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stab.201710523

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Fachthemen
Maciej Malinowski
Anna Banas
Zbigniew Cywiński
Marcin Jeszka
Arkadiusz Sitarski
DOI: 10.1002/stab.201710523
Zur Wiedergeburt einer historischen Gitterbrücke
Herrn Univ.-Prof. Dr.-Ing. Wieland Ramm zur Vollendung seines 80. Lebensjahres gewidmet
Herrn Dr.-Ing. Karl-Eugen Kurrer zur Vollendung seines 65. Lebensjahres gewidmet
Mit Blick auf die komplizierte Geschichte der 160 Jahre alten
schmiedeeisernen Gitterbrücke in Tczew (deutsch: Dirschau)
über die Weichsel und in Bezug auf die Ideen ihrer Ertüchtigung
wird im folgenden Beitrag die Untersuchung zur Probebelastung
der originalen Felder des Überbaus beschrieben. Der historische
Überbau der Weichselbrücke Dirschau wird dabei mit einer
neuen Fahrbahn belastet. Es konnte die erforderliche Tragfähigkeit des Brückendecks im Besonderen und des gesamten Überbaus im Allgemeinen nachgewiesen werden. Die Arbeiten sind
von Versuchsanstalt für Brückenbau der Politechnika Gdańska
(TU Gdańsk) ausgeführt worden. Das untersuchte monumentale
Ingenieurbauwerk der Vergangenheit ist eine Brückenkonstruktion, die in ihrer Bedeutung für das Bauwesen mit der berühmten
Britannia-Brücke verglichen werden kann.
On the rebirth of a historic lattice truss bridge. In this contri­
bution, in view of a complicated history of the 160 years old
wrought-iron lattice truss bridge in Tczew (Poland) across the
Vistula, and with reference to the two emerged ideas of the reconstruction, the load test of the original bridge carrying structures has been described. The historical Bridge across the Vistula is loaded with a new bridge road deck. This was performed
recently by the experimental institution for bridge constructions
of the Politechnika Gdańska (Gdańsk University of Technology).
The completed proof has confirmed the assumed strength of the
new bridge deck, but also a surprisingly high toughness, greatly
desired at present, of the original superstructure itself. The investigated monumental ingenieur construction of the past is a bridge
structure that, in its meaning, can surely be compared with the
famous Britannia Bridge.
1 Einleitung
Den Fachleuten in Deutschland und Polen, jedoch auch
anderswo, sind die Einzelheiten dieser Brücke wohl aus­
reichend gut bekannt. Ihre Geschichte kennen aber auch
manche gewöhnlichen Menschen beider Nachbarvölker.
Diese kann kurz auf die folgenden Geschehen zurückge­
führt werden: 1857 – Bauvollendung und Eröffnung der
Brücke im damaligen Preußen, 1912 – Brückenverlänge­
rung bedingt durch die Verbreitung des Flussbettes, 1939 –
teilweise Vernichtung der Brücke durch Sprengung zu Be­
ginn des 2. Weltkrieges und spätere provisorische Repara­
tur, 1945 – zweite Sprengung der Brücke am Kriegsende
und ihre provisorische Nachkriegs-Instandsetzung. Die
Seitenansicht der Brücke vor und nach dem 2. Weltkrieg
zeigen die Bilder 1 und 2.
Zu den Einzelheiten der Brückengeschichte und -kon­
struktion wird zu allererst auf das Buch [1] von Professor
Bild 1. Gestalt der Weichselbrücke vor dem 2. Weltkrieg
Fig. 1. Shape of the Vistula Bridge before WW II
Bild 2. Brückengestalt 2016
Fig. 2. Bridge shape 2016
© Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin · Stahlbau 86 (2017), Heft 9
789
M. Malinowski/A. Banas/Z. Cywiński/M. Jeszka/A. Sitarski · Zur Wiedergeburt einer historischen Gitterbrücke
Bild 3. Die historische Brücke (links) und die Eisenbahnbrücke (rechts); Stand Ende des 20. Jahrhunderts
(Foto: Wiesław Ste˛pień)
Fig. 3. The historic bridge (left) and the railway bridge
(right); state at the end of the 20th century
Bild 5. Historischer Brückenträger – Innenansicht
(Foto: Zbigniew Cywiński)
Fig. 5. Historic bridge girder – interior view
Bild 4. Historischer Brückenträger – Außenansicht
(Foto: Zbigniew Cywiński)
Fig. 4. Historic bridge girder – exterior view
Bild 6. ASCE Anerkennung der historischen Brücke (von
Z. Cywiński als ASCE-Mitglied im Jahr 1999 initiiert)
Fig. 6. ASCE honour of the historic bridge (initiated in 1999
by Z. Cywiński, ASCE member)
Wieland Ramm verwiesen. Seinem vieljährigen Bestreben,
das von der Politechnika Gdanska und den Kreis- und
Stadtbehörden von Tczew unterstützt wurde, ist zu verdan­
ken, dass heute eine Perspektive für die Brückenerneue­
rung besteht. Da dieses Buch zweisprachig verfasst worden
ist (deutsch und polnisch) und in seinem Ausstellungsteil
auch englische Verweise enthält, steht es der internationa­
len Leserschaft offen. Deshalb wird hier nur ein schlichter
illustrativer Kommentar durch die Bilder 3, 4, 5 und 6 ge­
geben.
Die Bemühungen um die historische Brücke in Tczew
(Dirschau) waren damals davon begünstigt, dass die Fa­
kultät für Bauingenieurwesen der TU Gdansk seit Beginn
der neunziger Jahre des vorigen Jahrhunderts ein wissen­
schaftliches Untersuchungsprogramm zur Denkmalpflege
alter Bausubstanz führte und eine Reihe internationaler
Kon­ferenzen zur Denkmalpflege veranlasste. Die dritte
Konferenz im Jahr 1999 wurde speziell der genannten
Brücke gewidmet [2]. In diesem Rahmen erschienen da­
mals auch die Beiträge [3] und [4] der Teilnehmer aus Kai­
serslautern.
Seit jener Zeit war die Brückenbauabteilung der Fa­
kultät für Bauingenieurwesen der TU Gdansk weiterhin
sehr interessiert, die Brücke im In- und Ausland stark zu
propagieren, was durch die Beiträge [5] bis [11] gekenn­
zeichnet ist. Insbesondere wurden Anfang des 21. Jahrhun­
derts auch die ersten Schritte getan, eine praktische Re­
konstruktionslösung zu finden ([7], [12], [13]).
790
Stahlbau 86 (2017), Heft 9
2 Ideen zur Instandsetzung der Brücke
Von Anfang an stand die Frage offen, wie der Überbau der
zu erneuernden Brücke gestaltet werden könnte. Dazu gab
es zwei Ansätze. Eine der beiden Ideen unterstützte den
Wiederbau der Brücke in ihrer ursprünglichen Form und
die andere die Betonung der heutigen Brückenbaukunst
bei Erhaltung und Hervorhebung der originalen Brücken­
substanz.
Auf Wunsch der Kreisbehörden in Tczew hat das Ent­
wurfsbüro Europrojekt S.A. in Gdansk 2013 ein erstes
Konzept vorgestellt, das den zweitgenannten Ansatz zur
Instandsetzung der Brücke verfolgt (Bild 7). Auf den ersten
M. Malinowski/A. Banas/Z. Cywiński/M. Jeszka/A. Sitarski · Zur Wiedergeburt einer historischen Gitterbrücke
Bild 7. Brückenertüchtigungskonzept 2013
Fig. 7. Bridge renovation concept 2013
Bild 8. Trägerquerschnitte nach dem Konzept von 2013
Fig. 8. Girder cross-sections according to the concept from 2013
Blick erschien die vorgeschlagene Lösung etwas erschüt­
ternd – auch unter den Verfassern dieses Beitrages. Später
konnte man ihr jedoch viele Vorteile abgewinnen. Vor
­allem hat man von einer bloßen Kopie Abstand genom­
men, eine moderne Konstruktion integriert und die origi­
nalen Teile inmitten des Neubaus besser zum Ausdruck
gebracht. Dabei konnte das quasi-chaotische Strebewerk
der neuen Träger beinahe melodisch das Hin und Her der
Brückengeschichte sowie auch die jetzige Brückenbau­
kunst der jungen Ingenieurgeneration gut betonen. Kon­
struktive Einzelheiten des Instandsetzungs-Konzeptes wer­
den hier nicht besprochen – mit der Ausnahme einer
schlichten Abbildung der Trägerquerschnitte, die in Bild 8
veranschaulicht sind.
2015 hatte sich dann die erste genannte Idee der Re­
konstruktion durchgesetzt – jedoch nicht voll und ganz.
Wie aus den Bildern 9, 10 und 11 hervorgeht, enthält der
Entwurf auch einiges des zweiten Ansatzes. Auch dieses
Instandsetzungs-Konzept kann hier nicht eingehend be­
sprochen werden, da im vorliegenden Beitrag das Probe­
belastungsproblem in den Vordergrund treten soll. Ergän­
zend ist noch anzumerken, dass der jetzt aktuell verfolgte
Entwurf – allgemein – stark auf die kulturellen Werte und
die touristischen Eigenschaften der Stadt und ihrer Um­
gebung abgestimmt wurde.
3 Probebelastung der originalen Träger mit neuer Fahrbahn
Nach der Entfernung der alten Fahrbahnkonstruktion von
den historischen Trägern 4, 5 und 6 wurde in die renovier­
ten Träger (Reinigung, lokale Ausbesserung und Anstrich)
eine neue Fahrbahn hineingesetzt. Somit konnte dann
eine Probebelastung der gesamten Konstruktion durchge­
führt werden. Diese wurde von der Brückenbauversuchs­
anstalt der Politechnika Gdanska (TU Gdansk) unter der
Leitung von Maciej Malinowski ausgeführt. Sie sollte als
praktische Prüfung der Entwurfsannahmen sowie als Zu­
lassungsbescheinigung für die Verwendung der histori­
schen Brückenfelder 4, 5 und 6 – also ausschließlich dieses
Teiles der ganzen Brücke, gelten. Hierbei mussten die ein­
zelnen Lastwagen zur Probebelastung sehr vorsichtig über
die anderen Felder der Brückenostseite auf ihre Endstellen
gefahren werden.
3.1 Numerische Analyse
Für die Probebelastung der Brückenträger 4, 5 und 6
wurde eine entsprechende Festigkeitsanalyse im statischen
und dynamischen Bereichen vorgenommen. Es wurden
zwei dreidimensionale, numerische FEM-Berechnungs­
modelle aufgestellt, wobei Schalen- und Balkenelemente
Stahlbau 86 (2017), Heft 9
791
M. Malinowski/A. Banas/Z. Cywiński/M. Jeszka/A. Sitarski · Zur Wiedergeburt einer historischen Gitterbrücke
Bild 9. Brückenentwurf von 2015 (oben) und 2013 (unten)
Fig. 9. Bridge versions 2015 (top) and 2013 (bottom)
Bild 10. Brückenertüchtigungskonzept 2015
Fig. 10. Bridge renovation concept 2015
Bild 11. Trägerquerschnitte nach dem Konzept von 2015
Fig. 11. Girder cross-sections according to the concept from 2015
benutzt worden sind. Das erste Modell betraf die beiden
durchlaufenden Träger 4 und 5 und das zweite den einfach
gestützten Träger 6 mit Kragarm. Die Brückendeckplatte,
die Stege und Flansche der Gurte der Tragwerkfachwerke
792
Stahlbau 86 (2017), Heft 9
wurden als 4-Knoten-Schalenelemente modelliert. Die
Fachwerkstäbe (Schrägen) der Träger und die Verbände
sowie die Fachwerkquerträger wurden als 2-Knoten-Bal­
kenelemente angenommen, wobei auch die Außenmittig­
M. Malinowski/A. Banas/Z. Cywiński/M. Jeszka/A. Sitarski · Zur Wiedergeburt einer historischen Gitterbrücke
Tabelle 1. Charakteristik der Berechnungsmodelle
Table 1. Characteristics of the computational models
FEM-Modell
4–5
6
Knotenanzahl
114 873
67 690
Anzahl der Schalenelemente
83 433
52 999
Anzahl der Balkenelemente
90 093
49 168
Anzahl der Lagerzwängungen
14
10
keiten berücksichtigt wurden. Die allgemeine Charakteris­
tik der Modelle ist in der Tabelle 1 und in Bild 12 gegeben.
Für die angenommenen Berechnungsmodelle wurden
die inneren Kräfte, Spannungen und vertikale Verschie­
bungen (Durchbiegungen) bestimmt. All diese betrafen den
Einfluss der beweglichen Nutzlast nach der polnischen
Norm PN-82/S-10052, C-Klasse sowie der gegebenen Auf­
stellung der Probelastwagen. Es wurden auch die betreffen­
den Eigenfrequenzen und -formen der Trägerschwingun­
gen festgesetzt.
Bild 12. FEM-Modelle für die Träger 4 und 5 (links) und für den Träger 6 (rechts)
Fig. 12. FEM-Models for the girders 4 and 5 (left) and for girder 6 (right)
Bild 13. Querschnitte und Unterbringung der Messpunkte
Fig. 13. Cross-sections and placing of measure points
Stahlbau 86 (2017), Heft 9
793
M. Malinowski/A. Banas/Z. Cywiński/M. Jeszka/A. Sitarski · Zur Wiedergeburt einer historischen Gitterbrücke
3.2 Ergebnisse der Probebelastung
Diesbezügliche Untersuchungen betrafen die Messungen
der vertikalen Verschiebungen (Durchbiegungen) der ori­
ginalen Hauptträger der Brücke, die Verzerrungen/Span­
nungen in ihren Untergurten und in dem Fachwerk der
originalen, zusätzlich verstärkten Querträger sowie das
Messen der Beschleunigungen für die Erkennung der
Hauptträgerdynamik. Die entsprechenden statischen und
dynamischen Tests bezogen sich auf die Messpunkte an
den Trägern 5 und 6 (Bild 13).
Die statischen Untersuchungen wurden für die Auf­
stellung von drei Lastwagen – jeder mit der Masse von
33,4 t – durchgeführt. Die dynamischen Teste wurden bei
der Überfahrt der einzelnen Lastwagen auf glatter Fahr­
bahn realisiert sowie auch bei einer Fahrt über 10 cm hohe
Schwellen, die an verschiedenen Stellen der Fahrbahn zur
zusätzlichen Schwingungserzeugung aufgebracht waren.
Die registrierten extremen Werte der Durchbiegungen
befanden sich für alle untersuchten Träger im Bereich zwi­
schen 11,30 und 14,91 mm, was 91 % der theoretischen
Werte entsprach (Bild 14). Die während dieser Untersu­
chungen ergründeten Mittelwerte der Spannungen in den
Untergurten der Hauptträger sowie den Untergurten und
Schrägen der Querträger waren entsprechend 8,8 bis
11,6 MPa, 10,0 bis 10,1 MPa und 18,9 bis 20,1 MPa hoch.
Das bedeutet, dass die betreffenden theoretischen Werte
zu 110 bis 119 %, zu 87 bis 88 % und zu 114 bis 121 % er­
reicht worden sind.
Die registrierten Extremwerte der Durchbiegungen bei
den dynamischen Probebelastungen waren 5,3 mm wäh­
rend der Überfahrt der Lastwagen auf glatter Fahrbahn,
und 10,9 mm während der Fahrt über die Schwellen. Die
ermittelten Werte der Normalspannungen in den Untergur­
ten der Hauptträger erreichten dabei 4,9 MPa bei der Fahrt
der Lastwagen auf glatter Bahn und 9,4 MPa bei der Fahrt
über die Schwellen. In den Untergurten der Querträger
­waren die Normalspannungen entsprechend 11,5 MPa und
21,3 MPa und in den Schrägen 31,8 MPa und 51,5 MPa
hoch. Repräsentative Beispiele der Untersuchungen sind
hier in Bild 15 gegeben.
Der aus den dynamischen Untersuchungen folgende
Koeffizient der dynamischen Überlast beträgt 1,07 für die
Überfahrt der Lastwagen auf glatter Fahrbahn und 1,89 für
Bild 14. Ergebnisse der statischen Durchbiegungsmessungen für den Träger 6
Fig. 14. Results of the static measures of the deflections for girder 6
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Stahlbau 86 (2017), Heft 9
M. Malinowski/A. Banas/Z. Cywiński/M. Jeszka/A. Sitarski · Zur Wiedergeburt einer historischen Gitterbrücke
Bild 15. Repräsentative Ergebnisse der dynamischen Untersuchungen für Träger 6
Fig. 15. Representative results of dynamic investigation for girder 6
die Fahrt über die Schwellen. Auf der Grundlage dieser
Untersuchungen wurden auch die betreffenden Eigenfre­
quenzen und -formen identifiziert. Das abgeschätzte loga­
rithmische Dekrement der gedämpften Schwingungen er­
gab sich dabei zu 0,022 bis 0,038. Alle diese Unter­
suchungsergebnisse haben die Qualität der numerischen
Analyse bestätigt sowie die Regelmäßigkeit der konstruk­
tiven Arbeit des Tragwerksystems deutlich bezeugt.
4 Schlussbemerkungen
Die vorgestellte Untersuchung zur Probebelastung der
Weichselbrücke Dirschau konnte nur aufgrund eines ein­
gehend gestalteten Projektes durchgeführt werden, dessen
ausführliche Vorstellung hier zu weit geführt hätte. Dem­
entsprechend sind die Resultate des Projektes auch viel
reicher, als in diesem Beitrag gezeigt werden konnte. Den­
noch dürfte die sehr schlicht abgefasste Darstellung des
Problems für ein allgemeines Erkennen der Sache hinrei­
chend sein.
Die wichtigste Folgerung dieses Beitrags ist, dass die
untersuchte Gitterbrücke – 160 Jahre nach ihrer Erstellung
– im Stande ist, die Verkehrsziele ihrer Urheber weiterhin
zu erfüllen, wenn nur ihre restlichen Teile voll und ganz
wiederhergestellt werden. Dieses wird jedoch, wie Vieles
auf dieser Welt, von der Finanzlage der heutigen Genera­
tionen abhängen.
Literatur
[1] Ramm, W. (Hrsg.): Zeugin der Geschichte: Die Alte Weich­
selbrücke in Dirschau – Swiadek przeszłosci: Dawny most
przez Wisłe˛ w Tczewie. Technische Universität Kaiserslautern,
Kaiserslautern 2004.
[2] Affelt, W., Cywiński, Z. (Hrsg.): International Conference
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2000 (PEHGO-2000). Technical University of Gdańsk, Book
of Abstracts 1999 – Proceedings 2000.
[3] Groh, C.: The old Dirschau Bridge in its technical details.
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[5] Cywiński, Z.: Historyczny most w Tczewie (Die historische
Brücke in Dirschau). Przegla˛d Budowlany 71 (2000), 12,
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[6] Malinowski, M., Żółtowski, K.: Drogowy most „Lisewski“
przez rzeke˛ Wisłe˛ w Tczewie – 150 lat eksploatacji (Die
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– 150 Jahre der Benutzung). Inżynieria i Budownictwo 57
(2001), 6, S. 329–334.
[7] Malinowski, M.: O możliwosciach modernizacji drogowego
mostu „Lisewskiego“ przez rzeke˛ Wisłe˛ w Tczewie (Zu den
Erneuerungsmöglichkeiten der „Ließauer“ Straßenbrücke
über den Weichselfluß in Dirschau). 10th International Scien­
tific Technical Conference “Metal Structures”, Gdańsk 2001,
Vol. 3, pp. 241–248.
[8] Cywiński, Z.: The old Wisla Bridge at Tczew – important
monument of the civil engineering heritage. International
Scientific-Practical Conference “Reconstruction”, Saint-Pe­
tersburg 2005, Vol. II, pp. 7–9.
[9] Cywiński, Z.: Sprawy estetyki starych mostów w Tczewie
(Ästhetische Fragen der alten Brücken in Dirschau) VI Kra­
jowa Konferencja „Estetyka Mostów“, Warszawa-Jachranka
2008, Materiały, S. 43–48.
[10] Cywiński, Z.: 150 years of an ironwork masterpiece: IX
Ukrainian Scientific and Technical Conference “The Metal­
work in Civil Engineering: State-of-the-Art and Perspectives”,
Kiev 2008, Theses, pp. 59–60 and UkrNDIproyektstalkon­
struktsja im. B.W. Shimanskovo, Naukovo-tekhnichnyj Zbir­
nik, wypusk 1, pp. 85–89.
Stahlbau 86 (2017), Heft 9
795
M. Malinowski/A. Banas/Z. Cywiński/M. Jeszka/A. Sitarski · Zur Wiedergeburt einer historischen Gitterbrücke
[11] Affelt, W. (Hrsg.): Zabytkowy Most Tczewski – Konteksty
(Die monumentale Dirschauer Brücke). Wydawnictwo „Ber­
nardinum”, Pelplin 2009.
[12] Malinowski, M., Banaś, A., Kosecki, W., Windporski, H.:
Drogowy most przez rzeke˛ Wisłe˛ w Tczewie – PrzeszłośćTerazniejszość-Przyszłość 1857-2016. (Die Straßenbrücke
über den Weichselfluß in Dirschau – Vergangenheit – Gegen­
wart – Zukunft 1857-2016). Duże mosty wieloprze˛słowe, Po­
litechnika Wrocławska, Wrocław 2016, S. 427–456.
[13] Malinowski, M., Banaś, A., Jeszka, M., Sitarski, A, Kosecki,
W.: Modernizacja zabytkowych prze˛seł Lentze’a mostu dro­
gowego przez Wisłe˛ w Tczewie – Założenia i analizy nume­
ryczne (Erneuerung der denkmalartigen Träger von Lentze
der Straßenbrücke über die Weichsel in Dirschau – Annah­
men und numerische Analysen). Duże mosty wieloprze˛słowe,
Politechnika Wrocławska, Wrocław 2016, S. 457–466.
796
Stahlbau 86 (2017), Heft 9
Autoren dieses Beitrages:
Mgr inż. Maciej Malinowski,
mamalin@pg.gda.pl,
Dr. inż. Anna Banas,
annbanas@pg.gda.pl,
Prof. dr hab. inż. Zbigniew Cywiński,
zcywin@pg.gda.pl,
Mgr inż. Marcin Jeszka,
marcin.jeszka@pg.gda.pl,
Dr. inż. Arkadiusz Sitarski,
astar@pg.gda.pl,
Politechnika Gdańska,
Wydzial Inžynierii La˛dowej i S’rodowiska,
ul. G. Narutowicza 11/12,
80-233 Gdan’sk, Polen
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