Über dem Hongshui-Fluss in der Longtan-Schlucht im Kreis Tian'e im Autonomen Gebiet Guangxi der Zhuang-Nationalität überspannt eine Betonbogenbrücke mit einer Hauptspannweite von 600 Metern die Ufer wie ein Regenbogen über dem Wasser. Dies ist die Tian'e-Longtan-Riesenbrücke, die den Spannweitenrekord für Betonbogenbrücken weltweit in einem Schritt von 445 Metern auf 600 Meter anhebt und damit die branchenweit anerkannte technische Sperrzone der 600-Meter-Klasse durchbricht.
Am 24. August wurde auf der Preisverleihung für Wissenschaft und Technologie des Autonomen Gebiets Guangxi 2026 die von Zheng Jielian, Akademiker der Chinesischen Akademie für Ingenieurwissenschaften und Professor der Guangxi-Universität, geleitete Arbeit „Schlüsseltechnologien für den Bau von Betonbogenbrücken mit einer Spannweite von 600 m" mit dem Sonderpreis für den Fortschritt in Wissenschaft und Technologie des Autonomen Gebiets Guangxi ausgezeichnet. Zuvor hatte die Tian'e-Longtan-Riesenbrücke bereits den höchsten Preis der International Association for Bridge and Structural Engineering für große Straßen- und Eisenbahnbrücken erhalten.
Bogenbrücken sind ein wichtiger Brückentyp im modernen Brückenbau. In der Branche galt lange Zeit, dass die Spannweite gewöhnlicher Betonbogenbrücken 400 Meter und die von Stahlrohrbeton-Bogenbrücken 500 Meter kaum überschreiten kann. „Japan, Kroatien und andere Brückenbaunationen veröffentlichten bereits in den 1990er-Jahren Forschungsberichte zum Bau von Betonbogenbrücken der 600-Meter-Klasse, sind aber bis heute bei unter 390 Metern geblieben", sagte Zheng Jielian. „Die Tian'e-Longtan-Riesenbrücke ist nicht nur eine zwingende Notwendigkeit für das Bauprojekt, sondern auch eine wichtige Gelegenheit für China, sich mit den führenden Brückenbaunationen der Welt zu messen und technologische Durchbrüche zu erzielen."
Der Durchbruch beginnt bei den Bemessungsstandards. Shang Congjin, der leitende Konstrukteur der Tian'e-Longtan-Riesenbrücke und stellvertretender Chefingenieur der Guangxi Communications Design Group Co., Ltd., erklärte, dass es damals im In- und Ausland keine Bemessungsnormen für derartige Bogenkonstruktionen gab. Das Team entwickelte durch vertiefte Forschung innovativ einen Doppelkontrollstandard aus „zulässiger Spannungsmethode + doppelt nichtlinearer Finite-Elemente-Analyse". Erstere dient der Festigkeitsnachrechnung der Bogenrippenquerschnitte, letztere simuliert den gesamten Bauprozess präzise für den Nachweis der globalen Tragfähigkeit.
„Die Anwendung an der realen Brücke zeigt, dass die während der Bauüberwachung gemessenen Verformungen und Spannungen in hohem Maße mit den theoretischen Werten übereinstimmen und der globale Sicherheitsfaktor die Normvorgaben erfüllt", sagte Shang Congjin.
Statistiken zufolge machen die ständigen Lastspannungen bei großspannigen Betonbogenbrücken mit steifem Stahlgerüst 92–96 % der Gesamtspannungen aus, wobei die ummantelnden Betonanteile etwa 55 % der gesamten ständigen Lasten ausmachen. Die Gewichtsreduzierung ist der Schlüssel zum Durchbruch bei der Spannweite. Daher gestaltete das Team den Hauptbogen als zweigeteilte Doppelrippenbogenkonstruktion, entfernte die Mittelkammer-Boden- und -Deckplatten mit geringerem Spannungsniveau und reduzierte die Gesamtbreite der Boden- und Deckplatten von 23 Metern auf 13 Meter. Dadurch wurde der Ummantelungsbeton von 40.000 Kubikmetern auf 28.000 Kubikmeter reduziert, sodass der Betonverbrauch pro laufendem Meter Bogenrippe der 600-Meter-Klasse im Vergleich zu vergleichbaren Brücken der 400-Meter-Klasse um 22 % sinkt, während die ständigen Lastspannungen im Wesentlichen unverändert bleiben. Gleichzeitig wurden die permanenten Querverbände verstärkt und temporäre Querstreben zur Gewährleistung der Querstabilität ergänzt.
Beim Gießen des Ummantelungsbetons entwickelte das Team innovativ ein Bauverfahren mit „3 Ringen, 6 Abschnitten und 8 Arbeitsflächen, wobei mit 8 Druckpumpen jeweils 4 Arbeitsflächen gleichzeitig betoniert wurden". Die insgesamt 28.000 Kubikmeter Ummantelungsbeton der gesamten Brücke wurden in 36 Gießvorgängen fertiggestellt, ohne dass während des gesamten Prozesses Schrägseile zur Lastumlagerung eingesetzt wurden; die Zugspannungen wurden stabil unter 1 MPa gehalten. Für die kritischste Phase des größten freitragenden Arms in Bezug auf die Windanfälligkeit optimierte das Team auf Basis von CFD-Analysen und Windkanalversuchen die Anordnung der Windabspannseile. Trotz einer Reduzierung der Anzahl um 20 % verringerte sich die seitliche Windlastverschiebung um 30 %, und die Anforderungen an die Windstabilität in allen Bauphasen wurden vollständig erfüllt.
„Die Risikoquellen des Projekts präzise identifizieren und sie mit wissenschaftlich fundierten, technisch sinnvollen Maßnahmen lösen" – mit diesen Worten fasste Zheng Jielian den Kern der technologischen Durchbrüche zusammen. Er erläuterte, dass das Team mit Unterstützung der Forschungsmittel des bedeutenden Wissenschafts- und Technologieprojekts des Wissenschafts- und Technologieministeriums des Autonomen Gebiets Guangxi eigenständig eine Reihe von Herausforderungen beim Bau der Betonbogenbrücke der 600-Meter-Klasse bewältigt habe. Im Vergleich zur Schrägseilbrückenlösung sparte der Bau der Tian'e-Longtan-Riesenbrücke direkt 110 Millionen Yuan ein, und über den Bemessungszeitraum von 100 Jahren werden die Instandhaltungskosten voraussichtlich um 470 Millionen Yuan reduziert.
Im März 2023 fand während des Baus der Tian'e-Longtan-Riesenbrücke in Nanning die „Zweite Internationale Konferenz über Bautechnologien für große Bogenbrücken" statt, die von der Chinesischen Akademie für Ingenieurwissenschaften und der International Association for Bridge and Structural Engineering vor dem Hintergrund des Baus dieser Brücke ausgerichtet wurde; fast 30 Akademiker nahmen daran teil. Die Konferenz bewertete die Bautechnologie der Tian'e-Longtan-Riesenbrücke als „repräsentativ für das höchste internationale Niveau".
Die Welt blickt für Bogenbrücken auf China, und China blickt für Bogenbrücken auf Guangxi. Mit weltweit führenden, einzigartigen Schlüsseltechnologien führt Zheng Jielian Teams der Guangxi-Universität und anderer Einrichtungen an, um neue Höhen in der Brückentechnologie zu erklimmen und die Selbstübertreffung in der weltweit erstklassigen Bogenbrückenbaukunst kontinuierlich voranzutreiben.