Schrägseilbrücken


Die Oberkasseler Brücke zählt zur "Düsseldorfer Brückenfamilie". Sie wurde 1973 unter wesentlicher Beteiligung
von Friedrich Tamms und Fritz Leonhardt gebaut. Die Rheinbrücke ist eine einhüftige Schrägseilbrücke mit
I-förmigem Einzelpylon. Nur acht starke Seile sind in einer Ebene harfenförmig angeordnet.

Schrägseilbrücken gehören zu den "seilverspannten" Brückensystemen, deren Tragfähigkeit auf der Verwendung von Materialien beruht, die Zugkräfte aufnehmen können. Erst ab dem 20. Jhd. unterschied man zwischen Hänge- und Schrägseilbrücken, die vorher oft auch unter dem Begriff 'Kettenbrücken' zusammengefasst wurden.

Pons Ferreus: die 'eiserne Brücke'. Da eine Rückverankerung fehlt, wird die Fahrbahn
nur durch das Eigengewicht der Türme gehalten. Von der obersten Kette geht ein
vertikaler Hänger ab, was ein typisches Merkmal für Hängebrücken ist. Insofern war
'Pons Ferreus' nach heutigem Verständnis noch keine reine Schrägseilbrücke.

Bei einer Hängebrücke wird die Fahrbahn normalerweise von zwei Hauptkabeln abgehängt, die über hohe Pylone geführt werden und parabelförmig durchhängen. Schrägseilbrücken hingegen zeichnen sich grundsätzlich durch straff gespannte Kabel aus, die von einem oder mehreren Pylonen direkt (schräg) zum Fahrbahnträger führen. Auch für Schrägseilbrücken gab es Vorbilder aus Regionen, in denen Lianen, Bambus oder sonstige zugfeste Materialien wachsen. So soll es z.B. auf Java und Sumatra Bambusbrücken gegeben haben, die auf dem Prinzip einer echten Schrägseilbrücke beruhen.

Theorie der Schrägseilbrücken

Wie bei den Hängebrücken auch stammt die erste europäische Darstellung einer Schrägseilbrücke von dem Universalgelehrten Faustus Verantius, der aus dem Gebiet des heutigen Kroatien kam. In seinem erstmals 1595 veröffentlichten Buch "Machinae Novae" zeigt er eine Brücke, die im wesentlichen einer Schrägseilbrücke entspricht, aber auch Merkmale einer Hängebrücke aufweist. Es gibt allerdings keine Hinweise darauf, dass zur Zeit des Verantius tatsächlich eine solche Brücke in Europa gebaut wurde. Die Idee der schrägen Ketten bzw. Seile, geriet danach aber wieder in Vergessenheit und es dauerte fast 200 Jahre, bis ähnliche Ideen wieder in einem Buch gedruckt wurden.

Der Bergmann, Apotheker und Erfinder Carl Immanuel Löscher veröffentlichte 1784 sein Werk "Angabe einer ganz besonderen Hangewerksbrücke…". Darin stellt er den Urtyp einer reinen Schrägseilbrücke vor, die jedoch vollständig aus Holz bestehen sollte. Obwohl das für eine solche Brücke erforderliche Schmiedeeisen erst ca. 50 Jahre später in England erfunden wurde, nahm er hier das Prinzip einer modernen Schrägseilbrücke vorweg. Vermutlich wurde auch die Holzbrücke Löschers niemals verwirklicht und es sollte auch noch rund 40 Jahre bis zum Bau der ersten reinen Schrägseilbrücke dauern.

Einen weiteren theoretischen Anstoß für Schrägseilbrücken gab der französische Mathematiker, Physiker und Ingenieur Claude L.M.H. Navier (1785-1836). Sein 1823 veröffentlichtes Buch "Raport et Mémoire sur les ponts suspendus" enthielt neben einer Beschreibung vorhandener europäischer Hängebrücken auch einen Entwurf für eine reine Schrägseilbrücke, den er von seinem Landsmann Bernard Poyet übernommen hatte. Die Skizzen Naviers unterschieden sogar schon zwischen verschiedenen Möglichkeiten der Seilaufhängung, wie Harfen- oder Fächeranordnung. Allerdings führte Navier die Schrägseilbrücken wohl eher der Vollständigkeit halber auf, denn er war nicht von ihrer Stabilität überzeugt und empfahl stattdessen den Bau von Hängebrücken.

Die Brücke bei Dryburgh Abbey, erbaut von John und Thomas Smith (1817).
Sie zeigt sowohl Elemente einer Hänge- als auch einer Schrägseilbrücke

Dabei muss man aber berücksichtigen, dass Navier mit seiner Veröffentlichung vor allem den Bau eines eigenen Hängebrücken-Projektes in Paris vorbereiten wollte. Das war auch notwendig, denn Navier war bekannt, dass es für den Bau seines Pont des Invalides viele Neider und Widersacher gab. Als sich schon während der Bauarbeiten Risse im Fundament zeigten, wurde Navier der Auftrag auch prompt entzogen und die halbfertige Brücke abgebrochen.

Erste Schrägseilbrücken und Rückschläge

Die ersten tatsächlich ausgeführten Brücken mit schräg gespannten Ketten und Drahtseilen waren Kombinationen aus Hänge- und Schrägseilsystemen, ähnlich der von Faustus Verantius skizzierten Brücke. Im Jahre 1817 wurden in Schottland zwei derartige Fußgängerbrücken über den Tweed gebaut. James Redpath und John Brown errichteten bei King´s Meadow eine 33 m weit gespannte Drahtseilbrücke. Sie war nur 1,20 m breit und mit einem einseitigen Geländer versehen.

Die zweite Brücke bei Dryburgh Abbey wurde von den Brüdern John und Thomas Smith errichtet. Sie war eine Hängebrücke aus Ketten, die mit Schrägseilen aus Draht verstärkt war. Auch sie war 1,20 m breit, aber mit 79 m deutlich länger. Beim Überqueren oder bei Seitenwind soll sie von Anfang an sehr starke Verformungen gezeigt haben. Nur ein halbes Jahr nach ihrer Eröffnung, am 15.01.1818, brach sie während eines Sturmes ein. Kurze Zeit später wurde sie -wiederum von den Brüdern Smith- als reine Hängebrücke erneuert.

Die erste -und für lange Zeit auch die letzte- reine Schrägseilbrücke wurde 1825 in Nienburg an der Saale errichtet. Christian Gottfried Heinrich Bandhauer war Baumeister des Herzogtums Anhalt-Köthen und hatte den Auftrag erhalten, eine Brücke über die Saale zu schlagen. Es war seine erste Brücke, und er informierte sich, so gut es ihm möglich war, über die in England und Schottland errichteten Hängebrücken. Auf Grund wirtschaftlicher Überlegungen sollte seine Brücke in der Mitte aufklappbar sein, damit der Fluss von Segelschiffen mit stehendem Mast befahren werden konnte. Das war aber nur möglich, indem Bandhauer vom Prinzip einer klassischen Hängebrücke abrückte. Das Ergebnis war ein System von zwei völlig unabhängigen Brückenhälften, die mit schräg verlaufenden Ketten an Holzpylonen befestigt waren.

Die Nienburger Brücke war nicht nur für Fußgänger konzipiert, sondern wurde auch von Reitern, Fuhrwerken und Postkutschen benutzt. Mit 7,60 m war sie daher auch deutlich breiter und schwerer als die Brücken in Schottland. Unglücklicherweise stürzte das Bauwerk nach einem halben Jahr unfallfreien Betriebs bei einem Fest unter einer großen Menschenmenge ein. Dabei gab es über 50 Tote zu beklagen und dem Baumeister Bandhauer wurde der Prozess gemacht.

Obwohl die Untersuchungen zu diesem Unglück keine grundsätzlichen Fehler am Brückensystem zu Tage brachte, war nach dieser Katastrophe das Vertrauen in Schrägseilbrücken für lange Zeit zerstört. Vorläufig wurden weder in Deutschland noch sonst irgendwo auf der Welt Schrägseilbrücken gebaut. Man musste erkennen, dass man die Wirkungsweise des Prinzips noch nicht richtig verstanden hatte. Außerdem war es anfangs problematisch, die einzelnen Ketten immer exakt gleich lang herzustellen, was für Schrägseilbrücken ein größeres Problem darstellt als für Hängebrücken. Die unterschiedliche Länge führt zu statisch unbestimmten Systemen, bei denen manche Ketten mehr und andere weniger zu tragen haben.

Mischformen in Amerika und Europa

Erst ca. 20 Jahre später begann ein Deutscher in Amerika wieder Brücken zu bauen, die eigentlich Hängebrücken waren, aber zusätzlich über schräg angeordnete Kabel zur Aussteifung verfügten. Johann A. Röbling setzte dieses Prinzip unter anderem bei der Monongahelabrücke in Pittsburgh (1846), der Niagarabrücke (1855 / Bild s.o.), der Cincinnati-Covington-Bridge (1867) und schließlich bei der Brooklyn Bridge (1883) ein. Mit Bezug auf die Brooklyn Bridge behauptete er sogar, die schrägen Drahtseile seien allein dazu in der Lage, die Brücke zu halten. Dennoch baute auch Röbling niemals eine reine Schrägseilbrücke.

Die Albert Bridge in London wurde 1873 nach dem System Ordish - Le Feuvre erbaut.
Auch sie ist eine Kombination aus Hänge- und Schrägseilbrücke.

Nach den schlechten Erfahrungen in Schottland gab es auf den britischen Inseln erstmals um 1868 wieder eine Renaissance der schrägen Seile durch Rowland M. Ordish (1824-1886). Gemeinsam mit seinem Partner William Le Feuvre baute er 1868 die Franz Joseph Brücke in Prag. Die Moldaubrücke war 146 m weit gespannt und die erste Brücke, die nach dem patentierten System Ordish-Le Feuvre ausgeführt wurde. Sie musste mehrfach verstärkt werden und wurde schließlich 1947 durch ein neues Bauwerk ersetzt.

Das Patent Ordish-Le Feuvre war eine weitere Kombination aus Hänge- und Schrägseilbrücke, allerdings mit einigen Neuerungen gegenüber den früheren Systemen. Die Besonderheit der Prager Brücke waren die senkrechten Hänger, die von den Hängeketten nur bis zu den darunter liegenden Schrägseilen reichten. Dadurch waren nur die schrägen Seile direkt mit den Fahrbahnrändern verbunden.

Auch das System Ordish-Le Feuvre zeichnete sich durch statisch recht unklare Verhältnisse aus und stieß schon beim Bau der Moldaubrücke auf heftige Kritik aus Fachkreisen. Nach nur wenigen ausgeführten Projekten konnte sich das Verfahren letztlich nicht durchsetzen. Heute existieren noch zwei solcher Brücken, die teilweise schon mit erheblichem Aufwand restauriert werden mussten.

Die bekanntere der beiden ist die Albert Bridge (1873), die in London die Stadtteile Chelsea und Battersea verbindet. Die Themsebrücke hat eine Spannweite von 122 m und besteht in ihren zugbelasteten Elementen aus Schmiedeeisen. Als sie nach dem zweiten Weltkrieg wegen mangelnder Tragfähigkeit abgebrochen werden sollte, brach ein Sturm der Entrüstung in der Londoner Bevölkerung los, dem sich die Politik schließlich ergab. Im Rahmen einer Restauration wurde sie 1973 in ihren wesentlichen Teilen verstärkt und durch zusätzliche Pfeiler abgestützt. Dabei entstand auch der auffällige Anstrich, der optisch stark vom Originalzustand abweicht.

Schrägseilbrücken aus Draht

Der nächste Entwicklungsschritt in Richtung moderner Schrägseilbrücken wurde um die Jahrhundertwende von dem Franzosen Albert Gisclard getan. Er baute auf den schon vorhandenen Mischsystemen auf und entwickelte sie für die wesentlich größeren Lasten der Eisenbahn weiter. Dabei verzichtete er ganz auf Ketten und benutzte der französischen Tradition entsprechend ausschließlich Draht.

Beim 1909 vollendeten Pont de Cassagne ersetzen die beiden obersten Schrägseile die Hauptkabel einer Hängebrücke. Gisclard führte sie vom Kopf des Pylons bis zum Fußpunkt des gegenüberliegenden Pfeilers und verband sie mit den kreuzenden Kabeln des zweiten Pylons. An den so entstandenen Schnittpunkten hängte er den Träger mit senkrechten Kabeln auf. Leider konnte Gisclard nur zwei dieser Brücken selbst vollenden. Er kam bei den Probebelastungen an der Cassagnebrücke ums Leben, als ein Zug entgleiste und insgesamt sechs Menschen in den Tod riss.

Nach dem Unglück in Nienburg an der Saale dauerte es fast genau 100 Jahre, bevor wieder ein Versuch mit einer reinen Schrägseilkonstruktion gewagt wurde. Das heute noch vorhandene, aber fast vergessene Bauwerk befindet sich im andalusischen La Barca de la Florida und wurde 1926 von Eduardo Torroja gebaut. Der "Aquädukt von Tempul" ist keine Verkehrsbrücke, sondern eine offene Wasserleitung, die 60 m weit über den Rio Guadalete gespannt ist. Die Schrägseile bestehen aus Stahl und sind zum Schutz gegen Korrosion mit Beton verkleidet.

Das Schrägseilsystem war bis zu Beginn des zweiten Weltkriegs zwar hinlänglich bekannt, aber alles andere als etabliert. Weder für die Eisenbahn, noch für Straßenbrücken war bis zu diesem Zeitpunkt eine reine Schrägseilbrücke gebaut worden. Vor diesem Hintergrund ist die nach dem Krieg beginnende sprunghafte Entwicklung dieses Brückentyps sehr bemerkenswert.

Entwicklung der maximalen Spannweiten von Hänge- und Schrägseilbrücken

Der vielseitige französische Ingenieur Albert Caquot (1881-1976) vollendete 1952 die erste reine Schrägseilbrücke für den Straßenverkehr. Die Brücke führt bei Pierrelatte über den Donzèrekanal und besteht noch heute. Von zwei rahmenförmigen Portalen gehen in beide Richtungen 18 starke Einzelkabel aus (neun je Fahrbahnseite), die jeweils in Dreiergruppen zusammengefasst sind. Der trogförmig versteifte Träger hat eine Hauptspannweite von 81 m und eine Gesamtlänge von 160 m. Unter den vielen von Caquot gebauten Brücken blieb sie die einzige Schrägseilbrücke.

Neubeginn im Nachkriegs-Deutschland

Im Laufe des zweiten Weltkrieges waren in Deutschland alle Brücken über die großen Flüsse zerstört worden, die meisten davon in den Jahren 1944-45 durch die auf dem Rückzug befindliche Wehrmacht. Da Brücken seit der industriellen Revolution das Rückgrat jeder fortschrittlichen Infrastruktur sind, mussten in Deutschland nach der "Stunde Null" in kürzester Zeit zahllose Brücken ersetzt werden.

Diese Situation sollte die Entwicklung der Schrägseilbrücken entscheidend vorantreiben. Es gehörte aber sicherlich viel Mut dazu, um das durch Misserfolge lange Zeit in Verruf geratene System aufzugreifen und zuletzt in eine Erfolgsgeschichte zu verwandeln. Als wichtigste Förderer der Schrägseiltechnik sind vor allem Franz Dischinger (1887-1953), Friedrich Tamms (1904-1980), Gerd Lohmer (1909-1981) und Fritz Leonhardt (1909-1999) zu nennen.

Franz Dischinger erhielt 1953 von der schwedischen Straßenbauverwaltung den Auftrag, eine Brücke über den Strömsund zu bauen. Die von ihm entworfene Schrägseilbrücke hat mit 181 m eine ca. 100 m größere Spannweite als die Brücke Caquots. Aus heutiger Sicht fällt bei der Strömsundbrücke auf, dass der Träger nur an wenigen Kabeln aufgehängt ist. Dadurch entstehen relativ große Biegemomente, was zwangsläufig zu einer größeren Trägerhöhe führt. Später ging die Entwicklung daher zu immer mehr Kabeln und entsprechend niedrigeren Balkenquerschnitten.

Die erste moderne Schrägseilbrücke Deutschlands war die Theodor-Heuss-Brücke (oder auch "Nordbrücke"), die 1957 in Düsseldorf eröffnet wurde. Sie war die erste der drei Rheinbrücken, die zur "Düsseldorfer Brückenfamilie" gezählt werden. Es war die Idee des Architekten Friedrich Tamms, für alle drei Brücken ähnliche Entwurfskriterien vorzuschreiben und dennoch individuell gestaltete Bauwerke zu realisieren. Gemeinsam mit Fritz Leonhardt baute er 1969 auch die Rheinkniebrücke (Spannweite: 319 m) und 1973 die Oberkasseler Brücke (258 m / Bild s.o.).

Dazwischen war Leonhardt aber auch in Köln tätig und und war gemeinsam mit dem Architekten Gerd Lohmer am Bau der Severinsbrücke beteiligt. Sie war die erste Schrägseilbrücke mit einem A-fömigen Pylon, wurde 1961 vollendet und hat eine Spannweite von 302 m. Ebenfalls mit Lohmer baute Leonhardt schließlich die Fleher Rheinbrücke (1979), bis heute die größte Schrägseilbrücke Deutschlands.

Plötzlich waren die Schrägseilbrücken wieder in aller Munde und Deutschland stand im Zentrum der von internationalen Fachkreisen beobachteten Entwicklung. Die modernen Schrägseilbrücken waren vor allem leicht und sehr tragfähig, dabei aber schneller und kostengünstiger herzustellen als eine Hängebrücke. Schrägseilbrücken sind vor allem deshalb billiger, weil sie keine Ankerblöcke benötigen und in einer Art "freiem Vorbau" hergestellt werden. Die Kabel werden in ihrer gesamten Stärke komplett montiert und abschnittsweise direkt mit dem jeweiligen Fahrbahnsegment verbunden. Im Vergleich zur zeitraubenden Kabel- und Trägerherstellung bei einer Hängebrücke führt dies zu Einsparungen an Geld und Zeit.

Weitere Entwicklungsmöglichkeiten

Auch der Variantenreichtum der Schrägseilbrücken trug zu einer Steigerung ihrer Beliebtheit bei. So gibt es z.B. einhüftige und zweihüftige Systeme, unterschiedlichste Pylongestaltungen bis hin zu Bögen und anderen geometrischen Formen, verschiedene Seilanordnungen und Varianten bei der Anzahl und Gestaltung der Seilebenen. Die Seile können an den Rändern des Trägers angreifen oder mit nur einer Seilebene in der Längsachse, zwischen den Fahrbahnen.

Der Pont de Tarascon-Beaucaire in Frankreich. Eine zweihüftige Schrägseilbrücke mit
H-förmigen Pylonen (man könnte auch sagen: "Stimmgabelförmig"). Die Seile sind in
zwei Ebenen fächerförmig angeordnet. Die Brücke wurde 2000 unter Beteiligung von
Michel Virlogeux gebaut.

Das System kann auch beliebig oft hintereinandergeschaltet werden und so als Multischrägseilbrücke große Distanzen überbrücken. Bei einer Hängebrücke müssten zwischen den einzelnen Abschnitten Ankerblöcke platziert werden, wie dies z.B. bei der Bay Bridge in San Francisco der Fall ist. Beispiele für Multischrägseilbrücken sind z.B. der Viaduc de Millau und die Harilaos-Trikoupis-Brücke in Griechenland.

Die aktuelle Entwicklung der Schrägseilbrücken wird vor allem in Asien und hier insbesondere von China vorangetrieben. In China entstanden vor Kurzem auch die ersten Schrägseilbrücken, mit denen die magische 1.000 m-Grenze überschritten wurde. Die Stonecuttersbridge (Hong Kong / 2009) hat eine Spannweite von 1.018 m und ist über 50 m breit. Sogar noch größer ist die Sutong-Brücke bei Suzhou aus dem Jahre 2008. Mit 1.088 m Spannweite ist sie zurzeit die größte Schrägseilbrücke der Welt.

Unter den zehn größten Schrägseilbrücken befindet sich heute mit dem Pont de Normandie nur noch eine in Europa. Alle anderen sind in Asien zu finden, größtenteils in China. Auch in der näheren Zukunft sind von China weitere Schrägseilbrücken dieser Größenordnung zu erwarten.

Schrägseilbrücken werden heute besonders häufig bei Spannweiten zwischen 200 und 800 m eingesetzt. Darunter sind Balkenbrücken wirtschaftlicher und für größere Spannweiten werden meistens Hängebrücken bevorzugt. Es bleibt abzuwarten, ob dies zukünftig so bleibt, oder ob die Schrägseilbrücken weiter aufholen werden.

Quellen:
  • 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"
  • Carl Immanuel Löscher: "Angabe einer ganz besonderen Hangewerksbrücke..."
  • Johann F.W. Dietlein: "Naviers Abhandlung über Hängebrücken"
  • Ernst Werner: "Die ersten Ketten- und Drahtseilbrücken"
  • Klaus Stiglat: "Brücken am Weg"
  • Fritz Leonhardt: "Brücken - Ästhetik und Gestaltung"
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© Dipl.Ing. Bernd Nebel