehmen vermag.

Die diesmal korbbogenartig geschwungene Stegun-terkante berandet die massiven Flächen derart, daß sichdie lichte Öffnung von 15 m auf 17,50 m vergrößert. DieVorgabe des maximalen Widerlagerabstandes wird hier-durch nicht berührt. Die gesamte Konstruktion ist auf diekonstant ansteigende, aber im Übergangsbogen befind-

Bild 14. Bauwerk 3, Sersheim: Querschnitt B–BFig. 14. Sersheim Bridge No. 3: cross-section B–B

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liche Gradiente ausgerichtet. Sie spiegelt nicht die Schief-winkligkeit der Kreuzung wider, um die Geometrie derSchalung nicht zu komplizieren. Ein Zugeständnis, daswegen des schmalen Steges und der daraus resultierendenfeingliedrigen Widerlageransicht nicht als störend emp-funden wird. Einzig und allein die auf dem Steg „auf-gesetzte“ Fahrbahnplatte trägt der schwierigen Rand-bedingung der veränderlichen Querneigung von knapp1 % auf über 5 % durch eine Verwindung Rechnung(Bild 16).

Aus Kostengründen übernehmen ausbetonierteBrunnenringe die Gründungslasten der untersten Sohl-fuge. Die oberen Stufen der treppenartigen Widerlagerfun-damente werden in die neu zu schüttenden Dämme alsflachgegründete Bauteile eingebettet. Wegen der kurzenBrückenlänge, der hohen Dämme und der damit verbun-denen relativ großen Widerlagerlängen sind größere Be-wegungen an den Brückenenden weder vertikal noch ho-rizontal zu erwarten. Deshalb kommen auch hier Fahr-bahnübergänge aus Asphalt zur Anwendung.


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Wegen der unmittelbaren Nachbarschaft zu Bauwerk 1war eine Verwandtschaft beider Brücken in gestalterischerHinsicht erwünscht. Trotzdem wurde besondererWert auffeine Unterschiede gelegt, die sich nicht willkürlich, son-dern aus der Notwendigkeit der Situation heraus ergeben.

In der Ansicht (Bild 17) sind mit Ausnahme der Stüt-zen keine großen Unterschiede zu erkennen. Betrachtetman allerdings den Längsschnitt (Bild 17) und den Stüt-zenquerschnitt (Bild 18), dann erkennt man, daß nun eineüber weite Strecken durchlaufenden Platte den Überbaubildet. Diese wird wegen ihrer geringen Torsionssteifigkeitvon zwei Stützen in jeder Achse getragen. Im Widerlager-bereich wird das Tragwerk in einen zweistegigen Platten-balken überführt, um Massen zu reduzieren und einen Be-zug zur paarweisen Stützenanordnung herzustellen (Bild18). In den Randfeldern, die im Verhältnis zu den mittle-ren Feldern relativ große Spannweiten aufweisen, ist dieÜberbauunterkante parabelförmig ausgerundet, um derBrücke einen schwungvollen Charakter zu verleihen unddie Verwandtschaft zu Bauwerk 1 zu unterstreichen. Diezunehmende Konstruktionshöhe zum Widerlager hinrechtfertigt nicht nur die großen Spannweiten der Rand-

Bild 16. Bauwerk 1, Sersheim: Querschnitt B–BFig. 16. Sersheim Bridge No. 1: cross-section B–B


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felder, sondern zeigt deutlich die Einspannung des Über-baus in die Widerlager. Dieser Einspannwirkung verdanktdas Tragwerk große Lastreserven, so ist die Traglast beiAusfall beider Stützen einerAchse erst unter Eigenlast und50 % der Verkehrslasten erreicht.

Die schlanken Stützen werden aus handelsüblichenStahlrohren hergestellt. Sie erhalten die Transparenz un-ter dem Tragwerk und dokumentieren den Unterschied inTragweise und Funktion zum Überbau durch die Verwen-dung eines anderen Materials. Der schwebende Charakterder Platte, deren kleine Konstruktionshöhe erst durch dasenge Stützenraster möglich wird, kommt dadurch weiter-hin gut zur Geltung.

Die dünne Platte ist ein Muß, um diese 75 m langeBrücke monolithisch an die Widerlagerkörper anbindenzu können. Die Zwangskräfte, hervorgerufen vor allem

durch Temperatur und Schwinden, werden klein gehalten,einmal durch eine geringfügige Beweglichkeit der Wider-lagerkörper, zum anderen durch eine kontrollierte Rißbil-dung im Überbau. Die sogenannte Rißzugkraft im Beton-querschnitt, die durch die Längsbewehrung mit einer mo-deraten Stahlspannung (150 bis 200 N/mm2, je nach Stab-durchmesser) aufgenommen werden muß, um eine feineRißbildung mit Rißbreiten kleiner 0,15 mm zu erreichen,hängt direkt von der Querschnittsfläche des Überbaus undder verwendeten Betongüte ab (Rißzugkraft = Quer-schnittsfläche × Betonzugfestigkeit). Da die Längsbeweh-rung aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten gleichzeitigdie Biegezugdeckung übernehmen soll, ist eine Anord-nung an der Ober- bzw. Unterseite der Platte mit mög-lichst großer Kernweite anzustreben. Um die Bewehrungeffektiv auszunutzen, spielt bei gedrungenen, rechtecki-gen, massiven Querschnitten das Verhältnis der Quer-schnittsfläche zum Querschnittsumfang eine entscheiden-de Rolle. Kleine Verhältnisse bedeuten gute Bedingungen,weil kleinen Zwangskräften ein großer Verteilbereich fürdie Längsbewehrung zugeordnet werden kann. Bei vorge-gebener Brückenbreite erfüllen praktisch nur Querschnit-te mit geringer Konstruktionshöhe diese Bedingung, weilsonst die Bewehrung aus Platzgründen möglicherweisenahe der Nullinie untergebracht werden muß, dort wo siefür Biegung nicht wirksam ist.

Die Gründung der Widerlager erfolgt auf jeweils vierSäulen aus ausbetonierten Brunnenringen. Für eine Ent-kopplung von Widerlager und Gründung sorgen PTFE-be-schichtete Folien, die auf die besonders eben abgezogenenBrunnenoberflächen aufgelegt werden. Hierdurch sollenvor allem die irreversiblen Schwindzwänge (vergleichbarmit einerAbkühlung des Tragwerks um ca. 24 K) abgebautwerden. Alternativ eignen sich auch Bohrpfähle oderRammpfähle mit kleinen Durchmessern, die über ihreVerformung eine geringfügige Längsverschiebung der Wi-derlagerkörper ermöglichen. Die Pfähle haben gegenüber

Bild 18. Bauwerk 2, Sersheim: Querschnitte B–B und C–CFig. 18. Sersheim Bridge No. 2: cross-sections B–B and C–C

Bild 19. Bauwerk 1, Winnenden: Konstruktionsprinzip derSystemachsenFig. 19. Winnenden Bridge No. 1: structural layout conceptfor the center lines

a a

b bc c

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den Brunnen den Vorteil, daß sie eine zugfeste Verbin-dung mit dem Widerlager herstellen und so im Katastro-phenfall bei Stützenausfall sogar eine Spannbandtragwir-kung der hochbewehrten Überbauplatte aktivieren kön-nen.

4 Besondere Aspekte der Formgebung

Die Form sollte sich aus dem Tragverhalten entwickelnund den Kraftfluß ablesbar machen, sonst wäre dieBrücke nicht wahrhaftig, sondern unehrlich [23]. Den-noch bleibt dem Entwerfenden ein gewisser Spielraum,der ein Bauwerk verfeinern, aber auch verunstalten kann.Im Zuge der Entwurfsbearbeitung für die vorgestelltenBrücken stellte sich natürlich oft die Frage nach einemKonstruktionsprinzip zur Festlegung von Achsen oderKurven. Für drei Fälle soll das gewählte Prinzip erläutertwerden: 1. Fall: Bauwerk 1 im Zuge der neuen B14 bei Winnenden

(Bild 19):

Schon bei den ersten Entwurfsskizzen wurde versucht,eine Brückenmitte zu definieren und durch eine lot-rechte Achse (strichpunktierte Linie) zu markieren.Dort wo diese Mittelachse die Gradiente schneidet, er-gibt sich durch die Tangente an die Gradiente einezweite Achse. Zu beiden Achsen werden nun paralleleGeraden gezeichnet, um markante Systempunkte zumarkieren (Aufziehen eines Rasters). Trotz der Schief-winkligkeit beider Achsen kann eine gewisse Symme-trie verfolgt werden, die für eine erste Ordnung sorgt.Die nach dem Stützlinienprinzip für Eigenlast konstru-ierten Achsen der Stabbögen und Aufständerungenwerden nun mit Hilfe des Rasters eingepaßt. Dabei gilt:Alle Stabachsen schneiden ihr Pendant von der ge-genüberliegenden Seite auf der lotrechten Mittelachse.Gleiches gilt auch für die Gesimsabschluß- und Bö-schungskanten, die nur noch für den Fall der horizon-tal verlaufenden Gradiente die exakt gleiche Neigunghaben.

2. Fall: Bauwerk 1 im Zuge der Entlastungsstraße Sers-heim (Bild 20):Im Unterschied zum La-Ferté-Steg, dessen Stegunter-kante beim Widerlager Süd einer quadratischen Para-bel folgt, wurde hier eine Korbbogenlinie verwendet.Zur Konstruktion dieser Linie wurde folgendes Prinzipverfolgt: In gleicher Weise wie zuvor beschrieben wer-den die Mittelachse und die Tangente an die Gradienteim Schnittpunkt Mittelachse/Gradiente gesucht. Dasnun viel feiner aufgezogene Raster dient dazu, dieÜbergangspunkte der Korbbogenlinie, also den Wech-sel der einzelnen Radien, zu markieren. Als Konstruk-tionsprinzip gilt wieder, daß die Tangenten an die Kor-bogenlinie ihr Pendant auf der Mittelachse schneiden.

3. Fall: Bauwerk 2 im Zuge der Entlastungsstraße Sers-heim (Bild 21):Für die geschwungene Stegunterkante im Widerlager-breich wurde diesmal eine Parabel 4. Ordnung ver-wendet. Diese wurde gespiegelt und derart entlang der

Verformungsfreundliche Querschnitte vereinfachen Details, den Kräftefluß und die Wartung.

Bild 20. Bauwerk 1, Sersheim: Konstruktionsprinzip derKorbbogenlinieFig. 20. Sersheim Bridge No. 1: structural layout concept forthe basket arch

a a

x xb b

c c

Bild 21. Bauwerk 2, Sersheim: Konstruktionsprinzip der Stegunterkante im WiderlagerbereichFig. 21. Sersheim Bridge No. 2: structural layout concept for the lower web contour near the abutment

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x-Achse verschoben, daß der Punkt M im Koordinaten-system der einen Kurve mit dem Punkt M im Koordi-natensystem der anderen Kurve zusammenfällt. Mmarkiert dabei den Mittelpunkt eines Schmiegekreises,der die beiden Parabeläste ohne Knick miteinanderver-bindet. Das Konstruktionsprinzip ist derart ausgelegt,daß es für beide Widerlager herangezogen werdenkann. Der unterschiedlichen Geometrie an beidenBrückenenden wird durch eine einfache Verdrehungder beiden Parabeläste um den Punkt M entsprochen,wodurch sich zwar der Öffnungswinkel des Schmiege-kreises verändert, aber weiterhin kein Knick entsteht.

5 Fazit

Die hier vorgestellten Brücken sind Beispiele dafür, wieForm und Tragverhalten sich gegenseitig beeinflussen undwie eine sinnvolle Abstimmung von beiden zu sehr effi-zienten Tragwerken führt. Die Integrale Bauweise ist eineBereicherung für den Brückenbau und führt zu sehr robu-sten Konstruktionen, wenn die Verformbarkeit des Trag-werks bzw. die Zwänge bereits im Entwurf und bei der De-tailplanung berücksichtigt werden.

Der Werkstoff Stahlbeton kommt der Bauweise sehrentgegen, weil zum einen das preiswerte Material Betongezielt geformt werden kann und zum anderen seine Nei-gung zur Rißbildung deutlich zum Steifigkeitsabbau unddamit zur Vermeidung von größeren Zwängen beiträgt. Ei-ner risseverteilenden Bewehrung, die gleichzeitig auch dieDuktilität kritischer Querschnitte erhöht, kommt selbst-verständlich ebenso wie der gesamten konstruktivenDurchbildung eine große Bedeutung zu. Ein hoher Vor-spanngrad mit einem geringen Schlaffstahlanteil ist des-halb nicht erwünscht. Dies spricht für eine vermehrte An-wendung der teilweisen Vorspannung, die noch viele wei-tere Vorteile bietet [24].

Verformungsfreundliche Querschnitte können anfäl-lige Fugen und Lager nicht nur überflüssig machen, son-dern vereinfachen Details, den Kräftefluß und die War-tung [25]. Statisch unbestimmte Systeme, die typisch fürIntegrale Brücken sind, erhöhen dabei nicht nur die Aus-

Für Integrale Brücken kann ein gutes Preis/Leistungsverhältnis erzielt werden.

Tabelle 2. Gegenüberstellung der vorgestellten BeispieleTable 2. Comparison of presented examples

Tragwerk Bauart Gründung Konstruktionsprinzip Gestaltungsmerkmale

La-Ferté-Steg, Plattenbalken auf Stahlbeton Bohrpfähle Stegunterkante folgt im Sehr schlanker Balken Stuttgart Pendelstützen, an Bereich von Widerlager mit konstanter

beiden Enden Süd einer Parabel Grundrißkrümmung und eingespannt 2. Ordnung veränderlicher Bauhöhe,

geneigte Stegflanken

Bauwerk 5, Rahmen mit Rahmenriegel Flachgründung Leitlinien und GeschwungenerWinnenden trogartigen in Spannbeton Erzeugende, streng auf Rahmenriegel mit

Kragarmen (teilweise die schiefwinklige prismatischen Vorspannung) Situation ausgerichtet Rahmenstielen,

trapezförmigerRiegelquerschnitt mit verwundenen Flanken

Bauwerk 1, Selbstverankerter Platte in Bohrpfähle „Strahlensymmetrie“ Aufgelöstes sehrWinnenden Stabbogen mit Spannbeton (siehe Bild 15) durchsichtiges Tragwerk,

Platte als (teilweise Stabränder und Versteifungsträger Vorspannung) Plattenunterkante gewölbt

Bauwerk 3, Rahmen mit Stahlbeton Flachgründung „Strahlensymmetrie“ Geschwungene Sersheim einstegigem Stegunterkante, geneigte

Plattenbalken als Stegflanken, dadurch Rahmenriegel variable Stegbreite in der

Unteransicht

Bauwerk 1, Rahmen mit Stahlbeton Ausbetonierte Stegunterkante folgt Widerlager aufgelöst in Sersheim einstegigem Brunnenringe einer Korbbogenlinie im Scheiben und Platten,

Plattenbalken als schiefwinkligen Raster erhöht die Transparenz in Rahmenriegel (siehe Bild 16) der Schrägansicht,

verwundene Fahrbahnplatte

Bauwerk 2, Platte kombiniert Stahlbeton Ausbetonierte Stegunterkante folgt im Sehr schlankes TragwerkSersheim mit Plattenbalken, Brunnenringe Bereich der Widerlager auf dünnen Stahlstützen,

an beiden Enden einer Parabel im Widerlagerbereich eingespannt 4. Ordnung (siehe Bild 16) aufgelöst in zweistegigen

Plattenbalken

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fallsicherheit, sondern stellen auch Traglastreserven be-reit; man denke an die Mainbrücke Hochheim [26], dieReussbrücke Wasen [27] oder die Innbrücken bei Kufstein[28], deren Durchlaufträger sich nach Lager- bzw. Stüt-zensenkung sehr gutmütig verhalten haben.

Brücken – und das gilt selbstverständlich auch für In-tegrale Brücken – müssen sorgfältig geplant werden. Da-bei sollte dem Entwurf und der konstruktiven Ausbildungder Details wieder deutlich mehr Aufmerksamkeit ge-schenkt werden. Gerade individuelle Tragwerke, die nichteinfach aus der Schublade gezogen werden können, erfor-dern in dieser Hinsicht viel Zeit. In Anbetracht dessen,daß Brücken sichtbare Zeichen unserer gebauten Umweltsind und damit auch einen Beitrag zur Baukultur leisten,sollten alle Verantwortlichen jede neue Brücke als beson-dere Herausforderung betrachten. Um geistreichen Inge-nieurbrückenbau zu unterstützen und zu fördern, muß derMehraufwand für die Ingenieur- und Bauleistung auch lei-stungsgerecht honoriert werden. Für Integrale Brückenkann trotzdem ein beachtliches Preis/Leistungsverhältniserzielt werden, wenn die Bau- und Unterhaltskosten zu-sammen betrachtet werden.

Dank

Für die gute und vertrauensvolle Zusammenarbeit bei densechs Brücken aus dem Hause Peter und Lochner möchtesich der Verfasser herzlich bei allen Beteiligten bedanken.Ohne die Aufgeschlossenheit der Verantwortlichen aufder Bauherrenseite sind solche Konzepte nicht zu ver-wirklichen. Im besonderen Maße haben sich Herr Dipl.-Ing. (FH) Ulrich Decker vom Tiefbauamt der Landes-hauptstadt Stuttgart (La-Ferté-Steg) sowie die HerrenDipl.-Ing. Burkhard Mohr und Dipl.-Ing. Helmut Großvom Regierungspräsidium Stuttgart (Straßenbrücken beiWinnenden und Sersheim) für die Realisierung der Ent-würfe eingesetzt.

Literatur

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Dr.-Ing. Matthias Schüller c/o Peter und Lochner, Beratende Ingenieure für Bauwesen GmbHHaussmannstraße 7870188 [email protected]

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