Balkenbrücken

Die Postbridge, eine so genannte "Clapperbridge" im Nationalpark Dartmoor/England
© Heiner Gutsch

Balkenbrücken -häufig auch Jochbrücken genannt- sind sicherlich die älteste Bauform von Brücken überhaupt, denn die Natur lieferte entsprechende Vorlagen in verschiedensten Formen, die leicht nachgeahmt werden konnten

Ein Baumstamm der zufällig so umgestürzt ist, dass er einen Bachlauf überbrückt, bot sicherlich schon vor Tausenden von Jahren Anschauungsunterricht für frühzeitliche Techniker. Auch Trittsteine im Fluss konnten miteinander verbunden werden und bildeten eine Balkenbrücke. So entstanden frühe Brückenkonstruktionen aus Baumstämmen oder Steinplatten, wie z.B. die Tarr Steps in England. Diese so genannte "Klapperbrücke" ist im Exmoor Nationalpark in der Nähe der Stadt Dulverton zu bewundern.


Statische Funktion einer Balkenbrücke

Die Werratalbrücke bei Meinigen (A71) © Horst Zwerenz

Eine Balkenbrücke besteht im einfachsten Fall aus zwei Widerlagern und dem Träger (dem "Balken"), auf dem sich die Fahrbahn befindet. Der Träger muss die gesamten auftretenden Lasten, also Eigengewicht, Verkehrslast und ggf. weitere Lasten wie Wind- oder Schneelast, aufnehmen und in die Widerlager ableiten. Die Tragfähigkeit einer solchen Brücke hängt also in erster Linie von der Biegesteifigkeit des Überbaus ab. Müssen größere Spannweiten überbrückt werden, wird die Balkenbrücke auch als Mehrfeldbauwerk ausgeführt. Eine solche Brücke nennt man auch Viadukt. Bekannte Beispiele für solche Mehrfeld-Balkenbrücken, die teilweise ganze Täler überspannen, sind z.B. die Europabrücke bei Innsbruck oder die Kochertalbrücke bei Geislingen.

Im Träger einer Balkenbrücke entstehen an der oberen Seite (Obergurt) Druckspannungen und an der unteren Seite (Untergurt) Zugspannungen. Da Materialien wie Holz, Stein und Beton Zugspannungen nur in sehr geringem Umfang aufnehmen können, konnten lange Zeit nur recht bescheidene Spannweiten mit Balkenbrücken realisiert werden. Erst durch den Einsatz neuer Materialien und Materialkombinationen die auch Zugspannungen aufnehmen können, sind heute mit Balkenbrücken Spannweiten von ca. 300 m wirtschaftlich ralisierbar. Bei noch größeren Spannweiten nimmt -außer den Kosten- auch die Höhe des Brückenüberbaus wegen des großen Eigengewichtes überproportional zu, wodurch die Brücke dann sehr plump und unästhetisch wirkt.

Vorbauschnabel beim Taktschiebeverfahren © Robert Menge

Die Balkenbrücke aus Stahlbeton, Spannbeton oder seltener auch Stahl, ist heute die Standardkonstruktionsweise für Straßen- und Eisenbahnbrücken. Weit über 90% aller Brücken die wir mit dem Auto, der Eisenbahn, dem Fahrrad oder einfach zu Fuß überqueren, sind Balkenbrücken. Dort wo es problemlos möglich ist, die erforderliche Anzahl von Stützpfeilern zu errichten, werden heute auch größere Spannweiten durch Mehrfeld-Balkenbrücken realisiert, da diese am wirtschaftlichsten herzustellen sind. Ist der Bau von Stützen nicht möglich, weil z.B. eine stark befahrene Schiffsroute überspannt werden muss, kommen andere Konstruktionsarten, wie z.B. die Hängebrücke zum Einsatz.


Fortschrittliche Bauverfahren

Während bei kleineren Balkenbrücken der gesamte Träger eingeschalt, und dann als Stahlbeton- oder Spannbetonbrücke betoniert wird, kommt bei größeren Bauwerken häufig das Taktschiebeverfahren zur Anwendung. Dieses relativ junge Bauverfahren wurde von dem deutschen Ingenieur Fritz Leonhardt eingeführt und erstmals 1965 beim Bau der Inntalbrücke in Kufstein angewandt. Der Vorteil dieser Bauweise ist, dass sie ohne Leergerüste auskommt und die Herstellung des Tragwerks sozusagen "fabrikmäßig" organisiert werden kann.

An einem der beiden Widerlager wird eine fest installierte Schalung angefertigt. An dieser Stelle wird der gesamte Träger Stück für Stück betoniert und über die bereits fertig gestellten Brückenpfeiler und Hilfsstützen bis zum anderen Widerlager geschoben. Zunächst werden Schalung und Bewehrung für einen Abschnitt (Takt) vorbereitet und anschließend betoniert. Nach dem Aushärten wird

Einzelliger Hohlkastenträger

Hohlplatte mit Verdrängungsrohren

der Beton ausgeschalt und der Schubvorgang vorbereitet. Der fertig gestellte Teil des Überbaus wird wenige Millimeter angehoben und aus der Schalung in die Richtung des gegenüber liegenden Widerlagers geschoben. Anschließend wird die Schalung für die Herstellung des nächsten Taktes vorbereitet. Der ganze Vorgang läuft nun in dieser Reihenfolge so oft ab, bis das gesamte Tragwerk fertig gestellt ist. Weil das frei auskragende Ende des Trägers besonders großen statischen Belastungen ausgesetzt ist, verwendet man einen so genannten Vorbauschnabel aus Stahl, der sozusagen die Stützweite während der Bauphase verringert.


Die Britannia Bridge und der moderne Hohlkastenträger

Die statische Belastbarkeit einer Balkenbrücke hängt im Wesentlichen von der Biegesteifigkeit des Tragwerks ab. Neben der Auswahl entsprechenden Materials ist hier besonders die Querschnittshöhe des Trägers entscheidend. Um Materialverbrauch, Eigengewicht und Kosten zu reduzieren, wird der Träger häufig als Hohlkasten ausgebildet oder mittels Verwendung so genannter "Verdrängungsrohre" betoniert.

Ein wichtiger Schritt bei der Entwicklung des Hohlkastens war der Bau der Britannia Bridge über die Menai-Meerenge in Wales. Der Brückenbauer Robert Stephenson hatte von Brunels vergeblichem Versuch gehört, ein riesiges Schiff aus Hohlzellen vom Stapel zu lassen. Obwohl das Schiff wegen seines großen Eigengewichts nicht bis ins Wasser kam, blieb es doch völlig unversehrt.

Stephenson schloss daraus, dass die Hohlzellenbauweise sehr stabil sein musste und übertrug diese Erkenntnis auf den Brückenbau. Er entschloss sich die Eisenbahnbrücke über die Menai-Meerenge durch insgesamt vier Hohlzellenkästen aus vernieteten Röhren herzustellen, die auf drei großen Pfeilern und den beiden Widerlagern ruhten. Die beiden mittleren Röhren hatten Spannweiten von jeweils 146 m. Die Geleise wurden dabei innerhalb der Hohlkästen verlegt, sodass es für die Reisenden beinahe den Anschein hatte, sie befänden sich in einem Tunnel und nicht auf einer Brücke.

Die Britannia Bridge vor ihrer Zerstörung

Die Britannia Bridge wurde im Jahre 1850 eingeweiht und bewies die Stabilität des Hohlkastens über 100 Jahre lang. Die "Röhren" waren 9 m hoch und hatten Hauptspannweiten von 2 mal 141 m. Tragischerweise fiel das historische Bauwerk 1970 einem Brand zum Opfer, der durch zwei Jungen verursacht wurde, die mit einer Fackel auf die Röhren geklettert waren. Das Feuer entzündete sich an einem Teeranstrich, mit dem die Röhre oben und an den Seiten immer wieder abgedichtet worden war. Der Brand führte schließlich zur völligen Zerstörung des Tragwerks. An ihrer Stelle wurde 1971 eine Stahlbogenbrücke errichtet, welche zwischen die original Pfeiler der Britannia Bridge gespannt wurde.

Alle modernen Balkenbrücken mit Hohlkastenträgern sind direkte Nachfahren der Britannia Bridge, wobei sich die Fahrbahn heute in der Regel auf dem Hohlkasten befindet. Der Träger einer solchen Brücke kann aus einer oder mehreren Hohlzellen bestehen. Es stellte sich jedoch bald heraus, dass die Herstellung von vollwandigen Rechteckträgern viel zu materialaufwändig war und ging schon sehr bald dazu über, die Seitenwände und den oberen Teil des Trägers als Fachwerk aufzulösen. Eine der ersten großen Brücken in dieser Bauweise war die Dirschauer Weichselbrücke (1857).


Varianten

Der Sittertalviadukt / CH (1925) mit Fischbauchträger

Das äußere Erscheinungsbild von Balkenbrücken kann sehr unterschiedlich sein. Von der Mitte des 19. Jhd. bis in die dreißiger Jahre des 20. Jhd. wurden die meisten Massivbrücken für die Eisenbahn errichtet. Da der Stahlbeton zu diesem Zeitpunkt noch nicht erfunden war, wurden die meisten Brücken als Fachwerbrücken aus Eisen errichtet. Dabei konnten sich die Geleise unter- oder oberhalb des Fachwerkbalkens befinden, der wiederum die verschiedensten Formen annehmen konnte. Obwohl es sich immer um einen Balkenträger handelt, waren z.B. auch bogenförmige Konstruktionen, Parabeln, parallelgurtige und trapezförmige Träger gebräuchlich. Verschiedene Trägersysteme mit einem möglichst günstigen Verhältnis zwischen Materialverbrauch und Tragfähigkeit wurden patentiert. Häufig verwendete Fachwerksysteme sind z.B. Howeträger, Warrenträger oder auch der so genannte Fischbauchträger.

Neben den heute gebräuchlichen Stahl- oder Stahlbetonträgern kann der Überbau auch aus Röhren oder verschiedenen Formen von Fachwerken bestehen. Auch Pontonbrücken, Schwimmbrücken und Klappbrücken gehören zur Familie der Balkenbrücken. Im Allgemeinen wird auch die Auslegerbrücke als Weiterentwicklung der Balkenbrücke gesehen und somit dem gleichen Typ zugeordnet. Im Rahmen dieses Internetangebotes soll die Auslegerbrücke aber als eigenständige Bauform behandelt werden.

Die längste Balken-Mehrfeldbrücke der Welt ist z.Z die "Lake Pontchartrain II" bei New Orleans in den USA, mit einer Gesamtlänge von über 38 km. In China wurde 2008 eine fast genauso lange Balkenbrücke über das ostchinesische Meer fertig gebaut. Bei Shanghai fließt der Verkehr nun über die 36 km lange Hangzhou Bay Brücke.

Quellen: David J. Brown: "Brücken - Kühne Konstruktionen über Flüsse, Täler, Meere" Dirk Bühler: "Brückenbau - Deutsches Museum München" Charlotte Jurecka: "Brücken - Historische Entwicklung, Faszination der Technik" Haben sie noch weitere Informationen zu dieser Brücke? Oder sind sie im Besitz von Fotos, die sie für dieses Internetangebot zur Verfügung stellen würden? Dann senden sie mir eine Mail:

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