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Betonbrücken

[271] Betonbrücken (concrete bridges; ponts en béton; ponti in calcestruzzo) Brücken, die in reinem Stampfbeton ohne Eiseneinlagen ausgeführt werden. Da der reine Beton nur kleine Zugspannungen aufnehmen kann (bei einem Mischungsverhältnis 1 : 3 oder 1 : 4 bis rund 3 kg/cm²), so findet er nur Anwendung bei Tragwerken, in denen keine oder nur kleine Biegungsspannungen auftreten, wie bei Deckplatten von kleinen Durchlässen (s.d.) und insbesondere bei Stampfbetonbogenbrücken. Diese können als eingespannte Bogen oder als solche mit 2 Kämpfergelenken und 1 Scheitelgelenk zur Ausführung gelangen. Die erstere Art unterscheidet sich nicht wesentlich von jenen der gewölbten Steinbrücken. Sie müssen wegen ihrer statischen Unbestimmtheit und der Temperaturwirkung am Kämpfer insbesondere in erheblichen Stärken gehalten werden, um Rissebildungen infolge der auftretenden Zugspannungen zu vermeiden. Die eingespannten Bogen aus Beton sind deshalb den Steinbogen wirtschaftlich nicht viel überlegen, insbesondere dann, wenn sich guter Baustein in der Nähe der Baustelle vorfindet. Hingegen werden sie mit Vorteil bei schiefen Brücken verwendet, um den komplizierten Fugenschnitt der Steinbogen zu vermeiden. Eingespannte Stampfbetonbogen werden daher in der Regel nur für kleinere Spannweiten ausgeführt. Ganz anders verhält es sich mit den Stampfbetonbogenbrücken mit 3 Gelenken, durch deren Anordnung die Brücke statisch bestimmt gemacht und der ungünstige Einfluß der Temperatur ausgeschieden wird. Ein weiterer Hauptzweck der Gelenke ist der, verschiedene andere schädliche bei der Ausführung eines Stampfbetonbogens auftretende Erscheinungen hintanzuhalten,[271] wie die unvermeidlichen Senkungen und Formänderungen des Lehrgerüstes; die durch das Schwinden des Betons bedingten Formänderungen; kleine Widerlagerverdrehungen und -verschiebungen u. dgl. Alle diese schädlichen Einflüsse haben bei eingespannten Bogen Risse zur Folge, die in einem monolithischen Betonbogen viel schärfer auftreten als in gefugtem Mauerwerk (Ziegel, Hackelstein, Quader), wo die Formänderungen sich über eine Anzahl Fugen verteilen und nur ganz schwache Risse hervorrufen.

Betonbogen werden in der Regel auf der Schalung gestampft, die zu diesem Zweck fest und unnachgiebig sein muß (s. Lehrgerüst). Das Stampfen der Betonschichten in Höhen von etwa 15–20 cm erfolgt gewöhnlich senkrecht zur Bogenleibung, nur wo die Leibung[272] gegen die Kämpfer zu steiler als 35–40° wird, ist man genötigt, eine pfostenweise zu verlängernde äußere Schalung anzubringen und nach der Richtung der Leibung zu stampfen. Kleinere Bogen werden in einem Zuge betoniert, derart, daß man am Scheitel und von beiden Kämpfern beginnt und in der Nähe des Bogenviertelpunktes schließt. Größere Bogen muß man in einzelne Teilstücke oder Lamellen teilen, die einer Tagesleistung entsprechen und die durch radiale, gegen das Lehrgerüst abgestützte Schalung begrenzt werden (künstliche Widerlager). Dabei ist das Lehrgerüst möglichst symmetrisch zu belasten. Beim Anschlüsse an frisch erhärtete Betonflächen sind diese zwecks besserer Bindung mit Pickeln oder Stahlbesen aufzurauhen und mit einer Schicht dünnflüssigen Zementmörtels zu bewerfen. Als Beispiele dienen der Betonierungsvorgang bei der Illerbrücke nächst Kempten, Abb. 91, das Betonierungsschema des Bogens der Wallstraßenbrücke in Ulm, Abb. 92, das Betonierungsschema, Abb. 93 und Abb. 94, das Lichtbild der einzelnen Betonlamellen mit den künstlichen Widerlagern der Walnut-Lane-Brücke in Philadelphia. Anstatt die Betonbogen auf der Schalung zu stampfen, kann deren Herstellung unter Verwendung künstlicher Betonquader oder -blöcke erfolgen, genau so wie jene einer Quaderbrücke. Die Betonquader werden auf einem Werkplatze in eigenen Formkasten erzeugt, nach genügender Erhärtung mittels Hebezeugen und Versetzgerüsten an Ort und Stelle gebracht und sodann die ziemlich weiten Fugen mit Stampfmörtel ausgefüllt.[273]

Das durchschnittliche Betonmischungsverhältnis für Stampfbetonbogenbrücken ist 1 : 5 bis 1 : 6; häufig wird jedoch an Stellen, wo stärkere Druckbeanspruchungen auftreten, z.B. bei Dreigelenkbogen, in der Nähe der Gelenke eine bessere Mischung gegeben.

Die Gelenke bei Stampfbetonbogenbrücken werden als Blei- oder Asphaltplattengelenke, als Stein-, Eisen- oder Stahlgelenke ausgeführt. Bleigelenke sind Einlagen von 15 bis 20 mm dicken Bleiplatten in den Kämpfer- und Scheitelfugen entweder in der Art, daß die Bleiplatte das mittlere Drittel der Fugenbreite einnimmt (ältere Ausführung) oder daß man, um eine bessere Gelenkwirkung zu erzielen, den Bleistreifen so schmal ausführt, als die zulässige Druckbeanspruchung des Bleis (120 kg/cm²) gestattet. Man verwendet Walzbleistreifen von 15 bis 25 mm Dicke und etwa 1 m Länge. Wenn diese beim Versetzen der Gelenkquader in die Fugen eingelegt werden, ist darauf zu achten, daß die Streifen auch genau in die Fugenmitte kommen und daß sie in ihrer ganzen Fläche gleichmäßig an den Quadern anliegen. Eine gute Lösung erfolgte bei der Donaubrücke in Ehingen (Abb. 95), wo zu diesem Zweck an den Gelenkstellen von unten in eine Aussparung der Schalung keilförmige Holzschaufeln eingelegt wurden, die die Bleiplatten stützten, während die gleichen Holzkeile die obere Fuge der Bleiplatte begrenzten. Die Seitenflächen der Schaufeln waren mit dünnem Blech bekleidet, um ihr Herausziehen nach vollendeter Stampfung zu erleichtern. Die Bleiplatten wirken nur als unvollkommene Gelenke, da sie die Unsicherheit in der Lage des Fugendruckes nur auf die Breite der Platte einschränken. Sie sind so lange wirksam, als die Fugen, in denen sie eingelegt sind, offen bleiben, was gewöhnlich nur bis nach erfolgter Ausrüstung der Fall ist. Bis zu diesem Zeitpunkte kommt nur die Wirkung des Eigengewichts in Betracht. Ist das Gewölbe ausgerüstet, so vergießt man in der Regel die offenen Gelenkfugen mit Zementmörtel, so daß für die hinzutretende Belastung schon der Zustand der Einspannung Geltung hat. Will man die Gelenkfugen dauernd offen halten, so muß man trachten, ein Abgleiten der Bleiplatte zu verhindern; dies geschieht durch Dollen oder durch normal zur Berührungsfläche einbetonierte kurze Flacheisen (Königsbrücke in Düsseldorf) oder wie dies die Abb. 96 zeigt. Es ist dies die Anordnung der Gelenke der Neißebrücke bei Rothenburg (Stampfbetonbogen von 30∙5 m Spannweite und 4∙2 m Pfeilhöhe; Bogenstärken im Scheitel 55 cm, im Kämpfer 70 cm, in der Schenkelmitte 100 cm). In den Gelenken sind 10 mm starke Bleiplatten von ¹/₃ der Fugenbreite eingelegt und in Abständen von 20 cm Rundeisenstäbe von 16 mm Durchmesser kreuzweise einbetoniert.

Steingelenke, von Köpcke eingeführt, bestehen aus zwei Quadern (natürlich harter Stein oder Beton), die sich in zylindrischen Flächen von konkaver und konvexer Krümmung berühren. Die konkave Fläche besitzt einen größeren Krümmungshalbmesser als die konvexe, so daß eine ziemlich widerstandslose Verdrehung durch Abwälzen stattfinden kann. Es tritt hierbei eine sehr geringfügige Verschiebung der Berührungsstelle der Gelenksteine ein, die jedoch vernachlässigt werden kann. Die Gelenksteine müssen mit großer Sorgfalt versetzt werden, damit die Berührung tatsächlich in der Bogenachse stattfindet. Es läßt sich dies aus der Weite der Randfugen beurteilen. Sind die Quader ganz glatt zubearbeitet, so können sie sich in den Gelenkflächen unmittelbar berühren. In der Regel werden aber immer kleinere Unebenheiten vorhanden sein und man wird zur Ausgleichung dieser einen dünnen 2–3 mm starken Weichbleistreifen einlegen. Der spezifische Druck zwischen den Gelenksteinen wird um so geringer, je größer und je weniger verschieden ihre Krümmungshalbmesser sind. Nach der Hertzschen Theorie ist

darin bezeichnen P die Kraft, mit der die Zylinder in der Länge 1 aufeinandergepreßt werden, r₁ und r₂ die Krümmungshalbmesser an der Berührungsstelle; die Inanspruchnahme σ kann erfahrungsgemäß ziemlich hoch gewählt werden: für Granit bis 200 kg/cm², für Betonquader aus guter Mischung bis 90 kg/cm². Den Halbmesser des konvexen Gelenksteines macht man r₁ = 1∙5 d bis 3 d, jenen des konkaven Steines r₂ = 2 d bis 4 d, wenn d die Gewölbestärke bedeutet. Bei einigen neueren Ausführungen hat man Betongelenkquader auch mit Eisen armiert, um ihre Druckfestigkeit zu erhöhen. Vorteilhaft ist eine Spiralumschnürung oder nur die Einlage von Eisenstäben quer zur Druckrichtung. Die Abb. 97 zeigt die Gelenksteine der neuen Augustusbrücke über die Elbe in Dresden. Diese Brücke hat Korbbogengewölbe in Stampfbeton, von denen die kleineren von 17∙6 bis 25 m Weite, im Scheitel und an den Kämpfern Bleiplatteneinlagen, die größeren bis zu 39∙3 m Weite vollkommen ausgebildete Wälzgelenke erhielten. Die steinernen Wälzgelenke sind wirtschaftlich und einfach herzustellen. Sie lassen sich auch sehr gut erhalten, bilden aber trotzdem kein vollkommenes Gelenk.[274]

Tabelle ausgeführter Stampfbetonbogenbrücken.

[276] Gelenke aus Eisen oder Stahl sind in ihrer Wirkungsweise allen vorangeführten Gelenkarten vorzuziehen, sind aber ziemlich teuer. Sie werden entweder als Wälzgelenke mit viel kleineren Krümmungshalbmessern oder als Zapfengelenke ausgeführt. Die Wälzgelenke bestehen aus 2 stählernen Gelenkstücken mit konvexer und konkaver Krümmung, die den Gelenkdruck durch kräftige Lagerkörper auf den Beton übertragen. Abb. 98 zeigt das Scheitelgelenk der Maximilianbrücke in München. Die Lagerkörper können die Gelenkflächen auch unmittelbar angegossen haben, wie dies die Abb. 99 und 100 zeigen, die das Kämpfergelenk der Isarbrücke bei Grünwald, bzw. das Scheitelgelenk der Illerbrücke darstellen.

Die Lagerstühle solcher eisernen Wälzgelenke werden anstatt in Gußeisen auch durch zusammengenietete Profilträger nach Abb. 105 gebildet, die das Scheitelgelenk der Donaubrücke zu Munderkingen darstellt (50 m lichte Spannweite, 5 m Pfeilhöhe, Gewölbestärke im Scheitel 100 cm, im Kämpfer 110 cm, im Bogenviertel 140 cm). Während diese eisernen Wälzgelenke nach außen hin verdeckt und nur durch eine schmale Bewegungsfuge sichtbar gemacht sind, werden die vollkommensten Gelenke, die eisernen Zapfengelenke, in der Regel sichtbar gelassen. Diese bestehen aus 2 durch Rippen versteiften gußeisernen Lagerstühlen, die einen Zapfen aus Stahl enthalten; die Abb. 101 zeigt ein Kämpfergelenk dieser Art, jenes der Donaubrücke bei Inzigkofen (Stampfbetonbogen von 43 m Stützweite, 4∙38 m Pfeilhöhe, Bogenstärke im Scheitel 70 cm, im Kämpfer 78 cm, in den Bogenvierteln 110 cm).

Die Berechnung der Abmessungen der eisernen Gelenke erfolgt nach der früher angegebenen Hertzschen Formel, worin P den Gelenkdruck in kg auf 1 cm Länge, E = 2,200.000 kg/cm² die Formänderungszahl des Eisens bedeutet. Als größte spezifische Beanspruchung für Stahlguß kann man 3000 bis 4000 kg/cm² annehmen. Für Zapfenlager bedient man sich folgender empirischer Formeln: für Lagerkörper aus Stahlguß d = 0∙002 bis 0∙004 P, bei Lagerkörpern aus Gußeisen d = 0∙003 bis 0∙005 P, worin d den Zapfendurchmesser in cm und P den Gelenkdruck in kg für 1 cm Länge vorstellt. Die Lagerkörper sind auf Biegung zurechnen, wobei für Stahlguß 1000–1200 kg/cm², für Gußeisen 250 kg/cm² als zulässige Beanspruchung anzunehmen ist. Die Übermauerung und Ausbildung der Fahrbahn bei Stampfbetonbogenbrücken wird in derselben Weise ausgeführt wie bei den Steinbrücken (s.d.).

Die Tabelle auf Seite 275 gibt eine Übersicht der größeren Stampfbetonbogenbrücken (Melan, Brückenbau, Bd. II). In der Abb. 104 ist der Längsschnitt der Donaubrücke zu Munderkingen, in der Abb. 102 jener der Eisenbahnbrücke über die Hier bei Kempten, in Abb. 103 Ansicht und Querschnitt der Walnut-Lane-Brücke in Philadelphia dargestellt. Es sind[277] dies 3 typische Beispiele von ausgeführten Stampfbetonbogenbrücken.

Literatur: v. Leibbrand, Gewölbte Brücken. Fortschritte der Ingenieurwissenschaften. Leipzig 1897. – Förster, Steinerne Brücken. Handbuch der Ingenieurwissenschaften. 4. Aufl. Leipzig 1904. – Büsing und Schumann, Der Portlandzement und seine Anwendung im Bauwesen. 3. Aufl. Berlin 1905. – Müller (Breslau), Die graphische Statik der Baukonstruktionen. 4. Aufl. Stuttgart 1905, Bd. I, S. 176: Der vollwandige Bogen mit 3 Gelenken. – Melan, Handbuch der Ingenieurwissenschaften. 3. Aufl. Leipzig 1906, Bd. II, 5. Abt.: Der vollwandige Bogen. – Engesser, Über weitgespannte Wölbbrücken. Zeitschrift für Architektur und Ingenieurwesen. 1907, Heft 5. – Färber, Dreigelenkbogenbrücken und verwandte Ingenieurbauten. Stuttgart 1908. – Zimmermann, Der Dreigelenkbogen aus Stein, Beton oder Eisenbeton. Stuttgart und Leipzig 1909. – Mehrtens, Vorlesungen über Ingenieurwissenschaften. 2. Aufl. Leipzig 1910, I. Teil, Bd. II: Der Vollwandbogen mit drei Gelenken. – Emperger, Handbuch für Eisenbetonbau. 2. Aufl., Bd. IV. Berlin 1911. – Melan, Der Brückenbau. Bd. II. Leipzig und Wien 1911.

Nowak.

Abb. 91. Betonierungsvorgang bei der Illerbrücke bei Kempten.

Abb. 92. Betonierungsvorgang bei der Wallstraßenbrücke in Ulm.

Abb. 93. Betonierungsvorgang bei der Walnut-Lane-Brücke in Philadelphia.

Abb. 94. Lichtbild der Bogenlamelle der Walnut-Lane-Brücke.

Abb. 95. Bleigelenk der Donaubrücke zu Ehingen.

Abb. 96. Kämpfergelenk der Neißebrücke bei Rothenburg.

Abb. 97. Scheitel- u. Kämpfergelenke der Augustusbrücke in Dresden.

Abb. 98. Scheitelgelenk der Maximiliansbrücke in München.

Abb. 99. Kämpfergelenk der Isarbrücke.

Abb. 100. Scheitelgelenk der Illerbrücke.

Abb. 101. Kämpfergelenk der Donaubrücke zu Inzighofen.

Abb. 102. Längsschnitt der Illerbrücke zu Kempten.

Abb. 103. Ansicht der Walnut-Lane-Brücke in Philadelphia.

Querschnitt zu Abb. 103.

Abb. 104. Längsschnitt der Donaubrücke zu Munderkingen.

Abb. 105. Scheitelgelenk der Donaubrücke zu Munderkingen.