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Ausstellungsbrücke im Deutschen Museum // Ausgabe 1/2021

Über leichte Brücken sollst du gehen

Filigran, leicht, dabei leistungsfähig und zukunftsweisend – so zeigt sich eine von der TU Dresden entwickelte Modellbrücke, die im Deutschen Museum in München Teil des neu gestalteten Ausstellungsbereichs zum Thema Brücken- und Wasserbau ist. Stahlbeton ist bei diesen Bauten seit Langem etabliert. Nun demonstriert die hybride Brückenkonstruktion mit ihrer Kombination aus Carbon- und Infraleichtbeton eine innovative Betonbauweise. Sie veranschaulicht den Besuchern die Bedeutung, die diese künftig bei Ingenieurbauten spielen wird.

Forschung

Bild: Iurii Vakaliuk/ TU Dresden

Wenn Museen ihrem Auftrag gemäß sammeln, bewahren, forschen, ausstellen und vermitteln, beschränken sie sich nicht nur auf den historischen Rückblick. Die Auseinandersetzung mit Mensch und Natur, mit Geschichte, Kunst, Kultur und Technik ist immer auch eine mit Gegenwart und Zukunft. So versteht sich das Anfang des 20. Jahrhunderts gegründete Deutsche Museum in München – inzwischen eines der größten Wissenschafts- und Technikmuseen weltweit – als traditionsreicher Ort für die Vermittlung von naturwissenschaftlich-technischer Bildung. Dabei will das Haus, wie es seinem Selbstverständnis als „bedeutendstes Museum für Naturwissenschaft und Technik“ enthöhere Leistungsfähigkeit erzielen können wie etwa Stahlbetonbauten. Mit ihrem geringeren Ressourcenverbrauch könnten sie künftig zum Quantensprung in Richtung klimaneutrale Betonbauten beitragen.

Die 9,5 Meter lange Brücke ist ein Demonstrator, sozusagen die in Form gegossene Quintessenz einer Forschungsarbeit im Schwerpunktprogramm (SPP) 1542 „Leicht Bauen mit Beton. Grundlagen für das Bauen der Zukunft mit bionischen und mathematischen Entwurfsprinzipien“ der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG). Koordinator des Programms war Professor Manfred Curbach vom Institut für Massivbau der Technischen Universität Dresden, der an seinem Institut seit Langem zu leichten und spricht, auch „den Dialog über die Zukunft unserer Erde“ prägen. Um folglich Menschen zu begeistern, sie zu ermutigen, die Zukunft zu gestalten, muss die Ausstellungsfläche, die sich über 65.000 Quadratmeter erstreckt, immer wieder visuell und didaktisch der Zeit und dem aktuellen Forschungsstand angepasst und weiterentwickelt werden. Mit seinem Ausstellungskonzept fördert das Deutsche Museum den „Dialog über die Zukunft unserer Erde“.

Die Hybridkonstruktion aus Carbonbeton und Infraleichtbeton erlaubt den optimalen Materialeinsatz und minimale Bauteildicken.

Dipl.-Ing. Marc Koschemann, TU Dresden

In einer großen Zukunftsinitiative erneuert das Deutsche Museum derzeit kontinuierlich alle Ausstellungsbereiche und bringt das Gebäude auf den Stand der Technik. Fertig konzipiert ist nun der Bereich Brücken- und Wasserbau. Er ist komplett neu geordnet und ergänzt worden. Ein Highlight nach seiner Wiedereröffnung ist eine Ausstellungsbrücke, deren wegweisende Bedeutung für den Betonbau sich den Besuchern womöglich nicht sofort erschließt: Dabei ist die filigrane Brücke – ein Verbund aus Carbon- und Infraleichtbeton – ein Beispiel für leichte Baukonstruktionen, die mit einem weitaus geringeren Betonvolumen gleichbleibende, wenn nicht gar vielfach höhere Leistungsfähigkeit erzielen können wie etwa Stahlbetonbauten. Mit ihrem geringeren Ressourcenverbrauch könnten sie künftig zum Quantensprung in Richtung klimaneutrale Betonbauten beitragen.

Die 9,5 Meter lange Brücke ist ein Demonstrator, sozusagen die in Form gegossene Quintessenz einer Forschungsarbeit im Schwerpunktprogramm (SPP) 1542 „Leicht Bauen mit Beton. Grundlagen für das Bauen der Zukunft mit bionischen und mathematischen Entwurfsprinzipien“ der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG). Koordinator des Programms war Professor Manfred Curbach vom Institut für Massivbau der Technischen Universität Dresden, der an seinem Institut seit Langem zu leichten und effizienten Betontragwerken und vor allem zu Carbonbeton forscht und diesen auch in konkreten Anwendungen in die Praxis bringt.

Mit zwei flach geneigten Stützen und einem dreigeteilten Überbau zeigt die filigrane Konstruktion die gestalterischen und konstruktiven Möglichkeiten des leichten Bauens mit Beton. Ihr Gewicht beträgt bei einer Breite von 1,20 Metern nur zwei Tonnen. Die verschiedenen Bestandteile der zwischen Wandpfeilern befestigten, formoptimierten Brücke erhielten ihre Geometrie nach dem Prinzip „form follows force“ als Folge des gegebenen, aber durchaus auch beeinflussbaren Kräfteflusses im jeweiligen Element selbst.

Die beiden V-förmigen Stützen der Brücke haben jeweils eine Länge von rund 3 Metern und wurden in Carbonbeton mit einer Dicke von 50 Millimetern ausgeführt. Bei diesem Beton besteht die Bewehrung aus einem leichten Carbongelege, das zur Herstellung des hochfesten Bauteils eingelegt wird. Um die Stabilität gegen ein mögliches Knicken zu erhöhen, haben die Wissenschaftler einen Kreissegmentquerschnitt und eine leichte Überhöhung in Längsrichtung gewählt. Ein 3,6 Meter langes mittleres Segment und zwei spiegelgleiche Randfelder bilden den Überbau, welcher auf Biegung und Druck belastet sind. Der dreischichtige Aufbau variiert in der Dicke zwischen 60 und 180 Millimetern. Die zweiachsig gekrümmte Unterseite wurde mit einer 20 Millimeter dünnen Carbonbetonschicht hergestellt. Die mittlere Schicht wiederum besteht aus Heidelberger Infraleichtbeton mit einer Dichte von weniger als 800 kg/ m3 . Eine ebene obere Schicht Carbonbeton komplettiert den Sandwichaufbau. Die unteren Brückensegmente aus Carbonbeton wurden an der TU Dresden vorgefertigt. Die mittlere Schicht des Überbaus aus Heidelberger Infraleichtbeton wurde beim finalen Aufbau direkt im Museum eingebracht. Für eine gute Verbindung der unterschiedlichen Betone wurden die Oberflächen der Carbonbetonelemente bewusst aufgeraut. Auch die mittlere Schicht wurde aufgeraut, damit mit der abschließenden Deckschicht aus 20 mm Carbonbeton ein guter Verbund entsteht.

Im Vorfeld hatten parametrisierte Variantenuntersuchungen an 3D-Modellen zur Geometriefindung und Optimierung des Tragverhaltens beigetragen. Die Daten des finalen Modells waren Grundlage für die anschließende Planung und Fertigung der Schalungen aus massiven Sperrholzplatten.

Objektsteckbrief

Projekt: Ausstellungsbrücke, Deutsches Museum,

München Förderer: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) / SPP 1542

Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Manfred Curbach, Technische Universität Dresden, Institut für Massivbau

Projektbearbeiter: Dipl.-Ing. Marc Koschemann, Iurii Vakaliuk M.Sc. , TU Dresden, Fakultät für Bauingenieurwesen, Institut für Massivbau

Konstruktion: Sandwich aus vorgefertigten Elementen aus Carbonbeton in Kombination mit 0,6 m3 Heidelberger Infraleichtbeton (mit Rohdichte von unter 800 kg/m3 bei einer Druckfestigkeit > 8 N/mm2 )

Planung: Technische Universität Dresden, Institut für

Massivbau Ausführung: Technische Universität Dresden, Otto-Mohr-Laboratorium

Lieferwerk ILC: Heidelberger Beton GmbH, Gebiet München

Überwachung: Betotech Baustofflabor GmbH, Bereich München

Realisierung: 10.2011–10.2014 (Phase 1), 11.2014– 06.2020 (Phase 2)

Brückenbau in München: Oktober 2020 – April 2021

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