Stahlbrücke im Ingenieurbau: Bauweisen, Nutzungsdauer und Nachweise bis zur Übergabe

Diese Seite bezieht sich auf ZTV-ING Teil 4 Abschnitt 1 „Stahlbau“ und Abschnitt 2 „Stahlverbundbau“, jeweils Stand 2023/12, und Abschnitt 3 „Korrosionsschutz von Stahlbauten“, Stand 2025/02 (Gesamtfassung 2026/01); Abschnitt 1 gilt für Stahlbauten und für die Stahlbauteile des Stahlverbundbaus. Die Angaben zu den Bauweisen stammen aus den britischen „Guidance Notes on Best Practice in Steel Bridge Construction“ der Steel Construction Institute (SCI P185, 6. Ausgabe, November 2015) und sind im Text als solche gekennzeichnet. Die Nutzungsdauern stammen aus der Ablösungsbeträge-Berechnungsverordnung (ABBV) vom 1. Juli 2010, zuletzt geändert am 18. Mai 2021.

Welche Bauweisen gibt es bei Stahlbrücken?

Die Einteilung folgt dem Überbau. Laut SCI P185 (Glossar, GN 1.01) besteht der Überbau einer Straßenbrücke aus Längsträgern, Querträgern oder Verbänden und entweder einer Stahlbetonplatte oder einer orthotropen Stahlplatte, die den Verkehr trägt. Als Träger kommen vor allem aus Blechen gefertigte Vollwandträger und Hohlkästen in Frage; Fachwerkträger zählen zu den aufgelösten Trägern.

Vollstahl: Überbau mit orthotroper Fahrbahnplatte

Trägt eine Stahlplatte den Verkehr, ist der Überbau ganz aus Stahl. SCI P185 beschreibt die orthotrope Platte als Stahlblech mit unterschiedlicher Steifigkeit in Längs- und Querrichtung, meist überwiegend in einer Richtung ausgesteift. Für den Umfang der zerstörungsfreien Prüfung ihrer Schweißnähte verweist die ZTV-ING nicht auf ihre eigene Tabelle, sondern auf DIN EN 1993-2 (Teil 4 Abschnitt 1 Nr. 4 (1)). Aufbau und Nähte im Einzelnen: orthotrope Fahrbahnplatte.

Stahlverbundbrücke: Betonplatte auf Stahlträgern

Bei der Stahlverbundbrücke liegt eine Betonfahrbahnplatte auf Stahlträgern und wirkt über Verbundmittel mit ihnen zusammen. SCI P185 (GN 1.05) nennt für diese Bauart zwei übliche Anordnungen: mehrere parallele Längsträger, über die die Platte quer spannt, und das „Ladder Deck“ aus zwei Hauptträgern mit Querträgern, zwischen denen die Platte in Längsrichtung spannt.

Nach ZTV-ING Teil 4 Abschnitt 2 Nr. 2 (3) gilt DIN EN 1994-2. Wird ausnahmsweise ein einteiliger Querschnitt gewählt, muss nach Nr. 5.1 ein Austausch der Fahrbahnplatte unter Aufrechterhaltung einer ausreichenden Verkehrsführung konstruktiv untersucht und statisch nachgewiesen werden. Das häufigste Verbundmittel ist laut SCI P185 der Kopfbolzendübel — jeder davon eine Schweißverbindung mit eigenen Prüfungen: Bolzenschweißen im Brücken- und Verbundbau.

Hohlkasten: geschlossener Querschnitt

Ein Hohlkasten ist ein geschlossener Träger; Querschotte im Inneren halten seine Form und leiten Einzellasten ein (SCI P185, GN 1.01). Gegenüber offenen I-Trägern nennt SCI P185 (GN 1.08) als Vorteile die hohe Torsionssteifigkeit, die den Kasten für im Grundriss gekrümmte Brücken geeignet macht, weniger erforderliche Auflagerpunkte und einen dauerhafteren Korrosionsschutz, weil weniger Fläche und Kanten frei liegen. Dem stehen höhere Fertigungskosten gegenüber, weil sich der Kasten weniger automatisiert fertigen und schwerer handhaben und drehen lässt, dazu mehr Planungsaufwand und die Risiken der Arbeit in engen Räumen.

Bei kurzen und mittleren Straßenbrücken finden sich Verbund-Hohlkästen laut SCI P185 meist nur dort, wo die Gestaltung die höheren Fertigungskosten rechtfertigt. Bei Fußgängerbrücken setzt man Hohlkästen danach für im Grundriss gekrümmte Brücken, größere Spannweiten und Schrägseilbrücken mit einer Seilebene ein — dann typischerweise ganz in Stahl, weil das leicht ist.

Fachwerk: aufgelöster Träger

Ein Fachwerkträger besteht laut SCI P185 aus Gurten anstelle der Flansche und aus Diagonalen, teils auch Pfosten, in Dreiecksanordnung. Ist die Bauhöhe stark begrenzt, kommen nach SCI P185 (GN 1.05) Trog- oder Halbtrogbrücken in Frage: Die Fahrbahn liegt dann unterhalb der Obergurte zwischen den Hauptträgern, beim Halbtrog ohne Verband zwischen den Obergurten.

Zu den Werkstoffen der Bauweisen: Feinkornbaustahl und wetterfester Baustahl.

Wie lange hält eine Stahlbrücke?

Eine allgemeingültige Lebensdauer nennt keine der hier ausgewerteten Quellen. Einen festen Rechenwert gibt die ABBV: Für die Berechnung von Ablösungsbeträgen setzt sie in ihrer Anlage (Kapitel 4, Tabelle 1) für Überbauten aus Stahl eine theoretische Nutzungsdauer von 100 Jahren an, für Stahltragwerke mit Betonplatte 70 Jahre (lfd. Nr. 1.2.3 und 1.2.4.1).

Die Verordnung ordnet diesen Wert selbst ein: Die theoretische Nutzungsdauer ist ein Erfahrungswert für die mögliche Nutzungsdauer und wird unabhängig von der tatsächlichen Nutzungsdauer angewendet (Anlage Nr. 2.5). Sie ist eine Rechengröße, keine Aussage über ein konkretes Bauwerk.

Was sind die Nachteile von Stahlbrücken?

Belegen lassen sich vor allem drei Aufwandsposten — neben den höheren Fertigungskosten des Hohlkastens (siehe oben):

• Korrosionsschutz: Die durch Beschichtungssysteme erreichbare Schutzdauer — die Standzeit bis zur ersten Teilerneuerung — ist nach ZTV-ING Teil 4 Abschnitt 3 Nr. 1.2 (15), Stand 2025/02, in der Regel niedriger als die Nutzungsdauer eines Bauwerks.
• Unterhaltung: Die ABBV setzt für Überbauten aus Stahl jährliche Unterhaltungskosten von 1,5 vom Hundert an, für Überbauten aus Stahlbeton 0,8 und für Stahltragwerke mit Betonplatte 1,2 — jeweils in Hundertteilen der Kosten, die die Verordnung zugrunde legt (Anlage Kapitel 4, Tabelle 1).
• Ermüdung: Schweißverbindungen unter wiederholter Last werden nach DIN EN 1993-1-9:2010-12 auf Ermüdung nachgewiesen. Die Nachweisverfahren beruhen auf Versuchen mit Prüfkörpern, die die Imperfektionen aus der Fertigung enthalten, etwa Eigenspannungen infolge Schweißens, und gelten für Bauteile, die nach EN 1090 ausgeführt werden (Abschnitt 1.1). Die Fertigung geht damit in die Annahmen des Nachweises ein.

Die Kette der Nachweise bis zur Übergabe

Welche Bauweise auch gewählt wird: Für die Stahlteile gilt ZTV-ING Teil 4 Abschnitt 1. Ob für eine neue oder abweichende Bauart zusätzlich eine Genehmigung im Einzelfall nötig ist und wie das bei Straßen- und Eisenbahnbrücken läuft, steht unter vorhabenbezogene Bauartgenehmigung und Zustimmung im Einzelfall. Die Kette im Überblick:

• Ausführungsklasse (Nr. 1 (3)): Für die Ausführung gilt DIN EN 1090-2; tragende Bauteile von Brücken in EXC 3, in Werkstatt und auf der Baustelle, sonstige Bauteile in EXC 2. Auch die britische Mustervorgabe SCI P382 (Revised January 2012) setzt EXC3 als Regelklasse für Brücken.
• Betrieb und Schweißaufsicht (Nr. 1 (4)): gültiges Schweißzertifikat und WPK-Bescheinigung nach DIN EN 1090-1 in der erforderlichen Klasse; für EXC 3 eine Schweißaufsichtsperson mit umfassenden technischen Kenntnissen (C) nach EN ISO 14731.
• Werkstoffe (Nr. 3 (11)): Die Abnahmeprüfzeugnisse sind dem Auftraggeber vor Beginn der Fertigung vorzulegen.
• Schweißer und Bediener (Nr. 4 (2)): Prüfung nach DIN EN ISO 9606-1 bzw. DIN EN ISO 14732, Einsatz innerhalb des Geltungsbereichs der Prüfbescheinigung.
• Schweißanweisungen (Nr. 4 (4)): geschweißt wird unter Berücksichtigung qualifizierter WPS.
• Bewertungsgruppe und ZfP (Nr. 4 (5) und (1)): DIN EN ISO 5817 B an tragenden Bauteilen, C an untergeordneten; der ZfP-Umfang an Straßenbrücken der Klasse EXC 3 folgt Tabelle 4.1.2 der ZTV-ING.
• Herstellererklärung (Nr. 5 (4)): schriftlich, vor der Auslieferung von Konstruktionsteilen auf die Baustelle.
• Dokumentation (Nr. 8 (1) und (2)): über die Stahlbaufertigung, mit dem Baufortschritt erstellt; sie ist die Grundlage für die VOB-Abnahme und rechtzeitig vor der Abnahme zu übergeben.

Was die einzelnen Glieder fordern und was die Dokumentation nach Nr. 8 mindestens enthält, steht im Detail unter ZTV-ING Teil 4: welche Schweißnachweise ein Brückenauftrag verlangt. Wie sich die Akte bis zur Übergabe aufbauen lässt, beschreibt die Seite zur ZTV-ING-Enddokumentation im Stahlbrückenbau. In BrückenNorm lassen sich Werkstoffzeugnisse nach EN 10204 der Charge und Position zuordnen, und der Deckungscheck zeigt, ob WPS, WPQR und Schweißerprüfung zueinander passen.

Passend dazu: Taktschiebeverfahren im Stahlbrückenbau: Montagestöße, Prüfung, Nachweise.

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

BrückenNorm läuft auf StahlNorm.