Die Rheinbrücken Leverkusen und Duisburg Neuenkamp – Bestandsaufnahme und Ausblick

In den letzten Jahren war es zur Aufrechterhaltung des Verkehrs notwendig, an den Rheinbrücken Leverkusen und Duisburg Neuenkamp zahlreiche Maßnahmen umzusetzen. Die aus den 60er und 70er Jahren stammenden Brücken können den heutigen Verkehrsstrom kaum noch bewältigen. Der Artikel bietet Ihnen einen Einblick in erste Erfahrungen und Erkenntnisse aus diesem Prozess, der natürlich längst noch nicht beendet ist.

Konstruktion der Brücken

Sowohl bei der Rheinbrücke Leverkusen als auch bei derjenigen in Duisburg Neuenkamp handelt es sich um zweizellige Hohlkästen. Bei der Rheinbrücke Leverkusen wurde nur an  jedem zweiten Querträger eine Schrägstrebe  und bei der Rheinbrücke Neuenkamp an jedem Querträger eingebaut und im Inneren haben die Konstrukteure völlig auf Querfachwerke verzichtet. Dadurch fallen beide Brücken in der Längs- und Quersteifigkeit wesentlich weicher aus.

Die derzeitige Weiterentwicklung des Rheinbrückenprojekts wird hauptsächlich durch vier Themenbereiche bestimmt:

  • Verkehrsbelastung
  • Konstruktion
  • Material (hier insbesondere der St52)
  • die tatsächliche Ausführung

Alte und neue Herausforderungen

Die Entwicklung der Verkehrsbelastung folgt seit Jahrzeiten einem steilen Aufwärtstrend. In den 60er Jahren wurde die Leverkusener Rheinbrücke für eine tägliche Belastung von 40.000 Fahrzeugen belastet – heute befahren tagtäglich gut 120.000 Fahrzeuge das Brückenbauwerk. Auf Bild 3 zeigt sich deutlich: die Zeiten haben sich geändert. Immer mehr Menschen sind mobil. Daher wurde auch der vormalige Standstreifen bereits zur dritten Fahrspur umfunktioniert.

Bild 2: Verkehr auf der BAB Nördliche Umgehung Köln

In früheren Zeiten – vor DIN-Fachberichten und Eurocodes – sind einige Entscheidungen bei Planung und Bau getroffen worden, die aus heutiger Sicht verwundern mögen. So war z. B. ein rechnerischer Ermüdungsnachweis bei stählernen Straßenbrücken damals nicht zwingend erforderlich. Im Hinblick auf das heutige Wissen und den gegenwärtigen Verkehr scheint das offensichtlich mangelhaft. Der erneute Blick auf Bild 3 zeigt jedoch, dass sich vielmehr die Anforderungen massiv verändert haben.

Auch die Materialauswahl ist aus heutiger Sicht problematisch zu beurteilen. Der damalige bemessende Ingenieur setzte den Werkstoff St52 v. a. an Stellen ein, an denen hohe Beanspruchungen vorlagen, um an diesen Stellen Stahlmengen einzusparen. Das ist vermutlich auf die damalige Lehrmeinung zurückzuführen, wie sie sich beispielsweise in einem Lehrbuch von 1962 zeigt. Der Werkstoff St52 von damals hat nicht die geforderten Eigenschaften bei Beanspruchungen in Dickenrichtung.

Fallbeispiel – Bereich 1: Anschluss Schrägstrebe-Querträger

Im Folgenden soll ein einzelner Baubereich näher betrachtet werden: der Bereich 1 „Anschluss Schrägstrebe-Querträger“:

Bild 3: Bereich 1 Anschluss Schrägstrebe an Querträger

Das Beispiel soll zum einen die nicht ermüdungssichere Ausführung eines Details zeigen. Zum anderen macht es den möglichen Unterschied zwischen getroffenen statistischen Annahmen im Rahmen der Berechnung und der im Anschluss gewählten Ausführung deutlich.

Auf Bild 6 lässt die Skizze der statischen Berechnung, inklusive eingezeichnetem Schnittpunkt der Schwerpunktlinien, erkennen, dass ursprünglich nicht vorgehsehen war, an dieser Stelle einen Querträgersteg durchzustecken.

Bild 4: Skizze in der Bestandsstatik

Gleichzeitig zeigt Bild 6 den Riss an der oberen Stelle des in der Praxis dann doch durchgesteckten Querträgerstegs durch den Obergurt der Schrägstrebe. Heute lassen sich am unteren Übergang die entsprechenden Risse finden. Dieser Bereich ist bei Leverkusener Brücke besonders stark ausgeprägt, sodass sich hier an vielen der 540 Anschlüssen Risse gebildet haben.

Bild 5: Riss im Übergangsbereich von biegeweich zu biegestarr

Diese Mängel ermüdungssicher zu entfernen, war konstruktiv leider nicht möglich. Stattdessen wurden nachstehende Maßnahmen ergriffen:

  • schweißtechnische Instandsetzung der Risse
  • Reduktion der Fahrstreifenbreiten von 3,75 m auf 3,25 m
  • Ausrundung des Bereichs beim durchgesteckten Querträgersteg im Fall der Rheinbrücke Duisburg Neuenkamp

Der Ausbau geschädigter Bereiche zeigte des Weiteren, dass die Brücke zahlreiche Ermüdungsrisse aufweist. Doch die untersuchten Teile liefern auch den Beweis, dass die oben aufgeführten Maßnahmen das Risswachstum nachhaltig gestoppt haben. Der Anschluss Schrägstrebe-Querträger ist nur ein eindrucksvolles Beispiel für die Probleme, vor denen der Brückenbau in Leverkusen und Duisburg Neuenkamp heute steht.

Die Zukunft der Rheinbrücken

Beide Rheinbrücken, in Leverkusen und Duisburg Neuenkamp, werden momentan zwar durch umfangreiche Baumaßnahmen „am Leben erhalten“, doch langfristig hilft bei beiden nur eins: Neubau. Die Leverkusener Brücke soll bis 2025 vollständig neu konstruiert werden – mit fünf Fahrspuren in jede Richtung, statt wie bisher bloß drei. In Duisburg Neuenkamp soll das Projekt 2030 abgeschlossen sein.

Autor des Artikels

Michael Paschen,
Wolfgang Hensen

Ing.-Büro Prof. Sedlacek&Partner, Aachen