Bogenbrücke

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Römische Bogenbrücke, Vereinigtes Königreich

Die Bogenbrücke oder auch Gewölbebrücke 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.

Einteilung[Bearbeiten]

Die Trennung der Bauarten Gewölbe- und Bogenbrücken erfolgt in der DIN 1075:1981-04 (Betonbrücken; Bemessung und Ausführung) nach dem Verhältnis der Pfeilhöhe f zur Stützweite l. Bei flachen Bögen mit einem Verhältnis f/l < 1/3 handelt es sich danach um Bogenbrücken, bei f/l > 1/3 liegt eine Gewölbebrücke vor.

Tragverhalten[Bearbeiten]

Brückenbogen

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 zu bauen. Es 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 Spätmittelalter 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 bei dieser Bogenform oft größere Rampen zu bauen sind oder eine Erhebung auf der Brücke hingenommen werden muss.

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.

Statisches Prinzip[Bearbeiten]

Das statische Prinzip der Bogenbrücke besteht darin, dass die vertikalen Lasten, die durch Eigenlast, Verkehr etc. entstehen, vor allem durch Druckkräfte im Bogen in den Baugrund geleitet werden. Die Widerlager/Fundamente müssen neben lotrechten Kräften insbesondere 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 umso 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.

Bauelemente[Bearbeiten]

Es gibt mehrere Konstruktionsformen von Bogenbrücken:

Fahrbahn[Bearbeiten]

Die Dreiländerbrücke mit untenliegender Fahrbahn

Der eigentliche Bogen ist zumeist nicht befahrbar und für den allgemeinen Verkehr nicht begehbar. Die Fahrbahn befindet sich deshalb an Hängern unterhalb des Bogens oder ist aufgeständert über der Brücke. Sie kann auch in der Mitte dazwischen angebracht sein (wie bei der neuen Svinesundbrücke).

Danach lassen sich die Bauformen von Bogenbrücken nach der Lage der Fahrbahn wie folgt bezeichnen.

  • Unten liegende Fahrbahn
  • Oben liegende Fahrbahn
  • In der Mitte liegende Fahrbahn

Beispiel[Bearbeiten]

Das Bild der Bogenbrücke in Wehlen (Sächsische Schweiz) zeigt sie während des Baus. Die Sandsteinquader werden 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.

Unechte Bogenbrücken[Bearbeiten]

Hauptartikel: Langerscher Balken
Bogen mit Zugband (unechter Bogen)

Im Gegensatz zu den klassischen Bogenbrücken werden bei unechten Bogenbrücken die Horizontalkräfte des Bogens nicht über die Widerlager in den Baugrund abgetragen, sondern vom Fahrbahnträger aufgenommen, der als Zugband ausgebildet ist. Durch diese in sich verankerte Bauform müssen die Widerlager aus den statischen Lasten nur vertikale Kräfte aufnehmen. Das Tragwerk einer solchen Brücke ist ein versteifter Träger in der Form eines Balkens, welcher durch einen bogenförmigen Rahmen verstärkt ist. Unechte Bogenbrücken bestehen meist aus Stahl oder Spannbeton, weil das Material auch Zugkräfte aufnehmen kann. Die Bauform wird auch als in sich verankerten Bogenbrücken, Stabbogenbrücke oder nach ihrem Erfinder als Langerscher Balken genannt bezeichnet.

Sonderformen der unechten Bogenbrücke sind die Netzwerkbogenbrücke, die in Japan oft als Nielsen-Lohse-Brücke bezeichnet wird. Burr-Truss-Brücken verbinden Bogenbauweise mit Fachwerkbau. Diese Bautechnik wurde vor allem bei den überdachten Holzbrücken Nordamerikas verwendet.

CFST-Brücken[Bearbeiten]

Hauptartikel: CFST-Brücke

Eine moderne Bauart der Bogenbrücken sind die seit 1990 in China häufig gebauten CFST-Brücken (concrete filled steel tube bridges), bei denen der tragende Bogen zunächst aus leeren Stahlrohren hergestellt wird, die anschließend mit Beton verfüllt werden.

Beispiele bekannter Bogenbrücken[Bearbeiten]

Siehe auch[Bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten]

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

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Bogenbrücken – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien