Netzwerkbogenbrücke

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Fehmarnsundbrücke

Eine Netzwerkbogenbrücke ist eine Stabbogenbrücke mit sich mehrmals überkreuzenden Hängern. Durch die Anordnung eines Hängernetzes werden die Biegemomente und Querkräfte in Bogen und Fahrbahnträger herabgesetzt, so dass diese sehr schlank gestaltet werden können und bis zu 20 % Stahl gegenüber einer klassischen Stabbogenbrücke eingespart werden können. Häufig bestehen Netzwerkbogenbrücken aus zwei Bögen mit einer dazwischen eingespannten Fahrbahnplatte aus Beton.

Geschichte[Bearbeiten]

Die Idee der Netzwerkbogenbrücke entwickelte der norwegische Bauingenieur Per Tveit zum Ende der 1950er Jahre. Die erste Netzwerkbrücke wurde 1963–1964 in Steinkjer, Norwegen errichtet und ist heute noch genutzt.

Statisches Prinzip[Bearbeiten]

Bei Stabbogenbrücken stützt der Bogen mit den vertikalen Hängern elastisch den biegesteifen Fahrbahnträger. Diese Bauart wirkt bei einer in Längsrichtung gleichmäßig verteilten Last optimal und erfährt nur relativ geringe Durchbiegungen. Dagegen kommt es bei halbseitiger Belastung zu vergleichsweise großen Verformungen, weil der Bogen in Längsrichtung ausweicht und die Hänger dadurch ihre Wirkung verlieren. Dies bewirkt im Bogen und im Untergurt größere Biegemomente und eine deutliche Herabsetzung der Knicklast des Bogens.

Die schräge Anordnung der Hänger bei Netzwerkbogenbrücken wirkt dem Ausweichen des Bogens in Längsrichtung bei einseitiger Belastung entgegen und erhöht die Knicklast des Bogens deutlich. Der Bogen wird bei einseitiger Belastung annähernd in der Richtung, in die er ausweichen will, von den Hängern elastisch gehalten. Weil die Hänger in spitzen Winkel am Fahrbahnträger befestigt sind, wird ein Teil der Kräfte in horizontaler Richtung in den Fahrbahnträger eingeleitet und von diesem durch seine Dehnsteifigkeit kompensiert. Durch die geneigten Hänger mit mehrfachen Überkreuzungen verhält sich eine Netzwerkbogenbrücke in Längsrichtung somit sowohl für Volllast als auch für halbseitige Belastung ähnlich wie ein Fachwerk, wo mehrheitlich reine Zug- und Druckkräfte vorkommen.

Die Anordnung der Hänger bestimmt die Eigenschaften eines Netzwerkbogens. Sie definiert sich über Hängeranzahl, -neigung und -abstand. Eine einfache Möglichkeit, ein effizientes Tragwerk zu bilden, ist die Anwendung einer radialen Hängeranordnung, die von Benjamin Brunn und Frank Schanack 2003 entwickelt wurde [1]. Bei der radialen Hängeranordnung sind die Abstände der oberen Hängerknoten und die Winkel zwischen Hängern und Bogen konstant.

Durch die Verwendung eines Hängernetzes mit gleichmäßig ansteigender Neigung der Hänger, wie sie von Per Tveit vorgeschlagen wurde, kann eine vergleichbare Effizienz zu einer radialen Anordnung mit kürzeren Hängern erreicht werden. Der erste Hänger eines Hängersets erhält dabei einen vordefinierten Startwinkel, der für die folgenden Hänger kontinuierlich vergrößert wird.

Untersuchungen zeigen, dass es bei beiden oben genannten Lösungen unter der Voraussetzung optimaler Neigungswinkel zu keinen Ausfällen von Hängern kommt. Die maximalen Kräfte in den Hängern sowie die Spannungsschwingbreiten können reduziert werden und es treten nur geringe Abweichungen zwischen den Hänger-Maximalkräften auf[2].

Abgrenzung zu Nielsen-Lohse-Brücken[Bearbeiten]

In Japan werden Stabbogenbrücken mit gekreuzten Hängern fälschlicherweise Nielsen-Lohse-Brücken genannt. Nielsen steht für den Ingenieur Octavius F. Nielsen, der im Jahre 1926 ein Patent auf Bögen mit Zugband und schräg gestellten Hängestangen anmeldete. Dieser Brückentyp wurde daraufhin ca. 60mal hauptsächlich in Schweden realisiert. Bei keiner dieser Brücken finden sich überkreuzende Hängestangen.

Lohse steht für den deutschen Ingenieur Hermann Lohse (1815–1893), der Ende des 19. Jahrhunderts einen Bogen mit Zugband entwickelte, dessen Zugband entgegengesetzt zum Bogen gekrümmt ist. Die Fahrbahn trägt ein drittes Element, das unter den Bögen hängt.

Es ist somit erkennbar, dass die Bezeichnung Nielsen-Lohse für Stabbögen mit mehrfach gekreuzten Hängern nicht korrekt ist. Zudem ist das Vorbild der japanischen Netzwerkbogenbrücken die Fehmarnsundbrücke, deren Entwurf wiederum auf dem Netzwerkbogen basiert.

Die korrekte Bezeichnung von Stabbogenbrücken mit schrägen und einfach gekreuzten Hängern ist Nielsen-Brücke. Stabbogenbrücken mit mehrfach überkreuzten Hängern sind Netzwerkbogenbrücken. Diese strenge Regel ist begründet, da sie zu einem effizienteren Tragwerk führt.

Beispiele[Bearbeiten]

Nielsen-Brücken[Bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten]

  •  Per Tveit: An Introduction to the Network Arch. Trondheim 2006 (pdf).

Weblinks[Bearbeiten]

  • Per Tveit, Benjamin Brunn, Frank Schanack: Network-Arch. 2010, abgerufen am 22. Juni 2013 (englisch, Informationen über Netzwerkbogenbrücken).
  • Per Tveit: Information on the Network Arch. Abgerufen am 22. Juni 2013 (englisch, Informationen über Netzwerkbogenbrücken von Per Tveit).

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1.  B. Brunn B., F. Schanack F., U. Steimann: Network arches for railway bridges. In: Pere Roca Fabregat (Hrsg.): Arch Bridges IV – Advances in Assessment, Structural Design and Construction. Centre Internacional de Mètodes Numèrics en Enginyeria (CIMNE), Barcelona 2004, ISBN 84-95999-63-3, S. 671–680 (pdf).
  2.  S. Teich, W. Graße: Optimization of the Hanger Arrangement of Network Arch Bridges. In: 6th Japanese German Bridge Symposium. München.