Orthotrope Fahrbahnplatte im Stahlbrückenbau: Rippennaht, Kerbfall, Prüfung

Was ist eine orthotrope Fahrbahnplatte?

Laut dem Leitfaden SCI P185 der britischen Steel Bridge Group ist eine orthotrope Platte eine Platte mit unterschiedlicher Steifigkeit in Längs- und Querrichtung — meist ein Stahlblech, das vorwiegend in einer Richtung ausgesteift ist und in der anderen Richtung Steifen oder Auflager in größerem Abstand hat. Bei der Fahrbahnplatte trägt das Deckblech den Verkehr, die Längsrippen steifen es in Brückenlängsrichtung aus, die Querträger in Querrichtung.

DIN EN 1993-1-9 unterscheidet zwei Bauarten: orthotrope Platten mit Hohlrippen (die Norm nennt trapez- oder V-förmige Rippen) und orthotrope Platten mit offenen Rippen. Für beide gibt es eine eigene Kerbfalltabelle (Tabelle 8.8 und Tabelle 8.9). Laut SCI P185 gehören Trogrippen in orthotropen Platten zu den Hauptanwendungen von kaltgebogenem Blech im Brückenbau.

Diese Seite bezieht sich auf DIN EN 1993-1-9:2010-12 (Deutsche Fassung EN 1993-1-9:2005 + AC:2009) mit dem Nationalen Anhang DIN EN 1993-1-9/NA:2010-12, auf ZTV-ING Teil 4 Abschnitt 1 „Stahlbau“, Stand 2023/12, und auf ZTV-ING Teil 6 Abschnitt 10 „Entwässerungen“, Stand 2025/08 (beide aus der Gesamtfassung 2026/01). DIN EN 1993-1-9 enthält Nachweisverfahren für die Ermüdungsfestigkeit von Bauteilen, Verbindungen und Anschlüssen unter Ermüdungsbeanspruchung und gilt für Bauteile, die nach EN 1090 ausgeführt werden. Für den Brückenbau verweist die ZTV-ING auf DIN EN 1993-2; deren Inhalt gibt diese Seite nicht wieder.

Ermüdung und Kerbfall: wie die Logik funktioniert

Ein Kerbfall ist nach DIN EN 1993-1-9 (1.3.3.2) ein Zahlenwert, der einem bestimmten Konstruktionsdetail für eine bestimmte Beanspruchung zugeordnet ist. Die Kerbfallzahl bezeichnet den Bezugswert der Ermüdungsfestigkeit Δσ_C in N/mm² — die konstante Spannungsschwingbreite, die zu einer Lebensdauer von 2 × 10⁶ Schwingspielen gehört (1.3.3.6). Je kleiner die Zahl, desto ungünstiger das Detail.

Wo Versuche zugrunde liegen, ist Δσ_C laut Norm als 95-%-Quantil für Überleben ermittelt (7.1, Anmerkung 1). Der Nachweis vergleicht die schadensäquivalente Spannungsschwingbreite γ_Ff · Δσ_E,2 mit Δσ_C / γ_Mf; das Verhältnis darf 1,0 nicht überschreiten (Gleichung 8.2). Für orthotrope Platten geben die Tabellen 8.8 und 8.9 zum Teil ein eigenes Nachweisformat vor.

Für die Fertigung entscheidend: Die Ermüdungsfestigkeit wird durch das konstruktive Detail mit seinen metallurgischen und geometrischen Kerbeffekten bestimmt (Abschnitt 3 (5)). Die Werte beruhen auf Versuchen mit bauteilähnlichen Prüfkörpern, die Herstellungstoleranzen und Schweißeigenspannungen enthalten (1.1 (2)). Der Nationale Anhang legt dafür DIN EN 1090-2 fest und nennt weitere Toleranzen für spezielle Kerbfälle in den Tabellen 8.1 bis 8.10 sowie für Stahlbrücken in DIN EN 1993-2, Anhang C. Ein Kerbfall in der Statik gilt also nur für das Detail, das die Werkstatt auch so ausführt.

Den Teilsicherheitsbeiwert γ_Mf knüpft die Norm an das Bemessungskonzept (Schadenstoleranz oder Sicherheit gegen Ermüdungsversagen ohne Vorankündigung) und an die Schadensfolgen. Der Nationale Anhang sieht im Allgemeinen das Konzept der Schadenstoleranz mit einem darauf ausgerichteten Inspektionsprogramm vor und verweist für Brücken auf DIN EN 1993-2. Wie Nennspannung und Kerbfallklasse im Nachweis zusammenspielen, erklärt die Seite zum Nennspannungskonzept mit Kerbfällen nach EN 1993-1-9.

Die Naht zwischen Deckblech und Rippe

Für die Naht zwischen Deckblech und trapez- oder V-förmiger Rippe nennt Tabelle 8.8 von DIN EN 1993-1-9 zwei Fälle:

• Versenkte Naht mit a ≥ t: Kerbfall 71. Der Nachweis ist mit der Spannungsschwingbreite infolge Blechbiegung zu führen; das Widerstandsmoment W_w wird mit der Blechdicke t berechnet.
• Kehlnaht oder nicht voll durchgeschweißte Naht, die nicht unter den ersten Fall fällt: Kerbfall 50. Hier wird W_w mit dem Nahtmaß a berechnet.

Die Bezugswerte liegen damit bei 71 gegenüber 50 N/mm². Welcher Fall angesetzt ist, steht in der Statik und den Ausführungsunterlagen; die Werkstatt muss die Naht dann mit der Geometrie herstellen, die dieser Fall voraussetzt.

Rippe am Querträger und Rippenstoß

Auch die übrigen Details der Platte haben eigene Kerbfälle. Einige Beispiele aus Tabelle 8.8 (Hohlrippen), jeweils mit der Längsspannungsschwingbreite in der Rippe nachzuweisen:

• Durchgehende Längsrippe am Querträger (mit oder ohne Ausschnitt im Querträger): Kerbfall 80 bei t ≤ 12 mm, Kerbfall 71 bei t > 12 mm.
• Längsrippen, die am Querträger stoßen: Kerbfall 36.
• Rippenstoß als voll durchgeschweißte Stumpfnaht mit Badsicherung: Kerbfall 71. Die Norm stellt dazu eine Fertigungsanforderung: Die Haftnaht der Badsicherung ist nur innerhalb der späteren Stumpfnaht zulässig.

Für Stumpfnähte von Blechen gilt nach ZTV-ING Teil 4 Abschnitt 1 Nr. 2 (13): Auf stählerner Wurzelunterlage darf nur mit Zustimmung des Auftraggebers geschweißt werden, und alle Stumpfnähte sind mit An- und Auslaufblechen auszuführen. Laut SCI P185 wurde Unterpulverschweißen auf größeren Brückenbaustellen auch für Stumpfnähte in orthotropen Fahrbahnplatten eingesetzt.

Ermüdung betrifft auch Einbauteile: Abläufe bei orthotropen Fahrbahnplatten müssen nach ZTV-ING Teil 6 Abschnitt 10 Nr. 2.2 (11) sicher gegen Ermüdung eingebaut werden.

Prüfumfang dieser Nähte nach ZTV-ING

Tragende Bauteile von Brücken werden nach ZTV-ING Teil 4 Abschnitt 1 Nr. 1 (3) in Ausführungsklasse EXC 3 ausgeführt, in der Werkstatt wie auf der Baustelle; die Schweißaufsicht braucht dafür umfassende technische Kenntnisse (C) nach EN ISO 14731 (Nr. 1 (4)). Für den Umfang der zerstörungsfreien Prüfung (ZfP) gilt:

• Kein Tabellenwert aus der ZTV-ING: Die Tabelle 4.1.2 für den ZfP-Umfang bei Straßenbrücken in EXC 3 gilt ausdrücklich nicht für orthotrope Platten. Für orthotrope Fahrbahnplatten gilt DIN EN 1993-2 (Nr. 4 (1)).
• Mehr prüfen bei Befund: Werden unzulässige Abweichungen erkannt, ist der Prüfumfang in Abstimmung mit dem Auftraggeber zu erhöhen (Nr. 4 (1)).
• Schweißnahtprüfplan: Der Umfang der ZfP ist in einem Schweißnahtprüfplan darzustellen; geprüft wird unter Berücksichtigung von DIN EN ISO 17635 (Nr. 4 (6)).
• Montagehilfen und Auslaufbleche: Nach dem Entfernen angeschweißter Montagehilfen und bei An- und Auslaufblechen ist eine 100-%-Oberflächenrissprüfung mit MT oder PT durchzuführen (Nr. 4 (7)).
• Bewertungsgruppe: An tragenden Bauteilen gilt Bewertungsgruppe B nach DIN EN ISO 5817 unter Beachtung von DIN EN 1993-2 (Nr. 4 (5)).

Dazu kommen die Anforderungen an Personal und Verfahren: Schweißer mit Prüfung nach DIN EN ISO 9606-1, Bediener nach DIN EN ISO 14732, der Einsatz innerhalb des Geltungsbereichs der Prüfbescheinigung und Arbeitsproben, deren Ergebnisse dem Auftraggeber auf Anforderung nachzuweisen sind (Nr. 4 (2)); geschweißt wird nach qualifizierten Schweißanweisungen (Nr. 4 (4)). Nachbehandlungsverfahren außer dem Spannungsarmglühen behandelt DIN EN 1993-1-9 nicht (1.1 (6)); die ZTV-ING lässt zu, dass mit Zustimmung des Auftraggebers die DASt-Richtlinie 026 zu höherfrequenten Hämmerverfahren (HFMI) vereinbart wird (Nr. 4 (8)).

Neben der Eigenüberwachung des Auftragnehmers überwacht der Auftraggeber die Fertigung im Werk und auf der Baustelle zusätzlich; diese Fertigungsüberwachung gehört zur Bauüberwachung (Nr. 5 (1)). Vor der Auslieferung bestätigt der Auftragnehmer in einer Herstellererklärung unter anderem, dass die Schweißnahtprüfung nach dem Schweißnahtprüfplan durchgeführt wurde (Nr. 5 (4)).

Was in die Dokumentation gehört

Die Dokumentation über die Stahlbaufertigung nach ZTV-ING Teil 4 Abschnitt 1 Nr. 8 umfasst für die Nähte der Fahrbahnplatte mindestens:

• Personal: die Liste des Schweißpersonals nach DIN EN ISO 9606-1 und DIN EN ISO 14732 und die Liste des Prüfpersonals für ZfP nach DIN EN ISO 9712 mit der Prüfstelle.
• Werkstoffe: Prüfbescheinigungen nach DIN EN 10204 einschließlich Chargenzuordnung zum Bauteil und die Zertifizierungen der Schweißzusätze.
• Fertigungsunterlagen: Schweißanweisungen (WPS) nach DIN EN ISO 15609, die WPQR-Liste, den Zusammenbau- und Schweißfolgeplan mit Verweis auf die Schweißnahtdetails und den Schweißnahtprüfplan.
• Protokolle: Schweißereinsatzlisten, Prüfprotokolle der ZfP, Messprotokolle zu Geometrie und Toleranzen sowie Tolerierungsanträge und Abweichungsberichte.

Die Dokumentation ist mit dem Baufortschritt zu erstellen; sie ist Grundlage der VOB-Abnahme und dem Auftraggeber rechtzeitig vor der Abnahme zu übergeben (Nr. 8 (2)). Für die Deckblech-Rippen-Naht hilft es, im Schweißfolgeplan beim Nahtdetail festzuhalten, ob die Statik die versenkte Naht mit a ≥ t oder die Kehlnaht ansetzt — dann lässt sich jede Prüfung dem richtigen Detail zuordnen. Mehr zum Gesamtbauwerk steht auf der Seite Stahlbrücke. In BrückenNorm lassen sich Werkstoffzeugnisse nach EN 10204 der Charge und Position zuordnen.

Was im Einzelfall gilt, steht in den Vertragsunterlagen des Bauvorhabens. Über Prüfumfang und Abnahme entscheidet die zuständige Stelle.

BrückenNorm läuft auf StahlNorm.