Die Britanniabrücke ist eine Brücke über die Menai Strait in der Nähe von Bangor im Norden von Wales. Die von Robert Stephenson gebaute und 1850 eröffnete Britanniabrücke war ursprünglich eine zweigleisige Eisenbahnbrücke aus parallelen schmiedeeisernen Hohlkastenträgern zwischen hohen Mauerwerkspfeilern. Die Träger wurden 1970 durch einen Brand zerstört und mussten abgebrochen werden. An ihrer Stelle wurden Stahlfachwerkbögen errichtet und die Brücke zu einer kombinierten Eisenbahn- und Straßenbrücke umgebaut. Die erste Bahn konnte 1972 wieder über die Brücke fahren, der Ausbau zur Straßenbrücke wurde 1980 beendet.
Lage Die Brücke verbindet die Orte Penrhos-Garnedd, einen Vorort von Bangor auf der südlichen Seite der tief eingeschnittenen Menai Strait, und Llanfairpwllgwyngyll auf der nördlichen Seite, d. h. auf der Insel Anglesey. Sie wurde nicht an der nur 1,5 km entfernten engsten Stelle der Menai Strait gebaut, da dort bereits die Menai-Brücke stand. In der Mitte zwischen den beiden Ufern steht der Britannia Rock, ein nur bei Ebbe aus dem Wasser ragender Felsen, auf dem der mittlere Pfeiler der nach ihm benannten Brücke errichtet werden konnte.
Die erste Brücke (1850) mini|links|hochkant=0.7|Eine Illustration der Britanniabrücke um 1852 Beschreibung Die erste Brücke bestand aus den drei noch existierenden, aus Steinblöcken gemauerten Pfeilern und den beiden weit in den Uferhang hineingebauten Widerlagern. Der mittlere Pfeiler auf dem Britannia Rock ist mit knapp 60 m (196 ft) über der Hochwasserlinie etwas höher als die beiden anderen, am Ufer stehenden Türme. Zwei schmiedeeiserne Hohlkästen für jeweils ein Gleis verliefen in geringem Abstand nebeneinander von einem Ufer durch zwei Durchlässe in den Widerlagern und Pfeilern zum anderen Ufer. Die Hohlkästen waren nur in den Türmen gelagert, ansonsten aber freitragend. Die Züge fuhren durch die Portale in den Widerlagern und durch die Hohlkästen wie durch einen Tunnel. Die Türme sind deutlich höher als die Hohlkästen, da sich Stephenson die Möglichkeit offen halten wollte, notfalls auch noch nach deren Einbau Tragketten wie bei einer Kettenbrücke anzubringen, was sich aber als nicht erforderlich erwies.
Die Brücke ist auf Höhe der Schienen insgesamt 561 m (1.841 ft) lang und hat eine lichte Höhe von 31,6 m (103,9 ft) über MHW. Die lichte Weite zwischen den Pfeilern beträgt jeweils 140 m (knapp 460 ft), die der äußeren Öffnungen über den Uferhängen jeweils 70 m (230 ft). Die Pfeiler bestehen aus sehr harten Kalksteinblöcken aus einem extra angelegten Steinbruch bei Penmon an der östlichen Spitze von Anglesey, das innere Mauerwerk dagegen aus einem weicheren, aber leicht zu verarbeitenden Sandstein aus Runcorn in Cheshire. Die Pfeiler haben einen rechteckigen Querschnitt und einen leichten Anzug; der mittlere Turm misst 18,9 m × 16,9 m an der Basis bzw. 16,7 m × 13,8 m in Höhe der Gleise; die Pfeiler am Ufer messen an der Basis 18,9 m × 15,9 m bzw. 16,7 m × 9,75 m in Höhe der Gleise.Die Angaben in diesem Artikel beruhen, soweit nicht anders angegeben, auf der Beschreibung eines Resident Assistant: General description of the Britannia and Conway tubular bridges on the Chester & Holyhead Railway.
mini|hochkant|links|Querschnitt eines Hohlkastens mit Maßangaben mini|Originalteil der Britanniabrücke mini|Einer der Löwen an den Einfahrten zur Brücke Die beiden Hohlkästen für die Züge waren von Widerlager zu Widerlager durchlaufende Bauteile (nachdem man ihre einzelnen Abschnitte bei der Montage fest zu einem Durchlaufträger miteinander verbunden hatteKarl-Eugen Kurrer: The Britannia Bridge (1846–1850). In: The History of the Theory of Structures. Searching for Equilibrium. Ernst & Sohn, Berlin 2018, S. 70–73, ISBN 978-3-433-03229-9.). Mit einer Länge von 461,2 m (1.513 ft) und einem Gewicht von jeweils 5000 Tonnen waren sie die größten Stücke aus Schmiedeeisen, die je gebaut worden waren, und fast doppelt so schwer wie ein voll ausgerüstetes 120-Kanonen-Schiff.
Während der Boden für die Eisenbahn gerade und horizontal verlaufen musste, beschrieb das Dach eine parabolische Kurve. Die Bauhöhe der Hohlkästen fiel von 9,14 m (30 ft) in der Mitte im Britannia-Turm auf 6,93 m (22 ft 9″) in den Widerlagern ab (Außenmaße). Die Hohlkästen hatten doppelte Böden und Dächer, die in sechs bzw. acht Kammern unterteilt waren. Innen waren die Hohlkästen deshalb um 1,22 m (4 ft) niedriger als außen. Ihre Breite betrug innen 4,26 m (14 ft), das Lichtraumprofil war wegen der inneren Verstärkungsprofile jedoch etwas kleiner. Die Hohlkästen bestanden aus unterschiedlich langen und starken schmiedeeisernen Blechen; die längsten maßen 3,65 × 0,71 m und waren bis zu 2,44 cm stark – die größten und stärksten Bleche, die damals gewalzt werden konnten. Für die Verbindung aller Bleche der Brücke mussten 2 Millionen Niete geschlagen werden.
Die Wärmeausdehnung der Hohlkästen wurde mit maximal 30 cm berechnet. Sie wurden deshalb im mittleren Turm fixiert, in den anderen Türmen und auf den Widerlagern jedoch auf gusseisernen Rollen gelagert. An beiden Enden befanden sich Schienenauszugsvorrichtungen.
Die Einfahrten zur Brücke sind mit großen steinernen Löwen verziert. Von weitem wirken sie eher bescheiden neben der großen Brücke, tatsächlich sind sie aber rund 4 m hoch und 7,6 m lang und wiegen jeweils rund 30 t. Sie stehen immer noch an ihrem ursprünglichen Platz neben den Bahngleisen. Von der neuen, über den Gleisen gebauten Straßenüberführung sind sie deshalb nicht zu sehen.
Geschichte Planungsphase Die 1844 gegründete Chester and Holyhead Railway hatte Robert Stephenson mit dem Bau der Eisenbahnstrecke beauftragt, zu der die Überquerung der Menai Strait und des River Conwy gehörte, beides gezeitenabhängige Gewässer. Dabei stellte die über 300 m lange Britannia Bridge naturgemäß die größten Herausforderungen, auch wenn sie sich mit einem Pfeiler auf den Britannia Rock in der Mitte der Menai Strait abstützen konnte. Nur Hängebrücken konnten damals solche Weiten überspannen, galten aber wegen ihrer Flexibilität als ungeeignet für Eisenbahnbrücken.John Augustus Roebling baute 1851 bis 1855 mit der Niagara Falls Suspension Bridge die erste Hängebrücke für den Eisenbahnverkehr. Robert Stephenson dachte zunächst an eine gusseiserne Brücke mit zwei 134 m weiten Bögen und einer lichten Höhe von 30 m, die im Freivorbau errichtet werden sollte, um den Schiffsverkehr nicht zu stören. Es gab Bedenken hinsichtlich der Machbarkeit so großer Bögen aus Gusseisen, den Ausschlag aber gab die Admiralität, die eine lichte Höhe nicht nur in der Mitte, sondern auch dicht bei den Pfeilern verlangte. Dies ließ letztendlich nur eine Brücke mit einer Art flachem Balken zu, eine damals für diese Größe vollkommen unbekannte Bauform.General Description, S. 10
Stephenson hatte zunächst nur eine vage Idee von einer Brücke mit zwei großen runden oder ovalen Röhren aus schmiedeeisernen Blechen, durch die die Züge fahren sollten und die wohl wie bei einer Kettenbrücke von Ketten gehalten werden müssten. 1845 wandte er sich an William Fairbairn, der ihn über die Machbarkeit und die Art der Ausführung einer solchen Brücke beraten sollte.Fairbairn: An Account of the Construction..., S. 2 Fairbairn war aus prinzipiellen Erwägungen dagegen, eine von Natur aus flexible Konstruktion wie eine Hängebrücke mit einer auf Steifigkeit ausgelegten Konstruktion wie einer Brücke aus genieteten Eisenblechen miteinander zu verbinden, da sich die beiden Systeme nur gegenseitig schaden würden.Fairbairn: An Account of the Construction..., S. 3 Mit dem Einverständnis des Bauherrn wurden ab Dezember 1845 Modelle angefertigt sowie zahlreiche Experimente und Untersuchungen mit runden, elliptischen und rechteckigen Querschnitten durchgeführt und unterschiedliche Lösungen verschiedener Details diskutiert. Eaton Hodgkinson wurde hinzugezogen, der eine Reihe von Berechnungen zur Tragfähigkeit der Konstruktionen entwickelte. Die Experimente zeigten erstmals und zur Überraschung der Experten, dass Schmiedeeisen, anders als Gusseisen, längst nicht so großem Druck, dafür aber größeren Zugspannungen widersteht als damals erwartet wurde. Jedenfalls stellte sich ein Hohlkasten mit rechteckigem Querschnitt als die beste Lösung heraus. Anscheinend waren sich die Experten aber keineswegs immer einig. Fairbairn kündigte schließlich und behauptete in seiner ausführlichen VeröffentlichungFairbairn: An Account of the Construction..., dass der Hohlkasten ohne Ketten allein auf ihn zurückgehe, was jedoch auf erstaunten Widerspruch stieß.Vgl. High-Ways and Dry-Ways Hodgkinson scheint bis zuletzt die Verwendung von Ketten befürwortet zu haben. Um kein Risiko einzugehen, entschied Stephenson daher, die Türme so hoch bauen zu lassen, dass notfalls Ketten auch noch nach der Montage der Hohlkästen eingefügt werden konnten.Mr. Stephenson's report to the Directors of the Chester and Holyhead Railway. In: William Fairbairn: An Account of the Construction of the Britannia and Conway Tubular Bridges. S. 33
Bauphase mini|Einschwimmen eines der Hohlkästen; Lithographie von G. Hawkings, 1850 Im Mai 1846 – lange bevor das Design der Hohlkästen endgültig feststand – wurde mit den Vorbereitungsarbeiten und im September mit dem Bau der Fundamente auf dem Britannia Rock begonnen. Da man auf Spundwände verzichtete, konnte anfänglich nur bei Ebbe wenige Stunden gearbeitet werden, bis die steigende Flut mit bis zu 4 kn die begonnene Arbeit überspülte. Bei den Arbeiten wurden 26 Kabelkrane eingesetzt, die von drei Dampfmaschinen angetrieben wurden. Insgesamt dauerten die Mauerwerksarbeiten 2 Jahre und 9 Monate.Die Angaben in diesem Abschnitt beruhen auf der ausführlichen Darstellung des Bauablaufs in: Edwin Clark: The Britannia and Conway tubular bridges, ... Band 2, S. 663 ff. Während dieser Zeit konnten an der von 1846 bis 1848 gebauten, von Stephenson nach dem gleichen System geplanten, aber wesentlich kleineren Conwy Railway Bridge wertvolle Erfahrungen gesammelt werden.
Die Hohlkästen wurden in einzelnen Abschnitten hergestellt, die den Öffnungen der Brücke entsprachen. Die kürzeren Hohlkästen über den Uferhängen wurden vor Ort auf Lehrgerüsten gebaut. Sie waren immer noch länger als alle damaligen Eisenbahnbrücken mit Ausnahme der Brücke in Conwy. Die stellenweise bis zu 30 m hohen Lehrgerüste stellten als solche schon beachtliche Bauwerke dar. Mit ausgedehnten Löschvorrichtungen begegnete man der großen Brandgefahr durch das Hantieren mit den rotglühenden Nieten. Tatsächlich entstanden drei kleine Brände, die aber schnell und problemlos gelöscht werden konnten.
Die vier Hohlkästen für die beiden Hauptöffnungen der Brücke maßen jeweils 144 m (472 ft) und waren damit 4 m (12 ft) länger als die lichte Weite zwischen den Pfeilern. Diese Länge wurde den Zeitgenossen durch einen Vergleich verdeutlicht: Stellte man die Kästen senkrecht neben St Paul’s Cathedral, würden sie deren Kreuz auf der Kuppel noch um 33 m überragen. In die Enden der langen Hohlkästen wurden drei gusseiserne Rahmen eingebaut. Der äußerste sollte den Kasten stabilisieren, wenn er nach der Herstellung auf zwei Steinböcken lagerte, die beiden anderen dienten als Befestigung für die Ketten, mit denen die Kästen in ihre endgültige Position in der Brücke gehoben wurden. Insgesamt wog jeder der langen Kästen rund 1.800 t.
Die Hohlkästen wurden am Ufer auf hölzernen Plattformen gebaut, die zwischen zwei Steinböcken angeordnet und leicht konkav nach oben gebogen waren. Nach der Fertigstellung eines Kastens wurde die Plattform unter ihm herausgeschlagen, damit er mit seinen Enden frei auf den Steinböcken liegen konnte. Dabei bog sich der Kasten unter seinem eigenen Gewicht so weit durch, dass sein Boden eine ebene Fläche bildete.