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Tragkonstruktion/Gerüst

In den Jahren 1895/96 hatte die Detail-Planung zum Bau der Wuppertaler Schwebebahn begonnen. Der Stahlbau war am Ende des 19. Jahrhunderts eine noch relativ junge Bauform. Erst nach der Erstellung erster großer Stahlbauten – und dazu zählt die Wuppertaler Schwebebahn – fand die eigentliche Erprobung und Bestätigung der Berechnungen statt. Doch die Ingenieure der Schwebebahn hatten sorgfältig geplant und konstruiert. Und so nahm die Bahn sicher schwebend unter Trägern und Stützen ihren Betrieb auf.

Patente Lösung: die Konstruktion

Das Schwebebahngerüst besteht aus „Normstützen“ und „Normbrücken“. Die Stützen sind als Pendel- und Ankerstützen auf der Strecke sowie als schwere Pendel- und Ankerstützen in den Haltestellen installiert. Sie haben eine Höhe von rund 15 m über der Wupper und eine Höhe von etwa 8 m über den Straßen auf der Landstrecke. Die Normbrücken sind 21 m, 24 m, 27 m, 30 m und 33 m lang. Sie stellen räumliche Fachwerke dar, mit einem mittleren senkrechten Hauptträger, dessen Obergurt zu einem horizontal liegenden Fachwerkträger aufgelöst ist. In gleicher Ebene mit dem Untergurt des senkrechten Hauptträgers ist der untere Horizontalträger mit den außen liegenden Schienenträgern angeordnet. Die Fahrschiene der Schwebebahn liegt auf beiden Seiten der Brücken auf den Fahrschienenträgern auf. Diese stehen in einem Abstand von rund 4 m zueinander.

Genau und exakt: die Berechnung

Zur Berechnung der damals neuen Tragkonstruktion waren die statischen und physikalischen Größen der Eigengewichte der Stahlkonstruktion, der Ausrüstungsteile, der Windkräfte, der Temperaturschwankungen, der schwingenden und stoßartigen Belastungen aus Anfahr- und Bremskräften der Schwebebahnen sowie deren Eigengewicht einzubeziehen. Heutigen Berechnungen liegen komplexe mathematische Modelle zugrunde, die mithilfe moderner Rechner zuverlässig und wirtschaftlich erstellt werden. Alle Berechnungen werden von unabhängigen Ingenieuren auf Vollständigkeit und Richtigkeit geprüft, damit die Sicherheit des Bauwerks garantiert ist und die entsprechenden baurechtlichen Vorschriften erfüllt werden.

Zertifizierte Sicherheit: die Werkstoffe

Die neuen Baustähle entsprechen heute im Wesentlichen den europäischen Regelwerken für Baustoffe. Teilweise müssen diese Anforderungen aufgrund der spezifischen Nutzungsvoraussetzungen um zusätzliche Qualitätsmerkmale erweitert werden. Baustähle, Nieten und Schmiedestähle besitzen exakte Werkstoffbezeichnungen. Das Grundmaterial wird jeweils direkt in den Stahlwerken von unabhängigen Instituten auf Qualität geprüft. Das Ergebnis der Überwachung wird in einem Abnahmeprüfzeugnis dokumentiert und der Bauwerksakte beigefügt.

Halten zusammen: die Nieten

Durch die im späteren Betrieb auftretenden hohen und wechselnden Belastungen ist die ausnahmslos sorgfältige Herstellung der einzelnen Bauteile und ihre Überprüfung unabdingbar. Die Niettechnik wird im Stahlbau eigentlich seit den 60er-Jahren nicht mehr eingesetzt. Grundsätzlich hat sich diese Verfahrenstechnik aber nicht verändert. Lediglich die damals aufzubringende Muskelkraft wird heute durch Maschinenkraft ersetzt. Der im Elektroofen bis zur Weißglut erhitzte Niet wird mit der Nietzange aufgenommen, entzundert und dann in das vorbereitete Loch gesteckt. Der Setzkopf muss nun vom Gegenhalter des Nietwerkzeugs aufgenommen und fest an das Werkstück gepresst werden. Dieses Werkzeug hat die gleiche Form wie der Kopf des Niets. Auch die genaue Länge des Niets muss stimmen. Die Bildung des Schließkopfes erfolgt mit dem in dem Nietbügel eingebauten Kopfmacher. Die erforderliche Kraft, bis zu 500 kN liefert ein Hydraulikzylinder. Die Brückenkonstruktionen werden in den Werkstätten komplett zusammengebaut und in einem Stück angeliefert.

Für Wind und Wetter: der Korrosionsschutz

Beim Korrosionsschutz findet ein System Anwendung, das aus einer Feuerverzinkung und der anschließenden Beschichtung mit speziellen Lacken besteht. Nach der Strahlentrostung aller Bauteile erfolgt die Feuerverzinkung. Sofort im Anschluss daran wird ein Primer als Voranstrich aufgebracht. Nietköpfe und Schweißnähte werden nach dem Zusammenbau durch zwei Beschichtungen besonders behandelt. Nach Abschluss aller Arbeitsvorgänge wird die letzte Deckbeschichtung aufgebracht. Die Farbtöne für die neue Tragkonstruktion entsprechen dem historischen Vorbild.

Eine solide Grundlage: die Fundamente

Die Erbauer der Wuppertaler Schwebebahn haben bereits zu jener Zeit besonderes Augenmerk auf die Fundamente der 472 Stützen gelegt. Aus heutiger Sicht war die Fundamentlegung damals Schwerstarbeit. Mit Picke und Schaufel mussten tiefe Baugruben ausgehoben werden. Die Fundamentkörper wurden schichtweise aus unbehauenem Naturstein und Zementmörtel hergestellt und teilweise sogar noch ummauert. Auf die Fundamentkörper kamen Stahlplatten zur Befestigung der Stützen. Mit den neuen Bahnen wird es ab 2015 viele Änderungen geben. So wird die Taktfrequenz wegen des gestiegenen Fahrgastaufkommens von drei Minuten auf zwei Minuten erhöht. Einhergehend damit erhöht sich die Beanspruchung des Schwebebahngerüsts und der Fundamente erheblich. So ließ die WSW mobil eine statische Überprüfung aller Fundamente mittels Kernbohrungen durchführen. Anhand der Ergebnisse empfahlen Experten, die Fundamente an der Basis durch Einpressen bzw. Injizieren von fließfähigem Zementmörtel zu verstärken. Damit ließ sich die Gefügefestigkeit der Fundamente verbessern, um die Lastausbreitung unter den Stahlstützenlagern sicherzustellen. Die damals großzügig bemessene und durchdachte Bauweise kam also der Erneuerung der Stützen zugute: Die Fundamente mussten nur verstärkt werden. „Lediglich“ das Gerüst (die Stahlkonstruktion) und die Kalotten-Auflager mussten ausgetauscht werden. Die bestehenden Fundamentkörper einschließlich des vorhandenen Anprallschutzes auf der Landstrecke waren weiterhin nutzbar. Mit der Verstärkung der Fundamente und dem Austausch der Stützen und Auflager ist sichergestellt, dass das Wahrzeichen von Wuppertal – die Schwebebahn – auch für die nächsten 100 Jahre auf sicheren Fundamenten steht.

Beispiel der heutigen Lastannahmen: Verkehrslast Gelenktriebwagen

Ständige Last g = 1.200 kg/m
Schienen, Kabeltrassen g = 295 kg/m
Personenschutzanlagen g = 100 kg/m
Winddruck W = 2,5 kN/m Brückenanlage
Winddruck auf Wagenkasten W = 17,6 kN/pro Laufwerk
Fliehkraft H = 0,24 F