Bogenbrücken

Bogenbrücken, Brückensysteme, deren Ueberbau als Bogensprengwerke oder, bei Ausführung in Stein, als Gewölbe ausgeführt ist. In ihrem statischen Verhalten sind sie dadurch gekennzeichnet, daß in den Auflagern des Bogens (Kämpfern) auch bei lotrechter Belastung schief gerichtete Kräfte (Kämpferdrücke) auftreten, die eine nach außen gerichtete horizontale Komponente (Horizontalschub) haben. Das Auftreten dieser Horizontalkraft ist durch die Unverschiebbarkeit der Auflager bedingt. Hierdurch und nicht durch die Bogenform ist die Unterscheidung von dem bloß lotrechte Auflagerdrücke äußernden Balkenträger gegeben, da auch letzterer, beispielsweise bei sichelförmigen Dachbindern, die Bogenform annehmen kann, ohne als eigentlicher Bogenträger zu wirken. Der Horizontalschub des Bogens kann entweder von festen Widerlagern oder Pfeilern aufgenommen werden oder es ist ein die Bogenfüße verbindendes Zugband vorhanden. Im letzteren Falle werden die Stützen der Träger nur lotrecht belastet. Wenn von den steinernen gewölbten Brücken (s. Brücken, steinerne) abgesehen wird, so kommt als[149] Baustoff für die Bogenbrücken jetzt wohl nur Schmiedeeisen und Stahl in Betracht, und die hölzernen und gußeisernen Bogenbrücken haben nur noch eine geschichtliche, auf die Entwicklung der Brückenbaukunst bezügliche Bedeutung.

Von den ersteren sind insbesondere die von Wiebeking anfangs vorigen Jahrhunderts in Süddeutschland zahlreich erbauten hölzernen Bogenbrücken, dann weiter die amerikanischen Holzbogenbrücken (Kaskadebrücke, 53,3 m Spannweite u.a.), die aber zum größten Teile bereits durch Eisenkonstruktionen ersetzt wurden, hervorzuheben. In den gußeisernen Bogenbrücken, und zwar in den zu Ende des 18. Jahrhunderts in England erbauten Brücken dieser Art (1776 Brücke über den Severn bei Broselei, 1796 desgleichen bei Buildwas, beide aus dem Coalbrookdale-Eisenwerke), hat das Eisen seine erste Anwendung im Brückenbau gefunden. Bemerkenswert sind da insbesondere die Leitungen der englischen Ingenieure Wilson, der 1796 die allerdings bald baufällig gewordene Brücke über den Wear bei Sunderland mit der kühnen Spannweite von 73,1 m nach einem ursprünglich von Paine für eine Brücke in Philadelphia aufgestellten Entwürfe errichtete, Thomas Telford, der die Brücke bei Buildwas, und John Rennie, der 1814–1819 die Southwarkbrücke in London mit einer Mittelöffnung von 73,1 m erbaute, deren Anordnung und musterhafte Ausführung gegenüber den ersten gußeisernen Brücken bereits namhafte Fortschritte zeigt. In England und in andern Ländern, namentlich in Frankreich, sind Gußeisenbogen bis etwa noch vor vier Dezennien für Straßen- und Kanalbrücken nicht selten angewendet worden, während in Deutschland das Gußeisen überhaupt in geringerem Maße und seit der Mitte des vorigen Jahrhunderts nur in vereinzelten Fällen zur Verwendung gelangte.

In dem Maße nämlich, als die Fortschritte in der Theorie eine richtigere statische Beurteilung der Bogenträger ermöglichten, erkannte man, daß sie bei der wechselnden Belastung der Brücken nicht durchgängig nur auf Druck beansprucht werden, sondern daß auch Biegungsmomente auftreten, die unter Umständen Zugspannungen hervorrufen können. Für eine derartige Beanspruchung, die bei bewegten Lasten auch noch mit Stoßwirkungen verbunden ist, ist das Gußeisen wenig geeignet.

Die Reihe der schweißeisernen Bogenbrücken wurde durch die im Jahre 1854 erbaute Eisenbahnbrücke über die Aare bei Olten mit Vollwandblechbogen von 31,5 m Weite und durch die fast gleichzeitig errichtete Arcolebrücke in Paris (Blechbogen mit Zwickelausfachung von 80 m Weite) eröffnet, doch blieb noch durch mehrere Jahrzehnte die Anwendung dieser Brückenart auf vereinzelte Ausführungen beschränkt. Von diesen sind hervorzuheben: in Deutschland die 1864 von Hartwich erbaute Rheinbrücke der Linie Koblenz-Lahnstein, mit rund 97 m Oeffnungsweite, in Amerika die 1874 vollendete Mississippibrücke in St. Louis mit drei 158 m weit gespannten Bogen aus Chromstahl. Beide haben parallelgurtige Gitterbogen, erstere besitzt Kämpfergelenke. – Die Fortschritte in der Theorie und Praxis des Baues eiserner Brücken, die das 8. und 9. Jahrzehnt des vorigen Jahrhunderts brachte, waren für die steigende Anwendung des Bogenträgersystems und für die Entwicklung, die der Bau der Bogenbrücken in den letzten Jahrzehnten namentlich in Deutschland nahm, von großer Bedeutung. Den Rheinbrücken bei Rheinhausen (1873) und oberhalb Koblenz (1879), die an das Vorbild der älteren Koblenzer Brücke anlehnen, folgten eine Reihe großer Bogenbrücken in Frankreich, der Schweiz, Nordamerika[150] und insbesondere in Deutschland, wo in den letzten Jahren durch den Bau der Brücken am Nordostseekanal (bei Grünental und Levensau), der Talbrücke bei Müngsten (Kaiser Wilhelmbrücke), der Reinbrücken zu Mainz, Bonn, Düsseldorf und Worms, der Elbebrücken zu Dresden, Haarburg und Magdeburg u.a. zahlreiche, durch Mannigfaltigkeit der Systeme und mustergültige Konstruktion hervorragende Entwürfe und Ausführungen von Bogenbrücken geschaffen wurden.

Die verschiedenen Systeme können in die folgenden Anordnungen gruppiert werden:

1. Schlaffe Bogen (Stabpolygon oder polygonales Sprengwerk) in Verbindung mit geraden Balken (Blech- oder Gitterträgern) als Versteifung. Dieser Versteifungsträger kann entweder ohne Unterbrechung durchgehen oder aus zwei in der Trägermitte durch ein Gelenk verbundenen Hälften bestehen. Letztere Anordnung ist statisch bestimmt. Das System hat zum erstenmale (1881) bei der Grazer Murbrücke [3] (Fig. 1 und 1a), dann bei der Ihmebrücke in Hannover, bei der Murbrücke zu Gobernitz (70,5 m mit Mittelgelenk) und bei der Brücke am Bahnhof Halensee Anwendung gefunden. Bei diesen Ausführungen liegt der Bogen über dem Versteifungsträger, so daß dessen Achse mit der Bogensehne zusammenfällt und derselbe gleichzeitig den Horizontalschub aufnimmt. Wegen der Notwendigkeit, dem Bogen einen genügend knickfesten Querschnitt zu geben, erscheint das System bei größeren Oeffnungsweiten nicht mehr als zweckmäßig.

2. Steife Bogen mit eingespannten Enden, bezw. ohne Gelenk. Dieselben werden entweder als Blechbogen [4] oder als Bogenfachwerke ausgeführt. Im letzteren Falle bestehen die Bogenträger aus zwei gekrümmten Gurtungen mit gleichbleibendem [5] oder gegen die Kämpfer etwas zunehmendem Abstande [6] (Fig. 2), die durch Gitterstäbe verbunden sind. – In Deutschland ist dieses Bogenträgersystem in hervorragender Weise durch die 1893–1897 erbaute Kaiser Wilhelm-Brücke über die Wupper bei Müngsten (Fig. 3) [7] vertreten, bei der auch die ohne Gerüst durch freie Auskragung mit vorübergehender Einschaltung von Kämpfer- und Scheitelgelenken bewerkstelligte Aufstellung des Bogens bemerkenswert ist. – Hierher gehören dann noch die Bogen mit bogenförmigem Untergurt, geradem Obergurt und ausgefachten Zwickeln, die jedoch nur dann als eingespannt anzusehen sind, wenn der fest gelagerte Untergurt durch einen hohen steifen Blechbogen gebildet wird [8] oder wenn etwa, wie ursprünglich bei der Arcolebrücke in Paris, der Obergurt verankert ist. Es sind aber diese eingespannten Bogen mit Zwickelausfachung wegen der mehrfachen statischen Unbestimmtheit und der dadurch bedingten Unsicherheit der Berechnung keine zweckmäßigen Konstruktionen.

3. Bogen mit Kämpfergelenken. Diese stützen sich am gelenkförmige Lager, wodurch die Angriffspunkte der Kämpferdrücke bestimmt und die Einspannungsmomente auf die Größe des Reibungsmoments im Zapfengelenke vermindert, also, praktisch genommen, eliminiert werden. Die Bogenträger selbst können wieder entweder als Blechbogen (Fig. 4) [9] oder als Fachwerksbogen ausgeführt sein, letztere mit parallelen Gurtungen [10] (Fig. 5), (Fig. 6, Niagara-Straßenbrücke, welche die derzeit weitestgespannte Bogenbrücke darstellt), in Sichelform [11] (Fig. 7 und 8) oder als Bogen mit ausgefachten Zwickeln [12] (Fig. 9).

[151] 4. Bogen mit Kämpfer- und Scheitelgelenken, Dreigelenkbogen. Bei diesen tritt zu den gelenkförmigen Auflagern in den Kämpfern noch ein drittes Gelenk im Scheitel des Bogens, wodurch statische Bestimmtheit hinsichtlich der äußeren Kräfte (Auflagerkräfte) erreicht wird. Auch diese Dreigelenkbogen werden entweder als vollwandige Blechbogen [13] oder als Fachwerkbogen mit parallelen Gurten oder mit horizontalem Obergurt und ausgefachten Bogenzwickeln [14] ausgeführt. Die Anordnung eines Scheitelgelenkes wird insbesondere bei sehr flachen Bogen ratsam erscheinen, und bietet dafür ein bemerkenswertes Beispiel die 1900 erbaute Alexanderbrücke über die Seine in Paris, deren Bogen eine Stützweite von 107,5 m hat bei einer Pfeilhöhe von bloß 6,28 m [15]. Als Material für die sichelförmigen Vollwandbogen kam Gußstahl von hoher Fertigkeit zur Anwendung.

Dreigelenkbogen sind auch mehrfach bei Auslegerbogenbrücken zur Ausführung gekommen, und hervorragende Beispiele hierfür sind der Viaurviadukt auf der Eisenbahnlinie Carmaux-Rodez [16], der einen Mittelbogen von 220 m Stützweite hat, der beiderseits Auslegerarme von 69,6 m Länge in die 95 m weiten Seitenöffnungen ausstreckt, ferner die Mirabeau-Straßenbrücke über die Seine in Paris [17] (Fig. 10).

Hinsichtlich des Vergleichs der verschiedenen Bogenträgersysteme wäre zunächst zu erwähnen, daß gegenwärtig den Bogen mit gelenkförmiger Auflagerung wohl meist der Vorzug vor den eingespannten Bogen gegeben wird. Maßgebend hierfür sind die Rücksichten auf eine mehr gesicherte Montierung, auf die Vermeidung oder wenigstens bedeutende Verminderung von Ueberanstrengungen durch Montierungsmängel und durch Temperaturwirkung. Bei den in neuerer Zeit ausgeführten gelenklosen Bogen hat man daher wenigstens während der Aufstellung und für die Eigengewichtswirkung vorübergehend eine Gelenklagerung herbeigeführt (Müngstener Brücke). Gegen den Dreigelenkbogen, der allerdings einfach zu berechnen und von Montierungs- und Temperaturspannungen gänzlich frei ist, werden der ungünstigere Einfluß von Stößen und die etwas größeren Scheitelbewegungen durch Belastung und Temperaturwirkung geltend gemacht; bei beschränkter Konstruktionshöhe, wo es sich um möglichste Verminderung der Trägerhöhe im Scheitel handelt, wird man aber doch immer zur Anordnung eines Scheitelgelenkes greifen.

Bezüglich der Wahl der Trägerform ist zu erwähnen, daß Bogen mit ausgefachten Zwickeln sich mehr für kleinere und mittlere Spannweiten mit obenliegender Fahrbahn eignen, während für größere und sehr große Spannweiten parallelgurtige oder sichelförmige Bogenträger die[152] zweckmäßigere Anordnung darstellen. Was die Lage der Fahrbahn anbelangt, so findet man bei den älteren Bogenbrücken weitaus am häufigsten jene Anordnung, die man als »Bahn oben« bezeichnet. Bei dieser liegen die Hauptträger (Bogen) gänzlich unter der Fahrbahn, und letztere stutzt sich mittels vertikaler Ständer, die bei Fachwerksbogen immer in den Knotenpunkten angeordnet sind, auf den Bogen. Bei genügend großer verfügbarer Höhe zwischen Bogenauflager und Fahrbahn ist dies die zweckentsprechendste und unser Schönheitsgefühl am besten befriedigende Anordnung. Bei weit und hoch gespannten Bogen hat man dann auch die Fahrbahn nicht in jedem Knotenpunkt gestützt, sondern dieselbe durch einen Viadukt gebildet, der von eisernen, auf den Bogenträgern aufgehenden Pfeilern getragen wird (Fig. 3, Fig. 8). Ist die Höhe zwischen Bogenauflager und Fahrbahn im Verhältnis zur Spannweite nur gering, so bleibt zur Erzielung eines günstigen Stichverhältnisses nichts andres übrig, als den Bogenscheitel über die Fahrbahn zu legen; letztere durchschneidet dann den Bogen und ist auf denselben teils gestützt, teils an ihn angehängt (Fig. 7). Aber auch bei ganz unten liegender Fahrbahn findet das Bogenträgersystem Anwendung und es ist in neuester Zeit der über der Brückenbahn liegende steife Fachwerksbogen mit Zugband eine namentlich in Deutschland beliebte Anordnung geworden [18] (Fig. 11). Die 1897–1900 gebauten großen Brücken über den Rhein bei Bonn (187,2 m Spannweite), Düsseldorf (181,3 m) und Worms (102,2 m), über die Elbe bei Harburg (100 m) und Magdeburg (135 m), über die Mosel bei Trarbach u.a. geben hervorragende Beispiele dieser Anordnung. Hinsichtlich der Grundzüge der Berechnung der Bogenbrücken [1] s. Bogen, und hinsichtlich der allgemeinen Anordnung, Anzahl der Träger, Gestaltung und Konstruktion der Bahn, der Quer- und Windverstrebungen wie der sonstigen konstruktiven Einzelheiten [2] s. Brücken, eiserne.

Literatur; [1] Melan, Theorie der Bogen- und Hängebrücken, Handbuch der Ingenieur-wissensch., Bd. 2, Brückenbau, 4. Abt., 12. Kap. – [2] Schäffer und Melan, Konstruktion der eisernen Bogenbrücken, desgl., 14. Kap.; daselbst auch ausführliche Literaturangaben über einschlägige theoretische Abhandlungen, bezw. über ausgeführte Konstruktionen von eisernen Bogenbrücken. – [3] Die Ferdinandsbrücke über die Mur in Graz, Zeitschr. d. österr. Ing. u. Arch.-Ver. 1883. – [4] Rheinbrücke bei Konstanz, v. Klein, Sammlung ausgeführter Brückenkonstruktionen; Rohrbachbrücke der Gotthardbahn, Zeitschr. d. Arch.- u. Ing.-Ver. zu Hannover, 1882 u.a. – [5] Brücke über den Mississippi bei St. Louis (158 m Sp.), Zeitschr. d. österr. Ing.- u. Arch.-Ver. 1874; Brücke über die Adda bei Paderno (150 m Sp.), II Politecnico 1890. – [6] Schwarzwasserbrücke im Kanton Bern (114 m Sp.), Die Eisenbahn 1882, Croizette-Desnoyers, Cours des ponts; Straßenbrücke Luiz I. über den Douro bei Oporto (170 m Sp.), Schweiz. Bauztg. 1886 u.a.; Die Kornhausstraßenbrücke über die Aare in Bern (114,8 m Sp.), Schweiz. Bauztg. 1898. – [7] Rieppel, Die Talbrücke bei Müngsten, Zeitschr. des Ver. deutsch. Ing. 1897. – [8] Theißbrücke bei Szegedin, v. Klein, ausgeführte Konstruktionen; Margaretenbrücke in Pest, Zeitschr. des österr. Ing.- u. Arch.-Ver. 1874; Obere Rheinbrücke in Basel, Die Eisenbahn 1878 u.a. – [9] Washingtonbrücke über den Harlemfluß (155 m Sp.), von N.R. Hutton, New York, L. v. Rosenberg; Erdreviadukt (95 m Sp.), Zeitschr. d. Arch.- u. Ing.-Ver. zu Hannover 1879; König Karls-Brücke zwischen Stuttgart und Cannstatt, Zeitschr. f. Bauwesen 1895, Heft 1–3 u.a. – [10] Eisenbahnbrücken über den Rhein bei und oberhalb Koblenz, Zeitschr. f. Bauwesen 1881; Straßenbrücke über den Rhein zwischen Mainz und Kastel, desgl. 1886; Straßenbrücke über die Theiß bei Szegedin, Zeitschr. d. österr. Ing.– u. Arch.-Ver. 1883; Brücke über den Nordostseekanal bei Levensau (163,4 m Sp.), Zentralbl. d. Bauverw. 1894, S. 508; Straßenbrücke über den Niagarafall, Kunz, Zeitschr. d. österr. Ing.- u. Arch.-Ver. 1899, Nr. 30 u. 31. – [11] Garabitviadukt (165 m Sp.), Zentralbl. d. Bauverw. 1881, 1884; Brücke über den Nordostseekanal bei Grünental (156,5 m Sp.), desgl. 1891, S. 214 u.a.; Straßenbrücke über den Rhein bei Worms (105,6 m Sp.), Rieppel, Konstruktion neuerer deutscher Brückenbauten, Zeitschr. f. Arch.- u. Ingenieurwesen 1898; ferner Zentralbl. d. Bauverw. 1896; Ostbahnbrücke über die Seine in Paris (85,7 m Sp.), Zeitschr. d. österr. Ing.- u. Arch.-Ver. 1901, S. 563. – [12] Donaukanalbrücke der Wiener Verbindungsbahn, Allgem. Bauztg. 1886; Eisenbahnbrücke über den Niagara (167,6 m Sp.), Railroad Gazette 1896, Zeitschr. d. österr. Ing.- u. Arch.-Ver. 1896, S. 652 u.a. – [13] Bogenbrücken des Bahnhofes Lüneburg, Zeitschr. d. Arch.- u. Ing.-Ver. zu Hannover 1883; Carolastraßenbrücke über die Elbe in Dresden (52,9 m Sp.), Klette, Zeitschr. f. Arch.- u. Ingenieurwesen 1897, Heft 5. – [14] Franzensbrücke über den Donaukanal in Wien, Pfeuffer, Zeitschr. d. österr. Ing.- u. Arch.-Ver. 1900, S. 285. – [15] Alexanderbrücke in Paris (107,5 m Sp.), Annales des ponts et chaussées. – [16] Viaurviadukt (220 m Sp.), Zeitschr. d. österr. Ing.- u. Arch.-Ver. 1901, S. 545. – [17] Mirabeaubrücke in Paris (99,3 m Sp.), desgl.; Annales des ponts et chaussées 1895, Génie civil 1894 u.a. – [18] Hackerbrücke im Zentralbahnhof München, Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ing. 1893; Johannesbrücke in Ischl, Blechbogen mit Zugband Allgem. Bauztg. 1899, Heft 2; Landsberg, Zentralbl. d. Bauverw. 1896, Rheinbrücke bei Worms; Mehrtens, Der deutsche Brückenbau im 19. Jahrhundert, Berlin 1900.

Melan.

Fig. 1.

Fig. 1a.

Fig. 2.

Fig. 3.

Fig. 4.

Fig. 5.

Fig. 6.

Fig. 7.

Fig. 8.

Fig. 9.

Fig. 10.

Fig. 11.