Kienlesbergbrücke

Ausgewählte Einreichung
'Ingenieurpreis des Deutschen Stahlbaues 2019' und
'Preis des Deutschen Stahlbaues 2020 und ESBA 2022'
KREBS+KIEFER Ingenieure GmbH mit
KNIGHTS ARCHITECTS 

Erläuterungsbericht zur Einreichung beim 'Ingenieurpreis des Deutschen Stahlbaues 2019' von KREBS+KIEFER Ingenieure GmbH

Aufgabenstellung
Kienlesbergbrücke in Ulm
Der Beschluss der Stadt Ulm, die nordwestlich der Innenstadt gelegene Wissenschaftsstadt mit einer neuen Straßenbahnline zu verbinden, initiierte ein Brückenprojekt im höchst komplexen Baukontext. Die neue Tramlinie 2 kreuzt im Gleisfeld am Ulmer Hauptbahnhof mehrere bestehende Gleise der Deutschen Bahn sowie das Portal des Albabstiegtunnels der Neubaustrecke Stuttgart-Ulm. Neben dem zweigleisigen Straßenbahnverkehr wird die neue Brücke durch Fußgänger und Radfahrer sowie Busse als Schienenersatzverkehr genutzt. Die exponierte Lage der Brücke in Verbindung mit dem komplexen Baufeld und, nicht zuletzt, die Nachbarschaft zur historischen Neutorbrücke von 1907, einem der Wahrzeichen Ulms, veranlasste den Bauherrn Stadtwerke Ulm (SWU) zu einem Planungswettbewerb, bei dem der Entwurf von KREBS+KIEFER Ingenieure und Knight Architects aufgrund des schlüssigen Gestaltungskonzepts überzeugen konnte.

Foto: W. Dechau

Randbedingungen: Komplexe Geometrie und Baufeld
Die Verkehrsplanung der Tramlinie definierte sowohl Trasse als auch Gradiente der ca. 270 m langen Brücke zwingend. Hierbei folgt die Trasse der im Südosten der Rampe der Neutorbrücke, schwenkt sodann um ca. 30° nach Westen und geht nach ca. 70 m in Form eines schlanken „J“ in eine Gerade über. Bedingt durch die Bahngleise konnten die Brückenpfeiler weder in homogenem Abstand noch senkrecht zur Brückenachse angeordnet werden. Das Lichtraumprofil der bestehenden Bahnstrecken definierte im östlichen Bereich als Zwangspunkt die Brückenunterkante. Die Gradiente beginnt daher im Südosten mit erheblichen 7,35% Steigung und geht dann in 6,0% über. Durch die starke Anfangssteigung ergibt sich trotz Höhendifferenz der Widerlager bei ca. 2/3 der Brückenlänge eine Kuppe, von der aus die Brücke leicht zum Kienlesberg abfällt. Seitens des Bauherrn wurde ein einseitiger Geh- und Radweg auf der Brücke gewünscht, der, auf der südlichen Seite gelegen, einen Blick auf die Innenstadt mit dem weltberühmten Ulmer Münster zulässt. Hierdurch wird der Brückenquerschnitt asymmetrisch in Geometrie und Belastung. Bei der Realisierung waren gleichzeitig der rollende Bahnverkehr im Gleisfeld und das entstehende Portal des Albabstiegstunnels, d. h. damit verbundene Umverlegungen von Bahngleisen und die zugehörige Baustellenlogistik, zu berücksichtigen.

Interdisziplinärer Ansatz
Neben den komplexen technischen Randbedingungen, war eine adäquate Einbindung des Bauwerkes in den städtebaulichen Kontext essenziell. Hierbei war die unmittelbare Nähe zur Neutorbrücke ausschlaggebend. Der Entwurf wurde bereits in seiner Konzeption im Wettbewerb so entwickelt, dass die zwei benachbarten Brücken explizit auf einander eingehen. Ein kontinuierlicher Informationsaustausch zwischen Ingenieur und Architekt im Verlauf der weiteren Planung erlaubte eine enge Verzahnung zwischen Tragwerksoptimierung und gestalterischer Konzeption der Geometrie. Dieser interdisziplinäre Ansatz führte zu einem visuell leichten und verspielten Tragwerk, ohne dass die Geometrie – wie so oft – erzwungen erscheint.

Lösungsweg
Tragwerksentwurf: Form folgt Funktion
Der Tragwerksentwurf reagiert in direkter Form auf die stark inhomogene Geometrie und den daraus resultierenden Kraftfluss sowie auf das komplexe Baufeld. Aufgrund der Höhenbezüge zwischen Lichtaumprofil der Bahngleise und neuer Straßenbahnachse konnte sich die statische Höhe des Haupttragwerks nur in Form eines Trogquerschnitts nach oben entwickeln. Als logische Konsequenz der extrem beengten Baustellenflächen und der parallelen Realisierung des Tunnelportals kam nur ein Längsverschub der Brücke mit Montageplatz im Bereich der bestehenden Rampe der Neutorbrücke infrage. Dem Längsverschub entsprechend war die Brückenunterseite eben auszubilden. Die für die Maximalspannweite von ca. 74,5 m erforderliche Tragwerkshöhe schloss zunächst einen Trog mit Vollwandstegen aus, da dies neben dem Gesamterscheinungsbild auch das Befinden der Passanten, sowohl in der Straßenbahn als auch auf dem Geh- und Radweg, stark negativ beeinflusst hätte. Eine Reaktion hierauf mit einem Fachwerk konstanter Bauhöhe wäre der benachbarten Neutorbrücke, einem genieteten Stahlfachwerk mit Zügelgurt-Charakteristik, städtebaulich in keiner Weise gerecht geworden. Bereits im Wettbewerb entschloss sich daher das Entwurfsteam die Hauptträger in Wellenform auszubilden, um hiermit gleich mehreren Randbedingungen gerecht zu werden: Die affin zur Momentenlinie des Durchlaufträgers gewählte Höhe der Träger reagiert auf die unterschiedlichen Feldweiten; ein Längsversatz der Wellen im Grundriss entspricht den schräg zur Brückenachse liegenden Pfeilerachsen; die ungleichförmige Belastung der Längsträger durch den asymmetrischen Querschnitt wird durch eine höhere Ausbildung der inneren Längsträger kompensiert; die bereichsweise geringe Wellenhöhe und die aufgelöste Ausbildung der beiden höchsten Trägerwellen in Brückenmitte als Vierendeel-Träger ermöglicht den Brückennutzern ausreichend Sichtbeziehungen; zu guter Letzt ergibt sich mit der Wellenform ein zur Neutorbrücke kongruentes aber nicht mit ihr in der Höhe konkurrierendes Erscheinungsbild. Die Wellen wurden auch im Grundriss im Form zweier Aufweitungen des Geh- und Radwegs aufgegriffen, die auf der langen Brücke Raum zum Verweilen mit Blick auf die Ulmer Münster-Skyline anbieten. Der horizontal ausgebildete Berührschutz zur Oberleitung darunter stört hierbei nicht und verleiht der Brücke in der Ansicht zusätzlich Schlankheit.

Konstruktion: Funktionsgerechte Durchbildung
Die gewählte Tragwerksform war aufgrund der individuellen Formgebung und des notwendigen Herstellungsprozesses prädestiniert für eine Realisierung in Baustahl. Zur besseren Anbindung an den Bestand und als Basis für die Brückenmontage wurde das erste Brückenfeld an der Rampe der Neutorbrücke als konventioneller Stahlbetonrahmen erstellt, der gleichsam das talseitige Widerlager bildet. Dem schließt sich die mit Hauptträgern aus luftdicht verschweißten Hohlkästen als othotrope Platte ausgebildete Stahldeckbrücke über fünf Felder an. Das Stahltragwerk ist hierbei semi-integral gelagert: Die als Stahlrohr ausgebildeten, biegesteif mit dem Überbau verschweißten und am Fuß biegesteif mit den Pfahlkopfbalken der Gründung verschraubten Brückenpfeiler bilden die Lagerung in Längs- und Querrichtung. Zwischen den Nebenträgern spannen Trapezsteifen in Längsrichtung, die neben der Aussteifung und der Lastverteilung in den Hohlkästen als Aussteifung zum Schallschutz bei Zugüberfahrten dienen. Auf dem Deckblech liegt eine Stahlbetonfahrbahn mit bündig versenkten Schienen, damit die Brücke durch Busse überfahrbar ist. Die Brückenunterseite wurde durch einen GFK-Gitterrost verblendet.

Realisierung: Präzision in der Enge
Zur Montage der Verschubschüsse wurde im Bereich des ersten Brückenfeldes eine Montageplattform oberhalb der Bahngleise errichtet. Die vorgefertigten Überbausegmente wurden hier verschweißt und 3,5 m oberhalb der späteren Lage in elf Schüssen mit Hilfe eines Vorbauschnabels längs verschoben. Neben Hilfspylonen wurden auch die Brückenpfeiler für den Verschub als Horizontallager genutzt. Der letzte, an der Stelle der Montageplattform gelegene Schuss wurde eingehoben. Nach Verschub wurde die Stahlbrücke auf Abstapeltürmen aus kreuzweise verlegten Stahlknüppeln gelagert. Durch ein Wechselspiel zwischen Anheben der Brücke, Ausbau von Stapelebenen und wieder Absenken erfolgte ein präzises Abstapeln auf die Sollhöhe. Die Brücke wurde in der Sollage durch verschweißen der Pfeilerköpfe mit dem Überbau fixiert. Anschließend erfolgte der Brückenausbau mit Fahrbahnübergängen, Belägen, Leitungen, Fahrdraht, Oberbau, Geländer und Beleuchtung.

Zusammenfassung
Die Verkehrsplanung der neuen Ulmer Tramlinie 2 definierte sowohl Trasse als auch Gradiente der ca. 270 m langen Brücke zwingend. Der Tragwerksentwurf reagiert in direkter, logischer Form auf die stark inhomogene Geometrie und den daraus resultierenden Kraftfluss sowie auf das komplexe Baufeld. Die Gestaltung erfolgte hierbei mit besonderer Rücksicht auf die Aufenthaltsqualität der Passanten und die benachbarte, historische Neutorbrücke.

Die gewählte Tragwerksform und der notwendige Längsverschub prädestinierten eine Realisierung in Baustahl. Die mit Hauptträgern aus luftdicht verschweißten Hohlkästen ausgebildete othotrope Platte ist hierbei semi-integral durch biegesteif mit dem Überbau verschweißte Brückenpfeiler gelagert. Neben dem komplexen Tragwerksentwurf stellte die Realisierung der Brücke im stark beengten Baufeld von einer Montageplattform oberhalb der Bahngleise aus eine herausragende Ingenieurleistung dar. Durch ein innovatives Aussteifungs- und Abstapelkonzept im Bauzustand konnte das Bauwerk oberhalb der Tunnelbaustelle und rollendem Verkehr realisiert werden.

Die Kienlesbergbrücke verdeutlicht mit ihrer Symbiose aus ingenieur- und verkehrstechnischer Funktionalität, städtebaulicher und architektonischer Gestaltung sowie Engineering in Planung und Realisierung in bester Weise das interdisziplinäre Zusammenspiel, welches Brückenbaukultur ausmacht. So entstand für die Ulmer Bevölkerung nicht nur ein Zweckbau, sondern an eigentlich unwirtlicher Stelle ein modernes Wahrzeichen.