Brücke

Brücke, Bauwerk, dazu bestimmt, einen Verkehrsweg über ein Hindernis so zu führen, daß unterhalb der geschaffenen Bahn ein freier Raum verbleibt.

Je nach der Art des über die Brücke geführten Verkehrsweges unterscheidet man als erste Hauptgruppe Straßenbrücken für Fußgänger und Fuhrwerksverkehr, hierzu als Unterabteilung Fußstege bloß für Fußgängerverkehr. Die zweite Hauptgruppe bilden die Eisenbahnbrücken, die für den Eisenbahnverkehr bestimmt sind. Diese beiden Arten von Brücken unterscheiden sich wesentlich durch die Ausbildung der Fahrbahn. Eine dritte Gruppe bilden die Kanalbrücken für Ueberführung eines Schiffahrtskanals und Aquäduktbrücken für Ueberführung einer Wasserleitung.

Auf den durch die Brücke geschaffenen freien Raum unter derselben oder auf das überbrückte Hindernis bezieht sich die Einteilung in: Durchlässe, das sind Bauwerke von kleiner Oeffnungsweite, etwa bis 5 m, zur Durchführung eines kleineren Wasserlaufes oder eines Weges (in letzterem Falle heißen sie auch Durchfahrten) unter einem angeschütteten Damme bestimmt. Die Durchlässe sind in der Regel unter künstlichen Aufschüttungen hergestellt; bei Lichtweiten kleiner als 1 m nennt man sie Dohlen; Ueberfahrten oder Wegebrücken haben eine Straße über einen Eisenbahn-, Straßen- oder Kanaleinschnitt zu führen; Strombrücken, die das Hauptwasser überspannen, nebst Flut- und Inundationsbrücken, welche letztere für die Hochwasser eines Flusses bestimmt sind; Talbrücken oder Viadukte, die zur Uebersetzung[326] eines Tales oder einer tiefen Terrainfurche an Stelle einer Dammschüttung erbaut werden. Es geschieht dies meist aus wirtschaftlichen und auch aus Sicherheitsrücksichten, da hohe Dämme (über 16–20 m) nicht nur infolge des großen Materialaufwandes sehr teuer kommen, sondern auch bezüglich der Entwässerung und Rutschungsgefahr keine genügende Sicherheit bieten; endlich Gerüstbrücken oder Trestleworks, die meist vorübergehend die Stelle eines Dammes zu vertreten haben; sie werden je nach der beabsichtigten Zeitdauer aus Holz oder Eisen konstruiert.

An jeder Brücke lassen sich zwei Hauptteile unterscheiden: 1. der Unterbau, aus den Fundamenten und den Pfeilern bestehend, welch letztere entweder Endpfeiler (Widerlager, Land- oder Uferpfeiler) oder Zwischenpfeiler sind, und 2. der Ueberbau oder die eigentliche Tragkonstruktion. Je nachdem der Ueberbau fest und unbeweglich oder so gelagert ist, daß durch eine Bewegung desselben der Raum zwischen den Pfeilern auch der Höhe nach ganz oder zum Teile freigegeben werden kann, unterscheidet man feste und bewegliche Brücken (s. S. 329); letztere werden nur ausnahmsweise notwendig, hauptsächlich dann, wenn schiffbare Gewässer im niedrigen Niveau übersetzt werden müssen.

Nach dem Materiale, aus dem der Ueberbau oder das Tragwerk der Hauptsache nach hergestellt ist, kann man die Einteilung in hölzerne, steinerne und eiserne Brücken treffen.

Endlich kann man nach der in Aussicht genommenen Dauer der Brücke definitive Brücken, die für möglichst lange Dauer berechnet sind, und provisorische oder interimistische Brücken unterscheiden, zu denen die Not-, Kriegs- und Arbeitsbrücken gehören.

Die von der Tragkonstruktion in einer Oeffnung überspannte Weite nennt man die Spannweite, auch lichte Spannweite oder Lichtweite, wenn sie das Maß zwischen den Pfeilerflächen bezeichnet. Die Stützweite gibt die Entfernung der Auflagermitten der Tragkonstruktion; sie ist gleich der lichten Spannweite mehr der beiderseitigen Auflagerlänge. Für die Wahl der Spannweite maßgebend sind Rücksichten auf die Zweckmäßigkeit des Verkehrs, auf die Standsicherheit, bei Uebersetzung von Flüssen auf die Wasserbewegung und freien Durchflußprofile, und schließlich auf die Bauökonomie. Die Spannweite (Lichtweite) ist in vielen Fällen schon durch die Breite des zu übersetzenden Objektes gegeben, oder es verlangt der Verkehr unter der Brücke gewisse minimale Lichtweiten. Bei Eisenbahnüberbrückungen ist das Lichtraumprofil maßgebend; dasselbe bedingt bei eingleisiger normalspuriger Bahn eine Lichtweite von 4,3 m, bei zweigleisiger Bahn 7,5 m. Bei Straßenüberbrückungen ist die Lichtweite durch die Straßenbreite bestimmt, kann jedoch bei Landstraßen um etwa 1 m verringert werden. Eventuell können Straßengräben durch die Widerlager geführt werden. Es kann auch vorkommen, daß ein Weg und ein kleiner Wasserlauf an ein und derselben Stelle zu übersetzen sind, In diesem Falle können entweder zwei getrennte Objekte angeordnet oder aber Bach und Weg in einem Objekt neben- oder übereinander geführt werden.

Bei Ueberbrückung regelmäßiger Gerinne, z.B. Mühlgräben, ist die Lichtweite derselben leicht bestimmt. Durch Aufführung gemauerter Einfassungen kann die Weite der Oeffnung vermindert werden. – Bei der Ueberbrückung von Wasserläufen ohne Schiffsverkehr und Floßverkehr kann die Durchflußweite nach in der Nähe befindlichen, denselben Wasserlauf überspannenden Brücken bemessen werden, wenn sich dieselben als richtig dimensioniert erwiesen haben. Andernfalls ist es notwendig, die Durchflußweite aus der abzuführenden größten Hochwassermenge (s. Hochwasser) zu berechnen. – Bezeichnet υ die mittlere Geschwindigkeit des Hochwassers im Brückenquerschnitt, f die Fläche des nassen Durchflußquerschnittes und μ den Ausflußkoeffizient (für Durchlässe in der Ebene, μ = 0,8, im Gebirge μ = 0,5), so bestimmt sich aus f = M/μ · υ das Durchflußprofil (s.d.) und daraus l = f/t (hier bedeutet t die mittlere Tiefe des Gerinnes) die lichte Weite. Sind mehrere größere Oeffnungen vorhanden, so ist auf den durch den Einbau der Zwischenpfeiler bedingten Aufstau entsprechend Rücksicht zu nehmen. Dieser Aufstau kann entweder bis zu einer gewissen Höhe (Stauhöhe h) zulässig sein, woraus dann die lichte Durchflußweite b gerechnet werden kann, oder es wird auch anderseits wieder nach einem angenommenen b die Stauhöhe h berechnet. Das zulässige Maß der letzteren richtet sich nach der Inundierung und den Grundwasserständen der angrenzenden Gelände und ferner nach der mit Rücksicht auf die Flußbettbeschaffenheit zulässigen Erhöhung der Wassergeschwindigkeit im Brückenquerschnitt. Näheres hierüber in [2]. Ist so die totale Durchflußweite einer Brücke bestimmt, so handelt es sich darum, zu entscheiden, ob mehrere kleine oder wenige große Oeffnungen angewendet werden sollen. Rücksichten auf den Wasserverkehr verlangen bei großen Strombrücken in der Regel gewisse minimale Lichtmaße für die Einzelöffnungen. So ist beispielsweise für die Rheinbrücken abwärts von Mainz wegen der Floßfahrt eine Lichtweite von 90–100 m verlangt; für die neue Düsseldorfer Rheinbrücke wurden zwei Oeffnungen von je 180 m aus ähnlichen Rücksichten vorgeschrieben. Von dieser Rücksicht auf die Schiffahrt abgesehen, ist für die Wahl der Spannweiten nur der Kostenpunkt entscheidend. Die Gesamtkosten sollen nämlich für die gewählte Anordnung am kleinsten werden [3]–[6]. Hiernach läßt sich die günstigste Anordnung nur durch vergleichende Projektsstudien finden. Einen ungefähren Anhalt gibt die Formel für die zweckmäßigste Spannweite

worin P die Kosten eines Zwischenpfeilers und b den von der Spannweite abhängigen Teil der Kosten des Ueberbaues der Brücke pro 1 m Länge bezeichnet (k = a + bl). Für eiserne Eisenbahnbrücken ist für ein Gleis b = 12 bis 15 ℳ. Die Spannweiten werden daher um so größer zu nehmen sein, je teurer die Pfeilerbauten werden, also bei schwierigen Fundierungen, bei großen Höhen der Pfeiler. Bei Ueberbrückung von Flüssen, die ein eingedeichtes Hochwasserbett haben, ergibt sich hiernach von selbst eine zweckmäßige Trennung in eine Strombrücke mit weiten und in eine Inundations- oder Flutbrücke mit kleineren [327] Oeffnungen, entsprechend dem Umstande, daß die Pfeilerkosten der Inundationsbrücke der geringeren Höhe und leichteren Fundierung wegen bedeutend geringer sind. Die Haupt- oder Stromöffnungen werden gewöhnlich in ungerader Anzahl angeordnet; jedoch findet man Ausnahmen dort, wo der Stromstrich nicht in der Mitte des Flusses verläuft. Bei Talbrücken (Viadukten) bestimmt sich die Gesamtlänge danach, daß etwa bei 15–20 m Höhe die Längeneinheit einer Dammschüttung ebensoviel kostet als die Längeneinheit eines Viadukts. Es ist aber zu berücksichtigen, daß bei unzuverlässigem Anschüttungsmateriale die Kosten einer Dammschüttung durch Rutschungen beträchtlich gesteigert werden können. Die Oeffnungsweiten der Viadukte sind wieder auf Grund der geringsten Baukosten zu ermitteln. – Für die Wahl der Brückenbreite ist der über dieselbe gehende Verkehr maßgebend. Bei Eisenbahnbrücken ist das Normalprofil des lichten Raumes einzuhalten. Bei Straßenbrücken ist zu berücksichtigen, daß zwei einander ausweichende Wagen eine Breite von 5,2–5,8 m beanspruchen und daß die Breite gesonderter Fußwege mit mindestens 1,0–1,5 m anzunehmen ist. Städtische Straßenbrücken erhalten 8–10 m Fahrbahnbreite und 2–3 m breite Fußwege.

Bei der Wahl des Materials, ob Holz-, Stein- oder Eisenbrücke, ist Rücksicht zu nehmen auf die Dauerhaftigkeit, auf die Raschheit der Herstellung, auf die Größe der Spannweite, auf das Aussehen des Bauwerkes und schließlich auf die örtlichen Verhältnisse überhaupt (leichte Beschaffung der Baustoffe u.s.w.). Die geringsten Herstellungskosten ergeben sich im allgemeinen bei den hölzernen, die größten bei steinernen Brücken. Es kommt aber auch vor, daß steinerne Brücken nicht teurer kommen als eiserne; insbesondere stellen sich die modernen armierten Betonkonstruktionen bis zu gewissen Spannweiten und unter sonst günstigen Bedingungen nicht höher, oft sogar niedriger im Preis als eiserne Brückenüberbauten. Dagegen sind Erhaltungs- und Erneuerungskosten bei den hölzernen Brücken am größten, bei den eisernen und steinernen bedeutend geringer. Im großen Durchschnitt betragen die jährlichen Erhaltungskosten für hölzerne Brücken 2,5% des Baukapitals, die Erneuerungskosten unter Annahme einer 25 jährigen Dauer jährlich etwa 4%, während die Erhaltungskosten der Eisenbrücken kaum mehr als 0,2–0,3% betragen; insbesondere sind für steinerne Brücken die Erneuerungs- und Erhaltungskosten nahezu Null. Die Dauer einer Brücke ist abhängig von der Konstruktionsart, dem Material und den lokalen Verhältnissen sowie von der Sorgfalt der Ueberwachung. Hölzerne Brücken, insbesondere hölzerne Eisenbahnbrücken, die den Einflüssen der Witterung ausgesetzt sind, zeigen nur beschränkte Haltbarkeit. Dort, wo keine sorgfältige Ueberwachung stattfindet, gehen sie auch oft durch Feuer zugrunde, wogegen die Dauer der seit den letzten 30–40 Jahren erbauten, rationell konstruierten eisernen Blech- und Fachwerksbrücken vorläufig noch nicht abzuschätzen ist. Um die Dauer der Brücken zu erhöhen, wurde in jüngster Zeit ein Vorschlag gemacht, die Brücken zu überdachen. Hinsichtlich der Raschheit der Herstellung liehen die Steinbrücken den hölzernen und eisernen Brücken im allgemeinen bedeutend nach; nur die Beton- und Betoneisenbrücken lassen sich verhältnismäßig rasch herstellen. In der Größe der erreichbaren Spannweite wird das Eisen von keinem andern Materiale übertroffen. Es besitzen von den eisernen Brücken die größte Spannweite die Firth of Forth-Brücke mit 521 m (es bestehen jedoch ernste Projekte für größere Spannweiten, so das Lindentalsche für eine Hudson-Hängebrücke mit 930 m Spannweite), von den hölzernen Brücken die Kaskadebrücke der Eriebahn mit 84 m. Die größten steinernen Brücken sind: die über das Syratal zu Plauen in Sachsen mit 90 m Spannweite, ferner die noch im Bau befindliche Eisenbahnbrücke über den Isonzo bei Salcano (Görz) mit 85 m Spannweite. (Fig. 7, S. 350).

Heute wird Holz als Material für den Ueberbau wohl nur angewendet: bei kleineren oder billig zu bauenden Straßenbrücken; bei Provisorien, die nur kurze Zeit zu bestehen haben, beispielsweise bei schneller Fahrbarmachung einer zerstörten Bahnlinie oder dort, wo die definitive Regulierungslinie eines zu übersetzenden Flusses noch nicht festgestellt ist; endlich in Nebenbahnen, wo durch vorläufige billige Herstellung der Brücken in Holz die Rentabilität einer Bahnanlage ermöglicht wird. – Die Wahl zwischen Eisen und Stein wird insbesondere noch durch die folgenden Umstände beeinflußt: Geringe verfügbare Konstruktionshöhe (s.d.) verweist oft naturgemäß auf die Wahl einer eisernen Brücke. Konstruktionshöhe heißt der Höhenunterschied der Brückenfahrbahn und der Unterkante der Brückenkonstruktion. Diese ist bei Eisenbahnüberbrückungen etwa 0,1 m über das Normalprofil des lichten Raumes (s. Lichtweite) zu legen. Ueberbrückungen von Straßen erfordern eine lichte Höhe von 4–5 m [1]; bei Brücken über Bäche und Flüsse, auf denen kein Wasserverkehr stattfindet, ist die Unterkante der Konstruktion nicht tiefer als 0,3 m über Hochwasserhöhe zu legen, wenn Eisgang stattfindet nicht unter 0,7–1 m über Hochwasser. Bei gewölbten Brücken braucht dieser Abstand nur im Scheitel vorhanden zu sein und können die Kämpfer der Segmentbogen in Hochwasserhöhe, jene der Korbbogen sogar noch tiefer gelegt werden, namentlich in Rücksichtnahme auf den Umstand, daß bei Hochwasser dann ein vermehrter Stau eintritt. findet auf dem überbrückten Wasserlaufe Floß- oder Schiffsverkehr statt, so muß außerdem darauf gesehen werden, daß über dem höchsten flöß- oder schiffbaren Wasserstande genügend Raum, und zwar für Flöße etwa 2,5 m, für Schiffe 4,5–5 m vorhanden sein muß. Im Unterlauf der Flüsse, wo auch Segelschiffsverkehr stattfindet, sind bedeutend größere lichte Höhen erforderlich (30–40 m Cernavodabrücke über die Donau, Forthbrücke u.s.w.). Hier sind bewegliche Brücken von Vorteil (s. Brücken, bewegliche, S. 329).

Die eisernen Brücken gestatten größere Oeffnungsweiten, verlangen also weniger Pfeiler als die steinernen. Dies ist namentlich bei Flüssen mit Schiffsverkehr von Bedeutung. Grundsätzlich wird man trachten, eine normale Ueberbrückung zu erzielen, d.h. die Brückenachse senkrecht auf die Achse des zu überbrückenden Verkehrsweges (Bach, Straße) zu stellen; auch wird man es vermeiden, die Brücken in einen Bogen zu legen, da infolgedessen das Bauwerk verteuert und die Entgleisungsgefahr erhöht wird. Schiefe oder im Bogen geführte Brücken[328] sind mit eisernem Ueberbau leichter auszuführen als in Stein. Schiefe steinerne Brücken erfordern schiefe Gewölbe, die durch den komplizierten Steinschnitt sehr teuer werden. Dagegen sprechen für die steinernen gewölbten Brücken bei Eisenbahnen: die leichte Ueberwachung; die auf die Dauer im allgemeinen größere Sicherheit auch dann, wenn die Fahrbetriebsmittel verstärkt werden, da hier wegen des großen eignen Gewichts die Verkehrslast nur wenig Einfluß nimmt; die gleichartige Fahrbahnkonstruktion mit der offenen Strecke, größere Sicherheit gegen Entgleisung und monumentale Wirkung.

In Hinsicht auf die statische Wirkungsweise des Ueberbaues unterscheidet man drei Hauptkonstruktionssysteme der Brücken: 1. Balkenbrücken, die ihre Stützen (Widerlager, Pfeiler) nur lotrecht oder in einer von der lotrechten nur wenig abweichenden Richtung belasten; 2. Stützbrücken, die den Unterbaus in schräger Richtung nach außen schiebend beanspruchen, bei denen sonach das Tragwerk zwischen festen Widerlager eingespannt ist. Hierher gehören die Sprengwerks- und Bogenbrücken, ferner die gewölbten Brücken; 3. Hängebrücken, die auf ihre Stützpunkte schiefe, nach innen ziehende Kräfte äußern, bei denen sonach das Tragwerk zwischen festen Widerlagern (Pfeilern) aufgehängt ist. Das Tragwerk der Balkenbrücken wird auf Biegung, jenes der Stützbrücken vornehmlich auf Druck, das der Hängebrücken vornehmlich auf Zug beansprucht. Bei wechselnder Verteilung der Belastung entstehen aber im allgemeinen auch in den Stütz- und Hängeträgern Biegungsspannungen, und um diese ohne bedeutende Formänderungen aufnehmen zu können, müssen auch diese Systeme steif, das ist biegungsfest konstruiert sein (s. Bogenbrücken, Brücken, hölzerne, Hängebrücken). Bei den Holzbrücken spielen bloß die Balkenträger und die Stützträger (Sprengwerke) eine Rolle; bei den Steinbrücken vornehmlich nur die Stützträger oder Bogen in Form der Gewölbe, untergeordnet bei ganz kleinen Weiten die Balken in Form von Platten; Betoneisenbalken werden in neuerer Zeit auch für Stützweiten bis zu 16 m ziemlich häufig verwendet; bei den eisernen Brücken sind sämtliche drei Hauptkonstruktionssysteme in Anwendung.

Die Kämpfer eiserner Bogenbrücken sind hochwasserfrei anzulegen. – Brückenbestandteile, besonders Brückenträger, sowie allgemeine zum Brückenbau erforderliche theoretische und konstruktive Gesichtspunkte findet man im Lexikon behandelt in den Artikeln: Ankermauerwerk, Aquäduktbrücken, Auflager der eisernen Brücken, Augenstäbe, Auslegerbrücken, Ausschalen, Balken, Balken, durchlaufende, einfache, Balkenfachwerke, Balkenträgerbrücken, Ballastgewichte, Belastung der Träger, Belastungsgrenze, Belastungsprobe, Betonbrücken, Betoneisenbrücken, Betoneisenkonstruktionen, Blechträger, Blechträgerbrücken, Bogen, Bogenbrücken, Bogen, durchlaufende, einfache, Bogenfachwerke, Bogen mit Zugstange, Bogenträger, Bolzenverbindungen, Brücken, hölzerne, eiserne, steinerne, bewegliche, Brückenachse, -auswechslung, -bahn, -belag, -belastung, -portale, -revision, -türme, -verordnungen, -verstärkungen, -zulage, Brückstreu, Cremonascher Kräfteplan, Culmanns Verfahren, Diagonalen, Dimensionenbegründung, -berechnung, Dreieckträger, Dreigelenkbogen, Drucklinie, Druckstäbe, Eigengewicht der eisernen Brücken, Einfache Träger, Einflußlinien, Einsenkung, Elastische Linie, Fach, Fachwerk, Fachwerke mehrfachen Systems, Fachwerke, statisch bestimmte, statisch unbestimmte, Fachwerksträger, Fahrbahn, Fahrbahndecke, -tafel, -träger, Fischbauchträger, Flutbrücken, Gegendiagonalen, Geländer, Gelenke, Gelenkträger, Gelenkverbindungen, Genietete Träger, Gerüstbrücken, Gitterbrücken, Gitterträger, Grenzwerte, Gurtungen, Gurtungsquerschnitte, Hängebleche, Hängebrücken, Hängewerke, Hängewerksbrücken, Halbparabelträger, Hauptsystem, Herzogs Verfahren, Horizontalverband, Kanalbrücken, Kettenbrückenlinien, Klötzelholzbrücken, Knickfestigkeit, Knotenpunkte, Knotenweite, Kombinierte Träger, Konstruktionshöhe, Konstruktionskoeffizient, Konstruktionsmaterial, Kriegsbrücken, Kuhhörner, Lastäquivalente, Lavessche Träger, Lehrgerüste, Lichtweite, Linsenträger, Lohsesche Träger, Materialverteilung, Maximalmoment, Mittelpunkt von Zug und Druck, Mittengelenkbalken, Mohniéträger, Montierung, Montierungsgerüst, Montierungsspannungen, Naviersche Kettenbrückenlinie, Nebenspannungen, Nevillesche Träger, Nietverbindungen, Normalbedingungen für die Lieferung von Eisenkonstruktionen, Normalprofile für Walzeisen, Nutzquerschnitt, Ochsenaugen, Oeffnungen bei Brücken, Parabelträger, Parallelträger, Paulische Träger, Pfeiler, Querverbände, Querverstrebungen, Röhrenbrücken, Schiffbrücken, Schiffkornbrücken, Schnittkräfte, Schwedlerträger, Sicherheit, Spannungskoeffizient, Spannungstrajektorien, Spannweite, Sprengwerke, Ständer, Steifrahmen, Streben, Streckbäume, Temperaturspannungen, Träger, Trapezträger, Ueberhöhung von Trägern, Verankerung, Verkehrslast, Versteifungsbalken, Viadukte, Warrenträger, Widerlager, Winddruck, Windverband, X-Gurtung, Zug, exzentrischer, Zulässige Beanspruchung, Zusatzspannungen, Zweigelenkbogen, Zwischengelenke, Zwischenstützen, Zwischenträger.

Literatur: [1] Handbuch der Ingenieurwissensch., Bd. 1, S. 100–222, 3. Aufl., Leipzig 1900. – [2] Ebend., Bd. 3, S. 543 ff. (Wasserbau), 3. Aufl., Leipzig 1900. – [3] Meyer, Deutsche Bauztg., Berlin 1874, S. 374. – [4] Hoffmann, L., Zeitschr. d. Arch.- u. Ing.-Ver. zu Hannover 1887, S. 559. – [5] Weiß, Zeitschr. des Verb, deutscher Ingenieure, Berlin 1880, Heft 4–7. – [6] Handbuch der Ingenieurwissensch., Bd. 2: Brückenbau, Abt. 1–5, 3. Aufl., Leipzig 1899. – [7] Kaven, Disposition von Brücken in praktischen Details, Aachen 1874. – [8] Häseler, Brückenbau,[329] Braunschweig 1897. – [9] Winkler, E., Vorträge über Brückenbau, 2. Teil, – [10] Strukel, M., Brückenbau, Leipzig 1900. (Weitere Literaturangaben enthalten auch [1], [2] und [6].)

Melan.