mini|Einhüftige (d. h. mit einem Pylon errichtete) Schrägseilbrücke Fleher Brücke Eine Schrägseilbrücke ist eine Brücke, deren Fahrbahnträger an schräg von einem oder mehreren Pylonen gespannten Seilen aufgehängt ist.
Funktion des Tragwerks Die vertikalen Lasten werden über die Spannseile in Form von Zugkräften an den oder die Pylone geleitet und von diesen in Form von Druckkräften senkrecht in den Baugrund eingeleitet. Die horizontalen Kraftkomponenten entstehen auf beiden Seiten in Richtung des Pylons und werden durch den Fahrbahnträger neutralisiert.
Die bei der echten Hängebrücke erforderliche Verankerung der horizontalen Kraftkomponente des Tragseiles entfällt. Schrägseilbrücken sind damit kostengünstiger als Hängebrücken, erreichen bisher aber nur etwa halb so große Spannweiten (bei der Russki-Brücke und der Sutong-Brücke etwas über 1000 m). Bis 200 m Spannweite sind Balkenbrücken oft wirtschaftlicher.
Wie Hängebrücken sind auch Schrägseilbrücken grundsätzlich gegen Windkräfte empfindlich und können durch große bewegliche Massen in Schwingung gebracht werden. Sie zeigen hier jedoch bessere Eigenschaften als Hängebrücken, weshalb sie z. B. als Eisenbahnbrücken besser geeignet sind.
Zur Inspektion der Tragkonstruktion sind Brückenseilbesichtigungsgeräte im Einsatz.
Varianten Einhüftige, mehrhüftige Brücken einhüftige Schrägseilbrücke, Harfenform zweihüftige Schrägseilbrücke, Büschelformx200pxx200px
Es gibt jedoch auch Brücken mit drei Pylonen, wie das ehemalige Polcevera-Viadukt in Genua, Brücken mit vier Pylonen wie die Rio-Andirrio-Brücke bei Patras in Griechenland, sowie die General-Rafael-Urdaneta-Brücke über den Maracaibo-See mit sechs Pylonen und das Viaduc de Millau in Südfrankreich, das mit seinen sieben Pylonen auch diesbezüglich eine Spitzenstellung hat. Mehrhüftige Brücken stellen besondere Anforderungen an die Konstruktion, da die sich bewegende Last, z. B. eines Lkws, Auswirkungen auf das Tragsystem des benachbarten Pylons hat, was wiederum den nächsten Pylon beeinflussen kann.
Seilanordnung x60px|mini|Fächersystem
Die Anordnung der Seile kann im Büschel-, Harfen- oder Fächersystem erfolgen. Beim Büschelsystem werden die Kabel alle in einem Knoten verankert. Der Pylon wird dadurch nur durch vertikale Normalkräfte beansprucht. Beim Harfensystem haben die Seile aufgrund gleicher Neigung gleich hohe Zugkräfte, allerdings muss der Pylon meist auch zusätzliche horizontale Kräfte abtragen. Das Fächersystem ist näherungsweise eine Kombination der beiden anderen Systeme.Gerhard Girmscheid: Schrägkabelbrücken. In: Gerhard Mehlhorn (Hrsg.): Handbuch Brücken. Entwerfen, Konstruieren, Berechnen, Bauen und Erhalten. Springer, Berlin u. a. 2007, ISBN 978-3-540-29659-1, S. 347–388. Anfangs wurden nur wenige, starke Seile verwendet, aber bald ging die Entwicklung in Richtung Multikabelsystem mit vielen kleineren Seilen, da bei diesen ein Freivorbau ohne großen Aufwand möglich ist und sie leichter ausgewechselt werden können.
Manchmal werden Seile im Fächersystem auch an Betonbalken im Boden verankert, die quer zur Brückenachse angeordnet sind, wie bei der Trần-Thị-Lý-Brücke in Đà Nẵng in Vietnam, um eine größere seitliche Stabilität zu erreichen.
Symmetrische, asymmetrische und rückverankerte Brücken Die meisten Schrägseilbrücken sind symmetrisch, ihre Seilanordnung ist auf beiden Seiten des Pylons gleich. Abgesehen von Wind- und Verkehrslasten hängt der beiderseits des Pylons gleich lange Fahrbahnträger im Gleichgewicht. Bei zahlreichen Brücken ist jedoch der Teil des Trägers über der Hauptöffnung länger und somit schwerer als derjenige über der Seitenöffnung. Bei diesen asymmetrischen Brücken muss das unterschiedliche Gewicht ausgeglichen werden, beispielsweise, indem der kürzere Teil des Fahrbahnträgers schwerer ausgeführt wird oder durch ein als Zuganker dienendes Widerlager oder durch ebenfalls als Zuganker dienende Stützen stabilisiert wird (vgl. Fleher Brücke). Manche Brücken haben keine Seitenöffnung, die Schrägseile tragen nur den Fahrbahnträger über der Hauptöffnung. Bei ihnen müssen die Pylone mit Hilfe von Ankerblöcken im Boden rückverankert werden (ein Beispiel ist die Carpineto-Brücke).
Pylongeometrie mini|hochkant=0.7|Pylontypen für eine Seilebene: Freitragende Pylontürme; A-Pylon
Infolge der Seilverankerungen werden Pylone vor allem durch vertikale Druckkräfte beansprucht. Allerdings werden durch unterschiedliche Kräfte in den Seilen auch Biegemomente hervorgerufen.
Bei zwei Seilebenen kann zwischen drei Pylongrundtypen unterschieden werden. Freitragende Türme sind in Querrichtung verformungsweich und bewirken eine höhere Schwingungsempfindlichkeit der Brücke. Im Gegensatz dazu sind A-Pylone in Querrichtung sehr steif, wodurch der Brückenhauptträger leichter gestaltet werden kann. Die H-Pylone sind zwar weicher als die A-Pylone, allerdings ist deren Herstellung sowie die Verankerung der Seile am Pylonkopf einfacher. Die Seile sind nur noch in einer Ebene geneigt und die zugehörige Verankerung verteilt sich auf zwei Pylonstiele.
Bei einer Seilebene wird ein Mittelpylon angeordnet, meist ein freitragender Turm. Diese Konstruktionsart bedingt allerdings einen schweren Brückenhauptträger, der in Querrichtung torsionssteif ausgebildet ist.
Die meisten Pylone stehen senkrecht. Bei rückverankerten Brücken sind sie gelegentlich von der Hauptöffnung weg zu den Ankerblöcken geneigt wie bei der Ponte all’Indiano, in seltenen Fällen auch über die Hauptöffnung wie bei der Batman Bridge oder der vergleichsweise kleinen Schenkendorfbrücke für eine Trambahn, Fußgänger und Radfahrer.
Während anfangs Pylone meist aus stählernen, oft mehrzelligen Vollwandkonstruktionen mit Hohlquerschnitten bestanden, werden Pylone großer Schrägseilbrücken heute fast ausschließlich aus Stahlbeton gebaut. Insbesondere bei Fußgängerbrücken werden dagegen vorgefertigte, runde Pylonstäbe in allen Lagen eingesetzt, die die Verteilung von Lasten und Zugkräften ergibt, so dass schräg stehende Stäbe mit unregelmäßiger Abspannung keine Seltenheit sind.
Brückendeck Das Brückendeck bzw. der Fahrbahnträger, bei Schrägseilbrücken auch Streckträger genannt, besteht regelmäßig aus aerodynamisch geformten, flachen Stahlhohlkästen mit einer orthotropen Platte. Es gibt jedoch auch Brückendecks aus Spannbeton-Hohlkastenträgern. Das erste und nach wie vor größte Beispiel dafür ist die von Riccardo Morandi entworfene General-Rafael-Urdaneta-Brücke über den Maracaibo-See. Gelegentlich finden sich auch Kombinationen aus Stahlhohlkästen in der Hauptöffnung und Betonhohlkästen in der Seitenöffnung, wie bei der Fleher Brücke. Verbundkonstruktionen, in denen der Stahl die Zugkräfte und der Beton die Druckkräfte aufnimmt, stellen theoretisch eine naheliegende Lösung dar, sind aber dennoch selten geblieben.
Geschichte Vorläufer mini|hochkant=0.7|Bambusbrücke über den Serayu in Java Es ist nicht mehr feststellbar, wann die ersten schräg abgespannten Brücken gebaut wurden. Aus Afrika wurde von Brücken mit schräg gespannten Lianen über den oberen Ogooué berichtet, aus Laos, Borneo und Java sind Bambusbrücken mit teilweise beachtlichen Spannweiten bekannt.Leonardo Fernández Troyano: Tierra sobre el Agua. Vision Histórica Universal de los Puentes. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puentes, Madrid 1999, ISBN 84-380-0148-3, S. 661
mini|hochkant=0.7|Pons ferreus aus Machinae Novae
In Europa wurde das Tragsystem der Schrägseilbrücke wohl erstmals von Fausto Veranzio in seinem um 1616 gedruckten Werk Machinae Novae dargestellt. 1784 veröffentlichte Carl Immanuel Löscher eine detaillierte Beschreibung einer hölzernen Schrägseilbrücke, die aber wohl nicht gebaut wurde.Carl Immanuel Löscher: Angabe einer ganz besondern Hängewerksbrücke: welche mit wenigen und schwachen Holz, ohne im Bogen geschlossen, sehr weit über einen Fluss kann gespannt werden, die grössten Lasten trägt, und vor den stärksten Eisfahrten sicher ist. Siegfried Lebrecht Crusius, Leipzig 1784 Charles Stewart Drewry berichtet von einer 33,50 m langen Schrägseilbrücke, die 1817 von James Redpath und John Brown aus Edinburgh in Peebles bei der King’s Meadow über den Tweed gebaut wurde.Charles Stewart Drewry: A Memoir on Suspension Bridges, Comprising the History of Their Origin and Progress, …. Longman, Rees, Orme, Brown, Green, & Longman, London 1832, S. 24 Die 1817 gebaute Dryburgh Bridge mit schrägen Ketten wurde schon ein Jahr später in einem Sturm zerstört und unterbrach damit die weitere Entwicklung in diese Richtung.Robert Stevenson: Description of Bridges of Suspension. In The Edinburgh Philosophical Journal, herausgegeben von Sir David Brewster, Robert Jameson. Band 5 Nr. 10, Edinburgh 1821. S. 237
Claude Navier veröffentlichte 1823 eine erste grundlegende Abhandlung über Hängebrücken, in der er auch Schrägseilbrücken erwähnte, ohne großes Vertrauen in diese Konstruktionsart zum Ausdruck zu bringen.Claude Navier: Rapport à Monsieur Becquey, conseiller d’état, directeur général des ponts et chaussées et des mines; et mémoire sur les ponts suspendus. Imprimerie Royale, Paris 1823, S. 8f
Die erste Brücke dieser Bauform in Deutschland war die von Gottfried Bandhauer, dem Baumeister des Herzogtums Anhalt-Köthen gebaute und im August 1825 eingeweihte Saalebrücke bei Nienburg. Sie war in der Mitte aufklappbar, um Schiffe mit stehenden Masten durchzulassen, und bestand daher aus zwei selbständigen Hälften. Als Tragelemente kamen daher nur schräge Ketten in Frage. Bei einem Fest zu Ehren des Herzogs am 6. Dezember 1825 wurde die Brücke extrem einseitig belastet und stürzte aufgrund von Schwingungen durch tanzende Personen ein. Bei diesem Unglück ertranken 55 Personen in der Saale.Der Einsturz der Nienburger Schrägkettenbrücke auf bernd-nebel.de
John Augustus Roebling baute seine Brücken als gemischte Systeme: die großen Hängebrücken wurden durch schräge Seile versteift, so bei der Monongahelabrücke in Pittsburgh (1846), die später durch die Smithfield Street Bridge ersetzt wurde, bei der Niagara Falls Suspension Bridge (1854), der Cincinnati–Covington Bridge (1866) und schließlich der Brooklyn Bridge (1883).
mini|hochkant=0.7|Franz-Joseph-Brücke, Prag
Rowland Mason Ordish (1824–1886) hatte ein eigenes System entwickelt, das er bei der Franz-Joseph-Brücke (1868), einer Schrägkettenbrücke in Prag, anwandte und bei der Albert Bridge (1872) in London ohne großen Erfolg wiederholte.
Ferdinand Arnodin entwickelte in seinem Stahlbau- und Drahtseilunternehmen ebenfalls ein Mischsystem, bei dem von den Pylonen zunächst Schrägseile zum Fahrbahnträger gespannt werden und nur in der Mitte ein Drittel bis zu zwei Viertel des Spannfeldes mit Hängern von den Tragkabeln abgehängt wird, so bei der Pont de l’Abîme (1887) oder der Pont Sidi M’Cid (1912) in Constantine.
In den USA erhielt Edwin Elijah Runyon ein Patent für eine Schrägseilbrücke, auf dessen Grundlage in den 1890er Jahren zwei Brücken in Texas gebaut wurden.