Auslegerbrücken


Eine traditionelle Auslegerbrücke in Nepal. Auf beiden Uferseiten sind Baumstämme mit schweren Steinen
eingespannt und wirken so als Ausleger. Die Lücke zwischen den Kragarmen wird durch Bretter geschlossen.

Der Urtyp einer Auslegerbrücke ist sicherlich fast genauso alt wie Balkenbrücken oder seilverspannte Brückensysteme. Sie stammen ursprünglich aus Asien und sind noch heute in Ländern wie Pakistan, Afghanistan, Indien und China weit verbreitet.

In asiatischen Gebirgsregionen werden einfache Auslegerbrücken häufig als temporäre Bauwerke errichtet, die vom nächsten Hochwasser mitgerissen und anschließend wieder aufgebaut werden. Das Bild oben zeigt ein solches Bauwerk in Nepal. Auslegerbrücken werden häufig auch "Kragbrücke" oder "Gerberträger" genannt. Im englischen Sprachraum bezeichnet man sie als "Cantilever Bridge".

Was ist eine Auslegerbrücke?

Auslegerbrücken bauen auf dem Prinzip einer Balkenbrücke auf, ermöglichen aber die Überbrückung größerer Hindernisse. Die Spannweite einer einfachen Balkenbrücke wird schon durch die Länge der vorhandenen Bauteile, also z.B. der Baumstämme, begrenzt. Durch die Auslegerbauweise kann mit den gleichen Bauteilen eine größere Weite erzielt werden.

Generell ist ein Ausleger (oder Kragarm) ein Bauteil, das nur auf einer Seite eingespannt ist und dessen anderes Ende frei im Raum schwebt. Insofern kann man auch einen Kran oder den Sprungturm in einem Schwimmbad als Ausleger bezeichnen. Eine Auslegerbrücke besteht aus mindestens zwei solcher Kragarme, die sich gegenüberstehen und in der Regel durch einen horizontalen Träger miteinander verbunden werden. Manchmal werden die Ausleger aber auch ohne Träger direkt zusammengefügt.

In Europa spielten Auslegerbrücken bis zum Aufkommen der Eisenbahn kaum eine Rolle. Brücken für Fußgänger, Fuhrwerke und Reittiere wurden von der Zeit der Römer bis in die Neuzeit entweder als Holzbalkenbrücke oder in der dauerhafteren Version als Steinbogenbrücke gebaut. Etwa ab 1825 kamen Hänge- und Schrägseilbrücken hinzu, besonders wenn größere Spannweiten überbrückt werden mussten. Dafür verwendete man Ketten oder Drahtseile, was aber erst möglich war, als man Eisen in entsprechender Qualität und Menge produzieren konnte.

Die Eisenbahn stellt große Anforderungen an den Brückenbau

Die Ausleger der Firth of Forth Eisenbahnbrücke (1889) werden aus
statischen Gründen in beide Richtungen gleichzeitig gebaut

Der Fortschritt bei der Eisenerzeugung führte aber auch zur Erfindung und der weltweiten Verbreitung der Eisenbahn, des ersten wirklichen Massenverkehrsmittels. Dadurch wurde das gesamte Transportwesen und letztlich auch die Weltwirtschaft revolutioniert. Die erste offizielle Eisenbahnlinie der Welt wurde 1825 in England zwischen Stockton und Darlington eröffnet. Um 1830 gab es in ganz Europa ein Schienennetz mit einer Gesamtlänge von 24.500 km aber 50 Jahre später waren es schon über 283.000 km. Ähnlich verlief die Entwicklung in Amerika: hier hatte das Streckennetz um 1900 eine Länge von 310.000 km.

Nur mühsam lässt sich erahnen, was diese rasche Entwicklung für den Brückenbau bedeutete. Nicht nur die Anzahl der zu bauenden Brücken war gigantisch, sondern auch die statischen Anforderungen und die benötigten Spannweiten stellten die Ingenieure vor große Aufgaben.

Kurz vor Beginn des Eisenbahnzeitalters waren Hängebrücken für den Straßenverkehr gerade sehr erfolgreich. Thomas Telford hatte 1826 die Menai Strait Brücke vollendet, die damals größte Brücke der Welt mit einer Hauptspannweite von 177 m. Sie wurde 1849 vom Grand Pont Suspendu in Fribourg / Schweiz abgelöst, der es schon auf eine Weite von 273 m brachte. Weitere Hängebrücken mit Rekordspannweiten folgten, bis 1889 mit der Brooklyn Bridge in New York (486 m) ein vorläufiger Höhepunkt erreicht wurde.

Außer der Brooklyn Bridge waren alle diese Brücken aber nicht für die Eisenbahn konzipiert, sondern für wesentlich leichtere Kutschen, Pferdefuhrwerke, Ochsenkarren usw. Natürlich wurde in den kommenden Jahrzehnten auch so mancher Versuch unternommen, Hängebrücken für die Eisenbahn zu bauen. So vollendete Johann A. Röbling 1855 die Brücke über den Niagarafluss, die übereinander getrennte Fahrspuren für Fuhrwerke und für die Eisenbahn hatte. Vielleicht war sie auch schon die erfolgreichste Hängebrücke für Eisenbahnen, denn sie bestand immerhin bis 1896. Aber dann war sie nicht mehr ausreichend tragfähig für die immer schwerer und schneller werdenden Lokomotiven und musste durch eine Stahlbogenbrücke ersetzt werden.

Einen weiteren Versuch Hängebrücken für die Eisenbahn zu etablieren, wurde 1860 in Wien von Friedrich Schnirch unternommen. Dieser hatte schon einige Kettenbrücken für den Straßenverkehr gebaut, bevor er die Verbindungsbahnbrücke über den Donaukanal vollendete. Bereits im Vorfeld der Bauarbeiten hatte es viel Kritik aus Fachkreisen gegeben und schon bei der Probebelastung zeigten sich ernsthafte Stabilitätsprobleme. Der Verkehr auf der Brücke musste im Laufe der Jahre immer mehr reglementiert und reduziert werden, bis sie schließlich 1880 abgetragen wurde.

Vor- und Nachteile von Durchlaufträgern

Die ersten großen europäischen Eisenbahnbrücken waren Balkenbrücken mit noch recht geringen Einzelspannweiten und entsprechend vielen Pfeilern. Sie wurden anfangs als kastenförmige Hohlträger (Britannia Bridge / 1850) oder als Gitterträger gebaut (Dirschauer Weichselbrücke / 1857). Nach ersten Erfahrungen mit parallelgurtigen Trägern, wurden alle möglichen Fachwerksformen ausprobiert: parabel- oder bogenförmig, nach oben oder nach unten gekrümmt, Linsen- oder Fischbauchträger, trapezförmige Träger, usw.

In der zweiten Hälfte des 19. Jh. waren die damit zu erzielenden Spannweiten aber immer noch recht gering und kamen meist nicht über 100 m hinaus. Z.B. war die Brücke am Tay nach ihrer Vollendung mit 3.264 m die längste Brücke der Welt, aber ihre größten Einzelfelder hatten nur 75 m Spannweite. Eine der längsten Eisenbahnfachwerkbrücken ihrer Zeit war die Lekbrücke im niederländischen Culemborg (1868), die mit ihrer Spannweite von 155 m aber schon eine Ausnahme war.

Varianten des mehrfeldrigen Balkenträgers.
Die kreisförmigen Unterbrechungen des Balkens stellen Gelenke dar.

Für größere Hindernisse mussten also Mehrfeldbrücken gebaut werden, wobei es dafür in statischer Hinsicht verschiedene Möglichkeiten gibt. Entweder man platziert jeweils einen kurzen Einzelträger zwischen zwei Pfeilern, oder man führt einen langen Balken als sogenannten Durchlaufträger über die gesamte Länge der Brücke.

Durchlaufträger sind in der Regel wirtschaftlicher als Einzelträger, u.a. weil man sie von einem Widerlager aus in Vorschubbauweise errichten kann. Allerdings haben Durchlaufträger auch einen gravierenden Nachteil: sie sind statisch unbestimmt. Ein statisch unbestimmtes System kann man sich ungefähr so vorstellen: man denke sich einen Balken, der von drei Personen getragen wird, wobei einer deutlich kleiner ist als die beiden anderen. Dadurch wird die gesamte Last auf die größeren Personen verteilt, während die kleinere kaum etwas tragen muss.

Eine ähnliche Wirkung tritt bei einem Durchlaufträger ein, wenn sich die Lagerfundamente unterschiedlich stark setzen. Dadurch ist das System statisch unbestimmt und die Lastverteilung auf die Pfeiler wäre ungleichmäßig, was letztendlich Schäden am Bauwerk zur Folge hätte. Zur Zeit der ersten Gelenkträger wurde dieser theoretische Ansatz auf jedes Material, also auch auf Eisen und Stahl, angewandt. Erst durch die Entwicklung der Plastizitätstheorie um 1913 erkannte man, dass sich Stahl nach einer gewissen Zeit unter Belastung verformen kann. Dieser Prozess erfolgt natürlich nur in engen Grenzen durch Verlagerungen in der Kristallstruktur des Metalls. Da auch die Setzung eines Pfeilers in einem bestimmten Zeitrahmen abläuft, kann sich ein Stahlträger schadlos an geringe Unterschiede der Stützhöhen im mm-, bzw. cm-Bereich anpassen.

Heinrich Gerber und der Gerberträger

Der in Hof geborene Ingenieur Heinrich Gerber (1832-1912) suchte um 1864 nach einer Möglichkeit, die Vorteile der Durchlaufträger mit denen der Einfeldträger zu kombinieren. Vorher hatte es schon theoretische Ansätze durch August Ritter und Claus Köpcke gegeben, die in der Praxis jedoch zu keinem durchgreifenden Erfolg führten. So war es Gerber, der ein System aus Kragarmen und Einhängeträgern erfand, die durch Gelenke miteinander verbunden sind. Da in einem Gelenk kein Biegemoment auftreten kann, liegt somit immer ein statisch bestimmtes System vor, selbst wenn es zu Setzungsunterschieden kommen sollte.

Gerber ließ sich seine Erfindung 1866 patentieren, nachdem er schon zwei Jahre zuvor die Straßenbrücke über den Main bei Haßfurth nach diesem System gebaut hatte. Obwohl sie weltweit die erste moderne Auslegerbrücke aus Stahl war, blieb sie zunächst von der Fachwelt weitgehend unbeachtet. Erst anlässlich der Weltausstellung von 1873 in Wien, beschäftigte sich die Deutsche Bauzeitung mit dieser Brücke. Allerdings war ihr Urteil nicht besonders schmeichelhaft, denn sie beanstandete die "abenteuerliche, hässliche Erscheinung der Brücke". Mit solcher Kritik musste in den folgenden Jahrzehnten noch so manche Auslegerbrücke leben, insbesondere wenn sie nach rein statischen Gesichtspunkten entworfenen wurde. Gerber waren die ästhetischen Mängel der ersten Auslegerbrücken offenbar bewusst, denn er arbeitete bei späteren Projekten meist mit einem Architekten zusammen.

Gegen Ende des 19. Jh. wurden immer mehr Auslegerbrücken gebaut und im deutschsprachigen Raum setzte sich allmählich die Bezeichnung "Gerberträger" durch. Insbesondere von britischer Seite wurde die alleinige Urheberschaft deutscher Ingenieure für die Gelenkträger jedoch bestritten. Vor allem in Verbindung mit dem Bau der Forthbrücke wurde darauf hingewiesen, dass die Ingenieure John Fowler und Daniel Kinnear Clark bereits um 1850 entsprechende Ideen veröffentlicht hätten. Der Streit blieb aber auf akademischer Ebene, denn alle Publikationen waren auch im jeweiligen Ausland erschienen. Es wäre also auch zur damaligen Zeit schon für beide Seiten möglich gewesen, sich über entsprechende Veröffentlichungen zu informieren.

Der Viaduc de Viaur (1902 / 220 m) in Zentralfrankreich ist ein gutes Beispiel für eine
Auslegerbrücke ohne Gerberträger. Die beiden Kragarme sind in der Mitte durch
ein Druckgelenk miteinander verbunden und zusätzlich gegen Zugkräfte gesichert.

Die große Zeit der Fachwerk-Auslegerbrücken

Insbesondere für die Eisenbahn eröffneten Auslegerbrücken neue Möglichkeiten, um große Hindernisse zu überwinden. Zum endgültigen Durchbruch verhalf dem System der Bau der Firth of Forth Eisenbahnbrücke in Schottland, deren Spannweite von 521 m bei ihrer Vollendung sogar größer war, als die jeder anderen Brücke in der Welt. Durch ihre Gesamtlänge und die mehr als erforderliche Tragfähigkeit wirkt sie ausgesprochen wuchtig und massiv. Aber das sollte sie auch, denn nach dem Unglück am Tay war es dringend notwendig, den Menschen im Norden Großbritanniens wieder das Vertrauen in die Eisenbahn zurückzugeben.

Der Bau der Firth of Forth Bridge war eine nationale Herausforderung, sowohl in Bezug auf die bereitzustellende Arbeitskraft, als auch auf das benötigte Material. Nicht überall in der Welt war man zu einer solchen Anstrengung in der Lage, nur um eine einzige Brücke zu bauen. Eine Steigerung schien kaum noch möglich, und tatsächlich wurde die Spannweite der Firth of Forth Bridge nur noch einmal von einer Auslegerbrücke übertroffen.

Die Brücke über den St.-Lorenzstrom in Quebec / Kanada ist mit einer Spannweite von 549 m bis heute die größte Auslegerbrücke der Welt. Aufgrund mehrerer Unfälle und Verzögerungen bei ihrem Bau markiert sie aber schon das nahende Ende der großen Fachwerk-Auslegerbrücken. Nach einem fast vollständigen Einsturz im August 1907 kam es beim Einhängen des Gelenkträgers am 12. September 1916 zu einem zweiten Unfall mit vielen Toten. Als die Brücke 1919 endlich dem Eisenbahnverkehr übergeben werden konnte, war die Verbreitung des Automobils schon weit fortgeschritten. Bereits 1951 wurde eines der beiden Gleise entfernt, um Platz für das neue Verkehrsmittel zu schaffen. 1970 musste in ihrer unmittelbaren Nachbarschaft sogar eine zweite Brücke -diesmal eine Hängebrücke- nur für den Straßenverkehr gebaut werden.

Auslegerbrücken heute

Schließlich waren verschiedene Faktoren für den Rückgang der Auslegerbauweise verantwortlich. Sicherlich waren die Probleme beim Bau der Brücke über den St.-Lorenzstrom von der Fachwelt sehr genau beobachtet worden. Auch die bessere Beherrschung von statisch unbestimmten Systemen durch die Entwicklung der Plastizitätstheorie wurde schon angespreochen. Aber es gab noch weitere Gründe.

Der Individualverkehr mit dem Auto gewann immer mehr an Bedeutung und führte zu einem Rückgang des Schienenverkehrs. Für die meisten Straßenbrücken waren aber auch andere Systeme wie Hänge- und Schrägseilbrücken ausreichend tragfähig. Außerdem entstanden um 1890 die ersten Brücken aus Stahlbeton, die auf eine wirtschaftlichere und schnellere Weise gebaut werden konnten als Fachwerkbrücken. Die teilweise monströsen Auslegerbrücken entsprachen auch nicht mehr dem Zeitgeschmack und wurden immer mehr als "unästhetisch" empfunden.

Einer der letzten großen Fachwerkausleger ist die Howrah Brücke über den Hoogly River in Kolkota / Indien. Sie wurde zwischen 1937 und 1943 von der englischen Kolonialverwaltung errichtet, und gilt heute als eine der am stärksten frequentierten Brücken der Welt. Sie wurde noch komplett genietet, obwohl anderenorts durchaus schon geschweißt wurde. Ihre Spannweite beträgt 457 m und ihr Gelenkträger hat eine Länge von 166 m. Auch sie wurde ursprünglich für die Eisenbahn gebaut, wird aber heute nur noch von Kraftfahrzeugen sowie unzähligen Fußgängern und Radfahrern benutzt.

Zwei Möglichkeiten für die Ausbildung
von Gelenken bei einer Betonbrücke

Der deutsche Brückenbauer Fritz Leonhardt urteilte in seinem Buch "Brücken, Ästhetik und Gestaltung": "Mit Fachwerken sind schon abschreckende Brücken gebaut worden mit einer verwirrenden Unordnung der Stabführung. So ist die erste Hooghly-River-Brücke in Kalkutta in meinen Augen eine der häßlichsten Brücken, die täglich von Tausenden von Menschen und Fahrzeugen benutzt werden muß."

In Amerika entstanden auch über die Mitte des 20. Jh. hinaus noch einige große Fachwerkausleger, wie z.B. die Commodore Bary Brücke über den Delaware oder die Mississippibrücke in Greater-New Orleans. Aber dann ging auch in diesem Teil der Welt die Ära der stählernen Fachwerkbrücken langsam zu Ende. Trotz der Material- und Zeiteinsparung durch die Schweißtechnik waren sie im Vergleich zu Stahlbeton- und Spannbetonbrücken einfach zu teuer geworden.

Etwa ab 1930 wurden Auslegerbrücken zunehmend auch aus Stahlbeton gebaut und einige Jahrzehnte später auch als Stahlvollwandträger. In der Regel werden die Kragträger dabei im freien Vorbau errichtet, während der Einhängeträger wie bei den Fachwerkbrücken als vorgefertigtes Bauteil eingesetzt wird. Wegen der vorteilhaften Bauweise werden Stahlvollwandträger manchmal wie Auslegerbrücken hergestellt aber nach der Montage in den Gelenken verschweißt, sodass man letztendlich einen Durchlaufträger hat. Bei Gerberträgern aus Beton kommt der konstuktiven Ausbildung der Gelenke eine besondere Bedeutung zu, damit Schäden in diesem empfindlichen Bereich dauerhaft vermieden werden.

Quellen:
  • Georg Mehrtens: "Der deutsche Brückenbau im XIX. Jahrhundert"
  • Sven Ewert: "Brücken - Die Entwicklung der Spannweiten und Systeme"
  • David J. Brown: "Brücken - Kühne Konstruktionen über Flüsse, Täler, Meere"
  • Dirk Bühler: "Brückenbau - Deutsches Museum München"
  • Charlotte Jurecka: "Brücken - Historische Entwicklung, Faszination der Technik"
  • Wilhelm Westhofen: "The Forth Bridge"
  • Klaus Stiglat: "Brücken am Weg"
  • Fritz Leonhardt: "Brücken - Ästhetik und Gestaltung"
  • Hans Wittfoht: "Triumph der Spannweiten"
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© Dipl.Ing. Bernd Nebel