Technische Einteilung von Brücken

Eine Einteilung von Brücken kann technisch nach unterschiedlichen Kriterien erfolgen: nach Funktion, Tragwerk, Dauerhaftigkeit des Überganges, Größe der Brücke, Art des überwundenen Hindernisses oder Spannweite.

Einteilung nach Funktion

Brücken sind oft Bauwerke, die eine Straße, einen Schienenweg oder Leitungen tragen. Danach können sie weiter unterteilt werden. Die jeweilige Unterteilung ergibt sich aus dem in der Baugeschichte genannten Hauptzweck des Bauwerks.

Einteilung nach Tragwerk

Tragwerke von Brücken nutzen die drei grundlegenden Arten von Kräften, die an mechanischen Strukturen auftreten können: Biegung, Druck und Zug. Daraus ergeben sich die Hauptgruppen von Brücken: Steinbogenbrücken, Balkenbrücken, Bogenbrücken, Hängebrücken und Schrägseilbrücken.

Steinbogenbrücken

Steinbogenbrücken werden seit über 2500 Jahren gebaut und manchmal auch Mauerwerksbrücken genannt. Das Baumaterial wurde später durch Tragwerke aus Spannbeton und Stahl abgelöst, die größere Spannweiten zulassen. Heute werden Steinbrücken nur noch für untergeordnete Zwecke gebaut.

Steinbogenbrücken können Spannweiten bis 100 Meter erreichen. Kleine Spannweiten dienen hauptsächlich der Entwässerung und werden meist als Durchlässe aus Beton oder anderen Materialien ausgeführt. Diese einfachen robusten Zweckbauwerke haben keine speziellen architektonischen Eigenschaften. Für Standardanwendungen bis zehn Meter Spannweite kommen Brücken aus Beton- oder Stahlfertigelementen zum Einsatz. Größere Bauwerke werden aus Stahlbeton errichtet.

Verschiedene Merkmale können Steinbrücken unterscheiden: die Form der Öffnungen, die Art des Mauerwerks, die Gestaltung des Stirnkranzes, sowie die Form der Strömungsteiler vor und hinter den Pfeilern.

Form der Strömungsteiler

Form der Öffnungen

Art des Stirnkranzes

Der Stirnkranz ist die äußerste Reihe Steine an der Stirnseite des Gewölbes, die den Übergang zur Stirnmauer bildet. Die beiden Stirnmauern stützen das Füllmaterial der Brücke über den Gewölben seitlich ab. Der von unten sichtbare Teil des Gewölbes wird Laibung genannt.

Der Stirnkranz kann architektonisch verschieden gestaltet sein. Meistens ist die sichtbare Seite plan ausgeführt, sie kann aber auch mit erhabenem architektonischen Schmuckwerk versehen sein. Die Stirnbänder sind mehr oder weniger repräsentativ für die Epoche, in der die Brücke gebaut wurde.

Durchlässe

Durchlässe können als Spezialfall der Bogenbrücke angesehen werden. Sie unterscheiden sich von den klassischen Steinbogenbrücken insofern, als die seitlichen Kräfte teilweise von der Hinterfüllung um das eigentliche Bauwerk abgetragen werden. Durchlässe werden vielfältig eingesetzt. Sie dienen der Überquerung von Wasserläufen wie Gräben, Bächen und Flüssen als Wildbrücke, aber auch als kleinste Form einer Eisenbahn- oder Straßenbrücke oder als Unterführung für Fußgänger oder Fahrradfahrer. Sie können aus bewehrtem oder unbewehrtem Beton, Stahl, Stein oder für kleine Querschnitte auch aus Hartplastik (HDPE) sein. Durchlässe müssen eine minimale Überdeckung mit verdichtetem Material haben, damit das Bauwerk die vorgesehene Festigkeit für die spätere Benutzung erreicht. Manchmal sind die Enden abgeschrägt, um besser der Form des Dammes zu folgen und den Durchlass weniger sichtbar zu machen. Die DIN 1076 unterscheidet strikt zwischen Durchlass und Brücke.

Balkenbrücken

Alle Brücken, deren Überbau aus einem oder mehreren Balken bestehen, werden als Balkenbrücken bezeichnet. Die auf Biegung belasteten Balken üben infolge Eigengewicht nur vertikale Kräfte auf die Widerlager und Pfeiler aus. Die Balken lassen sich nach Bauform und Material einteilen. Durch die Kombination der beiden Eigenschaften ergibt sich eine Vielzahl von Ausführungsmöglichkeiten. Es gibt vier Balkenformen: der Balken aus Vollmaterial, der Hohlkastenträger oder Vollwandträger, der Fachwerkträger und der Langersche Balken, der eine Kombination aus einem Balken und einem bogenförmigen Fachwerk ist. Brücken mit Langerschem Balken werden meist zu den Bogenbrücken gezählt, weil das Haupttragwerk der Bogen ist. Das verwendete Baumaterial kann Metall, nicht-vorgespannter Stahlbeton, Spannbeton, Holz oder Verbundwerkstoff im eigentlichen Sinne wie zum Beispiel Kohlenstofffasern sein.

Integrale Brücken

Integrale Brücken sind Konstruktionen, die den Überbau vollkommen monolithisch mit dem Unterbau verbinden. Sie weisen weder Fahrbahnübergänge (Fugen) noch Auflager an den Brückenköpfen des Fahrbahnträgers auf. Bei semi-integralen Typen werden entweder Fugen oder Auflager vermieden, aber nicht beides. In der Vergangenheit waren solche Eigenschaften nur bei Rahmenbrücken und kürzeren Brücken zu finden. Es wurde gezeigt, dass auch andere Balkenbrücken, mit und ohne Vorspannung, auf diese Brückenelemente verzichten können. Die Berechnung solcher Tragwerkssysteme ist aufgrund der Boden-Bauwerk-Interaktion schwieriger, ihr Unterhalt hingegen einfacher.

Balkenbrücken aus nicht-vorgespanntem Stahlbeton

Die Stahlbetonbalken, meist aus Vollmaterial, liegen in Längsrichtung unter der Fahrbahn und werden in Querrichtung durch die darunterliegenden Betonwände, den Stielen, zusammengehalten. Die Abdeckung der Balken ist meist eine Stahlbetonplatte, welche die Balken von oben verbindet und mit diesen zusammen die Brückentafel bildet. Die Brückenplatte kann auch aus mehreren vorgefertigten Hohlprofilträgern oder ganz ohne Balken ausgeführt werden. Nicht-vorgespannte Stahlbetonbrücken werden hauptsächlich für kürzere Spannweiten eingesetzt, wie sie zum Beispiel zur Überquerung von Straßen oder anderen Verkehrswegen nötig sind.

Balkenbrücken aus Spannbeton

Brücken mit Balken aus Spannbeton werden ab Spannweiten von ungefähr 30 Meter verwendet. Es kommen die folgenden Varianten für den Überbau zur Ausführung:

• Rippenplatte, die auf einem Lehrgerüst erstellt wird, anwendbar bis ungefähr 60 Meter Spannweite
• Spannbetonbalken mit nachträglicher Vorspannung, anwendbar bis ungefähr 60 Meter Spannweite
• Hohlkastenträger, der vor Ort erstellt wird und im Taktschiebeverfahren über den Unterbau geschoben wird, anwendbar bis 100 Meter Spannweite
• Hohlkastenträger, der im Freivorbau erstellt wird, anwendbar bis ungefähr 140 Meter in Ausnahmefällen bis 300 Meter Spannweite. Bei dieser Methode wird das Bauwerk symmetrisch von den Pfeiler aus errichtet, wobei die Segmente genannten Brückenteile entweder vor Ort gegossen oder als Fertigelemente verbaut werden. Die Stabilität des Bauwerkes schon während dessen Errichtung wird erreicht, indem nach dem Einbau jedes Segmentes dieses mit dem bereits bestehenden Bauwerk verspannt wird.

Stahlverbundbrücken

Stahlverbundbrücken weisen sowohl Tragwerksteile aus Stahl, wie auch solche in Stahl- oder Spannbeton auf. Die verwendeten Baumaterialien werden gemäß ihren Eigenschaften optimal genutzt, das heißt Beton wird auf Druck und Stahl auf Zug belastet. Die Materialien sind mechanisch fest miteinander verbunden und bilden dadurch eine Einheit. Diese Bauweise hat seit den achtziger Jahren eine starke Entwicklung erfahren, besonders die Brücken mit offenem Querschnitt, die eine günstige Lösung für Spannweiten zwischen 35 und 80 Meter darstellen. Sie eignet sich auch für Bauwerke, die in engen Bögen liegen, oder eine besonders niedrige Bauhöhe verlangen.

Stahlträgerbrücken

Die Stahlträger können entweder unter der Fahrbahn oder beidseitig der Fahrbahn angeordnet sein. Erste Stahlbrücken verwendeten Fachwerkträger, heute werden wegen der einfachen Herstellung meist Vollwandträger verwendet. Für besonders leichte Brücken wird das Brückendeck als orthotrope Platte ausgeführt – eine Stahlkonstruktion, die in Längsrichtung durch angeschweißte Sicken und in Querrichtung durch Rippen versteift ist.

Holzbrücken

Holz ist eines der ältesten Materialien, das zum Brückenbau eingesetzt wird.

Bogenbrücke

Im Gegensatz zu Steinbogenbrücken mit mehreren Bögen und Pfeilern überwinden Bogenbrücken aus Holz, Beton oder Stahl mit einem einzigen bogenförmigen Tragwerk den Fluss oder den Abgrund. Im Haupttragwerk, dem Bogen, treten nur Druckkräfte auf, die an die Fundamente an den Enden des Bogens, den Kämpfern abgeleitet werden. Sie können in verschiedenen Materialien gebaut werden, die Fahrbahn kann gegenüber dem Bogen verschiedene Lagen einnehmen, siehe Bogenbrücke#Lage der Fahrbahn.

Bogenbrücken werden heute meist im Freivorbau errichtet.

Hängebrücke

Die klassischen Hängebrücken bestehen aus einem Fahrbahnträger aus Stahl oder Beton, der mittels Hängern an zwei Tragkabeln aufgehängt ist, die über zwei Pylonen geführt sind. Die Hänger sind vertikale Tragseile, welche die Last des Fahrbahnträgers auf die Tragkabel übertragen. Diese parabelförmig durchhängenden Kabel übertragen eine vertikal nach unten wirkende Kraft auf die Pylone, die von diesen in den Baugrund abgeleitet wird. Gleichzeitig werden die Tragkabel auch auf Zug beansprucht, der von den Verankerungen an den Enden der Brücke aufgenommen wird.

Bei mehrfeldrigen Hängebrücken werden die vom Verkehr verursachten Längskräfte durch Kabel abgetragen, die über die Spitzen der Pylonen verlaufen. Diese Kabel tragen keine vertikalen Lasten. Die vertikalen Hänger können durch schräge Seile ergänzt sein, welche die Durchbiegung des Fahrbahnträgers vermindern.

Schrägseilbrücke

Eine Schrägseilbrücke besteht aus einem Fahrbahnträger aus Stahl oder Beton, der von mehreren an Pylonen verankerten Spannseile getragen wird. Die vertikalen Lasten werden über die Spannseile in Form von Zugkräften an die Pylone geleitet und von diesen in Form von Druckkräften senkrecht in den Baugrund eingeleitet. Die horizontalen Kräfte entstehen auf beiden Seiten in Richtung des Pylons und werden durch den Fahrbahnträger aufgenommen, der auch Streckträger genannt wird.

Die Schrägseilbrücken unterscheiden sich durch die Ausführung des Seilfeldes und des Brückenträgers, sowie die Anzahl der Pylonen und deren Anordnung.

Einteilung nach der Dauerhaftigkeit des Überganges

Feste Brücken

Das Tragwerk einer festen Brücke ist in seiner Form unveränderlich und für dauerhaften Gebrauch erstellt. Die meisten Brücken gehören zu dieser Kategorie.

Bewegliche Brücken

Eine bewegliche Brücke verfügt über ein Tragwerk, das als Ganzes oder in Teilen bewegt werden kann. Sie werden vor allem für die Querung von Hafenzufahrten und Kanälen eingesetzt, wo die für die Schifffahrt notwendige lichte Höhe eine aufwändige feste Brücke mit langen Auffahrtsrampen verlangen würde. Unter der Voraussetzung, dass der Straßen- oder Bahnverkehr, wie auch der Schiffsverkehr durch die zeitweisen Unterbrechungen nicht zu stark behindert wird, lassen sich an solchen Stellen Brücken einsetzen, deren Tragwerk so bewegt werden kann, dass es wechselweise den Verkehr über den Brückenträger oder den darunter verlaufenden Verkehr freigibt. Sie sind kostengünstiger als eine gleichwertige feste Brücke.

In Einzelfällen werden auch bewegliche Brücken zur Querung von Bahngleisen eingesetzt. Beispiele sind die Klappbrücke Grünenwald in der Schweiz, die eine Zahnradstrecke überquerte oder die Schubbrücke auf dem Gelände des Prüfcenter Wegberg-Wildenrath, welche die Zufahrt zum Testcentrum erlaubt, ohne dass die Schienen der Teststrecke durch eine niveaugleiche Kreuzung unterbrochen werden müssen, was die Geschwindigkeit auf der Teststrecke herabsetzen würde.

Die im Wehrbau verwendet Zugbrücken gehören ebenfalls zu den beweglichen Brücken. Sie ermöglichen die Zugangskontrolle, indem die Brücke bei drohender Gefahr durch Hochklappen unbenutzbar gemacht wird.

Provisorische Brücken

Provisorische Brücken werden verwendet, wenn die Überwindung von Gewässern oder Geländeeinschnitten nur für eine beschränkte Zeit vorgesehen ist. Sie werden von den Genietruppen der Streitkräfte verwendet, dienen aber auch zivilen Zwecken, wie zum Beispiel als Ersatzbrücke, während der Reparatur oder dem Neubau einer bestehenden Brücke. Die Eisbrücken, die nur im Winter bestehen, zählen auch zu den nur zeitweise bestehenden Brücken.

Einteilung nach der Größe

Neben vielen tausend unauffälligen Brücken gibt es eine viel kleinere Anzahl Bauwerke, die auf Grund ihrer Größe oder anderen Eigenschaften besondere Beachtung erhalten und meist auch einen speziellen Unterhalt notwendig machen. Als Beispiel einer solchen Unterscheidung wird hier diejenige angeführt, wie sie im Straßennetz von Frankreich benutzt wird, um zwischen gewöhnlichen Brücken und außerordentlichen Brücken zu unterscheiden. In Deutschland werden Brücken ab 100 m Länge als Großbrücken bezeichnet.

Einteilung nach der Querung

Einteilung nach Stützweite

Die nebenstehende Grafik zeigt den Bereich der Stützweiten, in dem eine bestimmte Brückenbauform am kostengünstigsten zu realisieren ist. Manchmal werden aus architektonischen Gründen oder aus technischen Gründen Bauformen gewählt, die nicht im angegebenen Bereich liegen.

Einteilung nach Länge

Die Brücken können auch nach der Länge des Gesamtbauwerks ohne Berücksichtigung der Anzahl Pfeiler eingeteilt werden. Derzeit gibt es über sechzig Brücken, die länger als 3 km sind. Der größte Teil befindet sich in der Volksrepublik China.

Literatur

• Eugène Degrand, Jean Resal: Ponts en maçonnerie – tome 2 – Construction. Baudry et Cie, Paris 1887. 
• Angia Sassi Perino, Giorgio Faraggiana: Les ponts. Gründ, Paris 2004, ISBN 2-7000-2640-3. 
• Les ponts en maçonnerie. Ministère des Transports, Direction des routes, Bagneux 1982. 
• Jules Pillet: Traité de stabilité des constructions. Baudry et Cie, Paris 1895, ISBN 2-902170-65-3 (bibli.ec-lyon.fr/exl-doc [PDF]). 
• Anne Bernard-Gély, Jean-Armand Calgaro: Conception des ponts. Presses des Ponts et Chaussées, Paris 1994, ISBN 2-85978-215-X, S. 360. 
• Marcel Prade: Les Ponts, Monuments historiques. Brissaud, Poitiers, ISBN 2-902170-54-8. 
• Marcel Prade: Ponts et Viaducs au XIXe siècle. Brissaud, Poitiers 1988, ISBN 2-902170-59-9. 
• Marcel Prade: Les grands ponts du Monde. Brissaud, Poitiers, ISBN 2-902170-68-8. 
• Marcel Prade: Ponts remarquables d’Europe. Brissaud, Poitiers, ISBN 2-902170-65-3. 
• René Walther, Bernard Houriet, Walmar Isler, Pierre Moïa: Ponts haubanés. Presses Polytechniques Romandes, 1985, ISBN 2-88074-091-6. 
• Charles Abdunur: Arch’01 – Troisième conférence internationale sur les ponts en arc. Presses de l’Ecole national, Paris 2001, ISBN 2-85978-347-4. 

Einzelnachweise