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Bogenbrücken

[438] Bogenbrücken (arch bridges; ponts en arcs; ponti in arco) Brückensysteme, deren Überbau nach dem Grundsatze der Bogenträger ausgeführt ist. Als Baustoff kommt vorzugsweise Eisen, u. zw. Schmiedeeisen und Stahl, Stein und Beton in Betracht. Die hölzernen und gußeisernen B. haben nur mehr eine geschichtliche Bedeutung.

Nachstehend werden nur die eisernen B. besprochen, bezüglich der steinernen, gewölbten Brücken s. Betonbrücken, Eisenbetonbrücken und Steinbrücken.

In den zu Ende des 18. Jahrhunderts in England erbauten gußeisernen B. (Brücke der Coalbrookdale-Eisenwerke über den Severn, Brücke bei Buildwas u.a.) hat das Eisen seine erste Anwendung im Brückenbau gefunden. Diesen Vorläufern folgten bald besser ausgebildete Bauten von gußeisernen B. in England, Frankreich und Deutschland, von denen die 1814–1819 von John Rennie erbaute Southwark-Brücke in London (Mittelöffnung 73∙1 m) hervorzuheben wäre. Die erste gußeiserne Eisenbahn-Bogenbrücke war wohl die 1846 erbaute schiefe Brücke der französischen Nordbahn über den Kanal von St. Denis. Seit der Mitte des vorigen Jahrhunderts gelangten aber gußeiserne B. nur mehr vereinzelt, hauptsächlich für Straßen- und Kanalbrücken in Frankreich (1860 Solferino-Brücke, 1862 St. Louis-Brücke über die Seine in Paris) am spätesten noch in England (1886 Battersea-Brücke über die Themse in London, 1890 Albert-Brücke in Belfast) zur Ausführung. In dem Maße nämlich, als die Fortschritte in der Theorie eine richtigere statische Beurteilung der Bogenträger ermöglichten, erkannte man, daß diese bei der wechselnden Belastung der Brücken nicht durchweg nur auf Druck beansprucht werden, sondern daß auch Biegungsmomente auftreten, die unter Umständen Zugspannungen hervorrufen können. Für eine derartige Beanspruchung, die bei bewegten Lasten auch noch mit Stoßwirkungen verbunden ist, ist das Gußeisen wenig geeignet.

Die Reihe der schweißeisernen B. wurde durch die im Jahre 1854 erbaute Eisenbahnbrücke über die Aaare bei Olten mit Vollwandblechbogen von 31∙5 m Weite und durch die fast gleichzeitig errichtete Arcolebrücke in Paris (Blechbogen mit Zwickelausfachung von 80 m Weite) eröffnet, doch blieb noch durch mehrere Jahrzehnte die Anwendung dieser Brückenart auf vereinzelte Ausführungen beschränkt. Von diesen sind hervorzuheben: in Deutschland die 1864 von Heinrich erbaute Rheinbrücke der Linie Koblenz-Lahnstein mit rund 97 m Öffnungsweite, in Amerika die 1864 vollendete Mississippibrücke in St. Louis mit drei 158 m weit gespannten Bogen aus Chromstahl. Die Fortschritte in der Theorie und Praxis des Baues eiserner Brücken, die das 8. und 9. Jahrzehnt des vorigen Jahrhunderts brachte, waren für die steigende Anwendung des Bogenträgersystems und für die Entwicklung, die der Bau der B. in den letzten Jahrzehnten namentlich in Deutschland nahm, von großer Bedeutung. Den Rheinbrücken bei Rheinhausen (1873) und oberhalb Koblenz (1879), die an das Vorbild der älteren Koblenzer Brücke anlehnen, folgten eine Reihe großer B. in Frankreich (Viaur-Viadukt mit 220 m Kämpferweite, weitest gespannte B. Europas), der Schweiz, Nordamerika (Straßenbrücke über den Niagarafluß mit 256 m Spannweite) und insbesondere in Deutschland, wo durch den Bau der Brücken am Nordostseekanal (bei Grünenthal und Levensau), der Talbrücke bei Müngsten (Kaiser-Wilhelm-Brücke), der Rheinbrücken zu Mainz, Bonn, Düsseldorf, Worms und Köln, der Elbebrücken zu Dresden, Haarburg und Magdeburg u.a. zahlreiche, durch Mannigfaltigkeit der Systeme und mustergültige Konstruktion hervorragende Entwürfe und Ausführungen von B. geschaffen wurden.

Hinsichtlich der Tragwerkssysteme der B. können folgende Anordnungen unterschieden werden (s. Bogen- und Hängeträger, Theorie).

I. Schlaffe Bogen, Stabbogen in Verbindung mit geraden Balken (Blech- oder Gitterträgern) als Versteifung. Dieser Versteifungsträger kann entweder ohne Unterbrechung durchgehen oder aus zwei in der Trägermitte durch ein Gelenk verbundenen Hälften bestehen. Letztere Anordnung ist statisch bestimmt. Das System hat (1881) bei der Grazer Murbrücke (Abb. 213), dann bei der Ihmebrücke in Hannover, bei der Murbrücke zu Gobernitz (70∙5 m mit Mittelgelenk) und der Brücke am Bahnhof Halensee Anwendung gefunden. Bei diesen Ausführungen liegt der Bogen über dem Versteifungsträger und es nimmt letzterer den Bogenschub auf. Wegen der Notwendigkeit, dem Bogen einen genügend knickfesten Querschnitt zu geben, erscheint das System bei größeren Öffnungsweiten nicht mehr zweckmäßig.

II. Steife Bogen, die entweder a) als vollwandige Blechbogen oder b) als Fachwerk- oder Gitterbogen ausgeführt werden können. Hinsichtlich der Auflagerung sind zu unterscheiden:[438]

1. Bogen ohne Gelenk mit flach aufgelagerten oder eingespannten Enden. Feste Lager sind früher bei Blechbogen häufiger angewendetworden (Abb. 214). Fachwerksbogen dieser Art haben zwei gekrümmte Gurtungen mit gleichbleibendem (Abb. 215) oder gegen die Kämpfer etwas zunehmendem Abstande (Abb. 216). Neuere Beispiele sind: die Kornhausbrücke in Bern, die Addabrücke bei Paderno, die Kaiser Wilhelm-Brücke bei Müngsten. Letztere Brücke ist durch die Art der Aufstellung bemerkenswert, die ohne festes Gerüst durch freie Auskragung mit vorübergehender Einschaltung von Kämpfergelenken erfolgte.

2. Bogen mit Kämpfergelenken. Diese stützen sich auf gelenkförmige Lager, wodurch die Angriffspunkte der Kämpferdrücke festgelegt werden und das Trägersystem hinsichtlich der äußeren Kräfte bloß einfach statisch unbestimmt wird. Bei Blechbogen bildet die gelenkige Auflagerung jetzt die Regel. Die Washington-Brücke über den Harlemfluß (Abb. 217) mit 155∙5 m Spannweite und 3∙4 m hohen Blechbogen ist die weitestgespannte Blechbogenbrücke.

Die Fachwerkbogen mit Kämpfergelenken haben entweder

α) parallele oder nahezu parallele Gurtungen und Ausfachung mit senkrecht oder radial gestellten Pfosten und einfachen oder gekreuzten Schrägstäben. Hierher gehört die weitestgespannte unter den derzeit bestehenden B., die Straßenbrücke über den Niagara (Abb. 218 und 218 a) mit 256∙1 m Stützweite, welche Brücke ohne Gerüst mit freier Auskragung montiert wurde. Diese wird aber in der Spannweite von der in Ausführung begriffenen Hellgate-B. bei New York, einer viergleisigen Eisenbahnbrücke mit über die Fahrbahn ragendem Bogen von rund 300 m Stützweite übertroffen (Abb. 219).

β) Sichelbogen. Die Träger besitzen im Bogenscheitel die größte Tragwandhöhe, in den Kämpfern sind die Gurte zusammengeführt. Beispiele: Dourobrücke bei Oporto, Straßenbrücke über den Rhein bei Worms, Garabitviadukt (Abb. 220), Hochbrücke über den Nordostseekanal bei Grünental (Abb. 221). Bei letzterer schneidet die Fahrbahn (zweigleisige Eisenbahn) die Bogentragwände und ist zum Teil an diese angehängt, zum Teil auf sie gestützt. In der Höhe der Fahrbahn ist ein Zugband angeordnet, das aber erst nach Ausrüstung der Träger eingefügt wurde, also nur den Schub der Verkehrslast aufnimmt. Beim Garabitviadukt sind als Fahrbahnträger kontinuierliche Parallelfachwerksträger angeordnet,[439] die sich auf den Scheitel und in zwei Zwischenpunkten mittels eiserner Pfeiler auf den parabolischen Bogen stützen.

γ) Fachwerkbogen mit ausgefachten Zwickeln. Der gerade Obergurt trägt die Fahrbahn und ist mit dem bogenförmigen Untergurt durch eine Ausfachung, in der Regel aus lotrechten und geneigten Stäben bestehend, verbunden (Abb. 228, Seitenöffnungen der Bonner-Brücke). Die Trägerform findet namentlich für kleinere und mittlere Spannweiten vorteilhaft Anwendung. Abb. 222 zeigt die ausnahmsweise Anwendung auch für eine große Spannweite. Ein großes Bauwerk dieser Art ist auch die Angerschluchtbrücke bei Hof-Gastein auf der Tauernbahn (Abb. 223) mit 110 m Stützweite.

δ) Fachwerkbogen mit unterer bogenförmiger oder vieleckiger und oberer aus Geraden zusammengesetzter Gurtung mit größtem Abstand der Gurtungen in etwa ¹/₄ und ³/₄ der Stützweite, entsprechend der Größe der Maximalmomente (Abb. 224).

3. Dreigelenkbogen, Bogen mit Kämpfer- und Scheitelgelenken. Auch diese werden wie jene unter 2 ausgeführt als

a) vollwandig als Blechbogen. Eine besondere Ausführungsart zeigt die durch ihr besonders flaches Stichverhältnis (6∙28 m Pfeil auf 107∙5 m Stützweite) bemerkenswerte Alexanderbrücke in Paris (Abb. 225), deren Bogen aus Stahlgußsegmenten zusammengefügt sind.

b) Fachwerkbogen entweder mit parallelen Gurtungen oder aus zwei sichelförmigen Bogenhälften[440] bestehend oder endlich mit geradem Obergurt und ausgefachten Bogenwinkeln.

Wird ein Bogentragwerk über seine Stützweite hinaus durch Kragarme verlängert, auf die sich wieder kurze Balkenträger stützen, so entsteht eine Auslegerbogenbrücke. Durch das Gewicht und die Belastung des Kragarmes wird der Horizontalschub des Bogens vermindert. Eine derartige Tragwerkanordnung zeigt die Lavaurbrücke über die Viaur auf der Eisenbahnlinie Carmaux-Rodez in Frankreich (Abb. 226 a, b), eine Dreigelenkbogenbrücke von 250 m Stützweite mit Auslegerarmen von rund 70 m Länge. Eine sehr flach gespannte Auslegerbogenbrücke mit Kämpfer- und Scheitelgelenken ist die Mirabeaubrücke in Paris (Abb. 227). Die Kragarme sind hier mit ihren Enden aufgelagert, wodurch das Tragwerksystem zweifach statisch unbestimmt wird.

Gegenwärtig wird den Bogen mit gelenkigen Auflagerungen wohl meist der Vorzug vor den eingespannten Bögen gegeben. Maßgebend hierfür sind die Rücksichten auf eine mehr gesicherte Montierung, auf die Vermeidung oder wenigstens bedeutende Verminderung von Überanstrengungen durch Montierungsmängel und durch Temperaturwirkung. Bei den in neuerer Zeit ausgeführten gelenklosen Bogen hat man daher wenigstens während der Aufstellung und für die Eigengewichtswirkung vorübergehend eine Gelenklagerung herbeigeführt (Müngstener Brücke). Gegen den Dreigelenkbogen, der allerdings einfach zu berechnen ist und von Montierungs- und Temperaturspannungen gänzlich frei ist, werden der ungünstigere Einfluß von Stößen und die größeren Scheitelbewegungen durch Belastung und Temperaturwirkung geltend gemacht; bei beschränkter Konstruktionshöhe und großer[441] Spannweite, wo es sich um möglichste Verminderung der Trägerhöhe im Scheitel handelt, wird man aber doch gerne zur Anordnung eines Scheitelgelenkes greifen.

Bezüglich der Wahl der Trägerform ist zu erwähnen, daß Bogen mit ausgefachten Zwickeln sich mehr für kleinere und mittlere Spannweiten mit oben liegender Fahrbahn eignen, während für größere und sehr große Spannweiten parallelgurtige oder sichelförmige Bogenträger die zweckmäßigere Anordnung darstellen.

Was die Lage der Fahrbahn anbelangt, so findet man bei den älteren B. weitaus am häufigsten jene Anordnung, die man als »Bahn oben« bezeichnet. Bei dieser liegen die Hauptträger (Bogen) gänzlich unter der Fahrbahn und letztere stützt sich mittels vertikaler Ständer, die bei Fachwerksbogen immer in den Knotenpunkten angeordnet sind, auf den Bogen. Bei genügend großer verfügbarer Höhe zwischen Bogenauflager und Fahrbahn ist dies die zweckentsprechendste und das Schönheitsgefühl am besten befriedigende Anordnung. Bei weit und hoch gespannten Bogen hat man dann auch die Fahrbahn nicht in jedem Knotenpunkt gestützt, sondern diese durch einen Viadukt gebildet, der von eisernen, auf den Bogenträgern aufstehenden Pfeilern getragen wird (Abb. 216 und 220). Ist die Höhe zwischen Bogenauflager und Fahrbahn im Verhältnis zur Spannweite nur gering, so bleibt zur Erzielung eines günstigen Stichverhältnisses nichts anderes übrig, als den Bogenscheitel über die Fahrbahn zu legen; letztere durchschneidet dann den Bogen und ist auf ihn teils gestützt, teils an ihn angehängt (Abb. 221 und 228). Aber auch bei ganz unten liegender Fahrbahn findet das Bogenträgersystem Anwendung und es ist in neuerer Zeit der über der Brückenbahn liegende steife Fachwerksbogen mit Zugband[443] eine namentlich in Deutschland beliebte Anordnung geworden. Derartige Träger belasten ihre Stützen nur lotrecht, wirken sonach als Balkenträger, besitzen aber gegenüber Balkenfachwerken den Vorteil, daß sie freien Durchblick und Querverkehr über die Brücke gestatten, kürzere Druckstäbe enthalten und die Tragkonstruktion leichter erscheinen lassen. Hervorragende Beispiele für dieses Brückensystem geben die seit 1900 gebauten Straßen- und Eisenbahnbrücken über den Rhein bei Düsseldorf (181∙3 m), Worms (116∙8 m), Köln (167∙7 m) (Abb. 229), über die Elbe bei Haarburg (100 m), Magdeburg (135 m) u.a.

In der Tabelle S. 443 sind noch einige der hervorragendsten, seit 1907 ausgeführten eisernen B. mit ihren Hauptdaten angegeben (nach Rohn, Bemerkenswerte eiserne Brücken, Zürich 1910):

Literatur: Landsberg, Konstruktion d. eisernen Bogenbrücken im Hb. d. Ing. W. 2. Bd., 5. Abt, 3. Aufl. Leipzig 1906. – Haeseler, der Brückenbau. Eiserne Brücken. 4. Lief. Braunschweig 1908. – Bernhard, Eiserne Brücken. Berlin 1911. – Mehrtens, Eisenbrückenbau. Leipzig 1908.

Melan.

Abb. 213. Straßenbrücke über die Mur in Graz.

Abb. 214. Rohrbachbrücke der Gotthardbahn.

Abb. 215. Mississippibrücke bei St. Louis.

Abb. 216. Kaiser-Wilhelm-Brücke über das Wuppertal bei Müngsten.

Abb. 217. Washington-Brücke über den Harlemfluß bei New York.

Abb. 218. Straßenbrücke über den Niagarafluß, N.-A.

Abb. 218 a. Straßenbrücke über den Niagarafluß, N.-A.

Abb. 219. Hellgate-Brücke bei New York nach dem Entwurf von G. Lindenthal.

Abb. 220. Garabitviadukt (Eisenbahnlinie Marvejol-Neussargues).

Abb. 221. Eisenbahnbrücke über den Nordostseekanal bei Grünental.

Abb. 222. Eisenbahnbrücke über den Niagara, N.-A.

Abb. 223. Angerschluchtbrücke der Tauernbahn.

Abb. 224. Blaauw-Krantz-Viadukt, Kapland.

Abb. 225. Alexanderbrücke in Paris. Halber Längsschnitt.

Abb. 226 a. Ansicht des Lavaurviadukts, Eisenbahnlinie Carmaux-Rodez.

Abb. 226 b. Querschnitt des Lavaurviadukts.

Abb. 227. Mirabeau-Straßenbrücke in Paris.

Abb. 228. Straßenbrücke über den Rhein bei Bonn.

Abb. 229. Eisenbahn- u. Straßenbrücke in Köln (Nordbrücke).