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12.07.2018:
Wasserdichter Erdbebenschutz für die Cayirhan Brücke

MAURER schützt riesige Gleitpendellager in der Türkei mit Gummiring gegen Hochwasser.


Die Cayirhan Brücke führt über den Sariyar-Stausee westlich von Ankara und ihre Pfeiler sind regelmäßigen Überflutungen ausgesetzt. Für  den  Neubau  der  Brücke  wurden  große  Gleitpendellager  (SIP®)  entwickelt,  die  drei  Kernaufgaben  erfüllen  müssen:  Jederzeit  funktionsfähig  ohne dass  Schmutzpartikel  eindringen  können,  Abtragung  hoher  Lasten  von  über 10.000 t  sowie  Service-  und  Erdbebenbewegungen  mit  entsprechender  Re-
duzierung  der  Horizontalkräfte  zu  ermöglichen.  MAURER  als  Erdbeben-  und Lagerspezialist  bekam  den  Auftrag  für  diese  SIP®-Lager  sowie  alle  weiteren Lager der Brücke.
Die neue Cayirhan-Brücke ist Teil des Ausbaus der D140 Ankara-Nallihan-Yolu zur  Autobahn.  Sie  entsteht  neben  der  Bestandsbrücke  und  liegt  am  oberen  Ende des Sariyar-Stausees, also dort, wo der Fluss Sakarya zeitweise durch den Rückstau im Becken zum See wird.
Die  neue  Konstruktion  ist  eine  Doppelbrücke  mit  je  13,5 m  Breite  und  270 m Länge  pro  Fahrtrichtung.  Jede  Brücke  hat  zwei  Fußpunkte  mit  einem  Abstand  von  176 m.  Von  jedem  Fußpunkt  aus  ziehen  sich  zwei  Betonstreben  schräg nach  oben  und  bilden  einen  Ständer  in  Form  eines  geneigten  Dreiecks.  Herzstück  des  Lagerungssystems  sind  große  SIP®-Lager  an  den  Fußpunkten,  die überflutet  werden  können.  Hinzu  kommen  Flachgleitlager  im  Strebenbereich und Kalottenlager an den beiden Widerlagern.

Hohe Lasten und Überflutung

Drei  Aspekte  definieren  die  Rahmenbedingungen  für  die  SIP®-Lager  an  den Fußpunkten der Cayirhan Brücke:
•  Überflutung
•  Erdbebengefahr
•  Hohe Auflast
Für den Lastfall Erdbeben musste eine Auflast von 45 MN, bzw. für den Traglastfall (ULS) 101
MN berücksichtigt werden.

Um  diese  Lager  vor  Verschmutzungen  im  Überflutungsfall  zu  schützen,  erhielten  sie  einen  aufwendigen,  umlaufenden  Schutzring  aus  10 mm  starkem Chloropren-Spezialgummi. Der Gummischutz ist eine Sonderanfertigung einer Firma,  die  solche  gleichermaßen  beweglichen  wie  wasserdichten  Ummantelungen  für  den  Hafenbereich  herstellt.  Der  Gummiring  ist  mit  einer  Wölbung ausgestattet, welche die Beweglichkeit des Lagers sicherstellt.
Die  Überflutungen  stellen  zudem  besondere  Anforderungen  an  den  Korrosionsschutz,  da  fließendes  Wasser  immer  auch  kleine  Sandpartikel  mitträgt, die am Korrosionsschutz nagen. Deshalb wurden alle Lagerteile, die nicht vom Gummimantel geschützt sind, aus Edelstahl gefertigt. Der gewählte Stahl hat die gleiche Festigkeit und Tragfähigkeit, aber er korrodiert nicht.


Vierfachfunktion im Erdbebenfall

Die SIP®-Lager sind so ausgelegt, dass sie im Erdbebenfall Bewegungen in alle Richtungen erlauben. Weitere Vorgaben waren freie Verdrehbarkeit der Lager, 5,5% Gleitreibung und 3,5m Radius in der Gleitplatte.
Daraus ergaben sich sehr große Lager mit einem Durchmesser von 1,90 m. Gleichzeitig sind diese Lager in der Lage, die Traglast von 101 MN aufzunehmen.
Die Gleitpendellager vom Typ SIP®(MAURER Sliding Isolation Pendulum) erfüllen
vier Aufgaben im Erdbebenfall:
•  Sie übertragen Vertikallasten von bis zu 56MN.
•  Sie  isolieren  das  Brückendeck  von  der  Gründung  und  erlauben  horizontale Verschiebungen von ±157mm.
•  Sie dissipieren Erdbebenenergie über Reibung.
•  Sie rückzentrieren den Brückenüberbau nach einem Erdbeben in die Mittelposition aufgrund der konkav gekrümmten Gleitplatte.
Die auf einer Seite beweglichen Gleitpendellager enthalten als Kippelement eine „Kalotte“, bei der auch die obere Fläche leicht gekrümmt ist. Diese Kalotte  wurde aus  MSA®   gefertigt,  einer  besonders  korrosionsbeständigen  Metalllegierung (MSA®–MAURER Sliding Alloy), die von MAURER entwickelt wurde. Bei Brückenbewegungen  gleitet  diese  Kalotte  in  der  konkaven  Gleitplatte  horizontal  und beschreibt dabei eine Pendelbewegung, wobei durch die Speicherung potentieller Energie das Lager immer wieder automatisch bei jedem Erdbeben zur Mitte
zurückzentriert.


Die  auftretende  Gleitreibung  von  5.5 %  wirkt  als  eine  Art  Bremse  und  stellt sicher,   dass  die  geplanten  Erdbebenbewegungen  des  Überbaus  nicht  größer als geplant werden. Diese horizontal flexible Lagerfunktion ermöglicht die horizontalen  Erdbebenbelastungen  um  ca.  Faktor  vier,  gegenüber  einer  starren 
Festhaltung, abzumindern.
Eingebaut  wurden  acht  MAURER  SIP®-Lager,  je  zwei  an  jedem  Fußpunkt.  Sie sind auf eine Traglast von 101.857 kN ausgelegt.


Flachgleitlager für Längsbewegungen

Zum Lagersystem gehören außerdem Flachgleitlager und Kalottenlager. Beide Typen werden nicht überflutet.
Die acht Flachgleitlager erlauben allseitige horizontale Verschiebungen und bestehen  aus  einer  Polyethylen-Scheibe  (MSM®),  die  gegen  poliertes  Edelstahlblech gleitet. Diese werden an den äußeren Streben auf halben Weg nach oben eingebaut. Sie sind für eine Auflast von 36.690 kN ausgelegt und haben einen Durchmesser von rund 1m.

Kalottenlager für Vertikalkräfte

Eine besondere Konstruktion sichert die Brücke gegen abhebende Kräfte. Das Brückendeck mündet mit einer Betonnase in die Widerlagerstruktur. Das Wiederlager umgreift die Brückennase klauenartig.
Dazwischen, also über und unter der der Brückennase, ist je ein Kalottenlager eingebaut.  Die  insgesamt  16  Lager  nehmen  die  Zug-  und  Druckkräfte  auf.  Sie sind auf je 21.654 kN ausgelegt. Außerdem kompensieren sie Verschiebungen und  über  ein  inneres  Gelenk –  Kalotte  genannt –   Verdrehungen  des  Brückendecks.
Die großen SIP®-Gleitpendellager wurden im März 2018 eingebaut, die weiteren Lager  folgen  nach  Baufortschritt  bis  Ende  2018.  Die  Cayirhan-Brücke  mit  anschließenden Tunnelarbeiten soll im Frühjahr 2019 fertiggestellt sein. Bauherr ist die Regionale Autobahndirektion Abschnitt 4 in Ankara.


Quelle: Maurer SE

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