Brücken [3]

Brücken , eiserne. Darunter verlieht man alle jene Brückenbauwerke, deren Ueberbau aus Eisen hergestellt ist. Sie bilden vermöge der Häufigkeit ihrer Anwendung, der damit erzielbaren Leistungen, dann vermöge der Ausbildung ihrer Theorie und Konstruktion die wichtigste und bedeutendste Gruppe unter den Brücken.

Hauptbaustoff der eisernen Brücken ist das Schmiedeeisen in den verschiedenen Formen des gewalzten Eisens (Bleche und Formeisen), während das vor mehreren Dezennien noch häufiger angewendete Gußeisen jetzt von der Anwendung zu tragenden Teilen ganz ausgeschlossen wird und nur zu untergeordneten Nebenteilen von Brückenträgern, hauptsächlich zu den Auflagerkonstruktionen sowie auch zu Portalen, Geländern und druckvermittelnden Zwischengliedern noch Anwendung findet und auch hier vom Stahlguß fast verdrängt ist. Von den beiden Sorten des Schmiedeeisens: Schweißeisen und Flußeisen wurde bis vor wenig Jahren fall ausschließlich nur das Schweißeisen zu Brückenkonstruktionen verwendet; gegenwärtig werden aber bereits weit, mehr Brücken aus Flußeisen als aus Schweißeisen gebaut und erscheinen die anfänglichen Bedenken gegen dieses Material durch Beschränkung auf entsprechend weiche und zähe Flußeisensorten sowie durch gewisse Vorsichten bei der Anarbeitung der Konstruktion behoben. Gegenwärtig wird nicht bloß das basische Martin-Flußeisen verwendet, sondern es ist in den letzten Jahren (Deutschland 1891, Oesterreich 1904) auch das Thomas-Flußeisen als für Brückenbauten zulässig erklärt worden. (S. Konstruktionsmaterial der eisernen Brücken.) Härteres, als eigentlicher Stahl zu bezeichnendes Flußmetall ist nur vereinzelt angewendet worden, und dasselbe eignet sich auch nur für sehr weitgespannte Brücken, wo die Stoßwirkungen der Verkehrslasten weniger schädlich auftreten. Für Kabelhängebrücken (s. Kabel) kommt Stahl draht zur Anwendung. Die sonst in der amerikanischen und englischen Literatur als Stahlbrücken bezeichneten Bauwerke sind fast ausnahmslos aus einem Materiale (Soft Steel), das unserm Konstruktionsflußeisen entspricht. (S.a. Zulässige Beanspruchung der eisernen Brücken.)

Der Ueberbau einer eisernen Brücke besteht aus den Hauptträgern, die parallel zur Längsachse der Brücke die Oeffnungsweite überspannen und auf die Pfeiler gelagert sind; ferner aus den Quer- und Zwischenkonstruktionen, die teils zur unmittelbaren Unterstützung der Fahrbahn, teils zur seitlichen Absteifung der Hauptträger dienen. – Die Hauptträger bestimmen das Konstruktionssystem der Brücke. Als hauptsächlichstes Unterscheidungsmerkmal gilt ihr statisches Verhalten zu den Pfeilern bezw. Widerlagern. Man teilt hiernach die Brücken ein in Balkenträgerbrücken, Bogenbrücken und Hängebrücken. Für die Wahl eines dieser Systeme ist in der Regel die vorhandene Konstruktionshöhe maßgebend. Danach erhält man Balkenbrücken mit Fahrbahn oben, Fahrbahn in der Mitte und Fahrbahn unten. Bei Hängebrücken ist die Konstruktionshöhe nicht größer als die Fahrbahndicke (inkl. Querträgerhöhe). Bogenbrücken erfordern zwar an den Auflagern große Konstruktionshöhen, wenn die Tragkonstruktion ganz unter die Fahrbahn gelegt werden soll, doch sind namentlich in Deutschland in den letzten Jahren vielfach Ausführungen mit über der Fahrbahn gelegenen Bogenträgern gemacht worden. (Näheres s. Bogenbrücken, Hängebrücken.) Hat die Brücke mehrere Oeffnungen, so kann der Ueberbau der einzelnen Oeffnungen entweder ganz unabhängig sein oder es findet zwischen den angrenzenden Oeffnungen eine durch die Kontinuität des Ueberbaues bedingte Wechselwirkung statt. In letzterem Falle bezeichnet man die Träger als kontinuierlich oder durchgehend. Von praktischer Wichtigkeit ist besonders der kontinuierliche Balkenträger, d.i. der auf mehreren Stützen horizontal aufgelagerte Balken. Die Kontinuität des Balkens hat eine Verringerung der Biegungsmomente, daher im allgemeinen gegenüber dem Einzelhallen eine Materialersparnis zur Folge; auch sind mit diesem Trägersystem bei eisernen Brücken gewisse Vorteile für die Aufstellung (Möglichkeit des Einschiebens ohne Gerüst) verbunden. Diesen Vorteilen des kontinuierlichen Trägers flehen als Nachteile gegenüber: die statische Unbestimmtheit und die daraus folgende Unsicherheit der Berechnung, namentlich wegen des Einflusses einer ungenauen Höhenlage der Stützen, wodurch bei kleinen und mittleren Spannweiten die Spannungen im Träger sehr beträchtlich geändert werden können; der ungünstige Einfluß einer ungleichen Erwärmung der beiden Trägergurte, die bei direkter Sonnenbestrahlung leicht eintreten und eine Erhöhung der Gurtspannungen um 20–30% hervorrufen kann; die Möglichkeit des Auftretens bedeutender Nebenspannungen, namentlich über den Mittelstützen, endlich der Wechsel von Zug und Druck in gewissen Teilen der Gurtungen. Brücken mit kontinuierlichen Balkenträgern wurden früher sehr zahlreich für kleine und große Spannweiten ausgeführt; jetzt ist man aber davon, wenigstens dort, wo der moderne Standpunkt der Brückenbauwissenschaft Geltung hat, fast gänzlich abgekommen und beschränkt ihre[334] Anwendung auf wenige Fälle und etwa auf Drehbrücken. Dafür wurde in den kontinuierlichen Gelenkträger- (s.d.) oder Kragträgerbrücken ein System ausgebildet, das infolge seiner statischen Bestimmtheit die Nachteile des gewöhnlichen kontinuierlichen Trägers vermeidet. Es hat sich in neuerer Zeit überhaupt das Bestreben nach Anwendung der einfachen, äußerlich und innerlich statisch bestimmten Trägerformen und nach Konstruktionen mit möglichst klarer Kräftewirkung geltend gemacht, und wir sehen dasselbe namentlich in den Leistungen des amerikanischen und deutschen Brückenbaues zum Ausdrucke gebracht. Es wäre aber verfehlt, alle statisch unbestimmten Anordnungen überhaupt und von vornherein ausschließen zu wollen.

Die ersten eisernen Brücken wurden zu Ende des 18. Jahrhunderts in England und Amerika gebaut, und zwar waren es gußeiserne Bogenbrücken (1799 die vom Coalbrookdale-Eisenwerke erbaute Brücke über den Severn) und unversteifte Hängebrücken (1796 die von Finlay erbaute Brücke über den Jakobs-Creek in Amerika), welche die Vorläufer bildeten. Das Auftreten der eisernen Balkenträger fällt mit dem Entstehen der Eisenbahnen zusammen; bei den ersten englischen Bahnen kamen bereits gußeiserne Balken in Längen bis zu 14 m zur Ueberbrückung der Durchfahrten in Anwendung. Längere Träger wurden aus mehreren Stücken zusammengesetzt und an der unteren Seite mit schmiedeeisernen Bändern armiert. Die Erfindung des Walzprozesses (1820) ließ aber bald das Schmiedeeisen an Stelle des Gußeisens treten. Die gegossenen Barrenträger verschwanden und machten zunächst gewalzten I-Trägern und für Bewältigung größerer Spannweiten bald auch den aus Winkeleisen und Blechen zusammengesetzten Vollwandträgern (s. Blechträgerbrücken) Platz. Um diese Zeit (1846–49) entstand die erste weitgespannte Balkenbrücke der Welt, nämlich die Britanniabrücke über die Menaistraße in der Eisenbahnlinie Chester-Holyhead; dieselbe besitzt fünf Oeffnungen von 100–140 m Weite; ihre Träger erhielten einen Kastenquerschnitt von so großen Abmessungen, um einen ganzen Eisenbahnzug hindurchzulassen.

Die gegliederten Träger haben sich aus den hölzernen Fachwerken entwickelt; und zwar bildete die Grundlage dazu das einfache Dreiecksdach, das später durch Hängesäulen und Streben vervollkommnet wurde. Die ersten eisernen Gitterbrücken wurden gegen die Mitte des vorigen Jahrhunderts erbaut, und zwar als Parallelträger mit engmaschigem Flacheisengitterwerk, welche ihr Vorbild an den von Town eingeführten amerikanischen hölzernen Lattenbrücken hatten. (1845 Royal-Kanal-Brücke der Dublin-Drogheda-Eisenbahn, 42,7 m Spannweite.) Mit diesem System wurden in den Brücken über die Weichsel zu Dirschau (121 m), über die Nogat zu Marienburg (97,6 m) und über den Rhein zu Köln (98,2 m, Fig. 1) bereits sehr ansehnliche Spannweiten bewältigt, allerdings mit bedeutendem Materialaufwand, denn das Flacheisengitterwerk, das zur Aufnahme von Druckkräften ungeeignet ist, macht die Anbringung besonderer Vertikalsteifen notwendig, um die Trägerwand gegen Ausknicken zu sichern. Schon anläßlich dieser Brückenbauten haben Schwedler und Culman sich gegen die Verwendung der engmaschigen Systeme ausgesprochen; sie empfahlen vielmehr die klarer gegliederten weitmaschigen Systeme, wie sie auch später und heute durchgeführt worden sind. In dem Maße, als die Ausbildung der Theorie zu größerer Klarheit über die Beanspruchungsweise eines solchen Gitterträgers verhalf, wurde man allmählich auch auf zweckmäßigere Konstruktionen geführt. Man erkannte, daß im Gitterwerk zwei verschiedene Stabrichtungen zu unterscheiden sind, wovon der einen eine Beanspruchung vorzugsweise auf Zug, der andern eine solche auf Druck zukommt (s. Gitterträger), und daß es notwendig ist, den auf Druck beanspruchten Stäben gegen Knickung widerstandsfähigere Querschnitte zu geben. Man gelangte so zu den engmaschigen Gitterträgern (Netzwerken), bei denen die Gitterstäbe aus Formeisen (⊥-, ⊔-, -Eisen) gebildet[335] wurden. Die ersten Beispiele waren der Saane-Viadukt zu Freiburg, die Gran- und Eipelbrücke der österreichisch-ungarischen Staatsbahn u.a. Indem man hierbei auch die Anzahl der Gitterstäbe verringerte, also die Maschenweite vergrößerte, entfernte man sich immer mehr von der älteren Auffassung, welche die Verbindung zwischen den beiden Gurten als durchbrochene, entsprechend versteifte Wand ansah, und kam so, indem man jedem Stabe eine bestimmte Funktion zuwies, zur Bildung des Fachwerks. Ausführlicheres über die geschichtliche Entwicklung des Baues der eisernen Brücken in [1] und [5].

An den heute üblichen Konstruktionen der eisernen Balkenfachwerksbrücken sind folgende Bestrebungen zu erkennen: 1. Hinsichtlich der Trägerform zeigt sich eine gewisse Freiheit in der Beherrschung und Anwendung der verschiedenartigsten Formen. Man kann im allgemeinen Parallelträger (s.d.) und Träger mit polygonalen (gekrümmten) Gurtungen unterscheiden. Mit letzteren ist in der Regel, wenigstens theoretisch, eine gewisse Materialersparnis erreichbar; jedoch ist nicht ausschließlich dieser Grund für ihre Anwendung bestimmend, sondern häufig auch das Bestreben, für das Auge eine befriedigendere Trägerform, als es der Parallelträger, namentlich bei untenliegender Fahrbahn, ist, zu finden. Bemerkenswerte Ausführungen von Parallelträgern in Deutschland und Oesterreich in den letzten Jahrzehnten sind: die Kochertalbrücke der württembergischen Staatseisenbahn (60 m Spannweite, erbaut 1876); die Neckarbrücke der badischen Staatseisenbahn (76 m Spannweite, erbaut 1878); die Savebrücke bei Brod (zwei Oeffnungen zu 80,9 m, drei zu 81,3 m, erbaut 1878/79); die Rheinbrücke bei Arnheim (zwei Oeffnungen zu 90 m, fünf zu 53,5 m, erbaut 1875/78); die Eiderbrücke bei Friedrichstadt, Holstein (zwei Oeffnungen mit je 90,3 m, zwei Oeffnungen mit 41,7 m, erbaut 1885); die König Wilhelm-Brücke über das Neckartal bei Cannstatt (eine Oeffnung zu 67 m, zehn Oeffnungen mit 59,1 m, erbaut 1896); die neue Eisenbahnbrücke über die Donau bei Tulln (drei Oeffnungen zu 85,9 m, zwei zu 81,6 m, erbaut 1904) und schließlich die Rheinstraßenbrücke zwischen Straßburg und Kehl (zwei Oeffnungen zu je 88,2 m und eine Oeffnung zu 57,5 m, erbaut 1898). Von den einfachen, d.i. bloß eine Oeffnung überspannenden Balkenfachwerksträgern mit polygonalen Gurten sind insbesondere folgende Trägerformen hervorzuheben: der Parabelträger (s.d.), der entweder beide Gurte (Linsenträger) oder bloß einen Gurt (Bogensehnenträger, Fig. 3, und Fischbauchträger) nach einer Parabel gekrümmt hat. Entspricht die Trägerhöhe der Parabelgleichung, so verlaufen bei gleichmäßiger Vollbelastung des Trägers die sämtlichen Spannkräfte allein durch Gurte und Ständer, so daß alle Schrägstäbe spannungslos sind. Der gerade Gurt erfährt hier durchaus gleiche Maximalspannung und kann daher mit konstantem Querschnitte ausgeführt werden; der gekrümmte Gurt ist gegen die Trägerenden hin etwas zu verstärken. Das Gitterwerk wird verhältnismäßig schwach beansprucht; bei einfachem Ausfachungssystem (s. Fachwerksträger) werden aber sämtliche Stäbe der Ausfachung auf Zug und Druck beansprucht, müssen also steif konstruiert werden. Stattdessen hat man früher zumeist sogenanntes Doppelfachwerk angeordnet mit steifen Vertikalpfosten und gekreuzten Flacheisenschrägstäben.

Bogensehnenträger, engl. Bowstring, Parabelträger, nennt man solche eiserne Balkenfachwerksträger, die geraden Untergurt und nach einer Parabel oder nach einem Kreisbogen geformten Obergurt haben. Ueber den Auflagern sind die beiden Gurtungen direkt zusammengeführt. Die erste Anwendung dieser Trägerform soll von Hoffmann und Moderspach 1833–37 bei einigen in Ungarn erbauten eisernen Brücken gemacht worden sein [1]; zu den ersten Anwendungen in Deutschland zählt die 1861 von Schwedler erbaute Brahe-Brücke bei Czersk. Die mit Parabelträgern gegenüber Parallelträgern zu erreichende Gewichtsersparnis[336] kann 15–20% betragen; doch wird diese Ersparnis durch die teurere Herstellung in den Kosten zumeist wieder ziemlich ausgeglichen. Bei den Bogensehnenträgern mit untenliegender Fahrbahn ist der Uebelstand hervorzuheben, daß man die zur seitlichen Absteifung bei größeren Trägerhöhen nötigen oberen Querverbindungen nur im mittleren Teile des Trägers anbringen kann. Man findet daher diese Trägerform zumeist auf kleinere Spannweiten und sogenannte offene Brücken beschränkt.

Infolge des Fortschrittes der Brückentheorie ergaben sich eine Anzahl von Formen, von denen die folgenden praktische Bedeutung erlangten: Der nach seinem Erfinder benannte Paulische Träger (s.d.). Die linsenförmige Umrißgestalt desselben entsteht aus der Forderung gleichgroßer Grenzwerte für die Spannkräfte sämtlicher Gurtstäbe. Aus gleichen Gründen wie beim Parabelträger sind, wenn Spannungswechsel in den Streben vermieden werden soll, auch hier Gegenstreben anzuordnen. Die Gurtform ist vom parabolisch gekrümmten Linsenträger wenig verschieden. Diese Paulischen Träger sind mehrfach in Deutschland, namentlich in Bayern, zur Anwendung gekommen, und zwar in den älteren Ausführungen (seit 1857) mit besonderen konstruktiven Einzelheiten (Bandgurte mit Schraubenbolzenverbindung, s. Gurtungen), die aber jetzt als veraltet anzusehen sind. Das bedeutendste Beispiel einer Paulischen Brücke ist die Eisenbahnbrücke über den Rhein bei Mainz mit 105,2 m Stützweite. Andre größere Ausführungen desselben Systems sind: Donaubrücke bei Kehlheim, fünf Oeffnungen zu je 38 m (1863); Isarbrücke bei Großhesselohe, eine Oeffnung zu 55,5 m (1857); Wertachbrücke zu Kaufbeuren, 49 m Spannweite (1870). Der Schwedler-Träger (s.d.), 1863 von Geh. Oberbaurat Schwedler bei der Weserbrücke zu Corvey zum erstenmal und später in genauerer Form bei der Elbebrücke zu Hämerten angewendet, hält in seiner Form gewissermaßen die Mitte zwischen dem Parallel- und dem Parabelträger. Der leitende Grundgedanke war der, den Obergurt derart zu krümmen, daß selbst bei ungünstigster Laststellung keine Hauptstrebe des Ständerfachwerkes einen Druck erhält. Bei geradem Untergurt ist der Obergurt an den Trägerenden in angenähert hyperbolischer Krümmung herabgeführt, wodurch erreicht wird, daß in den Endfachen die eine Grenzspannung der Schrägstäbe gerade Null wird. Der Träger besteht sonach in seinem mittleren Teile aus einem Parallelträger, für den wegen des Wechsels des Vorzeichens der Gitterstabspannungen durchweg steife Ausfachungsstäbe oder Doppelfachwerk notwendig werden, und aus den beiderseits sich anschließenden Teilen mit herabgeführtem Obergurt und mit einfachem, auf Zug beanspruchten Schrägstäben, deren Spannung für die verschiedenen Belastungsfälle zwischen Null und einem gewissen Grenzwert wechselt. Ein Nachteil der Schwedler-Träger ist das unvorteilhafte Aussehen derselben. Anwendungen von Schwedler-Trägern sind: Oderbrücke bei Stettin, drei Oeffnungen zu 40, 44, 53 m (1868); Ruhrbrücke bei Hattingen, vier Oeffnungen zu je 40,8 m (1869); Elbebrücke zu Hämerten, fünf Oeffnungen zu je 63,1 m, zwölf zu 37,6 m (1868); Elbebrücke bei Magdeburg, fünf Oeffnungen zu je 62,8 m, zehn zu je 31,4 m (1869); Elbebrücke bei Dömitz, drei Oeffnungen zu je 68 m, sieben Oeffnungen zu je 34 m (1872); Elbebrücke bei Lauenburg, drei Oeffnungen zu je 100,5 m, drei Oeffnungen zu je 49,5 m (1877); Donaubrücke bei Sigmaringen, eine Oeffnung mit 66 m, eine Oeffnung mit 33 m (1877). Mit dem Parabelträger verglichen, erfordert der Schwedlerträger ungefähr gleich viel Material, bietet aber wegen der größeren Höhe an den Trägerenden konstruktive Vorteile. Mit ihm in der Form sehr verwandt und auch im Materialbedarf nicht viel verschieden ist der Ellipsenträger mit einem Obergurte, der entweder im ganzen oder nur an seinen Enden nach elliptischen Bogen gekrümmt ist. Die neben dem Parallelträger wohl am häufigsten angewendete Trägerform ist der Halbparabelträger (s.d.), d.i. ein Parabelträger mit abgestumpften Enden, bei dem also die Gurte nicht zusammengeführt sind, sondern an einen Endständer anschließen. Auch mit dieser Trägerform ist eine Materialersparnis gegen den Parallelträger verbunden, da durch die gekrümmten Gurte überhaupt die Spannungen in der Ausfachung vermindert werden. Der Halbparabelträger ist dort, wo es sich um die Ueberspannung mittlerer oder größerer Oeffnungsweiten mit Einzelträgern handelt und nicht etwa an der etwas nüchternen Gestalt Anstoß genommen wird, eine zweckmäßige und gerne angewendete Trägerform.

Die 1852 von Brunel erbaute Brücke bei Chepstow über den Wyefluß zeigt bereits einen großfachigen abgestumpften Linsenträger, allerdings nicht mit vieleckigem, sondern stetig gekrümmtem Druckgurt. Die erste Anwendung im großen fand der Halbparabelträger bei der Brücke über den Leck (Fig. 4) bei Kuilenburg (1868), die lange Zeit die weitestgespannte Balkenbrücke war (154,4 m); andre hervorragende Beispiele sind die Waalbrücken bei Nymwegen und Bommel, die Brücke über das Hollandsche Diep, die Rheinbrücken bei Düsseldorf, Wesel, Hamm, Rhenen, die Maasbrücken bei Rotterdam, Crevecœur, der Trisanaviadukt auf der Arlbergbahn u.a. In einigen Fällen hat an Stelle des Halbparabelträgers der abgestumpfte Ellipsenträger Anwendung gefunden (Memelbrücke bei Tilsit). Neueste Anwendung von Halbparabelträgern sind: 1879, Weichselbrücke bei Graudenz, elf Oeffnungen je 98 m; 1877, Weserbrücke bei Wehrden, 90 m und zehn Oeffnungen je 33 m; 1893, Fordoner Weichselbrücke, fünf Oeffnungen zu 100 m und 13 Oeffnungen zu 62 m; 1899, Argenbrücke, Bodensee, eine Oeffnung zu 74 m. Hierhergehörig sind auch die abgestumpften Linsenträger. Auch der Trapezträger (s.d.) wäre als hierhergehörig noch zu erwähnen. Diese Träger, deren Gurtenden in gerader Linie nach den Stützpunkten verlaufen, sind selten; ein derartiges Bauwerk ist die[337] Sophienbrücke über den Donaukanal bei Wien (Köstlin und Battig, 1871), ferner die Werderbrücke über die Nagold, 52 m Spannweite, und die Straßenbrücke über den Lech (1877).

Für Brücken mit mehreren Oeffnungen ist, wie oben schon erwähnt, in neuerer Zeit der kontinuierliche Gelenkträger (s. Gelenkträger), Gerberscher Träger, Kragträger oder Träger mit freischwebenden Stützpunkten, von besonderer Wichtigkeit geworden. In der Form des Parallelträgers mit durchaus gleicher Trägerhöhe wurde er in größerem Maßstabe zuerst in Amerika bei der Kentucky-River-Brücke der Cincinnati-Südbahn (124 m Spannweite), dann auf der österreichischen Staatsbahn beim Moldauviadukt (Fig. 6) bei Cervena (84,4 m) angewendet. Die neueren amerikanischen Ausführungen (neue Niagarabrücke der Northern-Pacific-Bahn 143 m, Frazer-River-Brücke, Hudsonbrücke bei Poughkeepsie 155 m, Mississippibrücke bei Memphis 189 m und 240 m Spannweite), ferner die Warthebrücke bei Posen und die in Fig. 5 dargestellte Brücke, bei der die Kragträger unmittelbar an den Damm schließen und die Widerlager erspart sind, zeigen trapezförmig gestaltete Kragarme; an sie schließen sich dann die mannigfachen Formen der Kragträgerbrücken mit polygonalen Gurten, für deren Formgebung im allgemeinen nur der Grundsatz maßgebend ist, dem Träger an jeder Stelle eine dem daselbst auftretenden größten Momente annähernd proportionale Höhe zu geben. Es wird hierdurch, gleichwie beim einfachen Parabelträger, gegenüber dem Träger von durchaus gleicher Höhe an Material erspart, und diese Ersparnis ist bei großen Spannweiten um so bedeutender, als durch die ungleichen Trägerhöhen auch das Eigengewicht günstiger verteilt wird, nämlich die schwereren Massen mehr gegen den Pfeiler gerückt werden. Durch das Einlegen von Gelenken kann man durchgehende Träger einesteils statisch bestimmt machen, andernteils auch Materialersparnis erzielen. Für einen Träger auf n Stützen sind, um ihn statisch bestimmt zu machen, n – 2 Gelenke nötig. Anfänglich hat man die Gelenkträger wohl hauptsächlich nur wegen ihrer Häuschen Bestimmtheit geschätzt, ihre praktische Bedeutung haben sie aber erst später erlangt, nachdem man die Möglichkeit erlangt hatte, sie selbst bei den größten Spannweiten ohne Anwendung sogenannter fester Gerüste aufstellen zu können. Den augenfälligen Nachweis einer solchen Möglichkeit haben zuerst die amerikanischen Ingenieure anläßlich des Baues der Kentucky-Talbrücke der Cincinnati-Südbahn, mit einer Hauptöffnung von 114 m Weite, erbracht.

Die großartigste Anwendung dieses Systems bildet die Brücke über den Firth of Forth in Schottland (Fig. 7), die mit 518,15 m Oeffnungsweite derzeit die weitestgespannte Brücke der Welt ist und rund 50000000 ℳ. kostete. Die Tragkonstruktion besteht aus drei Kragträgern und zwei zwischen sie freischwebend gelagerten Halbparabelträgern. Die Länge der Kragarme, die gerade geneigten Obergurt und parabolisch gekrümmten Untergurt haben, beträgt rund 270 m, ihre Höhe am Auflager 104,5 m. Der mittlere Kragträger ruht bloß auf den beiden 82,3 m entfernten Stützen, während die seitlichen Kragträger außer auf den beiden Mittelstützen, die 47,2 m abstehen, noch mit ihrem Landende aufgelagert bezw. verankert sind. Die beiden Tragwände flehen nicht vertikal, sondern sie sind zur Erzielung der erforderlichen Stabilität zueinander geneigt. Andre große Brücken dieser Art sind: die Donaubrücke bei Cernavoda (Fig. 8) mit 140 und 190 m Stützweite, die Straßenbrücke über den Ohio zu Cincinnati mit 158 m Oeffnungsweite, die Mississippibrücke zu St. Paul (110 m), die neue Donaubrücke am Zollamtsplatze in Pest.

[338] Auch in Deutschland ist dieses Trägersystem bei einer Anzahl neuerer Brücken sowie bei; Entwürfen (Wettbewerb um die Rheinbrücken bei Bonn und Worms, die Donaubrücken in Pest u.a.), und zwar in Formen, die auch den Schönheitsansprüchen zu genügen suchten, zur Anwendung gekommen. Hervorzuheben ist in dieser Beziehung die durch Einschaltung eines Mittelgurtes an die Kettenform anklingende Trägergestaltung, die das Kragträgersystem in den Brücken von Mannheim, Bremen und Hameln, in Oesterreich bei zwei Brücken über die Salzach (1902) gefunden hat. Bei dem im Jahre 1904 stattgefundenen Wettbewerb für eine Rheinstraßenbrücke zwischen Ruhrort und Homberg sind ebenfalls Auslegerbrücken mit Gurtformen, die an Bogen- und Kettenbrücken erinnern, zur Anwendung gekommen. Weitere Anwendungen von Kragträgern sind: Straßenbrücke über den Main in Haßfurt (1864); Mannheimer Friedrichsbrücke (1890); Straßenbrücke über die Donau bei Vilshofen, eine Oeffnung, mit 65 m, vier Oeffnungen mit 52 m Spannweite. Die Ausfachung der Fachwerksträger betreffend machen sich die Bestrebungen geltend, tunlichst einfache, statisch bestimmte: Ausfachungssysteme anzuordnen. Man kann beim geraden Träger das symmetrische (Strebenfachwerk) und das unsymmetrische (Ständerfachwerk) Ausfachungssystem (s. Fachwerksträger), und zwar in einfacher und mehrfacher Anordnung unterscheiden. Das Strebenfachwerk enthält nur schräggerichtete Streben, das Ständerfachwerk auch solche, die auf einer der Gurten senkrecht stehen. Das Ständerfachwerk ist das ältere und wurde zuerst als Bogensehnenträger hergestellt. Im Jahre 1846 trat der belgische Ingenieur Neville mit dem System des einteiligen Strebenfachwerkes auf, das ein reines Dreiecksystem zeigte, dessen Knotenverbindungen aber nur mangelhaft durchgebildet waren; später hat der Engländer Warren die konstruktiven Einzelheiten des Nevilleschen Systems verbessert, indem er den gußeisernen Obergurt durchgehen ließ und Gelenkbolzenknoten einführte, wie sie später für die amerikanischen eisernen Brücken typisch geworden sind.

Europäische Ausführungen des Systems Neville-Warren sind: die Trentbrücke bei Newark (Great Northern-Bahn 1851); die Crumlin-Talbrücke bei Newport (zehn Oeffnungea je 46 m Weite); in Amerika war die Finksche Ohio-Fall-Brücke bei Louisville, deren Hauptöffnungen 113 und 122 m betrugen, seinerzeit (1870) die weitestgespannte Brücke (System Warren mit eingeschalteten Hilfsstäben). Für größere Oeffnungen bedurfte das System Warren eine Teilung der Feldweite durch Zwischenknotenpunkte, die an das Hauptstrebenfachwerk durch sekundäre Dreiecksfachwerke angeschlossen wurden (ähnlich wie in Fig. 12 und 13).

Gleichzeitig mit dem Warren-System erschien das einteilige Ständerfach mit Gegenstreben bei Parallelträgern; es waren noch in allen Feldern Gegenstreben angeordnet, und erst 1846 wurden in Amerika Parallelträger mit einfachen Streben in den Endfeldern durchgeführt, indem darauf Rücksicht genommen wurde, daß bei einem Parallelträger nur eine gewisse Reihe von Mittelfeldern (Wechselstrecke) von positiven und negativen Querkräften beansprucht wird.[339] In Europa wurde eine derartige einteilige Konstruktion 1859 zum erstenmal von Raven durchgeführt (Ilmenaubrücke bei Bienenbüttel).

Im weiteren Verlaufe der Entwicklung der Ausfachungssysteme hat man die Ständerfachwerke mit Kreuzstreben allmählich verlassen und sich dafür den mehrteiligen Strebenfachen zugewendet. Einteilige Systeme ohne Gegenstreben sind heute bevorzugt; auch zweiteilige Strebenfachwerke, selbst bei gekrümmten Gurten, werden mannigfaltig angewendet (bei letzteren hat man, nach Köpcke und Schwedler, die ungleichen Beanspruchungen der Einzelsysteme durch Einsetzen eines Mittelgurtes gemildert [Memelbrücke bei Tilsit]). Das zweiteilige Strebenfachwerk läßt sich übrigens statisch bestimmt machen, indem (nach Mehrtens) an einem Trägerende die Streben zusammengeführt werden (Fig. 9) oder (nach Dietz) an beiden Trägerenden, dann aber unter Einschaltung eines lotrechten Mittelstabes (Fig. 9 a).

Im allgemeinen kann man lagen, daß beim Ständerfachwerk das Prinzip der flachen Gegenstreben heute immer mehr verlassen wird, da die in der Theorie vorausgesetzte Wirkung der Gegenstreben praktisch nicht eintritt. Abgesehen davon, daß es tatsächlich unmöglich ist, Gegenstreben spannungslos einzusetzen, können die Hauptstreben in Feldern ohne Gegenstreben auch Druckinanspruchnahme erleiden, die sie infolge ihres Flacheisenquerschnittes nicht aufzunehmen imstande sind – Fälle, die sich öfters bei unrichtigen Annahmen oder unvorhergesehenen Lastvergrößerungen einstellen. Man wählt daher heute immer mehr einfache Wandgliederungen ohne Gegenstreben und verwendet knicksteife Streben, die einen Wechsel von Zug und Druck vertragen. In Amerika spielen zwar Gegenstreben noch immer eine wichtige Rolle, doch macht sich auch dort das Streben nach statischer Bestimmtheit der Ausfachungssysteme geltend. In den amerikanischen Trägerformen erscheint meist die Grundgehalt des Warren-Trägers oder des Ständerfachwerks mit Einschaltung von Hilfsstäben. Die Unterschiede gegenüber der europäischen Anordnung der Brückenkonstruktionen rühren im wesentlichen von der bekannten amerikanischen Bauart her, wobei alle Knoten der Hauptträger durch gelenkige Bolzenverbindungen (s.d.) ausgebildet sind. Es geschieht dies teils aus theoretischen, teils aus praktischen Gründen, nämlich zur Erleichterung der Aufstellung der Brücken. Da Bolzenknoten gegen wechselnde Wirkung von Zug und Druck sehr empfindlich sind, vermeiden amerikanische Ingenieure die Anordnung von Stäben mit wechselnder Spannung und bevorzugen reine Zug- oder Druckstäbe, die als Augenstäbe ausgebildet sind. Doch findet man heute in Amerika schon häufig die Anwendung vernieteter Knoten, während sich die Anwendung von Bolzenverbindungen auf den Untergurt beschränkt; man hat in neuester Zeit anläßlich des Baues weitgespannter Brücken in Amerika Gelegenheit gehabt festzustellen, daß durch Anordnung von Knotenbolzen bei größeren Spannweiten keine Gelenkwirkung der Knoten eintritt. Auch in Deutschland wurden zur Zeit, als man den bedeutenden Einfluß der Nebenspannungen kennen lernte, Bolzenverbindungen angewendet (Gerber, Eisenbahnbrücke über den Ellhofertobel bei Röthenbach, 1881). Doch auch hier konnte man beobachten, daß bei größeren Spannungen eine Bolzendrehung nur bei sehr starken Erschütterungen stattfindet. Anderseits tritt bei kleinen Spannweiten in Bolzenknoten eine zu große Beweglichkeit ein, weshalb jetzt auch in Amerika bei Spannweiten unter 55 m gelenkige Knoten unter normalen Verhältnissen überhaupt nicht mehr angewendet werden; wichtig bleiben Bolzenknoten nur noch für jene Verhältnisse, wo es sich um rasche, bequeme Aufstellung handelt. Durch Anwendung von Bolzenverbindungen in den Knotenpunkten ist bei amerikanischen Brücken auch eine andre Ausgestaltung des Querträgeranschlusses und des Quer- und Windverbandes bedingt; bei neueren Konstruktionen wird jedoch auch eine feste Verbindung von Vertikalen mit Querträgern angewendet.

Ein weiteres besonderes Kennzeichen amerikanischer Konstruktionen ist die häufige Anwendung statisch bestimmter Systeme für die Hauptträger der Brücken, also Ausschluß von kontinuierlichen Trägern, engmaschigen Wandgliederungen, seltene Anwendung von Fachwerksträgern mit Polygonalgurtungen; dagegen oftmals Abschluß von Parallel trägem mit schrägen Endpfosten. Für die Ausfachung werden das Ständer- und Strebenfachwerk verwendet (System Pettit, Fig. 12, mit Zwischenknotenpunkten, Fig. 13, System Pratt, Fig. 10, System Linville, zweiteiliges Ständerfach, Fig. 11, kann auch statisch bestimmt gemacht werden durch Anwendung eines Gelenkes im Zusammenschlüsse der Schrägstäbe des ersten Feldes). Sehr häufig wird der kontinuierliche Gelenkträger, Kragträger oder Cantilever angewendet (in großem Maßstabe beim Kentuckyviadukt und in neuerer Zeit bei der Niagarabrücke). Näheres in [9], [10], [12]. Nach dem Beispiele der Amerikaner sind auch bei uns, wie schon bemerkt, heutzutage die statisch bestimmten weitmaschigen Systeme bevorzugt, und werden die Fachweiten bei größeren Trägerhöhen durch Anhängen von Zwischenquerträgern an die Hauptknotenpunkte des Fachwerks unterteilt; es wird ferner die knicksteife Ausbildung der Füllungsstäbe verfochten, wodurch die Anwendung von Gegendiagonalen entfällt.

[340] Hinsichtlich der Durchbildung der Einzelheiten der eisernen Fachwerksträger sind die Art. Druckstäbe, Gurtungsquerschnitte, Knotenpunkte der eisernen Fachwerksträger, Auflager u.a. nachzusehen. Weitere konstruktive Einzelheiten werden in den Art. Gelenk, Gelenk träger besprochen.

Den zweiten Hauptteil des Ueberbaues einer eisernen Brücke bilden die Querkonstruktionen. Diese umfassen die das Fahrbahngerippe zusammensetzenden Teile, weiter die Querverspannung und die Windverstrebung. Das Fahrbahngerippe besteht aus den in den Knotenpunkten der Hauptträger angeordneten Querträgern und den auf oder zwischen dieselben gelagerten Fahrbahnlängsträgern, deren Entfernung sich nach der Konstruktion der Fahrbahntafel (s.d.) richtet. Es kommt vor, daß bei kleinen Spannweiten die Anordnung von Querträgern entfällt, indem die Fahrbahn direkt von den Hauptträgern aufgenommen wird. Zuweilen werden, bei größerer Knotenweite, auch noch Querträger sowie Längsträger zweiter Ordnung erforderlich. Bei über den Hauptträgern liegender Bahn (»Bahn oben« oder sogenannte »Deckbrücken«) ist die Zahl der Hauptträger unbeschränkt, jedoch ist bei größeren Spannweiten durch Verminderung der Trägerzahl meist eine Ersparnis zu erreichen. Bei der Queranordnung zwei- und mehrgleisiger Brücken ist es mit Rücksicht auf allfällige Torsionsinanspruchnahmen angezeigt, jedes Gleis für sich durch zwei Hauptträger zu unterstützen, da bei einer ungleichmäßigen Austeilung der Hauptträger, im Falle nur ein Gleis beladet wird, sehr ungleiche Spannungsverteilungen sich ergeben würden; es ist ferner angezeigt, die einzelnen Trägerpaare nicht weiter miteinander zu verbinden, sondern jedes als besondere Brücke zu betrachten. Brücken, deren Tragwerk sich über die Bahn hebt (»Bahn unten«, offene Brücken, Trogbrücken oder geschlossene Brücken), können, sobald die Fahrbahn frei zu halten ist, nur zwei Hauptträger erhalten. Sind in einem solchen Falle gesonderte Fußwege anzuordnen, so können diese entweder zwischen den Tragwänden geführt oder außerhalb derselben auf konsolenartige Verlängerungen der Querträger gelegt werden. Letztere Anordnung ist sparsamer und wird im allgemeinen zu wählen sein, wenn nicht Stabilitätsanforderungen ohnehin ein weiteres Auseinanderrücken der Tragwände bedingen. Hinsichtlich der Verbindung der Fahrbahnträger untereinander und mit den Hauptträgern sind in der Einführung gelenkartiger Anschlüsse beachtenswerte Neuerungen zu verzeichnen. Infolge des festen Anschlusses von Querträgern an Hauptträger ist eine unvollkommene Einspannung der ersteren, zugleich aber auch eine Torsionsbeanspruchung der Tragwand bedingt; daher bei größeren Brückenbreiten (zweigleisige Eisenbahnen u.s.w.) gelenkige Auflagerung der Querträger. Hierüber sowie in betreff der sonstigen konstruktiven Einzelheiten der Fahrbahn s. Fahrbahn. – Die Querverspannung und die Windverstrebung haben die Aufgabe, die Druckgurte der Hauptträger gegen Ausknicken zu sichern und die senkrecht zur Brückenachse wirkenden Horizontalkräfte (Winddruck und Seitenkräfte der Fahrzeuge) aufzunehmen und auf die festen Stützpunkte zu verpflanzen. Die Querverspannung wird in Form steifer Rahmen ausgeführt, die in den Ebenen der Druckstreben oder in lotrechten Querebenen angeordnet werden. Bei Deckbrücken können dieselben die ganze Höhe der Tragwand einnehmen und die Form von Kreuzverstrebungen (Andreaskreuze) erhalten; bei offenen Tragbrücken muß sich die Querverspannung auf den steifen Anschluß der Querträger an die Hauptträger beschränken, wobei zur Erhöhung der Steifigkeit ein mit Winkeln versehenes sogenanntes Diaphragmablech eingelegt werden kann, während bei geschlossenen Brücken ein steifer Rahmen gebildet werden kann aus den Pforten der Hauptträger, dem Querträger und einer den Lichtraum der Brücke frei haltenden oberen Querverbindung. Die Windverstrebung wird immer in Form eines in der Fläche der Hauptträgergurtungen oder in der Ebene der Bahn liegenden Gitterträgers ausgeführt. Auch bezüglich der Quer- und Windverstrebung ist das bei gut durchgebildeten neueren Brückenentwürfen zur Geltung kommende Bestreben hervorzuheben, in die Wirkungsweise der Konstruktion möglichste Bestimmtheit und Klarheit zu bringen. Aus diesem Gesichtspunkte empfiehlt es sich, wenn, wie gewöhnlich bei höheren Tragwänden, zwei Windverstrebungen in den Flächen der beiden Hauptträgergurtungen angeordnet werden, die steifen Querrahmen nicht an alle Knotenpunkte, sondern nur an jene zu legen, wo Auflagerdrücke des einen Windverbandes auf den andern übertragen werden sollen. Ueberhaupt ist es zur richtigen Beurteilung der Kräfteverteilung in den Querkonstruktionen notwendig, den ganzen Ueberbau als ein räumliches System aufzufassen, was allerdings, wenn auch noch die Wirkung steifer Querträgeranschlüsse zu berücksichtigen ist, zu schwierigen Untersuchungen führen kann.

Literatur: [1] Handbuch der Ing.-Wissenschaften, Bd. 2, Abt. 2–5, Leipzig 1901; daselbst auch ausführlichere Literaturnachweise. – [2] Winkler, E., Vorträge über Brückenbau, 4. Teil, 2. Heft: Gitterträger; 4. Heft: Querkonstruktion, Wien 1884. – [3] Häseler, Der Brückenbau, 1. Teil, 1. und 2. Lief., Braunschweig 1888. – [4] Heinzerling, Brücken der Gegenwart: 1. Eiserne Brücken, Aachen 1873/85. – [5] Heinzerling, Die Brücken in Eisen, Leipzig 1870. – [6] Croizette-Desnoyers, Cours de construction des ponts, Paris 1885. – [7] Roll, Encyklopädie des Eisenbahnwesens, Wien 1894. – [8] Barkhausen, Uebersicht über die heutigen Bestrebungen im Eisenbau, Zeitschr. d. Ver. deutscher Ing. 1895. – [9] Gleim, Zeitschr. d. Arch.- und Ing.-Ver. Hannover 1876. – [10] Barkhausen, Neuere amerikanische Brücken, Zeitschr. d. Ver. deutscher Ing. 1892. – [11] Steiner, Brückenbauten in den Vereinigten Staaten von Nordamerika, Weltausstellungsbericht 1876. – [12] Schneider, Neue Niagarabrücke, Zeitschr. d. Ver. deutscher Ing. 1876. – [13] Mehrtens, Der deutsche Brückenbau im 19. Jahrh., Berlin 1900.

(Melan) E. Horowitz.

Fig. 1.

Fig. 2.

Fig. 3.

Fig. 4.

Fig. 5.

Fig. 6.

Fig. 7.

Fig. 8.

Fig. 9., Fig. 9a.

Fig. 10.

Fig. 11., Fig. 12., Fig. 13.