Brücken

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Einleitung

Brücken, verkehrstechnisches Bauwerk, das einen festen Übergang über topographische Verkehrshindernisse wie Täler und Gewässer oder über kreuzende Verkehrswege wie Straßen, Eisenbahngleise und Kanäle ermöglicht. Über Brücken verlaufen Verkehrswege wie Straßen, Wege, Eisenbahngleise oder seltener Kanäle.

Bedeutende im Brückenbau tätige Ingenieure und Architekten waren u. a. Jean-Rodolphe Perronet (1708-1794), Isambard Kingdom Brunel (1806-1859), John Augustus Roebling (1806-1869), Alexandre Gustave Eiffel (1832-1923), Robert Maillart (1872-1940), Othmar Hermann Ammann (1879-1965), David Barnard Steinman (1886-1960) und Fritz Leonhardt (1909-1999).

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Konstruktionsprinzipien

Bei allen Brückentypen unterscheidet man Unterbau und Überbau. Zum Unterbau, der die Lasten der Brücke einschließlich seines Eigengewichtes auf den Untergrund leitet, gehören Fundamente, Auflager, Widerlager, Pfeiler und Pylone. Den Abstand zwischen zwei Pfeilern oder Pylonen nennt man Spannweite. Der Überbau oder das Tragwerk trägt den Verkehrsweg, dazu gehören der Hauptträger, die Fahrbahn oder die Eisenbahngleise; Hängegurte, Zugbänder und andere Tragwerke übertragen die Lasten des Eigengewichtes und des Verkehrsweges auf die Pfeiler oder Pylone, die die auftretenden Druck- und Zugkräfte auffangen und ableiten müssen. Es existieren grundsätzlich drei Formen von Tragwerken: Balken (Druck- und Zugkräfte), Bogen (Druckkräfte) und Hänge- oder Seilkonstruktionen (Zugkräfte). Diese drei Grundformen sind häufig kombiniert. Bei einigen Brückenbauweisen verschmelzen Unterbau und Überbau zu einer statischen Einheit.

Brücken lassen sich nach verschiedenen Aspekten klassifizieren.

(1) Konstruktionstypen: Auf dieser Klassifikation basiert der folgende Überblick. Hierbei steht das statische Prinzip des Tragwerks im Vordergrund. Die Konstruktionstypen lassen sich auf die drei Grundformen Balken-, Bogen- und Seilkonstruktion zurückführen. Der Typus der Seilkonstruktion wird hier weiter untergliedert in Hängebrücke und Schrägseilbrücke. Alle Grundformen wurden im Lauf der Baugeschichte modifiziert, erweitert und kombiniert.

(2) Material, Baustoff: Holz, Naturstein, Ziegel, Beton, Stahl. Im 19. Jahrhundert wurden die Baustoffe Beton mit seiner hohen Druckfestigkeit und Eisen bzw. Stahl mit ihrer hohen Zugfestigkeit zu einem neuen Verbundwerkstoff mit völlig neuen technischen Möglichkeiten kombiniert. Beide Stoffe besitzen bei entsprechender Herstellung den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten.

(3) Verwendungszweck: Fußgängerbrücken, Straßenbrücken, Eisenbahnbrücken, Schiffsbrücken, Aquädukt.

(4) Spezielle Formen: schwimmende Brücken (Pontonbrücken), bewegliche Brücken (Klapp-, Falt-, Hub- und Drehbrücken).

Bei Brücken betreffenden Längenangaben ist der Unterschied zwischen Spannweite und Gesamtlänge zu beachten. Eine Spannweite ist eine frei überspannte Strecke ohne Zwischenauflager, also entweder zwischen den beiden Widerlagern bzw. zwischen einem Widerlager und einem Pfeiler oder Pylon, oder aber zwischen je zwei Pfeilern oder Pylonen. Die Gesamtlänge ist die gesamte überbrückte Strecke über alle Zwischenauflager hinweg. Die Brücke mit der bislang weltweit größten Gesamtlänge von 38,42 Kilometern ist der 1956 bzw. 1969 eröffnete Lake Pontchartrain Causeway nördlich von New Orleans.

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Konstruktionstypen

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Balken- und Auslegerbrücken

Das Balkentragwerk ist die älteste und vom Konstruktionsprinzip her die einfachste Brückenkonstruktion. Ein über einen Bach gelegter Baumstamm ist die Grundidee und die simpelste Form einer Brücke. Bei größeren zu überwindenden Distanzen sind Pfeiler notwendig, zwischen denen die so genannten Einfeldbalken aufgehängt werden. Werden mehrere Einfeldbalken starr miteinander verbunden, so entsteht ein Durchlaufbalken. Bei Balkenbrücken wird die Last senkrecht in den Untergrund geleitet. Stein ist für diesen Konstruktionstypus kaum geeignet; in Frage kommen vielmehr Holz, Beton und Stahl.

Eine Weiterentwicklung der Balkenbrücken sind die Ausleger- oder Cantileverbrücken, bei denen zwischen zwei flankierenden starren Kragarmen mit Hilfe von Gelenken ein mittleres Balkenelement beweglich eingehängt wird. Nach dem deutschen Ingenieur Heinrich Gerber (1832-1912) wird dieser Typus auch Gerberträger genannt. Die Auslegerbrücke besteht aus Stahl oder Spannbeton und ermöglicht größere Spannweiten.

Modifikationen des einfachen Balkens sind der Kastenträger, der Verbundträger, der Rahmenträger, Sprengwerke und Hängesprengwerke, die Stabbogenkonstruktion (eine Kombination aus Balkenbrücke und Bogenbrücke), der Hohlkastenträger sowie der Fachwerkträger (Fachwerkbalkenbrücken) mit parallelen oder gekrümmten Gurten. Als Material für Fachwerkbrücken kommen Holz und Stahl in Frage.

Eine neue Entwicklung beim Bau von Stahlträgerbrücken ist die so genannte orthotropische Struktur, bei der ausgesteifte (besonders stabilisierte) Stahlplatten gleichzeitig als Fahrbahn und als obere Flansche sowohl der Querträger als auch der Längsträger dienen.

Die Balkenbrücke mit der bislang weltweit größten Spannweite von 304 Metern ist die 1963 eröffnete Brücke Newburgh-Beacon 1st in Newburgh (USA). Unter den Auslegerbrücken hält in Quebec die 1917 eröffnete Brücke über den Sankt-Lorenz-Strom mit einer Spannweite von 548 Metern den Weltrekord, bis 1929 hielt sie außerdem den Weltrekord, was die größte Spannweite aller Brücken betraf. Weitere Beispiele für Balken- und Auslegerbrücken sind die Kapellbrücke (1333; nach Brand 1993 wiederaufgebaut, 1994 wiedereröffnet) über die Reuss in Luzern, die Forth Bridge (1890) über den Firth of Forth bei Edinburgh, die Rheinbrücke Düsseldorf–Neuss (1951; Südbrücke, heute Kardinal-Frings-Brücke) sowie die Europabrücke (1963) der Brennerautobahn bei Innsbruck.

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Bogenbrücken

Bei Bogenbrücken besteht der Überbau aus Bögen, die seitlich auf Widerlagern aufsitzen, bei mehrteiligen Bögen werden dazwischen Auflager eingefügt. Nach der Statik unterscheidet man den eingespannten Bogen, den Zwei- und den Dreigelenkbogen. Die Fahrbahn kann aufgeständert oder abgehängt mit dem tragenden Bogen verbunden sein. Bis zum Aufkommen von Stahl und Beton mit dem Beginn der Industrialisierung waren gemauerte Bogen- oder Gewölbebrücken die Baulösung mit der höchsten Belastbarkeit. Bei Steinbögen unterscheidet man nach der Bauweise Krag-, Rund- und Flachbogen. In der Stahlbauweise kann der Bogen auch durch eine Fachwerkkonstruktion versteift werden. Eine vergleichsweise seltene Bauweise sind Bogenbrücken aus gekrümmten Stahlrohren, u. a. in der Sonderform der Stabbogenkonstruktion.

Berühmte Beispiele für Bogenbrücken aus Stein sind u. a. die Fabriciusbrücke (62 v. Chr.) und die Engelsbrücke (134 n. Chr.) über den Tiber in Rom, ferner der Aquädukt Pont du Gard (1. Jahrhundert v. Chr.) bei Nîmes, der Ponte Vecchio (1345) über den Arno in Florenz, die Rialtobrücke (16. Jahrhundert) über den Canal Grande in Venedig sowie die Karlsbrücke (14. Jahrhundert) über die Moldau in Prag. Bei den Bogenbrücken aus Stahl sind z. B. die Brücke über den Niagara (1965) bei Queenston (New York), die Eisenbahnbrücke (1932) im Hafen von Sydney und die Fehmarnsundbrücke (1963) an der Ostseeküste zu nennen (siehe Fehmarn). Die Bogenbrücke mit der bislang größten Spannweite von 550 Metern ist die 2003 eröffnete Lu-Pu-Brücke aus Stahl in Shanghai.