In Europa sind viele Brücken Teil einer alternden Infrastruktur, die in der Mitte des 20. Jahrhunderts entstanden ist. Dadurch müssen sowohl bestehende Brücken instandgehalten als auch neue gebaut werden, um dem zunehmenden Verkehr besser gerecht zu werden. Geschichte, regionale Präferenzen und Brückentyp sind wichtige Faktoren, die beim Bau und der Instandhaltung von Brücken die einzusetzenden Fügeverfahren beeinflussen.

Im folgenden Text gehen wir näher auf dieses Thema ein. Es handelt sich dabei um einen Auszug aus dem Whitepaper Planung, Bau und Instandhaltung von Brücken der Nord-Lock Group.

BEST PRACTICES FÜR EINEN BESSEREN BRÜCKENBAU

Fügeverfahren: Schweißen und Verschrauben im Vergleich

Bei der Entscheidung, ob Brückenkomponenten durch Schweißen oder Verschrauben miteinander verbunden werden, sind viele Faktoren zu berücksichtigen. In einigen Fällen bestimmen bestehende Präferenzen diese Entscheidung. Um die richtige Entscheidung zu treffen, ist es jedoch entscheidend, jedes Projekt separat zu betrachten.

Die Qual der Wahl

In der Vergangenheit wurden Brücken und andere Stahlkonstruktionen wie die Golden Gate Bridge genietet. Dieser Prozess umfasst die Wärmebehandlung und das Schmieden der Nieten, woraufhin sie abgekühlt werden. Einzelne Nieten sind nicht sehr widerstandsfähig, weshalb viele verwendet werden müssen, um die Sicherheit einer Konstruktion zu gewährleisten. Es ist außerdem ein umständliches Verfahren und wird nicht mehr im Brückenbau eingesetzt.

Zwar werden keine genieteten Brücken mehr gebaut, bestehende genietete Brücken müssen dennoch gewartet werden. Zum Ersatz abgenutzter Nieten werden oft Schrauben verwendet, und besonders hochfeste Schrauben sind speziell so gestaltet, dass sie Nieten ähneln. Schweißen ist häufig keine praktikable Option, da viele alte Stahlwerkstoffe nicht schweißgeeignet sind oder der Aufwand schlicht zu groß ist.

Schrauben und Schweißen sind derzeit die beiden beliebtesten Methoden, um Komponenten miteinander zu verbinden. Wenn es um die zu verwendende Methode geht, kann die Entscheidung sehr kontrovers und länderspezifisch sein. Es muss darauf hingewiesen werden, dass die Schweißerqualifikation in einigen Ländern sehr hoch ist, und dies ist ein Beispiel dafür, wie nationale Zusammenhänge bei den bevorzugten Konstruktionsmethoden eine Rolle spielen.

Brückentyp

Neben dem Einfluss nationaler Präferenzen gibt es einige wichtige Faktoren, die entscheiden können, ob Teile verschweißt oder verschraubt werden sollen. Eine davon ist die Art der Brücke, die gebaut wird – siehe Infografik.

Bei größeren Brücken kommen häufig Hohlkammerquerschnitte zum Einsatz, da sie Torsionsspannungen sehr gut ertragen und bei der Planung des Korrosionsschutzes nur die Außenseite berücksichtigt werden muss. Der Nachteil dieser Hohlkammerquerschnitte besteht darin, dass sie nur von einer Seite erreicht werden können, was die Verwendung einer Schraubenverbindung erschwert. Schweißen ist daher die logischste Methode. Toleranz- und Versatzausgleich sind auch für größere Strukturen relevant. Bei Schraubenverbindungen gibt es nur eine geringe Fehlertoleranz, da die Schrauben in die vorgesehenen Bohrungen passen müssen. Schweißen ist unter diesem Gesichtspunkt flexibler, da bei Bedarf Versätze kompensiert werden können.

Fachwerkbrücken hingegen könnten aufgrund ihrer ineinandergreifenden Dreiecksabschnitte sehr gut verschraubt werden. Dabei ist aber auch die Größe zu berücksichtigen, und eventuell können kleine Fachwerkbrücken in der Produktionshalle zusammengeschweißt und als Ganzes zur Baustelle transportiert werden. Aber auch wenn Schweißen die bevorzugte Verbindungsmethode ist, werden Schraubenverbindungen dennoch sehr häufig bei Brücken verwendet. Das liegt daran, dass Sekundärstrukturen wie Geländer und Lärmschutzwände üblicherweise verschraubt sind. Es gibt aber auch verschraubte Primärstrukturen, wie z. B. Seilklemmen, Lager oder Fahrbahnübergänge.

Behelfsbrücken werden fast ausschließlich verschraubt, da sie alle paar Jahre abgebaut und anderswo wieder aufgebaut werden. Da die Verschraubung eine temporäre Verbindung schafft, lassen sich diese Verbindungen leicht lösen und die Schrauben und Unterlegscheiben selbst wiederverwenden. Da beim Schweißen eine dauerhafte Verbindung entsteht, ist es sehr kompliziert, kostspielig und zeitaufwändig, diesen Ansatz für eine Behelfsbrücke zu wählen. Zuerst müssten die Schweißnähte zeitaufwändig hergestellt und anschließend wieder gelöst werden. Daher ist das Verschrauben eine wesentlich effizientere und vorteilhaftere Methode.

Effizienz und Benutzerfreundlichkeit

Schnelligkeit und Benutzerfreundlichkeit sind auch wichtige Faktoren, die bei der Wahl des Fügeverfahrens berücksichtigt werden müssen. Inbegriffen ist die Entscheidung, ob die Verbindung im Werk oder vor Ort herzustellen ist. Schweißen erfordert häufig einen zertifizierten Schweißer und eine entsprechende Ausstattung. Aufgrund der auftretenden hohen Temperaturen kann es als riskant angesehen werden. Daher ist es schneller und einfacher, in einer Fertigungshalle zu Schweißen, in der alles bereits eingerichtet ist. Aufgrund der hohen Kosten für den Aufbau einer Schweiß- und Prüfeinrichtung vor Ort, was auch zu längeren Brückenaufbauzeiten beiträgt, ist es außerdem günstiger, in einem Werk zu schweißen.

Wenn die Verbindungen vor Ort hergestellt werden sollen, ist das Verschrauben häufig die einfachste und effizienteste Methode. Dies liegt daran, dass das Verschrauben ein viel kontrollierterer Vorgang ist und in einer Bauumgebung kein unnötiges Risiko darstellt. Zudem sind die Komponenten einfach zu transportieren und zu installieren, da sie keine spezielle Ausrüstung benötigen. In den meisten Fällen ist für die Ausführung nur ein einfacher Handdrehmomentschlüssel erforderlich. Verschrauben hat außerdem den Vorteil, dass es im Gegensatz zum Schweißen nicht dauerhaft ist, was bedeutet, dass unerwartete Probleme schneller, einfacher und kostengünstiger zu reparieren sind.