Brücke
Eine Brücke ist ein Bauwerk zum Führen von Verkehrswegen (Straße, Eisenbahn, Kanal) oder baulichen Anlagen über natürliche oder künstliche Hindernisse.
Geschichte des Brückenbaus
Bis zu Beginn des 19. Jahrhunderts waren Stein und Holz die wichtigsten Baustoffe für Brücken. So wurden im 6. Jahrhundert v. Chr. Brücken aus Zypressen- und Zedernholz über den Euphrat gebaut. Den Bau von Bogenbrücken aus Natursteinen oder Beton beherrschten schon die Römer, wie das Pont du Gard heute noch eindrucksvoll belegt. Mit der Industrialisierung entstand 1779 mit dem neuen Baustoff Gusseisens die erste Eisenbrücke der Welt, die Ironbridge, eine Bogenbrücke von 30 m Spannweite über den Fluss Severn bei Coalbrookdale, die A. Darby erbaute. Die weitere Entwicklung des neuen Baustoffes zu zähem und zugfestem Schmiedeeisen ermöglichte den Bau von langen Hängebrücken. Eine der ersten bedeutenden war die Conway-Castle-Bridge in Wales mit einer Spannweite von 127 m, von Thomas Telford zwischen 1819 und 1826 erbaut. Die industrielle Herstellung von Walzträgern förderte den Bau von Eisenfachwerkbrücken, wie der Rheinbrücke von Waldshut - Tiengen von 1859 mit 141 m Länge. Der zweite moderne Baustoff Beton wurde ab 1860 als Stampfbeton bei Bogenbrücken eingesetzt, die erste Eisenbetonbalkenbrücke wurde 1875 von Joseph Monier auf einem Landsitz bei Chazelet über einen Bach erbaut. Eisenbetonbrücken mit großen Spannweiten wurden Anfang des 20. Jahrhunderts insbesondere als Bogenbrücken ausgeführt, wie zum Beispiel 1930 bei dem Salginatobelbrücke mit 90 m Spannweite. Mit der Entwicklung des Spannbetons nach dem 2. Weltkrieg wurde schließlich die schlanke vorgespannt Balkenbrücke aus Beton möglich. So quert zum Beispiel die Rheinbrücke Bendorf von 1956 den Strom mit einer Spannweite von 205 m. Parallel zu den Spannbetonbrücken wurde im Stahlbau die neue Konstruktionsform der weitgespannten Schrägseilbrücke entwickelt. Die erste große Brücke diesen Typs war in Deutschland die 1957 eröffnete Theodor-Heuss-Brücke (Düsseldorf) mit einer Spannweite von 260 m und einer Gesamtlänge von 914 m.
siehe auch Geschichte des Brückenbaus
Einteilung
Die Einteilung von Brücken kann nach unterschiedlichen Kriterien erfolgen. Die beste Variante ist die Typologie nach Form und Konstruktion.
Form und Konstruktion
- Balkenbrücken
Das äußere Kennzeichen der Balkenbrücke ist die sichtbare Trennung der Überbaus (Brückenträger) vom Unterbau (Stützen, Widerlager) durch das Vorhandensein von Lagern. Die Lager übertragen die Überbaulasten auf den Unterbau und geben dem Brückenträger die notwendige Stabilität und Bewegungsmöglichkeit. Die Querschnittsform in Längsrichtung entspricht äußerlich einem Balken, meist ist die Trägerhöhe konstant. Die Balkenbrücke ist vor allem wegen der vergleichsweisen einfachen Fertigung häufig bei Brücken anzutreffen. Der Balken nutzt die Biegesteifigkeit des Querschnittes und Werkstoffes optimal aus und wird bei üblichen Brücken mit kleinen bis mittleren Spannweiten (ca. 80 m) als Tragsystem verwendet. Die Berechnung der Balkenbrücken erfolgt mit der Balkenstatik. Balkenbrücken können in Querrichtung mit verschiedenen Querschnittsgeometrien ausgeführt werden. So zum Beispiel als:
- Plattenbalken
Der Plattenbalken ist eine Verbindung von den positiven Eigenschaften einer Platte und denen des Balkens. Da bei Brücken mit großer Länge eine Platte sehr dick werden würde, werden unter die Platte ein oder mehrere Träger angeordnet. Dadurch leitet die Platte die Belastungen nur in Querrichtung über die kurze Strecke zu den Längsträgern (anders als alleine, die weite Strecke zum Auflager). Damit kann die Platte wiederum dünner ausgeführt werden. Die Träger leiten dann die Kräfte zu den Auflagern.
- Hohlkasten
Ergänzt man den Plattenbalken mit einer unteren Platte, so hat man einen geschlossenen Querschnitt, den Hohlkasten. Insbesondere bei Balkenbrücken mit mittleren und größeren Spannweiten oder bei gekrümmter Linienführung werden Hohlkastenquerschnitte eingesetzt. Diese zeichnen sich durch eine große Biege- und Torsionssteifigkeit aus, wodurch große Schlankheiten und rationelle Bauverfahren, wie das Taktschiebeverfahren, möglich sind.
- Rahmenbrücke
Rahmenbrücken entstehen aus Balkenbrücken durch die biegesteife Verbindung des Überbaus (Brückenträger) mit dem Unterbau (Widerlagerwände und/oder Stützen). Dadurch werden die Biegemomente der Brückenträger vermindert und somit lässt sich dessen Bauhöhe reduzieren. Außerdem entfallen Lager, was den Unterhalt und die Wartung der Brücke vereinfacht. Brücken die gar keine Fugen und Lager besitzen, d.h. in die Widerlagerwände und etwaige Stützen eingespannt sind, bezeichnet man auch als integrale Brücken.
- Plattenbrücke
Die Platte ist vom statischem System her ähnlich dem Balken. Der Vorteil gegenüber dem Balken ist jedoch, dass eine zweidimensionale Tragwirkung vorhanden ist, welche größere Schlankheiten (Verhältnis Spannweite/Trägerhöhe) ermöglicht, sowie die einfache Querschnittsgeometrie. Dieser Brückentyp ist in bezug auf die Herstellung sehr einfach. Er eignet sich vor allem für Überführungen, insbesondere schiefe, mit beschränkter Bauhöhe und bis maximal 30 m Spannweite.
- Fachwerkbrücke
Fachwerke sind aufgelöste Tragwerksstrukturen. Diese weisen den Vorteil auf, dass sie einen geringeren Materialverbrauch haben, als vergleichbare vollwandige Tragwerke wie Balken und ein dementsprechend geringeres Eigengewicht. Dabei werden die Stäbe des Fachwerks vorwiegend auf Zug und Druck belastet. Von Nachteil ist die meist größere Bauhöhe der Konstruktion. Fachwerkbrücken werden vor allem mit Stahl, aber auch mit Holz ausgeführt. Aufgrund der hohen Verkehrslasten werden sie oft bei Eisenbahnüberführungen gebaut, finden aber auch ihre Anwendung bei Strassenbrücken mit größeren Spannweiten, insbesondere in den USA. Fachwerke verbergen sich in der Regel auch unter der Verkleidung von gedeckten Holzbrücken.
Es gibt viele Arten von Fachwerken (auf den Brückenbau bezogen), so unter anderem:
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Ein berühmtes deutsches Beispiel einer großen Fachwerkbrücke, die zudem ohne Strompfeiler auskommt, ist das 1893 fertiggestellte Blaue Wunder in Dresden.
- Bogenbrücke
Der Bogen ist für Massivbaustoffe, wie Stein oder Beton, mit ihrer hohen Druckfestigkeit die geeignetste Tragwerksart, da er bei richtiger Geometrie nur durch Druckkräfte belastet wird. Allerdings muss der Baugrund ausreichend fest sein, um den Bogenschub aufnehmen zu können. Deshalb ist diese Art der Konstruktion bei vielen alten Brücken zu sehen. Heute werden Bogenbrücken mit oben liegender Fahrbahn bei tiefen Tälern oder Einschnitten gebaut. Mit einem Stahlbogen sind Spannweiten von bis zu 500 m möglich, bei einem Massivbogen 300 m. Bogenbrücken mit unten liegender Fahrbahn kommem aufgrund der kleinen Bauhöhe der Fahrbahntafel, vor allem im Flachland bei der Überwindung von Gewässern vor.
Eine Bogenbrücke besteht aus einem Bogen, der Fahrbahn und den Hängern bzw. Stehern. Es gibt mehrere Konstruktionsformen von Bogenbrücken:
- Schrägseilbrücke
Die Schrägseilbrücke oder auch Schrägkabelbrücke hat sich zur Überbrückung breiterer Gewässer oder Flächen mit Spannweiten zwischen 200 m und 1000 m als technisch besonders geeignet und auch als wirtschaftlich erwiesen. Die Brücke wird meist im Freivorbau errichtet. Der Bauzustand mit der weit auskragenden Brücke ist aufgrund der seitlichen Windbeanspruchung maßgebend für die technisch möglichen Spannweiten. Aufgrund ihrer hohen Steifigkeit kann sie auch für den Eisenbahnverkehr verwendt werden. Eine Schrägseilbrücke besteht aus den Pylonen, der Fahrbahn und den Seilen. Alle lotrechten Kräfte der Brücke werden über die Seile in den Pylon eingebracht, der diese dann senkrecht als reine Druckkräfte in den Untergrund einbringt. Die Schrägseilbrücke entspricht einer Auslegerbrücke, die Fahrbahntafel bildet den druckbeanspruchten Untergurt, die Seile sind Auslegerzuggurte, welche die vertikalen Lasten an die Pylone abtragen und in der Fahrbahntafel rückverankert sind.
Ein bekanntes Beispiel dieser Brückenform ist die Hamburger Köhlbrandbrücke.
- Hängebrücke
Die Hängebrücke wird überwiegend bei der Überbrückung breiterer schiffbarer Gewässer mit Spannweiten oberhalb von 800 m gebaut. Wegen der Tendenz zu größeren Verformungen wird sie im Regelfall nicht als Eisenbahnbrücke verwendet. Sie ist statisch ähnlich der Bogenbrücke mit untenliegender Fahrbahn. Bei der Hängebrücke wird zwischen Pylonen ein Tragseil aufgehängt. An diesem Tragseil werden Hänger befestigt, senkrechte Seile, welche die Fahrbahn tragen. Sie sind jedoch bei weiten Spannweiten sehr gegen Windschwingungen anfällig, wie es der Einsturz der Tacoma-Narrows-Brücke in den USA am 1. Juli 1940 gezeigt hat.
Berühmtes Beispiel einer Hängebrücke ist die Golden Gate Bridge in San Francisco, USA.
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- Spannbandbrücke
Die Spannbandbrücke findet vor allem ihre Anwendung als Fußgängerbrücke. Das tragende Element einer Spannbandbrücke sind mehrere Spannbänder, die eine Fahrbahn tragen und an den Auflagern auf Zug befestigt sind. Charakteristisch ist das konkave Durchhängen, denn je größer der Krümmungsradius ist, desto stärker wird die Zugspannung aufgrund des (Eigen-) Gewichts. Zur Begrenzung der Durchhängetiefe können Zwischenpfeiler eingefügt werden, wobei dann die Spannbandbrücke ein schlangenlinienförmiges Höhenprofil einnimmt. Ein bekannter Vertreter dieser Brückengattung ist die Holzbrücke bei Essing über den Rhein-Main-Donau-Kanal, die neben der ungewöhnlichen Verwendung von verleimten Holzlatten als Spannband mit 193 m zugleich die längste Holzbrücke Europas ist.
- bewegliche Brücke
Bewegliche Brücken werden gebaut, wenn sich aus den örtlichen Gegebenheiten ergibt, dass eine feste Brücke nicht wirtschaftlich oder konstruktiv möglich ist. Dies kann sein, wenn zum Beispiel im Flachland eine Anrampung zu teuer wäre und ohne Anrampung eine zu geringe Durchfahrtshöhe für die unten liegende Verkehrslinie bliebe. Dieser Brückentyp hat den Nachteil, dass die Kreuzung des Verkehrs nicht von einander unabhänig stattfinden kann, sondern immer einer der Verkehrswege gesperrt ist.
Die Brücken werden durch die Art der Konstruktion genauer beschrieben. So gibt es die Zugbrücke oder Ziehbrücke, bei der die Fahrbahn mit Zugseilen hoch geklappt wird, die Klappbrücke, deren Mechanismus keine Zugseile hat (das berühmteste Beispiel ist die Tower_Bridge in London), und als besondere Variante die Dreifeldzugklappbrücke, wie die Hörnbrücke in Kiel. Weitere bewegliche Brückentypen, die Schifffahrtsstraßen kreuzen und größere Durchfahrtsbreiten ermöglichen, sind die Drehbrücke, die komplett um ihre vertikale Achse gedreht werden kann (z.B. die Drehbrücke Malchow (Mecklenburg)) und die Hubbrücke, die komplett hoch gehoben wird (z.B. die Kattwybrücke über die Hamburger Süderelbe).
- Schwimmbrücken
Bei diesem Brückentyp wird eine Straße oder Eisenbahn über Pontons geführt, die sehr eng beieinander liegen und durch kleine Brücken verbunden sind. Die Funktionsfähigkeit derartiger Brücken wird insbesondere vom Wasserstand und der Wasserströmmung stark beeinflusst. Häufig werden Schwimmbrücken auch am Ufer abgespannt, da sie nur eine geringe Quersteifigkeit besitzen. Pontons sind Schwimmkörper, z.B. Schiffe, Schlauchboote oder Hohlkästen. Schwimmbrücken werden üblicherweise nur im Notfall eingesetzt, um zerstörte Infrastruktur bis zur Wiederherstellung befelfsmäßig zu ersetzen. Eine typische Anwendung liegt im militärischen Bereich, wobei es einerseits darum geht zerstörte Infrastruktur temporär wiederherzustellen, andererseits aber auch darum durch Flexibilität Vorteile gegenüber einem Feind zu erlangen.
Material
- Holzbrücke
Holz ist in Form eines Baumstammes über eine Schlucht oder ein Gewässer das älteste Brückenbaumaterial. Es wird meist bei Fachwerkbrücken verwendet. Größere Holzbrücken werden häufig durch eine baulichen Holzschutz mit einer Vekleidung und einem Dach gegen Witterungseinflüsse geschützt (gedeckte Brücke). Einen Höhepunkt hatte der Holzbrückenbau im 19. Jahrhundert in Nordamerika beim Bau der Eisenbahnstrecken durch den Kontinent, unter anderem mit den hölzernen Trestlebrücken, bestehend aus einer feinmaschigen Anordnung von Rundhölzern .
Heute verwendet man Holz bei insbesondere bei Fußgängerbrücken bzw. Stegen oder anderen untergeordneten Brücken wie Güterwegbrücken oder Hauszufahrten. Von Vorteil ist dabei insbesondere das niedrige Eigengewicht des Holzes. Eher selten wird Holz heute für größere Brücken verwendet, wie zum Beispiel in der Nähe des finnischen Mäntyharju. Dort wurde 1999 mit mit 168 m längste (maximale Spannweite 42 m) für den Straßenverkehr zugelassene Holzbrücke der Welt gebaut. [1]
- Steinbrücke
Ebenfalls schon früh wurde Stein als Brückenbaumaterial eingesetzt und zwar in Form von Naturbrücken (Steinbögen) oder auch später in bearbeiteter Form (Bogenbrücken). Heute hat Stein beim Brückenbau nur noch eine untergeordnete Bedeutung in Form von Verkleidungen.
- Seilbrücke
Auch die Seilbrücke gehört zu den älteren Brückentypen. Dabei gibt es mehrere Arten der Konstruktionsformen.
- Die 1-Seilbrücke ist die einfachste Variante und besteht aus einem schrägen gespannten Seil, das man an einer Rolle hängend benutzen kann.
- Die 2-Seilbrücke besteht aus einem Tragseil (unten) und einem Halteseil (oben). Dies ist eine sehr wackelige Angelegenheit, weil sich Trag- und Halteseil horizontal zueinander verschieben können.
- Eine Verbesserung der 2-Seilbrücke durch ein weiteres Halteseil und Verbindungen zwischen Halteseilen und Tragseil ist die 3-Seilbrücke. Dadurch erreicht man eine höhere Stabilität und das Benutzen der Brücke wird sicherer.
- Die 4-Seilbrücke ist gegenüber der 3-Seilbrücke durch ein weiteres Tragseil ergänzt. Dabei wird zwischen den beiden Tragseilen ein Belag (meistens aus Holz) befestigt. Dies erhöht den Komfort bei Benutzung.
Reine Seilbrücken findet man noch in Afrika, Asien, Südamerika und Mikronesien. Das Seil besteht oft aus Naturfasern, manchmal auch aus Stahl.
- Gusseisenbrücke
Gusseisen ist eine Eisen-Legierung mit niedrigerem Schmelzpunkt als Stahl und daher leichter verarbeitbar. Auf Grund der geringeren Stabilität hat Gusseisen bei Konstruktionsbauten keine Bedeutung mehr und wurde durch Stahl ersetzt. Viele Brücken wurden früher aus Gusseisen gebaut, zum Beispiel die Gusseisenbrücke über den Severn. Die meisten der Gusseisenbrücken waren der steigenden Belastung nicht gewachsen und wurden daher durch Stahlbrücken ersetzt.
- Stahlbrücke
Stahl weist er eine sehr hohe Festigkeit gegenüber Druck- sowie Zugkräften auf. Stahl wird im Brückenbau vor allem in Form von Seilen, Profilen oder Blechen verwendet. Heute werden in vermehrtem Umfang auch Teile aus Stahlguss eingesetzt. Ein entscheidender Nachteil ist jedoch das Rosten (Korrosion), was üblicherweise Korrosionsschutzbeschichtungen erforderlich macht und zu einem hohen Unterhaltungsaufwand führt. Stahl wird beim Überbau vor allem von Stabbogenbrücken, Deckbrücken, Fachwerkbrücken und Hängebrücken eingesetzt.
- Betonbrücke
Beton ist ein Gemisch aus Zement, Gesteinskörnung (Sand und Kies) und Wasser. Er kann außerdem Betonzusatzstoffe und Zusatzmittel enthalten. Dieses Baumaterial eignet sich hervorragend, um Brücken zu bauen, weil es sich flüssig in jede Form (Schalung) gießen lässt und nach Aushärtung einen gut auf Druck beanspruchbaren künstlichen Stein ergibt. Beton ist (wie auch Stein) nur in der Lage große Druckkräfte und geringe Zugkräfte aufzunehmen, weshalb er vor allem bei den Bogenbrücken verwendet wurde.
- Stahlbetonbrücke bzw. Spannbetonbrücke
Stahlbeton vereint die Vorteile von Beton und Stahl. Dabei umschließt der Beton den Stahl und schützt diesen so vor Korrosion. Der Stahl bringt seine Zugfestigkeit in diese Verbindung mit ein, die nur möglich ist, weil beide Stoffe einen sehr ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizient haben.
Es gibt mehrere Arten von Stahlbeton:
- Stahlbeton: In eine Schalung wird die Bewehrung eingebaut und diese dann mit Beton ausgegossen. Dies wird auch als schlaff-bewehrt bezeichnet.
- Spannbeton: Die Verwendung von Spannbetonbrücken ist ab. Spannweiten von mehr als ungefähr 10 m der Regelfall. Hierbei wird ein Teil der Bewehrung, der Spannstahl, vorbelastet (gespannt). Dadurch ergibt sich eine Druckspannung im Beton, welche eine Rissbildung des Betons und somit größere Durchbiegungen verhindert. Dies ermöglicht niedrigere Bauhöhen der Brückenträger.
Bezüglich der Lage des Spannstahles im Brückenquerschnitt unterscheidet man zwischen interner Vorspannung und externer Vorspannung. Bei der internen Vorspannung sind die Spannkabel im Betonquerschnitt angeordnet und vollständig vom Beton umhüllt. Bei der externen Vorspannung liegen die Spannglieder außerhalb des Betonquerschnittes und sind auswechselbar. Die Spannkräfte werden nur an Umlenksätteln oder Konsolen in den Betonquerschnitt eingeleitet. Die externe Vorspannung wird meist bei Hohkastenquerschnitten in Kombination mit der internen verwendet.
- Verbundbrücke
Tragwerke des Verbundbaus haben räumlich getrennte Querschnitte, die aus zwei oder mehreren Baustoffen bestehen. Anders als z.B. beim Stahlbeton wird der Verbund untereinander durch besondere Verbindungsmittel hergestellt. Zum Beispiel liegt bei einer Stahlverbundbrücke auf dem stählernen Brückenträger die Fahrbahnplatte, die aus Stahlbeton besteht. Der Verbund zwischen beiden Baustoffen wird über Kopfbolzendübel sichergestellt. Dadurch kommt es zu einer kraftschlüssigen Verbindung und beide Querschnitte wirken zusammen als ein Querschnitt.
Funktion
Eine weitere Möglichkeit der Einteilung von Brücken ist ihre Funktion. Danach kann man unter anderem unterscheiden zwischen Straßenbrücke, Fußgängerbrücke, Eisenbahnbrücke, Kanalbrücke (Trogbrücke) und Wildbrücke (Grünbrücke). Oft hat aber eine Brücke mehrere Bestimmungszwecke. Weitere Brückentypen mit Funktionsnamen sind unter anderem die Förderbandbrücke (z.B. im Bergbau), die Leitungsbrücke (z.B. im Chemiewerk) aber auch die Pionierbrücke oder die Behelfsbrücke.
Lage
Die topologische Lage ist auch ein mögliches Kriterium für die Zuordnung von Brücken. So kann man unter anderem unterscheiden zwischen Talbrücken, Hangbrücken, Stadtbrücken und Flussbrücken.
Grundrissgeometrie
Der Kreuzungswinkel zwischen beispielsweise einer Landstraße und einer Autobahn muss nicht rechtwinklig sein. Bei der zugehörigen Brücke spricht man dann von einer schiefen Brücke, anderenfalls wäre es eine gerade Brücke. Es ist auch möglich, dass sich zum Beispiel die Straße in einer Kurve befindet, dann man spricht dann von einer gekrümmten Brücke.
Viadukt und Durchlass
- Viadukt
Als Viadukt bezeichnt man heute mehr oder minder hohe und lange Brücken einer Straße oder Eisenbahn, die steigungsarm ein Tal oder eine Senke mit Pfeilern und meist Bögen überspannen. Ähnliche Konstruktionen, die Aquädukte, wurden von den Römern zur Trinkwasserversorgung benutzt. Viadukte wurden später im Eisenbahnbau häufig errichtet.
- Durchlass
Als Durchlass gilt ein kleines Brückenbauwerk mit einer lichten Weite von weniger als zwei Meter. Er wird dann gebaut, wenn ein Fußweg oder kleiner Bach durch einen Straßen- oder Eisenbahndamm zu führen ist. Durchlässe werden meist als Stahlbetonrahmenkonstruktion oder mit Wellstahlrohren ausgeführt.
Bauelemente
Einzelne Bauelemente einer Brücke werden beispielhaft anhand einer Straßenbrücke aufgezählt. Andere Brückenarten haben manche Teile nicht, dafür wiederrum zusätzlich andere (vergleiche feste und bewegliche Brücken). Auch besitzt nicht jede Straßenbrücke alle Bauelemente, sondern werden für jede Brücke nach den Erfordernissen vom Planer ausgewählt.
Überbau
Der Überbau besteht aus der Fahrbahnplatte, den Hauptträgern (oder Kastenträger) sowie etwaigen Querträgern. Der Überbau trägt die Lasten zum Unterbau.
Unterbau
Als Unterbau einer Brücke bezeichnet man die Widerlager und etwaige Mittelunterstützungen. Der Unterbau nimmt die über die Brückenlager zentrierten Auflagerkräfte (sofern Lager vorhanden) auf und leitet diese in die Gründung ab.
- Widerlager
Widerlager befinden sich am Brückenanfang und –ende und bilden den Übergang vom Damm zum Brückenüberbau. Sie übertragen die Überbaulasten auf die Gründung und nehmen den Erddruck durch die Widerlagerwand in Richtung der Brücke sowie durch Flügelwände in Querrichtung auf.
- Mittelunterstützung
Die Mittelunterstützungen verringern die Stützweite des Überbaus zwischen den Widerlagern und ermöglichen damit eine geringere Bauhöhe. Sie leiten entsprechend den Stützweiten Teile der Überbaulasten in den Baugrund. Die Mittelunterstützungen werden meist als Einzelpfeiler oder Pfeilerscheiben ausgeführt. Bei Schrägseil- oder Hängebrücken wird die Mittelunterstützung durch ein Hochhängen der Brückenlasten beansprucht. In diesem Fall spricht man von einem Pylon.
Gründung
Die Gründung der Widerlager und Mittelunterstützungen und Abtragung der Brückenlasten erfolgt mit Flachgründungen (Streifenfundamente, Fundamentplatten) oder Tiefgründungen (Bohrpfähle oder Brunnen).
- Kämpfer
Kämpfer ist eine besondere Bezeichnung eines Widerlagers bei einer Bogenbrücke.
Siehe auch: Gründung_(Bauwesen)
Lager und Fahrbahnübergänge
Die Lager einer Brücke sind die Kontaktpunkte zwischen Über- und Unterbau. Sie müssen so beschaffen sein, dass sie die erforderlichen Dreh- und Kippbewegungen sowie Verschiebungen ermöglichen und eine zwängungsarme Übertragung der Auflagerkräfte ermöglichen.
- Lager aus Stahl
Stahllager gibt es als feste Linienkipplager oder als bewegliche Linienlager (Rollenlager). Da in der Vergangenheit zahlreiche Schäden aufgetreten sind, werden diese heute bei Brückenneubauten in Deutschland nicht mehr eingesetzt. Rollenlager bestehen aus Stahlzylindern, die seitlich gehalten werden und Lagerplatten, ebenfalls aus Stahl. Sie können große Bewegungen der Brücke ausgleichen.
- Elastomerlager
Elastomerlager sind Verformungslager, d.h. sie übertragen die Kräfte über die Verformung des Elastomers. Sie bestehen aus einem flexiblen alterungsbeständigen Kunststoff, in den bei bewehrten Lagern Stahlplatten eingearbeitet sind, welche die Druckfestigkeit und Inkompressibilität erhöhen. Die Verformungslager sind allseits beweglich und erlauben die Aufnahme horizontaler und vertikaler Lasten bei gleichzeitiger Verdrehung um drei Achsen und bei gleichzeitiger Verschieblichkeit in zwei Richtungen. Die Verschieblichkeit in horizontaler Richtung kann durch die Anordung von Festhaltekonstruktionen aus Stahl verhindert werden. Das Elastomerlager kann nicht so große Bewegungen wie ein Rollenlager aufnehmen, ist jedoch wartungsärmer, weil die Stahlbleche nicht mit Luft und Feuchtigkeit in Berührung kommen und deshalb korrosionsgeschützt sind und weil keine beweglichen Teile vorhanden sind. Bei größeren Verformungen benutzt man das Verformungsgleitlager, bei welchem das Elastomerlager mit einer zusätzlichen Gleitschicht versehen ist.
- Fahrbahnübergang
Der Überbau einer Brücke verformt sich in Längsrichtung infolge Temperaturwechsel und Längskräfte aus Bremsen des Fahrzeugsverkehrs sowie bei Spannbetonbrücken zusätzlich durch die Vorspannung und das Kriechen und Schwinden des Betons. Diese Verformungen treten am Widerlager nicht auf und müssen daher durch eine Übergangskonstruktion ausgeglichen werden. Außerdem sollen die Fahrbahnübergänge ein sicheres Überqueren auch bei hohen Geschwindigkeiten ermöglichen.
Kappen
Die Stahlbetonkappen werden nachträglich erst nach dem Ausschalen der Fahrbahnplatte und nach Herstellung der Abdichtung zusammmen mit dem Gesims aufbetoniert. So können Maßungenauigkeiten im Kragarm des Überbaus verdeckt werden. Die Kappen sind mit dem Überbau durch eine am Kragarm horizontal heraussstehende Anschlußbewehrung und in Sonderfällen durch Telleranker kraftschlüssig verbunden. Auf den Kappen werden Geländer sowie je nach Bedarf Schutzplanken und Lärmschutzwände befestigt. Die Kappen dienen auch der mechanischen Sicherung des Verkehrsraumes. Im innerstädtischen Bereich sind die Kappen meist gleichzeitig Geh- und/oder Fahrradweg und sichern diese durch einen 15 cm hohen Schrammbord vor einem abirrenden Kraftfahrzeug. Im Normalfall sind die Kappen gegenüber der Fahrbahn nur um 5 cm erhöht und sichern durch darauf angeordnete Distanzschutzplanken den Verkehrsraum.
Fahrbahnbelag und Brückenentwässerung
- Fahrbahnbelag
Der Fahrbahnbelag hat heutzutage in Deutschland einen dreiteiligen Aufbau aus Abdichtung, Schutzschicht und Deckschicht. Die ca. 1 cm starke Dichtungsschicht besteht aus Bitumenschweißbahnen und soll den Brückenüberbau gegen das Eindringen von Oberflächenwasser, Frost und Tausalz und somit Korrosion schützen. Die ungefähr 3,5 cm starke Schutzschicht besteht aus Gussasphalt oder Asphaltbeton und dient dem Schutz der Abdichtung vor mechanischer Beanspruchung aus dem Verkehr und vor Witterungseinflüssen. Auf die Schutzschicht wird zur unmittelbaren Abtragung der Fahrbahnlasten eine ungefähr 3,5 cm starke Deckschicht aus Asphaltbeton aufgebracht. Auf untergeordneten privaten Wegen, wie Forstwegen oder Hauszufahrten, werden Fahrbahnbeläge auch aus Holz verwendet, bei alten Brücken (z.B. Römerbrücken) wurde Naturstein.
- Entwässerung
Die Entwässerung soll das anfallende Oberflächenwasser rasch und vollständig ableiten und zwar nicht nur aus Gründen der Verkehrssicherheit, sondern auch damit der Belag möglichst rasch austrocknen kann. Im Regelfall wird das Wasser über ein Entwässerungssystem in Regenüberlaufbecken abgeleitet.
Ausrüstung
- Geländer
Brückengeländer dienen als Absturzsicherung für Fußgänger oder Radfahrer. Die Geländer sind aus Stahl oder Aluminium und haben bei Absturzhöhen von weniger als 12 Metern eine Mindesthöhe von 1,0 Meter, bei größeren Absturzhöhen betragt die Mindesthöhe 1,1 Meter. Neben Radwegen ist in Deutschland eine Geländerhöhe von mindestens 1,2 Meter vorgeschrieben. Bei Straßenbrücken mit mehr als 20 m Länge enthält der der dann zweiteilige Handlauf zusätzlich ein Drahtseil.
- Distanzschutzplanken
Leitplanken oder Distanzschutzplanken dienen als Absturzsicherung für Kraftfahrzeuge oder zur Sicherung der Gegenfahrbahn gegen ein Ausbrechen von Fahrzeugen.
Sonstige Begriffe
Wichtige Begriffe einer Brücke sind u.a.:
- Spannweite: die Strecke zwischen den Auflagerpunkten
- lichte Weite: die Strecke zwischen den Widerlagern (kann senkrecht zur Achse eines Fließgewässers oder in Fahrbahnachse gemessen werden)
- lichte Höhe: die Strecke zwischen Untergrund und Tragwerksunterkante
Gestaltung
Herstellung
Betonbrücken mit geringer Höhe über Gelände können kostengünstig mit einem Lehrgerüst hergestellt werden. Bei mehrfeldrigen Brücken wird der Überbau meist abschnittsweise betoniert, wozu ein Lehrgerüst oder bei hohen Brücken ein Vorschubgerüst verwendet werden kann.
Vorschubgerüste sind Gerüste, die sich selbständig von einem Brückenfeld zum nächsten verschieben. Anwendung finden diese Art von Gerüsten vor allem bei Brücken mit wechselnden Kurvenradien, unterschiedlichen Steigungen, wechselnden Spannweiten und Eisenbahnbrücken, die aus einer Kette von Einfeldträgern bestehen.
Sonst werden längere Spannbetonbrücken, Durchlaufträger mit regelmäßigen Stützenabstände, oft mit dem weit verbreiteten wirtschaftlichen Taktschiebeverfahren hergestellt (Taktschiebebrücken). Bei großen Spannweiten findet man auch Freivorbaubrücken, insbesondere zum Überbauen von breiten Gewässern. Dabei wird am frei auskragenden Ende der jeweils folgende Bauabschnitt angefügt.
Insbesondere bei Stahlbrücken oder Verbundbrücken kann der Überbau auch oft durch Autokran oder Winden eingehoben werden.
Daneben gibt es im Spannbetonbau auch noch die Möglichkeit eine Brücke mit Fertigteilen zu bauen. Dies geschieht in Deutschland vor allem bei Autobahnüberführungen, bei denen die Brückenträger vorfabriziert werden und die Fahrbahnplatte nur noch darauf betoniert werden muss. Dagegen ist außerhalb von Deutschland auch der Brückbau mit Fertigteilquerschnittssegmenten sehr weit verbreitet. Dabei wird die Brücke durch das Aneinanderfügen und Verspannen von einzelnen vorfabrizierten Querschnittselementen hergestellt.
Brückeneinstürze
Immer wieder gab es aus den verschiedensten Gründen Brückeneinstürze. Ursachen waren entweder Naturkatastrophen, Schiffskollisionen, Materialfehler oder Sabotageakte.
| Ort | Datum | Bauart und Nutzung der Brücke | Ursache | Zahl Toter/Verletzter | Sachschaden | Bemerkungen |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Brücke von Angers (Frankreich) | 16. April 1850 | Hängebrücke über den Fluss Maine | Resonanz infolge in Gleichschritt marschierender Soldaten führte zum Einsturz | 226/? | Brücke Totalschaden | Brücken werden seitdem nicht mehr im Gleichschritt überquert |
| Firth-of-Tay-Brücke | 28. Dezember 1879 | Balkenbrücke, Stahlfachwerk auf Gusseisenpfeilern, Eisenbahnbrücke | unzureichende Berücksichtigung der Windlast, mangelhafte Ausführung, Einsturz bei Überfahrt eines Zuges im Sturm | 75/0 | Brücke unbrauchbar, Träger z.T. wiederverwendet, Zug schwer beschädigt | Lokomotive wurde aus dem Tay geborgen und fuhr noch 19 Jahre als "The Diver". |
| Quebec-Brücke | 29. August 1907 | Auslegerbrücke, Stahlfachwerk, Eisenbahnbrücke | keine Festigkeitsberechnung mit tatsächlichen Maßen: unterdimensioniert, Einsturz beim Bau | 74/11 | Brücke Totalschaden | |
| Tacoma-Narrows-Brücke | 7. November 1940 | Hängebrücke, Straßenbrücke | aerodynamisch ungünstige Gestaltung bei niedriger Steifigkeit führte zu spektakulärer und zerstörerischer selbsterregter Schwingung | keine | Brücke und 1 Pkw Totalschaden | Spitzname "Galloping Gertie", 4 Monate von Eröffnung bis Einsturz, seither Brückenmodelle im Windkanal |
| Maracaibobrücke | 1964 | Straßenbrücke | Schiffskollision | |||
| Südbrücke in Koblenz | 10. November 1971 | Straßenbrücke | Brückenhälfte knickte in den Rhein ab | 13/? | Brücke Totalschaden | |
| Reichsbrücke in Wien | 1. August 1976 | Straßenbrücke mit Straßenbahn | Abscheren eines Pfeilers | 1/0 | Brücke, ein Autobus und ein Lieferwagen zerstört; einige Schiffe beschädigt | Beton des Pfeilers war nie untersucht worden, war innerlich total zerstört; "höhere Gewalt" |
| Almöbrücke nördl. Göteborg bei Stenungsund (Schweden) | 18. Januar 1980 | Bogenbrücke aus Beton | Schiffskollision | 8/? | Totalschaden der Brücke, mehrere PKW stürzten über die Brückenkante | |
| Aschaffenburg | 1988 | Brücke der A 3 über den Main | Ausführungsfehler, bzw. Fehler in Norm | 1/0 | Brücke Totalschaden | Teileinsturz beim Taktschieben |
| Eschede | 3. Juni 1998 | Straßenbrücke | Zugkollision | 101/105 | Durch Zuganprall auf die Mittelpfeiler stürzte die Brücke ein | |
| Almuñecar, Provinz Granada, Spanien | 7. November 2005 | Autobahnbrücke | Bauunfall, Ursache noch unklar | 6/3 | Bauunfall; Absturz eines 60m langen Teilstücks etwa 50m tief |
Gesetzliche Definition
Deutschland
"Als Brücken gelten alle Überführungen eines Verkehrsweges über einen anderen Verkehrsweg, über ein Gewässer oder über tieferliegendes Gelände, wenn ihre lichte Weite zwischen den Widerlagern 2,00 m oder mehr beträgt. (...)"
(Definition nach DIN1076 aus Verkehrsblatt-Dokument Nr. B 5276 Vers. 07/97)
Österreich
Wird in der RVS Kapitel 4 Kunstbauten definiert.
- Von allem, was der Mensch baut und aufbaut, gibt es nichts Besseres und Wertvolleres als Brücken. (Ivo Andrić, Jugoslawischer Nobelpreisträger, 1892 - 1975)
Bilder
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Korbbogenbrücke in Vach -
Rendsburger Hochbrücke -
Akashi-Kaikyo-Brücke, von der Insel Awaji aus gesehen
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Kettenbrücke in Budapest bei Nacht
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Das Innere der Müngstener Brücke -
Schrägseilbrücke und Fachwerkbrücke bei Wörth am Rhein -
Hubbrücke in Magdeburg
Literatur
- Lucien F. Trueb: Betonbrücken - Symbiose von Ingenieurwissenschaft und Kunst. Naturwissenschaftliche Rundschau 57 (10), S. 537 - 543 (2004), ISSN 0028 - 1050
- Richard R. Dietrich: Faszination Brücken. Baukunst - Geschichte - Technik (1998)
Siehe auch
Weblinks
Vorlage:Wiktionary1 Vorlage:Commons2
- http://www.deutsche-bruecken.de/ - „Ingenieur Bau Kunst in Deutschland“
- http://www.bernd-nebel.de/bruecken/
- http://www.brueckenbau-links.de/ – Brückendatenbank
- http://www.brueckenweb.de
- http://www.karl-gotsch.de/
- http://www.structurae.de/ – Internationale Galerie und Datenbank des Ingenieurbaus mit über 10 000 Brücken
- http://www.bridgebuilder-game.com/ - Computerspiel, das den Brückenbau simuliert
- http://www.3sat.de/3sat.php?http://www.3sat.de/nano/cstuecke/52866/index.html Zugreisen per Saitenbahn?