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Hängebrücke

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Eine Hängebrücke ist eine Brücke, bestehend aus Pylonen, über die Seile, früher aber auch Ketten, geführt werden, an denen der Fahrbahnträger aufgehängt ist.

Einsatz

Hängebrücken werden überwiegend zur Überbrückung breiterer schiffbarer Gewässer errichtet. Im Regelfall werden Eisenbahnbrücken wegen der Tendenz zu Schwingungen und größeren Verformungen nicht als Hängebrücke ausgeführt.

Tragverhalten

Datei:Suspension bridge pattern german.png
Bauteile einer Hängebrücke

Der Fahrbahnträger wird mit Hängern an die Haupttragseile gehängt. Damit stehen diese Seile unter Zugspannung. Die Umlenkung der Seile auf den Pylonen verursacht eine Druckkraft in den Pylonen, die diese in die Gründung weiterleiten.

„Echte“ Hängebrücke

Bei der rückverankerten (echten) Hängebrücke wird die resultierende Zugkraft an den Enden der Tragseile von einer Endverankerung aufgenommen. Dazu werden die Tragseile in großen Ankerblöcken im Baugrund rückgehängt. Bei dieser Variante ist der Fahrbahnträger nur gering durch Zug- oder Druckkräfte belastet und kann sehr leicht ausgeführt werden.

„Unechte“ Hängebrücke

Datei:Kraftzerlegung.png
Kräfte bei der Verankerung

Bei der selbstverankerten (unechten) Hängebrücke wird die Horizontalkomponente der Zugkraft in den Tragseilen als Druckkraft auf den durchlaufenden Fahrbahnträger übertragen. Diese Variante erfordert kräftige Fahrbahnträger, vermeidet aber die großen Ankerblöcke. Sie wurde vor allem bei älteren Hängebrücken mit kürzeren Spannweiten, wie beispielsweise bei der Köln-Mülheimer Brücke von 1927 mit 315 Meter Stützweite angewendet. Heute weisen noch zwei Rheinbrücken die Konstruktionsform auf, die Friedrich-Ebert-Brücke in Duisburg mit 285,5 Meter und Krefeld-Uerdinger Brücke mit 250 Meter Stützweite. Von großem Nachteil ist, dass zur Montage der selbstverankerten Hängebrücke aufwändige Hilfskonstruktionen, wie beispielsweise Schrägabspannungen, erforderlich sind, da die Tragseile erst nach kompletter Fertigstellung des Fahrbahnträgers montiert werden können. Insgesamt hat sich die selbstverankerte Hängebrücke als Konstruktionsform aufgrund des größeren Montageaufwandes nicht durchgesetzt, sie wurde durch die nach dem Zweiten Weltkrieg entwickelte Konstruktion der Schrägseilbrücke ersetzt. Anfang des 21. Jahrhunderts kam die selbstverankerte Hängebrücke wieder gelegentlich zur Anwendung,[1] so beispielsweise bei der neuen East Bay-Querung der San Francisco Oakland Bay Bridge.[2]

Tragelemente

Pylone

Die Pylone leiten die Umlenkkräfte der Tragkabel, also das Gewicht des Überbaus, zu den Fundamenten. Außerdem nehmen sie die Kräfte in Querrichtung, beispielsweise aus Wind, auf. Sie werden meist als rechteckige Portale entweder rahmenartig mit zwei oder mehr Querriegeln oder als Fachwerkkonstruktion ausgebildet. Als Baustoff kommt entweder Stahl mit Kastenquerschnitten oder Stahlbeton zur Anwendung. Eine frühe Hängebrücke, die Brooklyn Bridge, weist Portaltürme rein aus Stein auf.

Tragkabel

Die Tragkabel bestehen bei modernen Großbrücken aus einem Bündel von parallel liegenden, hochfesten Stahldrähten. Die Drähte sind üblicherweise feuerverzinkt. Im Regelfall werden zwei Tragkabel verwendet, die mit Kabelsattellagern über die Pylonstiele geführt und in Ankerblöcken verankert werden. Die Kabel weisen meist einen Durchhang von 1/8 bis 1/12 der Stützweite des Mittelfeldes auf.[3]

Kleine Brücken weisen eher verseilte Tragkabel auf. Diese sind gelegentlich als Paar oder Quadrupel geführt, an den (etwa 20 cm-) Abstand-Haltern hängen die Abhängeseile. Stahl kommt auch vor als Stabelement mit angeschweißten Laschen, als Kettenglied aus gelochtem Blech, Rund- oder Vierkantstahl - Kettenbrücken (ehemals) in Budapest, Aarau, Mülheim an der Ruhr, Wien.

Hänger

Die Hänger verbinden die Trägerkabel mit dem Versteifungsträger. Auch sie bestehen meist aus feuerverzinkten Drähten. Um möglichst viel Stabilität zu bieten, werden viele Drähte zu einem großen Hänger verseilt. Er muss in erster Linie die Zugkräfte aushalten und beeinflusst die Eigenfrequenz der Brücke, sodass teils Dämpfungen notwendig sind.

Versteifungsträger

Der Fahrbahnträger, üblicherweise Versteifungsträger genannt, verteilt die Lasten auf die Hängerseile. Er wird entweder als Fachwerkträger, wie bei der Akashi-Kaikyō-Brücke, oder mit offenen Vollwandträgern, wie der Rheinbrücke Köln-Rodenkirchen, oder mit einem geschlossenen Kastenquerschnitt, wie bei der Storebælt-Brücke, ausgebildet. Um eine aerodynamische Stabilität zu erreichen, sind die Versteifungsträger ausreichend torsionssteif auszubilden. Sie erhalten bei modernen Kastenträgerbrücken eine im Windkanal optimierte Querschnittsgestaltung, die ein Versagen durch aerodynamische Instabilität, wie bei der Tacoma-Narrows-Brücke, vermeidet.

Geschichte

Die Anfänge

Die Hängebrücke Qu’eswachaka über den Rio Apurimac in Peru besteht seit über 500 Jahren und gilt als die einzige noch funktionstüchtige Hängebrücke der Inka. Erste Entwürfe zu Hängebrücken sind in Europa aus dem Anfang des 16. Jahrhunderts bekannt. Der kroatische Erfinder Faust Vrančić (lat. Faustus Verantius) präsentierte 1595 in seinem Buch bzw. seiner Erfindungsauflistung Machinae novae eine Hängebrücke [4] wie auch weitere Erfindungen, z. B. den Fallschirm.

Entwicklung der Bauweise

Die größeren Hängebrücken besaßen früher meist Kettenglieder als Tragelemente, weshalb sie auch als Kettenbrücken bezeichnet werden. Schon 1667 berichtete ein Missionar über eine Hängebrücke in der chinesischen Provinz Yunnan, die eine Stützweite von etwa 64 Metern hatte und eine hölzerne Fahrbahn getragen von eisernen Ketten aufwies. Die heute noch vorhandene Tatu-Brücke in Lutingchiao mit 100 Meter Stützweite wurde 1706 errichtet; sie wird von neun Kettensträngen getragen, samt Querstäben eine Stabkette, und je zwei ebenfalls handgeschmiedete Eisenketten aus Rundgliedern bilden die Geländer.

Datei:Kettensteg.jpg
Der Nürnberger Kettensteg von 1824

Die erste Kettenbrücke Europas war die 1784 über die Lahn errichtete Kettenbrücke in Weilburg. Sie bestand aus eisernen Stangenketten, an denen die Rohre der barocken Wasserversorgung aufgehängt waren. 1934 wurden die Ketten abgenommen und durch einen Fußgängersteg ersetzt. [5]

Die ersten großen Kettenbrücke in Europa waren die Union Bridge von Samuel Brown und die Menai-Brücke von Thomas Telford mit 176 Meter Stützweite, die 1826 dem Verkehr übergeben wurde. Die älteste noch erhaltene Kettenbrücke Deutschlands ist der von Conrad Georg Kuppler 1820/21 geplante und 1824 errichtete Kettensteg in Nürnberg, der die Pegnitz über 68 Meter überspannte. Die von 1839 bis 1849 errichtete Kettenbrücke (Budapest) war mit 202 Metern Spannweite ein Höhepunkt dieser Bauweise.

Der erste Hängesteg mit Drahtseilen baute James Finley 1801 in den Vereinigten Staaten mit 21 Metern Spannweite. Die von Guillaume-Henri Dufour 1823 in Genf gebaute, 82 Meter lange Passerelle de Saint-Antoine gilt als die erste, dauerhafte Drahtseil-Hängebrücke der Welt. Der erste Versuchssteg in Europa und eine ganze Reihe weiterer Brücken wurden vom Pionier Marc Seguin erbaut. Die Festigkeitszunahme der Drähte durch das Ziehen bei der Herstellung ermöglichte leistungsfähigere Tragkabel als bei Verwendung von Tragketten. Die Zähringerbrücke in Freiburg im Üechtland (Le Grand Pont Suspendu) war ab 1835 mit 273 Meter Spannweite der weltweite Rekordhalter. Sie besaß Tragseile bestehend aus 1056 Einzeldrähten mit je 3 Millimeter Durchmesser.[6] Die Einzeldrähte waren parallel nebeneinander angeordnet, da das gedrehte (geschlagene) Drahtseil erst 1834 von Oberbergrat Julius Albert erfunden wurde. Diese Bauweise wurde bei größeren Hängebrücken beibehalten, deren Tragseile so groß und schwer waren, dass sie nur noch auf der Baustelle im Luftspinnverfahren hergestellt werden konnten.

John Roeblings Weiterentwicklung dieses „Luftspinnverfahrens“, welches ursprünglich von dem Franzosen Louis-Joseph Vicat[7] erfunden und 1830 vorgestellt wurde,[8][9][10] führte zur weiten Verbreitung der Hängebrücken. Mit diesem Verfahren konnten Tragseile auch über große Spannweiten hinweg direkt am Ort des Einsatzes in vergleichsweise kurzer Zeit und zu tragbaren Kosten hergestellt werden. Die Spannweite des Haupttragwerkes konnte somit entscheidend vergrößert werden und ermöglichte den Bau von Brücken in zuvor nie gekannten Dimensionen. Mit dieser Konstruktionsweise schaffte Roebling zunächst in Amerika und später auch in Europa den endgültigen Durchbruch. Gegenüber Kritikern vertrat er energisch die Verwendung von Drahtkabeln an Stelle von Kettengliedern. Geschlagene Drahtseile finden als Tragseile nur bei kleineren Hängebrücken Verwendung, wo sie als Ganzes zur Baustelle transportiert und dort montiert werden können.

Bauprojekte

Insbesondere in ärmeren Regionen stoßen Pläne von Hängebrücken-Großprojekten zum Teil auf massive finanzielle Schwierigkeiten. Aus diesem Grund konnten etwa die Brücke über die Straße von Messina, die Italien und Sizilien verbinden soll und mit einer Hauptspannweite von 3.300 Metern die größte Hängebrücke der Welt geworden wäre, oder die Puente Bicentenario de Chiloé in Chile bislang nicht verwirklicht werden. Des Weiteren gibt es Überlegungen, die Straße von Gibraltar und die Sundastraße zu überbrücken. Diese Konstruktionen hätten deutlich längere Mittelspannweiten.

Die längsten Hängebrücken

(detaillierte Informationen zu den 100 längsten Hängebrücken der Welt)
Die längsten Hängebrücken der Welt
Brückenname Mittelspannweite Land Fertigstellung
Akashi-Kaikyō-Brücke 1991 m Japan 1998
Xihoumen-Brücke 1650 m China 2008
Storebælt-Brücke 1624 m Dänemark 1998
Runyang-Brücke 1490 m China 2005
Humber-Brücke 1410 m Vereinigtes Königreich 1981
Jiangyin-Brücke 1385 m China 1997
Tsing-Ma-Brücke 1377 m Hongkong, China 1997
Verrazano-Narrows-Brücke 1298 m USA 1964
Golden Gate Bridge 1280 m USA 1937
Yangluo-Brücke 1280 m China 2007

Die längsten Hängebrücken in Deutschland sind die Rheinbrücke Emmerich aus dem Jahre 1965 mit 500 Meter Hauptstützweite und die Rheinbrücke Köln-Rodenkirchen von 1941 mit 378 Meter.

Die längsten Hängebrücken ihrer Zeit
Brückenname Stützweite (m) Land Fertig-
stellung
Jahre Bemerkungen
Union Bridge 137 Vereinigtes Königreich 1820 5 älteste noch heute benutzte Hängebrücke
Menai Bridge 176 Vereinigtes Königreich 1826 7
Zähringerbrücke 271 Schweiz 1834 14 1924 durch Bogenbrücke ersetzt
Wheeling Suspension Bridge 308 USA 1849 1
Lewiston-Queenston Bridge 316 USA, Kanada 1851 13 zerstört, Ersatz durch Bogenbrücke
Wheeling Suspension Bridge 308 USA 1864 1
John A. Roebling Suspension Bridge    322 USA 1866 2
Niagara Clifton Bridge 384 USA, Kanada 1869 13 1899 ersetzt
Brooklyn Bridge 486 USA 1883 19
Williamsburg Bridge 488 USA 1903 20
Bear Mountain Bridge 497 USA 1924 1 erste Hängebrücke mit Asphaltfahrbahn
Benjamin Franklin Bridge 533 USA 1926 2
Ambassador Bridge 564 USA, Kanada 1929 1
George-Washington-Brücke 1067 USA 1931 5
Golden Gate Bridge 1280 USA 1937 26
Verrazano-Narrows-Brücke 1298 USA 1964 16
Humber-Brücke 1410 Vereinigtes Königreich 1981 16
Akashi-Kaikyō-Brücke 1991 Japan 1998

Siehe auch

Einzelnachweise

  1. Die Fahrbahn hängt im Tragseil, FAZ 11. April 2006
  2. Self-anchored Suspension Span. , Bay Bridge Public Information Office, April 2009. Abgerufen am 27. April 2009. 
  3. Günter Ramberger, Francesco Aigner: Hängebrücken. In:Handbuch Brücken, Gerhard Mehlhorn (Hrsg.), S.388-394, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2007. ISBN 978-3-540-29659-1
  4. Seilbahn von Verantius, 1617
  5. [1] (PDF; 2,7 MB) Müller, Rudolf: Von der Kettenbrücke zum Ernst-Dienstbach-Steg
  6. Sven Ewert:Brücken - Die Entwicklung der Spannweiten und Systeme . Ernst & Sohn, Berlin 2003, ISBN 3-433-01612-7, S. 57-59
  7. Irrtümlicherweise wird hier häufig ein Henry Vicat genannt
  8. Historical Development of Iron and Steel in Bridges
  9. Louis Vicat, in Encyclopædia Britannica. Zugriff vom 17. Oktober 2010 auf Encyclopædia Britannica Online
  10. Louis-Joseph Vicat: Description du pont suspendu construit sur la Dordogne à Argentat ..., Paris, 1830

Weblinks

 Commons: Hängebrücken – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien


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