Gerberträger

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Gerberträger in Grundform: 1 Gelenk zwischen 2 Trägerteilen auf 3 Lagern

Gerberträger oder Gelenkträger sind in der Baustatik Träger über mehrere Auflager, die so mit Gelenken unterteilt sind, dass ihre Lagerung statisch bestimmt ist. Ihr Erfinder war der Bauingenieur Heinrich Gottfried Gerber, der einen solchen mit zwei Gelenken in drei Teile unterteilten Träger erstmals bei Brücken anwendete. Solche in der Folge Gerberträger-Brücken genannten Bauwerke werden im Englischen als Cantilever Bridges bezeichnet.

Im einfachsten Fall wird unter einem Gerberträger ein auf drei Lagern ruhender, mit nur einem Gelenk geteilter Träger verstanden (siehe nebenstehende Abbildung).

Brücken[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Gerberträger mit 2 Gelenken zwischen 3 Trägerteilen auf 4 Lagern
Modell einer Gerberträger-Brücke: der Einhängeträger (2) liegt auf den Auskragungen der braunen äußeren Trägerteile (1 und 3) auf.

Die typische Gerberträger-Brücke hat 2 Gelenke zwischen 3 Trägerteilen auf 4 Lagern. Der eingehängte mittlere Trägerteil (Einhängeträger) wird oft allein als der Gerberträger bezeichnet. Die beiden äußeren Trägerteile kragen zur Brückenmitte vor, weshalb man sie je als Ganzes oft einen Kragträger (im Englischen als Ganzes a cantilever) nennt. Die beiden Kragträger-Anteile an den äußeren Teilen (1 und 3) sind mit anderen Worten auch Ausleger. Deshalb gehören Gerberträger-Brücken zu den Auslegerbrücken.[1]

Die Last des eingehängten Teiles (2 in nebenstehender Abbildung) wird in vielen Fällen durch das Eigengewicht der äußeren Teile (1 bzw. 3) auf dem Abschnitt zwischen den äußeren Pfeilern (b+a bzw. c+d, oder Pfeiler und Widerlager kompensiert, so dass an den äußeren Pfeilern (a bzw. d) keine Zugkräfte auftreten. Andernfalls müssen diese Pfeiler als Ankerpfeiler ausgebildet werden. Die äußere Partie eines äußeren Träger-Teils wird in solch einem Fall als Ankerträger bezeichnet.

Der Bau einer solchen Brücke beginnt mit den äußeren Trägerteilen (1 bzw. 3), die von den äußeren Pfeilern oder Widerlagern (a bzw. d) aus gegen Brückenmitte errichtet werden. Die ersten Abschnitte werden am Boden vormontiert und auf das äußere Lager (a bzw. d) und auf einen temporären Hilfspfeiler abgesetzt. Vom Hilfspfeiler aus erfolgt die weitere Montage bis zum nächsten Pfeiler (b bzw. c) und anschließend die Montage der Auskragung jeweils im Freivorbau.

Am Schluss wird der mittlere Trägerteil (2, Einhängeträger) eingesetzt und mit an den Krag-Enden befestigten Winden in die endgültige Position gehoben. Beim Überbrücken eines Flusses oder Sees wird dieser Teil auf einem Leichter auf dem Wasser herangebracht.

Geschichte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Gerber ließ das in seinen späteren Brücken angewendete Prinzip 1866 patentieren.[2] 1867 baute er über die Regnitz bei Bamberg die erste Brücke nach diesem Prinzip und danach eine Main-Brücke in Haßfurt.[3] Mit seiner Bauweise konnte er den Pfeiler-Abstand in der Mitte erweitern (in Haßfurt auf etwa 38 Meter).[4] In den USA wurde 1876 mit der High Bridge über den Kentucky River die erste besonders weitgespannte Gerber-Tägerbrücke gebaut (Pfeiler-Anstand in der Mitte: 114 m).

Mainbrücke Haßfurt, die beiden Verbindungsstellen der drei Trägerteile sind mit roten Punkten angedeutet.[5]

Gerberträger wurden vor allem für große in Stahl-Fachwerk ausgeführte Eisenbahnbrücken verwendet, die wegen ihrer Spannweite und den im Vergleich zum Straßenverkehr höheren Lasten der Züge nicht als Hängebrücken ausgeführt werden konnten. Im 20. Jahrhundert entstanden nur noch wenige Gerberträger-Brücken. Dies hing nicht zuletzt mit dem zweimaligen Einsturz der Québec-Brücke während der Bauphase zusammen, wodurch viele Verantwortliche das Vertrauen in diese Konstruktion verloren. Nur in Amerika, wo die Bauweise durch die Stahlindustrie unterstützt wurde, entstanden noch mehrere große Gerberträger-Brücken. Bedeutende Bauwerke außerhalb Nordamerikas, die nach der Québec-Brücke entstanden, sind die 1935 eröffnete Story Bridge in Brisbane, Australien und die 1943 eröffnete Howrah Bridge in Indien.

Die Gerberträger-Brücken wurden hauptsächlich durch Spannbeton-Balkenbrücken abgelöst, die einfacher, schneller und kostengünstiger zu bauen sind. Im Hochbau findet der Gerberträger immer noch Verwendung, vor allem als Sparrenpfette bei Flachdachkonstruktionen, die sich auf unsicherem Baugrund befinden, so dass Setzungen zu erwarten sind.

Dachpfetten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Pfetten von Flachdachbauten werden gelegentlich als Gerberträger ausgeführt. Hier liegt der wesentliche Vorteil gegenüber einer durchlaufenden Pfette im Verzicht auf die relativ aufwendigen biegesteifen Trägerstöße. Das Gelenk muss nur Querkräfte übertragen und kann daher vergleichsweise kostengünstig mit Steglaschen ausgeführt werden.

Technische Beschreibung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Um trotz mehrerer Auflagen einen statisch bestimmten Träger zu erhalten, ist der Gerberträger mit Momentengelenken versehen, so dass zwischen den einzelnen Teilen keine aus der Durchbiegung der Teile entstehenden Kräfte übertragen werden können. Der Träger ist statisch bestimmt, wenn folgende Regeln befolgt werden:

  • Die Anzahl der Gelenke ist um Eins kleiner als die Anzahl Felder.
  • In Mittelfeldern dürfen höchsten zwei Gelenke angeordnet werden, in Endfeldern höchstens eines.
  • An Mittelfeldern mit zwei Gelenken angrenzende Mittelfelder dürfen höchstens ein Gelenk haben.
  • An Mittelfeldern mit zwei Gelenken angrenzende Endfelder dürfen kein Gelenk haben.

Die Gelenke werden zweckmäßigerweise etwa dort angeordnet, wo die Momentenlinie im Lastfall Eigengewicht bei einem Durchlaufträger einen Nulldurchgang aufweist.

Bei Brücken besteht die häufigste Bauform aus zwei Pfeilern und einem Balken mit zwei Gelenken über der mittleren Öffnung. Die beiden äußeren Teile des Balkens sind als Kragträger ausgebildet, an denen der mittlere Teil als Einhängeträger befestigt wird.

Der Vorteil der statischen Bestimmtheit ist, dass das Bauwerk unempfindlich gegenüber Zwangbeanspruchungen ist, wie z. B. Setzungen oder Temperaturbeanspruchung. Außerdem können die Schnittgrößen bei einem statisch bestimmten Tragsystem einfacher berechnet werden. Die statische Bestimmtheit wirkt sich aber nachteilig auf die Abtragung von Längskräften aus, die bei Brücken zum Beispiel durch Verkehrslasten entstehen.[6]

Ein weiterer Nachteil sind die aufwändig auszubildenden Gelenke, die zudem später auch Wartung erfordern, sowie die gegenüber einem Durchlaufträger größeren Verformungen und geringeren Tragreserven. Die auskragenden Teile eines Gerberträgers über den mittleren Auflagern erlauben aber gegenüber Einfeldträgern eine bessere Ausnutzung des Querschnitts.

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

 Commons: Gerberträger – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Kurt Hirschfeld: Baustatik: Theorie und Beispiele. Springer, ISBN 978-3-540-36772-7, S. 41.
  2. Balkenträger mit freiliegenden Stützpunkten
  3. Walter Pelikan: Zum 125. Geburtstag Heinrich Gerbers. In: Der Stahlbau, 26. Jahrg. Heft 11, November 1957, S. 317.
  4. Karl Haberkalt: Die neue Oderbrücke bei SchönbrunnAllgemeine Bauzeitung, Jahrgang 1900, S. 78 (Online bei ANNO)Vorlage:ANNO/Wartung/abz abgerufen am 8. November 2012.
  5. Im Bild ist nicht gezeigt, dass außer der drehbaren Verbindung an den rot markierten Stellen keine feste Verbindung zwischen den hier zusammen treffenden Teilen bestehen darf: Am darüber liegenden Knoten ist mindest ein horizontales Schiebegelenk eingebaut, und die vertikale Strebe ist lediglich mit einem der zusammen treffenden Brückenteile fest verbunden.
  6. R. Harte, K. Meskouris: Tragwerke. 1. Theorie und Berechnungsmethoden statisch bestimmter Stabtragwerke. Springer, 1999, ISBN 978-3-540-66402-4, S. 135–138 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).