Die „Chinesische Brücke"

Die Fachzeitschrift für Nickel und seine Anwendungen Juli 2005 Band 20, Nummer 3

Ein Modell der Stonecutters Bridge wie sie bei ihrer Fertigstellung im Jahre 2008 aussehen wird.

Die Stonecutters Bridge wird über der Einfahrt zu Hongkongs Kwai Chung Containerhafen liegen.

Stahlbleche mit einer Stärke von 20 mm werden zusammengeschweißt bzw. verschraubt, um die Haut zweier betongefüllter Türme in Form von Dosen zu bilden.

Um das Design zu testen, wurde in England ein maßstabgetreuer Prototyp einer Teilverkleidung angefertigt.

Der Prototyp wurde aus zwei gebogenen Hälften von jeweils 1,75 Meter Höhe und sieben Meter Länge gebaut. Die beiden Hälften wurden – wie für die spätere Bauausführung geplant – aus stumpfgeschweißten Stahlblechen gefertigt und aneinander geflanscht.

Der Prototyp erlaubte den Konstrukteuren Details wie Schweißnähte, Flansche, Bolzen und Kabeldurchführungen sorgfältig herauszuarbeiten.

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Auch wenn sie der Zeit nicht ganz so lange trotzen dürfte wie die chinesische Mauer, so soll die neue einfeldrige Schrägseilbrücke von Hongkong doch zumindest 120 Jahre stehen.
Von Carroll McCormick

Nickel Magazine, Juli 2005 -- Die Fahrbahn der geplanten Brücke wird 75 Meter über der Einfahrt zu Hongkongs Kwai Chung Containerhafen liegen. Ihre zwei Pylone werden 290 Meter in den Himmel ragen. Wenn der Bau 2008 abgeschlossen ist, wird die 1600 Meter lange Stonecutters Bridge von großer Bedeutung für Chinas Handel mit der Welt sein.

Da der obere Bereich der Pylone für Wartungsarbeiten nur schwer zugänglich sein wird, bestanden die Ingenieure der Firma Arup in Honkong auf eine wartungsfreie Lebensdauer von 120 Jahren. Um die strengen Anforderungen an Struktur und Oberfläche zu erfüllen, entschied man sich bei Arup Materials Consulting in London, England, die oberen 120 Meter der Pylone aus warmgewalzten S32205 Duplexstahlblech (Nickelgehalt 4,5 - 6,5%) zu fertigen. Nahezu 2000 Tonnen S32205 werden insgesamt verbaut.

Arup lässt ferner eine Bewehrung aus Edelstahl Rostfrei S30400(Nickelgehalt 8,0-10,5%) in die Spritzwasserzonen der Betonpfeiler und Haupttürme einsetzen. Insgesamt 2882 Tonnen Bewehrungsstahl mit einem Durchmesser von bis zu 50 mm werden hierfür von der italienischen Firma Cogne geliefert.

Verantwortlich für die Durchführung (Hoch-, Tief- und Maschinenbau, Elektro- und Geotechnik sowie Verkehrs-, Meeres- und Windfragen) und die Überwachung des vierjährigen Bauprojekts ist Arup Hong Kong in Zusammenarbeit mit COWI Consulting Engineers und BMT Asia Pacific Ltd. Den Zuschlag für das 350 US$- Millionen-Bauprojekt erhielt das internationale Konsortium Maeda-Hitachi-Yokogawa-Hsin Chong Joint Venture. Die Firma Outokumpu aus Schweden übernimmt die Lieferung des S32205 Edelstahls und den Schweißmaterialbedarf.

Die Verkleidung wird aus gebogenen S32205 Stahlblechen mit einer durchschnittlichen Stärke von 20 mm gefertigt, die zusammengeschweißt bzw. verschraubt werden. Sie werden zu hebegerechten Teilstücken vormontiert, die an 25 mm dicken und 130 mm breiten Flanschen oben und unten miteinander verschraubt werden.

Die so vorgefertigten Baugruppen werden an ihren Platz gehoben, in Form einer „Dose" montiert und mit Beton gefüllt. Etwa vierzigtausend 300 mm lange S32205 Stehbolzen mit einem Durchmesser von 16 mm, die auf die Rückseite der Bleche geschweißt sind, übernehmen die Verankerung zum Beton und übertragen die Lasten vom Beton auf Flansche und Verkleidung.

Auf der Suche nach dem passendsten Verkleidungsmaterial entschieden die Konstrukteure, dass Kohlenstoffstahl zwar die erforderlich strukturelle Festigkeit von 450 N/mm² aufweist, nicht jedoch die benötigte Wartungsfreiheit gewährleisten kann. „Austenitischer Edelstahl Rostfrei hat eine Festigkeit von etwa 300N/mm², was für dieses Projekt unzureichend war", erklärt Graham Gedge, Fachmann für Projektwerkstoffe bei Arup. „Es musste also ein entsprechend stärkerer und somit schwererer und teurerer Werkstoff sein. Bei S32205 wussten wir, dass es als warmgewalztes Blech eine Festigkeit von 450 N/mm² hat."

Es gab jedoch noch einen weiteren Grund, der gegen herkömmlichen austenitischen Edelstahl Rostfrei sprach. Um in dem gegebenen stark verschmutzten Meerwasserumfeld die geforderte Zeitstandsfestigkeit zu erzielen, hätte es einer sorgfältig überwachten Oberflächenvorbereitung bedurft. Haltbarkeitsuntersuchungen für die Umgebung, in der diese Werkstoffe eingesetzt werden sollten, ergaben mit dem Wert C5M die nach der ISO-Umweltklassifizierung höchste Belastungsstufe.

S32205 ist der ideale Werkstoff für die verlangte Oberflächengüte. „Er ist weniger anfällig gegenüber Lochfraß und Verfärbung als andere Legierungen und bietet eine größere Flexibilität in der Ausführung der Oberfläche", erklärt Gedge. „Die Überwachung der endgültigen Oberflächenrauhigkeit ist somit nicht so entscheidend, selbst wenn dadurch Schmutz und Salz aufgenommen werden".

Neben ästhetischen Gründen war vor allem der einfachere Fertigungsprozess für die Wahl einer matten, richtungslosen Oberflächenbeschaffenheit Ausschlag gebend. „Wir wollten nicht zwei große Spiegel in den Hafen von Hongkong stellen", so Gedge. „Da so viel geschweißt wird, war es wichtig, eine Oberflächenbeschaffenheit zu wählen, die nach Abschluss der Arbeiten leicht wieder hergestellt werden kann."

Zunächst wird die Oberfläche der Bleche von der Fa. Outokumpu normal poliert. Nach Fertigstellung der einzelnen Teilabschnitte werden diese mit grobkörnigem Aluminiumoxid gestrahlt. Anschließend wird die rauhe Oberfläche des Aluminiumoxids durch Strahlen mit Glasperlen abgestumpft.

Um eine erfolgreiche Planung sicherzustellen, beauftragte Arup die Firma Ancon Building Products aus dem englischen Sheffield mit dem Bau des maßstabsgetreuen Prototyps einer Teilverkleidung. Hierzu lieferte die Firma Barnshaw Bending aus Glasgow, Schottland, das warmgewalzte Blech. Die Oberflächenbehandlung wurde von der Firma Metal Improvement Companya aus Derby, England, durchgeführt.

Der Prototyp wurde aus zwei gebogenen Hälften von jeweils 1,75 Meter Höhe und sieben Meter Länge gebaut. Die beiden Hälften wurden – wie für die spätere Bauausführung geplant – aus stumpfgeschweißten Stahlblechen gefertigt und aneinander geflanscht.

Die Bleche waren konisch gewalzt (der Turmradius läuft von 30 Metern, wo die S32205 Verkleidung beginnt, zur Spitze konisch auf 27 Meter zu), wobei Details wie Schweißnähte, Flansche, Bolzen und Kabeldurchführungen sorgfältig herausgearbeitet waren.

„Dieser Prototyp zwang uns, aufgrund von Materialverzug an den Schweißnähten die Flanschverbindungen noch einmal zu überdenken", sagt Gedge. „Wir bauten einen zweiten, kleineren Prototyp mit einem modifizierten Schweißnahtdetail, was den Verzug erheblich reduzierte. Die größte Herausforderung bestand darin, bei möglichst geringem Verzug eine maximale Festigkeit zu erreichen".

„Der Prototyp erlaubt uns, die geforderte Oberflächenbeschaffenheit zu schaffen und gewährleistet, dass die Schweißnähte letztlich nicht übermäßig auffallen werden. Ferner fanden wir heraus, dass die Oberflächenbeschaffenheit auch bei schweren, warmgewalzten Blech erreicht werden kann."

Dank der Kombination aus Doppeltürmen und einer Bewehrung aus Edelstahl Rostfrei dürfte die Brücke lange stehen.

Carroll McCormick ist ein in Montreal ansässiger freier Mitarbeiter.

FOTOS: Arup Materials Consulting

Graham Gedge Associate Director Arup Materials Consulting Arup Campus Blythe Gate Blythe Valley Park Solihull West Midlands B90 8AE United Kingdom Tel.: 44 (0)121 213 3431 Fax: 44 (0)121 213 3001 Mobile: 44(0)7711 696099 E-mail: graham.gedge@arup.com Web site: www.arup.com

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