Bogenbrücke
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Die Bogenbrücke gehört zur ältesten Konstruktionsform von Brücken. Sie ist gekennzeichnet durch eine Bogenform sowie durch eine unverschiebliche Lagerung der beiden Bogenenden, so dass der Abtrag horizontaler Kräfte sichergestellt ist.
Der Bogen wird unter Belastung vor allem durch Druckkräfte beansprucht. Sind die Bogenform und der Bogenquerschnitt so gewählt, dass die Stützlinien der auftretenden Lastfälle innerhalb des Kernquerschnittes verlaufen, so treten nur Druckspannungen und keine Zugspannungen auf. Daher war es schon im Altertum möglich Bogenbrücken aus Natursteinen, aber auch von Gewölben und Kuppeln zu bauen. So konnten größere Spannweiten erreicht werden als mit der Anwendung von Balken zum Tragen der Lasten.
Die erreichbare Spannweite bei einer Bogenbrücke ist nicht nur abhängig vom verwendeten Baumaterial, sondern auch von der Form des Bogens. Ausgehend vom halbkreisförmigen Brückenbogen entwickelte sich der Segmentbogen und eine Vielzahl anderer Bogenvarianten, wodurch die Brücken flacher wurden. Mit zunehmender Abflachung des Brückenbogens nimmt auch der von der Last erzeugte Horizontalschub zu und die Vertikalbelastung entsprechend ab. Die damit verbundene kompliziertere Bautechnik von Segmentbogenbrücken wurde erst ab dem frühen Mittelalter sicher beherrscht. Halbkreisförmige Bogenbrücken wurden schon vor der Christlichen Zeitrechnung erbaut.
Die Abflachung der Bögen einer steinernen Bogenbrücke wurde oft notwendig, da der halbkreisförmige Bogen entsprechend seiner Spannweite jeweils den halben Wert der Spannweite an Höhe besitzt. Das führte dazu, dass man bei dieser Bogenform oft größere Rampen bauen oder eine Erhebung auf der Brücke hinnehmen musste.
Mit Beginn der Industrialisierung wurde auch Gusseisen und Stahl als Baumaterial für Bogenbrücken verwendet. Durch die für den Brückenbau besser geeigneten Materialeigenschaften dieser Baustoffe können damit beim Bau von Bogenbrücken größere Bogenspannweiten erreicht werden. Da Stahl sowohl durch Druckkräfte, als auch durch Zugkräfte beansprucht werden kann, werden mit diesem Baumaterial die Bögen nicht nur unter der Brückentafel, wie bei einer Steinbogen-Brücke, sondern auch seitlich und über der Brückentafel angeordnet.
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[Bearbeiten] Beispiel
Es gibt mehrere Konstruktionsformen von Bogenbrücken:
Diese Bogenbrücke in Wehlen (Sächsische Schweiz) ist in Bau. Die Sandsteinquader würden ohne Mörtel halten und sich selbst tragen, weil die Druckkräfte nur innerhalb des Bogens verlaufen. Man sieht auch die kräftigen Widerlager an den Seiten.
Tatsächlich aber sind die Steine in Beton eingebettet. Die Brücke würde sonst unter einzelnen oder unsymmetrischen Lasten zusammenbrechen. Außerdem fehlt bei dieser Brücke noch die Fahrbahn. - Im Hintergrund ist eine ältere Bogenbrücke zu sehen.
[Bearbeiten] Fahrbahn
Der eigentliche Bogen ist zumeist nicht befahrbar bzw. für den allgemeinen Verkehr nicht begehbar. Die Fahrbahn befindet sich an Hängern unterhalb des Bogens oder ist aufgeständert über der Brücke. Sie kann auch in der Mitte dazwischen angebracht sein (wie zum Beispiel bei der neuen Svinesundbrücke).
Demzufolge werden mehrere Arten von Bogenbrücken unterschieden:
- mit unten liegender Fahrbahn
- mit oben liegender Fahrbahn
- mit in der Mitte liegender Fahrbahn
- mit einem Zugband (unechter Bogen), siehe unten
[Bearbeiten] Statisches Prinzip
Das statische Prinzip der Bogenbrücke besteht darin, dass die vertikalen Lasten, die durch Eigenlast, Verkehr etc. entstehen, allein durch Druckkräfte im Bogen in den Baugrund geleitet werden. Der Grund dafür ist die spezielle Form des Bogens, der einer gespiegelten Kettenlinie (Katenoide) entspricht; eine Kette aufgehängt zwischen zwei Widerlagern kann nur Zugkräfte aufnehmen und hängt daher in entsprechende Form durch. Diese Form entspricht vom ersten Eindruck her etwa dem Graphen einer Normalparabel. Mathematisch wird sie durch den Graphen der Funktion Cosinus hyperbolicus beschrieben, der durch keine Parabel dargestellt werden kann.
Die Widerlager/Fundamente müssen neben lotrechten Kräften vor allem auch horizontale Kräfte aufnehmen; sie werden durch die Verformungen des Bogens und dem daraus resultierenden Bogenschub „auseinander gedrückt“. Bei mehreren Bögen nebeneinander heben sich diese Druckkräfte an den inneren Pfeilern auf und wirken dann nur an den äußeren Widerlagern.
Bogenbrücken leiten auch die fahrdynamischen horizontalen Kräfte, die durch Beschleunigen und Bremsen der Fahrzeuge auf der Brücke entstehen, in Form von Zug- und Druckkräften ab. Auf Balkenbrücken erzeugen solche Kräfte ungünstigere Biegemomente auf die Stützen.
Die auf die Widerlager (Kämpfer) wirkenden Horizontalkräfte sind um so größer, je flacher der Bogen ist. Solche flachen Bögen sind zwar sehr elegant, aber sie setzen sehr massive seitliche Widerlager voraus.
Balkenbrücken mit dem statischen System „Balken auf zwei Stützen“ haben dagegen bei vertikalen Lasten nur vertikale Auflagerkräfte.
[Bearbeiten] Unechte Bogenbrücken
Im Gegensatz zu den klassischen Bogenbrücken werden bei „unechten“ Bogenbrücken, mit unten liegender Fahrbahn auch Langerscher Balken genannt, die Horizontalkräfte des Bogens nicht über die Widerlager in den Baugrund abgetragen. Der Bogen stützt sich vielmehr am Fahrbahnträger ab, der als Zugband für die Horizontalkräfte Gleichgewicht herstellt. „Unechte“ Bogenbrücken können deshalb auch bei weniger tragfähigem Baugrund gebaut werden. Sie bestehen meist aus Stahl oder Spannbeton, weil das Material auch Zugkräfte aufnehmen kann. Eigentlich ist so eine Brücke ein Balken auf zwei Stützen, der einen bogenförmiger Rahmen hat, der auch ein Trapez oder ein Rechteck sein könnte.
- Beispiel: Der Bogen der Golden Gate Bridge in San Francisco, der als Teil der Zufahrt das Fort Point überspannt.
[Bearbeiten] Beispiele bekannter Bogenbrücken
- Lupu-Brücke in Shanghai, China, 550 m Spannweite, momentan weltweit größte Bogenbrücke
- New River Gorge Bridge, zweitlängste Bogenbrücke (518 m), zweithöchste Brücke der Welt (267 m über Grund)
- Elstertalbrücke Pirk (503 m, 60 m hoch), größte Quadersteinbogenbrücke Europas, begonnen 1937-1940 und 1990-1993 fertiggestellt
- Friedensbrücke in Plauen, Sachsen, größter Steinbogen (90 m) der Welt (1903-1905)
- Dreibogenbrücke in Eschweiler, Nordrhein-Westfalen, über Wasser, Bahn und Straße (1864)
- Dreiländerbrücke zwischen Weil am Rhein und Huningue (F), weltweit längste freie Spannweite (230 m) (2006)
- Lingenauer Hochbrücke Bogenspannweite 210 m, Höhe 90 m, Länge 370 m (1969)
- Ponte da Arrábida, Porto, Portugal (1963)
- Fehmarnsundbrücke, Schleswig-Holstein (1963)
- Bayonne Bridge, New York USA
- Teufelstalbrücke, Thüringen, an der Bundesautobahn 4 zwischen Gera und Jena (1938/2002)
- Teufelsbrücke, Schweiz (1830/1958)
- Ironbridge, England
- Göltzschtalbrücke im Vogtland, Sachsen, größte Ziegelbrücke der Welt und erste statisch berechnete Brücke der Welt (1851)
- Müngstener Brücke zwischen Solingen und Remscheid (1897)
- Sydney Harbour Bridge, Sydney, Australien
- Alte Lahnbrücke, steht in Wetzlar und ist eine der ältesten noch erhaltenen Brücken in Hessen
- Salginatobelbrücke, Schweiz
- Svinesundbrücke in Norwegen/Schweden (2005)
- Adolphe-Brücke in Luxemburg-Stadt, die größte Steinbogenbrücke der Welt (1904)
- Talbrücke Wilde Gera an der A 71 zwischen den Anschlussstellen Oberhof und Gräfenroda (Thüringen)
[Bearbeiten] Siehe auch
[Bearbeiten] Weblinks
