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Bogenbrücke

Konstruktionsform von Brücken
Gemauerte Bogenbrücke (die alte Brücke von Mostar), bei der der Fahrweg dem Bogen weitgehend folgt.
Bogenbrücke aus Stahl in Norwegen (aufgeständerte Fahrbahn)
Geratalbrücke Bischleben
Bogenbrücke mit Langerschem Balken
Der durch einen Bogen verstärkte Brückenbalken (mit Fahrbahn) ist ein "unechter Bogen".[1]
Gewölbebrücke mit Pfeilverhältnis 1 : 2)

Die Bogenbrücke ist eine Brücken-Bauart mit einem oder mehreren Bögen als tragendes oder teilweise tragendes Bauteil. Ihre ursprüngliche und lange Zeit alleinige Bauart hat einen Bogen, der aus rohen oder behauenen Steinen oder Mauerziegeln, die lediglich aneinander gelegt sind, besteht. Zur Unterscheidung von späteren Bauarten mit ganzstückigen Bögen aus Eisen (Gusseisen, Schmiedeeisen, Stahl) oder Beton bezeichnet man ein solches Bauwerk oft als Gewölbebrücke in Anlehnung an gleich gebaute Gewölbe-Decken (siehe nebenstehende Abbildung der Brücke in Mostar).[2] Die verwendeten neuen Werkstoffe können auch Zugspannungen ertragen, so dass die Bogenform variabler wählbar ist und die Brücken leichter, billiger und mit größeren Spannweiten herstellbar sind (siehe nebenstehende Abbildung einer Bogenbrücke aus Stahl). Beim Bau kann auf ein Lehrgerüst im Gegensatz zum Bau von Gewölbebrücken meistens verzichtet werden.

Viele dieser späteren Brücken enthalten einen oder mehrere Bögen zur Verstärkung von Brücken-Balken. Man nennt sie deshalb als Ganzes meistens oft auch Bogenbrücken (siehe nebenstehende Abbildung einer Bogenbrücke mit Langerschem Balken), obwohl sie ihrer Funktion nach Balkenbrücken sind. Nur der gelegentlich für den mit einem Bogen verstärkten Brückenbalken gebrauchte Begriff „unechter Bogen“[1] deutet den Unterschied an. Die meisten modernen Brücken, die als Bogenbrücken bezeichnet werden, sind solche verstärkten Balkenbrücken. Sie haben deren typische Eigenschaft, dass sie als kompakter Brückenüberbau an anderer Stelle vorgefertigt und erst danach auf die Brückenpfeiler gesetzt (gehoben oder verschoben) werden können.

Der Funktions-Unterschied besteht in der Verbindung der Brücken mit dem Baugrund:

  • Das äußere Kennzeichen der Balkenbrücke ist üblicherweise die sichtbare Trennung des Überbaus (Brückenbalken) vom Unterbau (Widerlager, Pfeiler) durch Lager-Elemente. Die Last des Brückenbalkens verursacht in den Lagern nur vertikale Kräfte.
  • Bogenbrücken (insbesondere die gemauerten) haben keine deutlich sichtbare Trennung (siehe obenstehende Abbildung der Brücke in Mostar) zwischen dem Überbau (Brückenbogen) und dem Unterbau (Widerlager, das hier Kämpfer genannt wird[A 1]). Der Brückenbogen belastet die Kämpfer schräg nach außen.[3] Es werden sowohl vertikale, aber immer auch horizontale Kräfte in sie eingeleitet. «Hierdurch und nicht durch die Bogenform ist die Unterscheidung von dem bloß lotrechte Auflagerdrücke äußernden Balkenträger gegeben, ...»[4]

Die Verwendung eines Bogens hat den Vorteil, dass in ihm bei entsprechender Bogenform nur Druckspannungen auftreten. Bei Gewölben ist das Voraussetzung. Zwischen den aneinander gelegten Steinen oder Ziegeln lassen sich nur Druckkräfte übertragen. In manchen „unechten Bögen“ aus zugfestem Material in Balkenbrücken kommen lediglich Zugspannungen vor (z. B. im Untergurt des Fischbauchträgers), was vorteilhafter als das Vorkommen von Biegespannungen, der typischen Beanspruchung der Balken, ist.

Wenn der tragende Bogen wie häufig kreisförmig und kleiner als ein Halbkreis ist, spricht man von einer Segmentbogenbrücke. Sie ist flacher als eine Halbkreisbogenbrücke (siehe untenstehende Abbildung). Ihr Pfeilverhältnis ist < 1 : 2.

Inhaltsverzeichnis

TragfunktionBearbeiten

Damit im Bogen nur Druckspannungen (bzw. nur Druckkräfte an den Kontaktstellen der Steine in Gewölbebrücken) herrschen, ist seine Form so zu wählen, dass die Stützlinie bei allen Lastfällen innerhalb der Bogenkontur verläuft.

So war es schon im Altertum möglich, Gewölbebrücken zu bauen, weil die zusammengelegten Steine lediglich Druckkräfte aufeinander ausüben. Es konnten größere Spannweiten erreicht werden als bei Verwendung von Holzbalken zum Überbrücken.

Die im Altertum und heute gelegentlich aus ästhetischen Gründen bevorzugte Kreisform des Bogens ist nicht optimal. Da sich die Belastung beim Benutzen wie bei jeder Brücke ändert, gibt es keine für jeden Fall passende Bogenform. Für eine Bogenbrücke mit über die Länge konstant angenommenem Gewicht (Gleichstreckenlast aus Bogen, Aufbauten und Verkehrslast) eignet sich eine Bogenkurve mit quadratischer Funktion (größte Krümmung in Bogenmitte) besser.

Wenn mehrere Bögen aufeinander folgen, wirken die aus benachbarten Bögen stammenden horizontalen Kräfte gegeneinander. Somit sind an diesen Stellen (Pfeilern) keine, sondern horizontale Kräften nur am Anfang und am Ende bei den Kämpfern in den Baugrund einzuleiten.

Wenn nicht ein Taleinschnitt zu überbrücken ist, werden oft Brücken mit abgeflachten Bögen (in Segmentbogenbrücken bei Bogen-Kreisform) gebaut, um die Brückenkonstruktion niedriger zu halten. In ebenem Gelände angewendete hohe Bögen (z. B. in Halbkreisbogenbrücken bei Bogen-Kreisform) erfordern zudem hohe Rampen zur Auffahrt. Infolge der Abflachung des Brückenbogens nimmt der Horizontalschub zu. Die Bautechnik von flachen Bogenbrücken wurde in Europa erst ab dem Spätmittelalter sicher beherrscht. Halbkreisförmige Bogenbrücken wurden schon vor der christlichen Zeitrechnung erbaut..[1]

Seit Beginn der Industrialisierung werden Gusseisen und Stahl als Baumaterial für Bogenbrücken verwendet, die auch Zugkräfte aufnehmen können. Dadurch kann u. a. Vorteilen auch der einer am Bogen aufgehängent Fahrbahn ausgenutzt werden, was die Höhe der Auffahrten verringert.

BauartenBearbeiten

  • gemauerte Bogenbrücken (Gewölbebrücken),
    • kreisförmige Bogenform (Halbkreis oder Segment),
    • nicht kreisförmige Bogenform (große oder geringe Pfeilhöhe),
  • Stahl- oder Beton-Bogenbrücken (statisch unbestimmt ohne oder mit 1 oder 2 Gelenken in den Bögen oder statisch bestimmt mit Dreigelenkbogen),
  • mit Bögen verstärkte Balkenbrücken (“unechte Bogenbrücken”).

Anordnung der FahrbahnBearbeiten

unten liegende Bögen[5]
über Auffüllung oben liegende Fahrbahn
unten liegender Bogen
aufgeständerte, oben liegende Fahrbahn
oben liegender Bogen
hängende, unten liegende Fahrbahn
die Bögen kreuzende Fahrbahn
zwischen zwei Bögen hängende Fahrbahn
oben liegender unechter Bogen
hängende Fahrbahn als Zugband
         
  • Bogen
  • Pfeiler
  • Fundamente
  • Auffüllung
  • Fahrbahn
  • Bogen
  • Kämpfer
  • Steher
  • Fahrbahn
  • Fundamente
  • Widerlager
  • Bogen
  • Kämpfer
  • Fahrbahn
  • Hänger
  • Bogen
  • Auflager
  • Zugband (Fahrbahn)
  • Hänger
  • Formen von Bögen in unechten BogenbrückenBearbeiten

    StabbogenbrückeBearbeiten

    Eine Stabbogenbrücke ist eine Balkenbrücke, die unmittelbar aus einer “echten” Bogenbrücke abgeleitet erklärt werden kann: Die Horizontalkräfte des Bogens werden nicht über Kämpfer in den Baugrund eingeleitet, sondern von den Lagern ferngehalten, indem sie sich in einem an den Bogenenden befestigten horizontalen Zugelement gegenseitig aufheben. Häufig wird der Fahrbahnträger als Zugelement benutzt. An mehreren Zwischenpunkten ist über Zugstäbe mit den i. d. R. zwei seitlichen Bögen verbunden, wodurch er zu einem Balken mit erhöhter Biegefestigkeit wird, bzw. als schlankerer Balken ausgeführt ist.

    Die Bögen können massiv oder schmale Fachwerk-Bögen sein.

    Eine Variante ist die Netzwerkbogenbrücke mit gekreuzten Seilen anstatt vertikalen Stäben.

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    Andere unechte BogenbrückenBearbeiten

     
    Ein Fachwerkträger mit parallelen Gurten

    Der Träger vieler unechter Bogenbrücken ist ein Fachwerkträger, dessen Ober- oder Untergurt (oder beide) bogenförmig ist. Die Höhe des Balkens über der Balkenlänge wird auf diese Weise dem Verlauf der Biegebeanspruchung durch eine konstante Last (Streckenlast) angepasst, wodurch der Balken leichter wird.

    Ein Parabelträger oist ein Fachwerkträger mit einem geradlinigen, horizontalen Unter-Gurt für die Fahrbahn und einem gemäß einer Parabel gekrümmten Ober-Gurt. Die Träger bieten in der Seitenansicht die Form eines Bogensegments.
    Eine Variante ist der Halbparabelträger.

    Ein Fischbauchträger ist ein Fachwerkträger mit einem geradlinigen, horizontalen Ober-Gurt für die Fahrbahn und einem bogenförmig gekrümmten Unter-Gurt. Die Gurte bieten in der Seitenansicht die Form eines Fischbauchs.

    Ein Linsenträger ist ein Fachwerk-artiger Träger, dessen beide Gurte bogenförmig gekrümmt sind. Die Gurte bieten in der Seitenansicht die Form einer Linse. Zwischen den Gurten befinden sich i. d. R. nur senkrechte Stäbe, an deren Verlängerungen unten die Fahrbahn aufgehängt ist.
    Eine Variante ist eine von Laves gebaute Fußgängerbrücke mit Gehweg über dem Linsenträger.

    Siehe auchBearbeiten

    LiteraturBearbeiten

    • Dirk Proske, Peter Lieberwirth, Pieter van Gelder: Sicherheitsbeurteilung historischer Steinbogenbrücken, ISBN 978-3-00-018131-3, Dresden 2006

    WeblinksBearbeiten

      Commons: Bogenbrücken – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

    AnmerkungenBearbeiten

    1. Der ursprüngliche Begriff für diesen Sachverhalt war Widerlager, in dessen Wortteil Wider- die Übertragung horizontaler Kräfte anklingt. Diese ursprüngliche Bedeutung von Widerlager ist aber verloren gegangen. Heute sind mit Widerlagern alle äußeren (z. B. am Flussrand befindlichen) Verbindungen mit dem Baugrund gemeint, auch falls dort keine Horizontalkräfte zu übertragen sind.

    EinzelnachweiseBearbeiten

    1. a b c Bernd Nebel: Bogenbrücken
    2. Georg Böttcher:Bögen - Gewölbe - Kuppeln; Teil 1
    3. Georg Böttcher:Teil 2 «Bogenkonstruktionen werden bestimmt durch die Kraft, die im Bogen herrscht und den Winkel, mit dem diese Kraft im Auflagerbereich in eine horizontale und eine vertikale Komponente gesplittet wird.»
    4. Lueger (Zeno.org): Lexikon der gesamten Technik Bogenbrücken
    5. Bei nur einem Bogen ist die Brücke an beiden Seiten auf Kämpfern gelagert. Die abgebildete Brücke ist lediglich ein Ausschnitt aus einer Brücke mit mehreren Bögen, die an ihren Enden auf Kämpfern ruht. Nur dazwischen sind schlanke Pfeiler möglich, weil sich die aus den jeweils über ihnen gelagerten zwei Bögen stammenden Horizontalkräfte gegenseitig aufheben.