Genietete Yorckbrücken Berlin

Für die Umplanung und Bauausführung der Yorckbrücken waren neben den verkehrlichen und normativen Forderungen vor allem Denkmalschutzanforderungen zu berücksichtigen. Im Zusammenhang der Umnutzung gab es wesentliche konstruktive und gestalterische Änderungen.

Die Entwicklung des Stahlbrückenbaus ist in den Jahren 1870-1920 insbesondere durch den Eisenbahnbrückenbau und die rasante Entwicklung des deutschen Eisenbahnschienennetzes gekennzeichnet. Mit der Einführung des Bessemerverfahrens konnte das durch das Puddelverfahren erzeugte Schmiedeeisen durch Flussstahl abgelöst werden, welches bereits Streckgrenzen in der Größe eines heutigen S 235 erreichte. Bleche mit Dicken bis zu 28 mm wurden verwendet. Bei Notwendigkeit stärkerer Blechdicken wurden mehrere Lamellen angeordnet. Die damalige Verbindungstechnik war vorzugsweise das Nieten.

Das Nieten ist dadurch gekennzeichnet, dass durch Zusammenhalten der zu verbindenden Bleche der im Nietofen weißrot geglühte Niet in das Nietloch eingesetzt, gegengehalten und durch Schlagen des Niets mittels Döpper zusammengepresst wird und damit das Nietloch vollständig ausfüllt. Durch die nachfolgende Abkühlung und damit Verkürzung des Niets kommt es zusätzlich zu einer Vorspannung der miteinander vernieteten Bauteile. Die Nieten selbst können in der Regel eine Länge bis zu 5 x d (max. 9 x d) erreichen und damit mehrere Blechpakete miteinander verbinden. Die Nietverbindungen sind eigentlich vorgespannte Scherlochleibungsverbindungen, das eingeklemmte Blechpaket verhält sich gleichwohl nicht starr. Bei den Nieten wird im Regelfall dennoch die Streckgrenze erreicht. Durch die verwendeten Werkzeuge ist ein gewisser Abstand der Niete vonnöten. Es entwickelten sich aus der Bemessung, Konstruktion und Herstellung konstruktive Grundsätze, die von den damaligen Stahlbaufirmen bei der Niettechnik berücksichtigt wurden. Bauausführende Firma für die Sanierung des Stahlbaus und für die Anwendung der historischen Niettechnik war Heckmann Stahl- und Metallbau aus Hoppegarten.

Konstruktionsweise

Die Yorckbrücken wurden zur Überführung der Bahn über die Yorckstraße in Berlin Schöneberg errichtet. Die Konstruktion der einzelnen Yorckbrücken sind im Wesentlichen gleich: Es handelt sich um Gerbergelenkbrücken, wobei der mittlere, die Straßen überspannende Teil ein Einfeldträger mit einer Länge von ca. 15,60 m mit leicht seitlich auskragenden Teilstücken ist, welcher auf Stützen gelagert ist. An den Enden dieses Einfeldträgers schließt jeweils über ein Gerbergelenk der 6,40 m lange Teilträger an, der den Gehweg überspannt und sich einerseits auf das Widerlager und andererseits auf dem Gerbergelenk abstützt. Die Stützen stehen unmittelbar am Fahrbahnrand und sind daher anprallgefährdet.

Die Brücken sind Trogbrücken, die durch Verbände in der Untergurtebene ausgesteift werden. Sie sind über Querträger miteinander verbunden. Zwischen den Querträgern und den beiden Hauptträgern sind jeweils Buckelbleche angeordnet, auf denen die Schotterfahrbahn ruht.

Grundsätzlich können die Konstruktionen der noch vorhandenen 33 Yorkbrücken den unterschiedlichen Entstehungszeiten zugeordnet werden. Die Brücken nach 1880 sind genietete Blechträgerbrücken, die auf Hartungschen Säulen gelagert wurden. Diese Pendelstützen bestehen aus Gussrohren, die zur Mitte hin dicker werden und am Kopf und Fuß Gelenke besitzen. Bei einigen dieser Brücken wurden die ursprünglichen Hartungschen Säulen durch die BVG aus Verkehrssicherungsgründen gegen geschweißte Stahlstützen ersetzt. Bei anderen wurde der Fußbereich aus Gründen des Anprallschutzes mit Beton ummantelt.

Bei Planung der Baumaßnahme waren zunächst einmal die Denkmalschutzanforderungen zu berücksichtigen. Durch den Entfall des Bestandsschutzes waren die aktuellen technischen Regeln und Vorschriften hinsichtlich Lastannahmen, Berechnungsmodellen und Bemessungskonzepten sowie Verwendbarkeit von Bauprodukten einzuhalten. Weitere Forderungen entstanden aus den einzuhaltenden Lichtraumprofilen, der Notwendigkeit einer Entwässerung und einer Absturzsicherung sowie der weiter unten dargestellten funktionalen und physischen Trennung der Stützen von den Brücken.

Seit der Aufnahme der Yorckbrücken in die Denkmalliste Berlins im Jahre 1993 unterliegt das gesamte Brücken-ensemble dem Denkmalschutz. Das bedeutet unter anderem, dass alle Bestandteile wie Einzeldenkmale zu behandeln sind und Änderungen immer dem denkmalrechtlichen Genehmigungsvorbehalt unterliegen.

Die wesentliche Forderung des Denkmalschutzes bestand in der langfristigen Sicherung, Instandsetzung und dem Erhalt der gusseisernen Hartungschen Säulen sowie der originalgetreuen Sanierung der Überbauten. Zierelemente sollten nicht ersetzt werden, sodass eine deutliche gestalterische Unterscheidung von neuen und historischen Elementen, zum Beispiel bei den Geländern möglich war. Es wurde weiter gefordert, dass die Niettechnik zum Einsatz kommen sollte – was bedeutete, dass hochfeste oder nietähnliche Schrauben oder auch HRC-Schrauben, die im Regelfall bei derartigen Sanierungen zum Einsatz kommen, nicht verwendet werden durften. Weitere Forderungen waren die originalgetreue Mauerwerkssanierung der Widerlagerflächen, der Erhalt von Natursteinabdeckungen sowie die Entfernung der in der Zwischenzeit angeordneten Betonummantelung der Sockelfüße aus Gründen des Anprallschutzes.

Vor Beginn der Planung wurde der Zustand der zu sanierenden Brücken festgestellt. Wegen der unsachgemäßen Demontage und ungeschützten Lagerung der ausgehobenen Brücken waren diese allerdings in einem bedauernswerten Zustand:

erhebliche Schäden des Korrosionsschutzes, teilweise großflächige Durchrostungen, Korrosionsschutz nicht mehr vorhanden, weitere Schäden durch Bewuchs, Graffiti

nicht mehr vorhandene oder stark abgerostete Nieten

grobe Schäden infolge unsachgemäßen und unplanmäßigen Schneidens mit Schneidbrenner bei der Demontage, insbesondere im Bereich der ehemaligen Gerbergelenke

Anprallschäden, fehlende Ausstattungsbauteile (Geländer, Verzierungen)

Lagerbänke und Kammerwände durch Frost-Tauwechsel und Wurzeldruck teilweise zerstört, Lager durch Korrosion zerstört oder nicht mehr vorhanden

Stützen: Korrosionsschutzschäden, Betonummantelungen zum Anprallschutz

Konstruktionslösungen der Planung

Bis auf eine Brücke befinden sich alle Stützen am unmittelbaren Fahrbahnrand der vielbefahrenen Yorckstraße im unmittelbar durch Anprall gefährdeten Bereich. Dieser Umstand hatte in früheren Jahren dazu geführt, dass beinahe alle Stützen mit einem als Anprallschutz fungierenden Betonsockel versehen wurden, die aber dem Denkmalschutz zuwiderliefen. Daher wurden aus den Gerbergelenkträgern der Überbauten Einfeldträger gemacht und die Überbauten von den Stützen getrennt. Diese Lösung stellte für den Denkmalschutz eine erhebliche Herausforderung dar, da die ursprüngliche statische Funktion der Stützen entfiel und diese nur noch als Stadtmöbel fungieren würden.

Detaillösungen

Folgende konstruktive Detaillösungen wurden im Zusammenhang mit der Änderung des statischen Systems erforderlich.

Schließen der Gerbergelenke

Anordnung und Vernietung zusätzlicher Lamellenpakete

Trennung der Stützen vom Überbau und Einbau einer Sicherungskonstruktion im Fall eines Fahrzeuganpralls sowie Sicherung des Überbaus gegen Schwingungen

Folgende weitere Sanierungsarbeiten wurden im Zusammenhang mit den Stahlbauarbeiten erforderlich:

Instandsetzung von korrosionsgeschädigten Bauteilen

Ersatz von Bauteilen, die nicht mehr instandgesetzt werden konnten

ersatzlose Demontage von Bauteilen, die stark geschädigt waren und nicht der ursprünglichen Bauzeit der Brücken zuzuordnen waren

vollständige Erneuerung des Korrosionsschutzes

Folgende weitere Sanierungsarbeiten wurden im Zusammenhang mit der Gesamtbaumaßnahme weiter erforderlich:

vollständige Erneuerung von Lagerbänken und Lagersockeln

Sanierung des Sichtmauerwerks unter Begleitung eines Restaurators

Einbau neuer Brückenlager

Änderung der Gehbahnen durch Entfernung des alten Gleisbettes und Einbau einer neuen Gehbahn bestehend aus einer Leichtbetonschicht und darauf aufgebrachtem Gußasphalt

Einbau einer neuen Übergangskonstruktion zwischen Brückenbelag und angrenzendem Parkweg

Einbau neuer Geländer

Installation von Vogelschutzmaßnahmen

Ausführung

Nach dem Transport der Brücken zum Fertigungsbetrieb wurden alle Brückenteile gereinigt. Wegen der unsachgemäßen Lagerung führte die Kombination aus Korrosionsschäden, mechanischen Schäden und Pflanzenbewuchs zunächst zur untypischen Grundreinigung, die darin bestand, erhebliche Erdanhaftungen und Pflanzenbewuchs zu beseitigen.

Nach dieser Grundreinigung wurden die Brücken von den restlichen Asphaltanhaftungen im Bereich der ehemaligen Gleisbetten befreit. Die ursprünglich geplante Entfernung der Asphaltreste durch Sandstrahlen erwies sich als untauglich, weil es durch den hohen Energieeintrag beim Sandstrahlen zu einer Erwärmung des Asphalts kam und dieser lediglich auf dem Stahl zusammengeschoben wurde. Die Asphaltreste mussten also in mühevoller Handarbeit abgestemmt werden. Nachdem die Brücken von Asphalt und Erdanhaftungen befreit waren, konnten sie mittels Sandstrahlen gereinigt werden und erhielten unmittelbar im Anschluss einen Grundierungsanstrich als Montagebeschichtung.

Bei der darauffolgenden Schadensaufnahme sollten möglichst viele Schäden systematisiert werden, was aber nur teilweise gelang. Der größte Teil der Schäden war an allen Brücken zu beobachten, sodass für bestimmte Schadensbilder Regeldetails für die Sanierung entwickelt werden konnten. Dies betraf vor allem Schäden an Bauteilen der Dienstgehwege sowie an den außenseitigen Bauteilen der Brücken. Alle Brücken wiesen in den Lagerbereichen Korrosionsschäden auf, die darauf zurückzuführen waren, dass die Brückenenden direkt mit dem Erdreich in Kontakt waren.

Auch horizontale Flächen, von denen das Wasser schlecht ablaufen konnte, waren bei allen Brücken stark korrodiert. Teilweise waren die Flansche der Untergurte an den Hauptträgern vollständig abgerostet. Weiter waren vereinzelt über die gesamte Brückenlänge linienförmige Korrosionsschäden an den Hauptträgerstegen erkennbar, die tragfähigkeitsrelevant waren und nach rechnerischer Überprüfung zwingend zu verstärken waren. Die gemessenen Abrostungen betrugen teilweise bis zu 8 mm an den ursprünglich 12 mm dicken Stegen. Im Bereich der Gehbahn waren die Konstruktionen teilweise durch Asphaltanhaftungen geschützt. Allerdings zeigte sich nach der Reinigung und einer stichprobenartigen Demontage von Anbauteilen, dass auch dort erhebliche Korrosionsschäden vorhanden waren.

An den Nieten wurden ebenfalls Schäden erkannt, die für alle Brücken nahezu identisch waren. Ausnahmslos alle Schäden an Verbindungsmitteln waren durch Korrosion verursacht, wobei der Schädigungsgrad von Brücke zu Brücke variierte. Oft war das Umgebungsmaterial um die Niete erheblich geschädigt, während die Nieten selber fast unbeschädigt waren. Dies ist möglicherweise auf das unterschiedliche Material des Grundwerkstoffs und der Nieten in Bezug auf die elektrolytische Reihe zurückzuführen. Alle diese Schäden sollten unter strenger Beachtung des Denkmalschutzes saniert werden. Da aufgrund der nur bedingt schweißgeeigneten Materialien umfangreiche Schweißarbeiten nicht ausgeführt werden konnten, hieß das letztendlich, dass alle neu einzubauenden Verstärkungen durch Nieten zu verbinden und die nicht mehr funktionsfähigen Nieten durch neue Nieten zu ersetzen waren.

Schließen der Gerbergelenke

Zum Schließen der Gerbergelenke mussten sowohl die Stege als auch die Gurte der Hauptträger konstruktiv verändert werden. Dabei waren auch die während des Ausbaus der Brücken entstandenen Schäden zu berücksichtigen. Die geplante Stegverstärkung besteht aus Blechen, die auf den Innen- und Außenseiten der Hauptträger das Gelenk überbrücken. Dazu mussten die neben den Gelenken angeordneten Steifen entfernt und die durch den Ausbau der Brücken entstandenen unkontrollierten Brennschnitte durch Begradigung der Schnittkanten beseitigt werden. Diese Schäden rühren daher, dass beim Ausbau der Brücken die Gelenkbolzen nicht gelöst wurden, sondern die Blechpakete im Gelenkbereich mit Brennschnitten zertrennt wurden.

Nach der Demontage der gelenknahen Steifen und überflüssig gewordener Bleche wurden alle Kanten sauber beschliffen. Eine Forderung des Denkmalschutzes war, dass sich das Nietbild der Verstärkungen an dem historischen Nietbild orientiert, d.h., Nietdurchmesser und -abstände sollten mit den originalen Nietbildern optisch zumindest harmonieren und im besten Fall übereinstimmen. Hinzu kam die Forderung des zukünftigen Unterhaltungslastträgers nach dem Verschluss nicht mehr genutzter Nietlöcher. Um beiden Forderungen mit möglichst wenig Aufwand gerecht zu werden, wurden die vorhanden Nietlöcher genau vermessen und die Bemessung für die neuen Blechlaschen darauf abgestimmt. Das Ergebnis sind Steglaschen, denen man kaum ansieht, dass sie nachträglich angebaut wurden.

Anordnung neuer Gurtlamellen

Zur Erhöhung der Biegesteifigkeit war es erforderlich, die Lamellenpakete der Ober- und Untergurte zu verstärken. Diese Lamellenpakete wurden geöffnet und durch zusätzliche Lamellen verstärkt. In Brückenmitte war es nicht erforderlich, die Anzahl der Lamellen zu erhöhen. Lediglich die Länge der Lamellenpakete wurde erhöht und so dem neuen Momentenverlauf angepasst.

Korrosionsschutz

Nach Abschluss der stahlbaumäßigen Bearbeitung wurde der Aufbau des Korrosionsschutzes gemäß ZTV-ING und Abstimmung mit dem Baulastträger in der Werkstatt ausgeführt. Dies erfolgte überwiegend mit Spritzpistole im Schutzzelt. Schwer zugängliche Bereiche wurden mit Pinsel und Rolle bearbeitet.

Trennung der Überbauten

Die Trennung der Überbauten von den Stützen vollzog sich relativ einfach, da die Lager und die Lagersockel erneuert werden mussten. Die Höhe der neuen Lagersockel wurde so abgestimmt, dass unter Volllast noch ein planmäßiger Spalt von 2 cm zwischen Oberkante Stütze und Unterkante Hauptträger bleibt.

Da die Brücken Teil einer Parkanlage sind, die sich sehr großer Beliebtheit bei jungen Leuten erfreut, und im Umfeld regelmäßig Veranstaltungen stattfinden, wurde auch die eher dem Vandalismus zuzurechnende Belastung aus der theoretisch möglichen gezielten Schwingungsanregung durch größere Menschenmengen beachtet. Die 1. vertikale Eigenfrequenz der Brücken liegt mit ca. 2,6 Hz außerhalb des kritischen Bereiches. Trotzdem kann nicht ausgeschlossen werden, dass eine harmonische Anregung durch größere Menschenmengen zu Schwingungsamplituden führt, die für das Bauwerk unerwünscht sind und durch die sich die Brücken auf den Stützen absetzen könnten. Zu diesem Zweck wurden auf den Stützenköpfen Elastomerkissen angeordnet, die einen harten Stoß dämpfen und eine weitere Amplitudenzunahme unmöglich machen.

Stützensanierung und Sicherungskonstruktionen gegen Fahrzeuganprall

Die Stützen wurden im Rahmen der Sanierung in ihre Einzelteile zerlegt, wobei sich nur geringe Schäden zeigten. Diese Schäden waren vorrangig auf die Verzierungselemente beschränkt. Irreparabel geschädigte Elemente wurden gemäß den Forderungen des Denkmalschutzes jedoch nicht ersetzt, so dass an den sanierten Stützen die zeitabhängigen Schäden noch ablesbar sind.

Da die Stützen nach der Sanierung weder die Betonummantelung haben noch mit den Brücken verbunden sein sollten, wären sie ohne konstruktive Änderungen nicht standsicher gewesen. Die Lösung bestand darin, in die Stützen ein Rohr einzusetzen, welches in das Fundament einbetoniert wird. Die Kapitelle, die ursprünglich fest mit den Brücken verbunden waren und ein Kalottenlager enthielten, wurden kraftschlüssig mit Stütze und Rohr verbunden. Auf den Oberseiten der Kapitelle wurden Elastomerkissen angebracht. Im Endzustand entsteht so der Eindruck, dass die Stützen immer noch die Brücken tragen. Die nun als Stadtmöbel deklarierten Stützen sind gemeinsam mit ihrem innen liegenden Tragrohr für eine verminderte Anpralllast bemessen, so dass sie im Falle eines Unfalls nicht schlagartig versagen.

Einbau neuer Brückenlager

Die historischen Brückenlager bestanden aus Gleitlagern aus Stahl. Diese Lager waren teilweise durch Korrosion fast vollständig zerstört und mussten ersetzt werden.

Aus unterhaltungstechnischen Gründen wurde entschieden, moderne Elastomerlager einzubauen. Da auch die Lagersockel und Lagerbänke aufgrund ihres Zustandes erneuert werden mussten, stellte der Einbau neuer Lager keine größere Herausforderung dar.

An den Brücken wurde das Ziel verfolgt, die oberen Lagerplatten und die Keilplatten so schmal wie möglich auszubilden, damit sie nur wenig über die tatsächlich sehr schmalen Untergurte der Hauptträger hinausragen.

Die Kammerwände, Lagersockel und Lagerbänke wurden an allen Brücken erneuert. Aus Gründen der Dauerhaftigkeit wurden diese Bauteile in Stahlbeton ausgeführt. Die Kammerwände wurden durch eine gemauerte Vorsatzschale der historischen Optik angepasst.

Parallel zur Sanierung der Brücken und Lagerbereiche wurde durch die DB AG auch das Vorsatzmauerwerk aller angrenzenden Bereiche saniert. Oberhalb der Yorckstraße wurden parkseitig die Balustraden neu hergestellt und mit Geländern versehen.

Einbau neuer Geländer

Da die Brücken als kombinierte Geh- und Radwege genutzt werden sollen, mussten neue Geländer mit einer Höhe von 1,30 m ab Oberkante Gehbahn installiert werden. In Abstimmung mit dem Denkmalschutz wurde ein Geländerentwurf ausgewählt, der durch seine Sachlichkeit die Charakteristik der Brücken als Technikdenkmal unterstreicht und durch seine Farbgebung als nachträglich ergänztes Element erkennbar sein soll.

Aus gestalterischen Gründen wurde festgelegt, die Fußplatten der Geländerpfosten mit der Brücke zu vernieten. Die Fußplatten sitzen auf den Lamellen und die Nietlöcher mussten auf das Nietbild der Lamellenbefestigung abgestimmt werden, was zu individuellen Geometrien für jede Fußplatte führte. Auch die Geländerpfosten sind Einzelfertigungen, da sie wegen der abgestuften Lamellenpakete in ihrer Länge differieren.