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Eiserne Brücken

[176] Eiserne Brücken (iron bridges; ponts en fer; ponti in ferro). Zu den E. werden alle jene Brückenbauwerke gezählt, deren Überbau aus Eisen hergestellt ist; der Unterbau (Pfeiler und Widerlager) kann dabei entweder ebenfalls aus Eisen, aus Holz oder, wie es in der Regel der Fall ist, aus Stein oder Mauerwerk ausgeführt sein.

Der Überbau einer eisernen Brücke besteht aus den Hauptträgern, die parallel zur Längsachse der Brücke deren Öffnungsweite überspannen; ferner aus den Quer- und Zwischenkonstruktionen, die teils zur unmittelbaren Unterstützung der Fahrbahn, teils zur seitlichen Absteifung der Hauptträger dienen.

Bevor aber auf die Konstruktion näher eingegangen wird, ist es notwendig, etwas über das Material und seine Inanspruchnahme in den eisernen Brücken zu sagen.[176]

A. Der Baustoff der eisernen Brücken.

Der wichtigste und hauptsächlichste Baustoff ist das Flußeisen (soft steel, acier doux), d.i. jene Sorte des schmiedbaren Eisens, die durch den Flammofen- (Martineisen) oder Konverterprozeß (Thomaseisen) gewonnen wird (vgl. Eisen und Stahl).

Das früher, bis vor etwa 20 Jahren ausschließlich, angewandte Schweißeisen spielt jetzt im Brückenbau kaum mehr eine Rolle und ist durch das bessere Flußeisenmaterial verdrängt worden. Allerdings hat sich die Überzeugung von der Eignung des Flußeisens als Konstruktionsmaterial für Brücken nur allmählich auf Grund der durch umfassende Versuche gewonnenen Erfahrungen Bahn gebrochen und hat man sich anfänglich bei dem Ersatze des Schweißeisens bloß auf die Verwendung von Martineisen, als dem in seiner Qualität verläßlicher herzustellenden Flußeisenfabrikate beschränkt. Es wurden aber namentlich in Deutschland schon frühzeitig Anstrengungen gemacht, auch dem Thomaseisen als gleichwertig Eingang zu verschaffen, welche Bestrebungen den Erfolg hatten, daß schon 1891–1893 die große Eisenbahnbrücke über die Weichsel bei Fordon gänzlich aus basischem Flußeisen (Martin- und Thomaseisen) hergestellt wurde. In Österreich war durch eine ministerielle Vorschrift im Jahre 1892 zunächst erst nur das weiche basische Martinflußeisen als für den Bau E. zulässig erklärt worden. Erst auf Grund späterer, im Jahre 1897 durchgeführter Versuche wurde in der 1904 erlassenen österreichischen Brückenvorschrift diese Beschränkung aufgegeben und sowohl Martin- wie Thomasflußeisen für Brücken zugelassen. Es wird in dieser Vorschrift nur verlangt, daß die Festigkeiten für Martineisen in den Grenzen zwischen 3600–4500 kg/cm², für Thomaseisen zwischen 3600–4200 kg/cm² bleiben, und daß die Tetmajersche Qualitätsziffer, d.i. das Produkt aus Zerreißfestigkeit in t/cm² und prozentueller Längendehnung beim Bruche in der Walzrichtung mindestens 100, senkrecht dazu mindestens 90 beträgt. Für Niet- und Schraubeneisen wird eine Zugfestigkeit von 3500 bis 4000 kg/cm² und eine solche Dehnung verlangt, daß die Qualitätsziffer mindestens die Zahl 110 erreicht.

Für die normalen Eisen- und Brückenkonstruktionen beschränkt man sich allgemein auf die Anwendung der weicheren Flußeisensorten mit einem Kohlenstoffgehalt bis etwa 0∙15% und mit Festigkeiten, die zwischen den Grenzen von etwa 3700–4400 kg/cm² liegen. Flußeisen, insbesondere Thomaseisen von höherer Festigkeit hat meist nicht die gewünschte Zähigkeit und ist gegen mechanische Bearbeitung empfindlich.

Die deutschen »Normalbedingungen für die Lieferung von Eisenkonstruktionen« setzen für das zu verwendende Flußeisen folgende Eigenschaften fest: In der Längsrichtung Zerreißfestigkeit mindestens 3700, höchstens 4400 kg/cm²; Bruchdehnung mindestens 20%; in der Querrichtung Zerreißfestigkeit mindestens 3600, höchstens 4500 kg/cm², Bruchdehnung mindestens 17%; für Nieten und Schrauben Zerreißfestigkeit mindestens 3600, höchstens 4200 kg/cm², Bruchdehnung mindestens 22%.

Zur Ermittlung der Bearbeitungsfähigkeit des Flußeisens im kalten Zustande sind Biegeversuche mit unverletzten sowie auch mit scharf eingeschnittenen Stäben auszuführen. Die Einschnitte der letzteren sind unter einem Winkel von etwa 60° und auf mindestens ¹/₁₀ der Stabdicke mittels der Hobelmaschine herzustellen. Bei solchen scharf eingeschnittenen Längsstäben soll der Biegewinkel, wenn die Biegung um eine Rundung vom Durchmesser gleich der dreifachen Stabstärke erfolgt, mindestens 25° erreichen, ehe ein durchgreifender Querriß entsteht.

Im allgemeinen ist eine gewaltsame mechanische Bearbeitung im kalten Zustande dem Flußeisen, besonders den härteren Sorten wenig zuträglich; es wird dabei leicht spröde und können sich haarfeine, dem Auge nicht sichtbare Risse bilden, die bei einer Beanspruchung zu plötzlichem Bruche führen können. Kaltes Hämmern, Biegen, Lochen ist daher zu vermeiden. Besonders empfindlich ist das Flußeisen für eine Bearbeitung in der sog. Blauwärme (300° C), alle Schmiedearbeit ist daher nur in heller Rotglut auszuführen. Kalte Scherenschnitte sind an den Kanten auf 2–3 mm abzufräsen oder zu hobeln. Nietlöcher dürfen nur gebohrt, nicht gestanzt werden. Diesen Anforderungen sorgfältiger Anarbeitung trägt die jetzige Ausführungspraxis der E. in ausreichendem Maße Rechnung.

Neben dem Flußeisen als Hauptbaustoff findet in eisernen Brückenkonstruktionen noch Verwendung: Gußeisen als Rohguß, heute aber nur mehr zu Nebenteilen, Auflagerplatten, Lagerstühlen u.s.w., wird aber auch hier häufig durch den festeren Flußeisen- oder Stahlguß ersetzt.

Früher wurde Gußeisen auch zu den tragenden Teilen der Brücken verwendet. Die ersten eisernen Bogen- und kleinen Balkenbrücken waren ganz aus Gußeisen ausgeführt. Später wurde das Gußeisen zu den auf Druck beanspruchten Gliedern der Fachwerksträger verwendet und wurden solche Systeme ausgebildet, die auf einer weitgehenden Anwendung des Gußeisens beruhten und einen bequemen Zusammenbau gestatteten (Schifkornbrücken). Man ist aber nun schon seit langem von der Verwendung des Gußeisens zu den tragenden Teilen einer Brücke gänzlich abgekommen und hat diese Verwendung auch durch die bestehenden behördlichen Vorschriften untersagt. Hierzu haben ungünstige Erfahrungen geführt (in Österreich 1868 der Einsturz der Schifkornbrücke über den Pruth bei Czernowitz), die mit diesem spröden, gegen Stoßwirkungen wenig widerstandfähigen Baustoffe gemacht worden sind.

Stahl, u. zw. Flußstahl mit Festigkeiten von 4500–6000 kg/cm² und Dehnungen von 20 bis 10% findet als unbearbeiteter Stahlguß zu Lagerkörpern und als Schmiedestahl für höher beanspruchte Formstücke wie Lagerrollen, Gelenkbolzen u.s.w. Verwendung. Als Baustoff für zusammengesetzte Konstruktionen hat stahlhartes Material bisher nur ausnahmsweise, vornehmlich bei Brücken von sehr großer Spannweite, Anwendung gefunden.

So ist die 1882–1890 erbaute Firth-of-Forth-Brücke, die mit 521 m die größte Spannweite unter den bestehenden Brücken besitzt, ganz aus einem im Flammofen erzeugten Flußstahl von hoher Qualität hergestellt, der in den Druckgliedern 5300–5030k/cm²g[177] Zerreißfestigkeit bei 17% Dehnung nachweist. Zu den Kettengliedern der Schwurplatzbrücke über die Donau in Budapest (300 m Spannweite) wurde basischer Martinstahl von 5000–5500 kg/cm² Festigkeit und 20% Dehnung verwendet. Für Tragwerke von kleiner und mittlerer Spannweite, auf die sich infolge des nicht sehr großen Eigengewichts die dynamischen Einwirkungen der bewegten Last in erhöhtem Maße geltend machen, ist aber der gewöhnliche harte Flußstahl, der mit zunehmender Festigkeit verminderte Zähigkeit besitzt, nicht gut geeignet.

Die Bestrebungen nach Einführung eines Baustoffes von großer Festigkeit bei möglichst hoher Dehnbarkeit und Zähigkeit haben aber bis heute nicht aufgehört und, durch die Fortschritte in der Stahlfabrikation unterstützt, umsomehr Wichtigkeit gewonnen, je bedeutender die Aufgaben sind, die hinsichtlich der Bewältigung großer Spannweiten an den Brückenbau herantreten. Gewisse Zusätze, Nickel, Chrom, Vanadium u.a., verleihen dem Stahl bei großer Festigkeit eine erhöhte Zähigkeit. Die wichtigste Rolle unter diesen legierten Stahlsorten dürfte aber, wenigstens soweit es den Brückenbau angeht, dem Nickelstahl zukommen. Dieser neueste Baustoff, der zum ersten Male beim Bau der letzten zwei großen East-River-Brücken mit Spannweiten von 326 bis 450 m, der Blackwell-Insel-Brücke und der Manhattan-Brücke, zur Anwendung gelangte und nun auch für den Bau der Quebec-Brücke (mit rund 536 m Spannweite) in Aussicht genommen ist, scheint alle Anforderungen zu erfüllen, die an ein Material für Brückenbauzwecke zu stellen sind.

Der amerikanische Nickelstahl enthält etwa 3∙25% Nickel, seine Zerreißfestigkeit schwankt zwischen 5960 und 7030 kg/cm², seine Streckgrenze zwischen 3370 und 3870 kg/cm², die Dehnung zwischen 19 und 15%. Neuestens haben auch die deutschen Werke (Gutehoffnungshütte in Oberhausen) dem Nickelstahl und seiner Anwendung im Brückenbau ihre Aufmerksamkeit zugewandt und einige kleinere Versuchsbauwerke, als größtes darunter den 118 m langen Versteifungsträger der Kieler Schwebefähre und die 60∙6 m weite zweigleisige Hüttenbahnbrücke über den Herne-Kanal bei Oberhausen, ausgeführt. Viele der bei den letzten großen Brückenwettbewerben (Straßenbrücke in Köln) aufgestellten Entwürfe nehmen die Verwendung dieses neuen Materiales in Aussicht. Der deutsche Nickelstahl der Gutehoffnungshütte hat bei 2–2∙5% Nickelgehalt eine Festigkeit von 5600–6500 kg/cm², eine Streckgrenze von 3500 kg/cm² bei einer Bruchdehnung von 20%. Auch in Österreich sind gegenwärtig anläßlich des Baues einer neuen Donaubrücke bei Wien-Studien und Versuche im Zuge, die die technische und wirtschaftliche Eignung eines mit Nickel legierten Stahles im vorliegenden Falle klarstellen sollen.

Schließlich wäre noch der Tiegelflußstahl zu erwähnen, der in der Form von Stahldraht mit 12.000- 15.000 kg/cm² Festigkeit, einer hochgelegenen Streckgrenze aber mit nur 3–4% Dehnung zu den Kabeln weitgespannter Hängebrücken Verwendung gefunden hat.

B. Die zulässige Inanspruchnahme des Materiales der eisernen Brücken.

Als Grundsatz hat zu gelten, daß die in einer Brückentragkonstruktion in Wirklichkeit auftretenden größten Spannungen durchweg unter der Elastizitätsgrenze des Materiales bleiben müssen, damit nicht bleibende Formänderungen entstehen, die bei entsprechend häufiger Wiederholung der Belastung schließlich auch zum Bruche führen könnten. Es ist aber dabei zu berücksichtigen, daß die wirklichen Spannungen unter Umständen nicht unbeträchtlich höher sind als die nach der üblichen Theorie berechneten. Der Unterschied rührt her von verschiedenen, nicht in Rechnung gebrachten Zusatzkräften und Nebenspannungen und von der Nichtberücksichtigung der dynamischen Einwirkung der bewegten Verkehrslasten.

Bei Festsetzung der zulässigen Inanspruchnahme und der daraus folgenden Querschnittsermittlung der Glieder einer E. können in der Hauptsache drei verschiedene Verfahren zur Anwendung kommen:

1. Man führt für alle Teile eines Tragwerkes die gleiche zulässige Beanspruchung ein, nimmt aber letztere bis zu einer gewissen Grenze mit der Stützweite wachsend an. Es ist damit wenigstens grundsätzlich dem Umstände Rechnung getragen, daß die Wirkungen der Verkehrslast auf Tragwerke von kleiner Stützweite ungünstiger sind als auf solche von größeren Spannweiten. Bei dieser Berechnungsart wird die Annahme einer Beanspruchung für Flußeisen je nach der Stützweite von 800–1100 kg/cm² noch hinreichende Sicherheit dafür bieten, daß auch beim Hinzutreten aller Nebenspannungen und der dynamischen Einwirkungen die bei etwa 1800 bis 2000 kg/cm² gelegene Elastizitätsgrenze nicht überschritten wird. Es findet dieses Dimensionierungsverfahren in der Praxis am häufigsten Anwendung und liegt auch den Vorschriften der österr. Brückenverordnung sowie jenen der preußischen Staatsbahnen und der Reichsbahnen zu gründe.

2. Die Verkehrslast wird mit einem sog. Stoßkoeffizienten μ > 1 multipliziert, dafür wird aber mit einer von der Stützweite unabhängigen Inanspruchnahme, die dann entsprechend größer angenommen werden kann, gerechnet. Angewendet in den Vorschriften der sächsischen und bayerischen Staatseisenbahnen, ferner nach den Schweizer Vorschriften für Brücken unter 15 m, und in Amerika[178] (neueste Vorschriften der Newyork Connecting R. R.).

3. Die Inanspruchnahme wird abhängig von den Grenzspannungen, S_min und S_max, die in einem Konstruktionsteil auftreten, angenommen, u. zw. nach der Launhardt-Weyrauchschen oder einer ähnlich gebauten Formel. Dieselbe ist in den Vorschriften der württembergischen und badischen Staatsbahnen, sonst jedoch nur für Teile angewendet, die abwechselnd auf Zug und Druck beansprucht werden.

C. Konstruktionssysteme der Hauptträger.

Die Hauptträger bestimmen das Konstruktionssystem der Brücke. Als hauptsächlichstes Unterscheidungsmerkmal gilt ihr statisches Verhalten zu den Pfeilern oder Widerlagern. Man teilt hiernach die Brücken ein in Balkenbrücken, Bogenbrücken und Hängebrücken.

Bei den Balkenbrücken haben die Stützendrücke, d.h. die Drücke, die der Überbau gegen seine Auflager ausübt, eine lotrechte oder von der lotrechten nur wenig abweichende Richtung. Die Träger werden sowohl auf Zug als auch auf Druck, d.i. auf Biegung, beansprucht (Abb. 70).

Bei den Bogenbrücken sind diese Stützendrücke in schräger Richtung nach außen gerichtet; es entsteht ein Horizontalschub, den die Konstruktion auf ihre Widerlager überträgt. Die Träger haben eine nach oben konvex gekrümmte Form und werden vorwiegend auf Druck beansprucht (Abb. 71).

Bei den Hängebrücken findet das Umgekehrte statt. Das Tragwerk, das eine nach abwärts gekrümmte Form erhält, übt in seinen Stützpunkten einen Zug aus, der über die hochgeführten Pfeiler (Pylonen) zur Verankerung im Widerlager geleitet wird (Abb. 72). Damit ist auch eine Beanspruchung des Tragwerkes auf Zug verbunden.

Das statische Verhalten eines Trägers wird durch die Art und Weise seiner Auflagerung bestimmt. Bei einem Balkenträger darf nur ein Auflager fest, d.i. in wagrechter Richtung unverschieblich, die übrigen Lager müssen wagrecht verschieblich sein, damit sie nur lotrechte Drücke aufnehmen. Dagegen muß ein Bogenträger und desgleichen ein Hängeträger unverschiebbare oder wenigstens nur bedingungsweise verschiebbare Auflager erhalten, damit die Horizontalkraft, die diese Trägersysteme kennzeichnet, zur Geltung kommen kann. Die Form des Trägers selbst ist für seine Wirkung als Balken- oder Bogenträger nicht entscheidend. So finden wir Balkenträger mit Bogenform (Sichelträger) und wieder andere (durchgehende Balkenträger), die ganz das Aussehen von Hängeträgern haben.

Brücken mit mehreren Öffnungen erhalten entweder für jede Öffnung unabhängige, nur auf je zwei Stützen aufliegende Überbauten, oder zusammenhängende, durchgehende (kontinuierliche) Tragwerke. Letztere haben besonders bei großen Spannweiten gegenüber Einzelträgern im allgemeinen den Vorteil einer Gewichtsersparnis, auch kann für ihre Anwendung der Umstand sprechen, daß ihre Aufstellung ganz oder teilweise ohne festes Gerüst, nämlich durch freien Vorbau erfolgen muß.

Von den durchgehenden Tragwerken ist insbesondere der durchgehende Balkenträger (Abb. 73) (s. dessen Theorie unter Durchgehende Balken, Bd. II, S. 462), d.i. der auf mehreren Stützen wagrecht aufgelagerte Träger von praktischer Wichtigkeit. Die Vor- und Nachteile dieser Anordnung werden im folgenden noch näher besprochen werden; hier möge nur bei der allgemeinen Anführung der Trägersysteme erwähnt werden, daß sich die Nachteile der durchgehenden Träger durch die Anbringung von Gelenken oder von Zwischenlagern, die den Träger derart unterteilen, daß jeder Teil nur von zwei Stützpunkten getragen wird, beheben lassen. Man erhält hierdurch den zuerst von Gerber (1866) in Vorschlag und zur Ausführung gebrachten kontinuierlichen Gelenkträger, Auslegerträger oder den Träger mit freischwebenden Stützpunkten, der im neuzeitlichen Eisenbrückenbau eine wichtige Rolle spielt und in dessen bedeutendsten Ausführungen (Forth-Brücke,[179] Quebec-Brücke) Anwendung gefunden hat. Das System wird durch die schematische Abb. 74 veranschaulicht. Es besteht aus den auf den Pfeilern B, C, F, G gelagerten Kragträgern A D, E G und den dazwischen eingehängten, auf die Kragarme gestützten Koppel- oder Schwebeträgern D E. Die Anordnung kann sich auf beliebig viele Felder erstrecken, es wird aber jeder Kragträger nur von den auf ihn und auf die beiden angrenzenden Koppelträger einwirkenden Lasten beansprucht, wogegen die Belastung der übrigen Teile ohne Einfluß ist. Bei Brücken mit drei Feldern wird nach Abb. 75 der Koppelträger gewöhnlich ins Mittelfeld gelegt; es kann aber auch, besonders bei gleichen oder größeren Seitenfeldern (nach Abb. 76) ein mittlerer Kragträger beiderseits durch Koppelträger an die Widerlager angeschlossen werden.

In der Konstruktion der Träger sind zwei Ausführungsarten zu unterscheiden, nämlich vollwandige Träger und gegliederte oder Fachwerksträger. Die ersteren bestehen aus einem einzigen vollen Stück oder aus verschiedenen so miteinander verbundenen Teilen, daß sie hinsichtlich der Beanspruchung als ein einziges Stück angesehen werden können. Hierher gehören die gegossenen und gewalzten Träger sowie auch die Blechträger. Die Träger der zweiten Art, die gegliederten Träger, bestehen aus einzelnen, an ihren Enden miteinander verbundenen, stabförmigen Teilen. Man nennt sie Fachwerks- oder Gitterträger und wendet die letztere Bezeichnung im besonderen auf solche gegliederte Träger an, deren Stäbe dichter gruppiert sind, sich mehrfach kreuzen und dementsprechend verhältnismäßig enge Zwischenräume, Maschen, einschließen, während unter Fachwerk die weitmaschigen gegliederten Systeme verstanden werden.

Von diesen Konstruktionssystemen der Hauptträger werden nachstehend die Balkenträger etwas näher besprochen, wogegen bezüglich der »Bogenbrücken« und »Hängebrücken« auf die betreffenden besonderen Artikel verwiesen wird.

1. Träger mit vollen Wandungen.

Die Balkenbrücken, die heutzutage weitaus das wichtigste und häufigst angewandte Konstruktionssystem der E. darstellen, bezeichnen keineswegs die älteste Anwendungsform des Eisens im Brückenbau; die Hängebrücken sowie auch die gußeisernen Bogenbrücken sind ihnen vielmehr vorausgegangen. Es verdient aber bemerkt zu werden, daß das Auftreten der eisernen Balkenträger mit dem Entstehen der Eisenbahnen zusammenfällt. Abgesehen von der Gleiskonstruktion, die die Schienenstränge aus gußeisernen, zwischen Unterlagen frei gelagerten Barren zusammensetzte, kamen bereits bei den ersten englischen Bahnen gußeiserne Balken in Längen bis zu 14 m zur Überbrückung der Durchfahrten in Anwendung. Die ungünstigen Eigenschaften des Gußeisens, seine niedrige Zugfestigkeit, seine Sprödigkeit und infolgedessen auch die geringe Widerstandsfähigkeit gegen Bruchbeanspruchung und gegen Stoß Wirkungen lassen dieses Material zu Brückenträgern aber wenig geeignet erscheinen. Nach Erfindung des Walzprozesses (1820) trat auch bald das Schmiedeeisen bei den Brückenkonstruktionen an Stelle des Gußeisens und statt den gegossenen Barrenträgern kamen zunächst die gewalzten I-Träger und zur Bewältigung größerer Spannweiten bald auch die aus Winkeleisen und Blechen zusammengesetzten Träger, u. zw. in ziemlich großen Abmessungen zur Anwendung.

Solche Vollwandträger mit zellenförmigen Druckgurten oder mit doppelten Wänden (Kastenträger) wurden auf den ersten französischen und von Fairbairn u.a. auf den ersten englischen Eisenbahnen mit Spannweiten bis zu 70 m (Brücke über den Spey in der Bahn von Inverness nach Aberdeen) ausgeführt. Noch größere Spannweiten erzielte Stephenson mit dem System der Röhrenbrücken, das zu Ende der ersten Hälfte des vorigen Jahrhunderts bei drei hervorragenden Brückenbauwerken, der Conway-Brücke mit rund 122 m, der Britannia-Brücke (Abb. 77) mit bis 140 m und der Viktoria-Brücke in Kanada mit 100 m, zur Anwendung gelangte. Mit dem Auftreten der Gitter- und Fachwerksträger mußte sich aber der viel schwerere und unwirtschaftlichere Vollwandträger auf die kleineren Spannweiten beschränken und heute werden Blechträger[180] (s.d.) nur bis zu Spannweiten von 25 m, selten darüber, zur Ausführung gebracht.

2. Gitter- und Fachwerksträger.

Bei den Blechträgern wird die Materialfestigkeit in der die Gurte verbindenden Blechwand nicht voll ausgenutzt, während anderseits doch Verstärkungen notwendig sind, um ihr die erforderliche Steifigkeit zu sichern. Es lag daher ziemlich nahe, die Wand als durchbrochene Füllung auszuführen und hierdurch den Baustoffverbrauch, insbesondere bei größeren Trägern, zu vermindern. Die ersten eisernen Gitterbrücken lassen denn auch tatsächlich diese Art ihrer Entstehung deutlich erkennen und das engmaschige Gitterwerk, das die beiden Gurtungen verbindet, bildet bei ihnen nur einen Ersatz für die volle Wandung. Ihr Vorbild hatten diese Träger in den amerikanischen hölzernen Lattenbrücken, die Town anfangs der Dreißigerjahre einführte (s. Holzbrücken) und die zu Beginn der Vierzigerjahre, u. zw. zuerst in England, in Eisen nachgebildet wurden. Als erstes größeres Bauwerk dieser Art erscheint die 1845 im Zug der Dublin-Drogheda-Eisenbahn erbaute Royal-Kanalbrücke mit 42∙7 m Spannweite. Bald folgten ähnliche Bauwerke auch in Deutschland nach und wurden bereits 1850 die beiden großen, heute aber bereits durch Neubau ersetzten Gitterbrücken über die Weichsel bei Dirschau und über die Nogat bei Marienburg hergestellt, erstere mit sechs Öffnungen zu je 121∙15 m, letztere mit zwei Öffnungen zu je 97∙65 m Lichtweite. Diese Brücken hatten durchaus ein bloß aus Flacheisenstäben bestehendes engmaschiges Gitterwerk. Die Gitterstäbe, ursprünglich gleich stark und dicht angeordnet, erhielten zwar bei den späteren Brücken (Dirschau, Köln) verschiedenen Querschnitt, der Beanspruchung der Wand entsprechend, überdies waren aber noch Vertikalsteifen in verschiedener Verteilung notwendig, um die Wand gegen Ausknicken zu sichern.

In dem Maß als die Ausbildung der Theorie zu größerer Klarheit über die Beanspruchungsweise eines solchen Gitterträgers verhalf, wurde man allmählich auch auf zweckmäßigere Konstruktionen geführt.

Ein Gitterträger besteht im allgemeinen aus den Gurtungen, die seine obere und untere Begrenzung bilden (Ober- und Untergurt), und aus den Gitterstäben oder aus der Ausfachung, die die Kraftübertragung von einem Gurt zum andern vermitteln. Bei einem bloß auf zwei Stützen liegenden Träger wird der Obergurt durchaus auf Druck, der Untergurt durchaus auf Zug beansprucht. – Im Gitterwerk sind zwei verschiedene Stabrichtungen zu unterscheiden, wovon der einen eine Beanspruchung auf Druck, der anderen eine solche auf Zug zukommt. In der Regel, nämlich für die gewöhnlich vorkommenden Gurtformen und Belastungen, werden die gegen die Trägermitte nach abwärts fallenden Gitterstäbe auf Zug, hingegen die nach aufwärts steigenden Gitterstäbe auf Druck beansprucht. Diese Beanspruchung nimmt beim Träger mit parallelen Gurtungen (Parallelträger) von der Mitte gegen die Auflager hin zu, wogegen umgekehrt die Spannung der Gurte von den Enden gegen die Trägermitte wächst und daselbst am größten wird.

Aus diesen Darlegungen geht schon hervor, daß ein durchaus aus Flacheisen gebildetes Gitterwerk keine zweckmäßige Konstruktion abgibt, da es, abgesehen von der Unbestimmtheit in der Beanspruchung, besondere Vertikalsteifen erfordert, die einen beträchtlichen Mehraufwand an Baustoff bedingen. Diese Erkenntnis führte dazu, den auf Druck beanspruchten Stäben der Gitterwand gegen Knickung widerstandsfähigere Querschnitte zu geben und sie aus Profileisen (, und -eisen) zu bilden. Solche engmaschige Gitterträger wurden bis in die Siebzigerjahre des vorigen Jahrhunderts ausgeführt. Indem man aber dabei die Anzahl der Gitterstäbe verringerte, also die Maschenweite vergrößerte, entfernte man sich immer mehr von der älteren Auffassung, die die Verbindung zwischen den beiden Gurten als durchbrochene, entsprechend versteifte Wand ansah und kam so, indem man jedem Stab eine bestimmte Aufgabe zuwies, zur Bildung des Fachwerks.

Die Abb. 78–82 zeigen die verschiedenen Anordnungen, nach denen die Ausfachung der Gitter- oder Fachwerksträger durchgeführt worden ist. Der Hauptsache nach sind zwei Systeme[181] zu unterscheiden: Das symmetrische oder Strebenfachwerk (Abb. 79 und 81), bei dem die beiden Stablager gegen die Lotrechte unter dem gleichen Winkel geneigt sind, und das unsymmetrische oder Ständerfachwerk (Abb. 78 und 80), bei dem eine Stablage lotrecht steht.

In beiden Anordnungen kann wieder das Gittersystem entweder einteilig (Abb. 78 und 79) oder mehrteilig (Abb. 80 und 81) sein. Im letzteren Fall finden Kreuzungen der Gitterstäbe statt und bestimmt die Anzahl der Teile, in die ein beliebiger Stab durch die Stäbe der zweiten Richtung geteilt wird, die Teilungszahl. So ist z.B. Abb. 81 als ein vierteiliges Streben-, Abb. 80 als ein zweiteiliges Ständerfachwerk zu bezeichnen. Außer diesen einfachen Systemen ist dann noch ein kombiniertes System in Anwendung, das Stäbe von drei verschiedenen Richtungen (Abb. 82) enthält. Man bezeichnet es als Doppelfachwerk oder als Fachwerk mit gekreuzten Streben und mit Vertikalen.

Die Vereinigungspunkte der Stäbe heißen Knotenpunkte. Man nimmt diese bei der Berechnung der Fachwerke als gelenkig an, führt sie aber mit fester Vernietung aus, nur die amerikanische Konstruktionsweise wendet für größere Fachwerksträger gelenkige Bolzenverbindungen an. Die festen Verbindungen verursachen Nebenspannungen (Biegungsspannungen) in den Stäben, die zu den achsialen Haupt- oder primären Spannungen hinzutreten, gewöhnlich aber durch die Rechnung nicht näher bestimmt, sondern bei der Wahl der Inanspruchnahme berücksichtigt werden. Man wird trachten, diese Nebenspannungen durch geeignete Ausbildung der Stabquerschnitte und Anschlüsse möglichst herabzusetzen.

Einteilige Fachwerke sind statisch bestimmt, d.h. die Stabkräfte lassen sich, wenn die angreifenden Kräfte (Lasten und Stützenkräfte) bekannt sind, aus den statischen Gleichgewichtsbedingungen eindeutig ermitteln. Mehrteilige Fachwerke sind im allgemeinen statisch unbestimmt, sie enthalten mehr Stäbe, als zur Starrheit des Systems erforderlich sind, und diese beeinflussen sich gegenseitig durch ihre elastischen Formänderungen. Eine genaue Spannungsberechnung müßte letztere berücksichtigen. Da aber jedes Teilsystem vornehmlich nur durch die in seinen Knotenpunkten wirkenden Lasten beansprucht wird, so kann man sich meist mit einer Näherungsberechnung auf Grund der Zerlegung in die Einzelsysteme begnügen. Allerdings geht daraus auch der hauptsächlichste Nachteil der mehrteiligen Systeme hervor, daß nämlich jede über den Träger rollende Last eine wiederholte Be- und Entlastung der Ausfachungsstäbe bewirkt, daher zu starken Schwingungsspannungen Anlaß geben kann. Man zieht daher jetzt allgemein die Verwendung einfacher, statisch bestimmter Ausfachungen vor.

Bei großer Trägerhöhe geben die einfachen Systeme große Knotenweiten, da es für den[182] Baustoffaufwand in der Ausfachung nicht zweckmäßig ist, die geneigten Stäbe steiler als unter 40–45° zu legen. Um aber nicht zu schwere Fahrbahnträger zu erhalten, geht man mit der Knotenweite gewöhnlich nicht über 6–7 m. Man erzielt dies bei großer Trägerhöhe durch Einschaltung von Zwischenknotenpunkten, die an die Hauptknoten des Fachwerkes angehängt oder auf sie gestützt werden (Abb. 83–86). Enger gestellte Knotenpunkte lassen sich bei statischer Bestimmtheit auch durch Anwendung der K-Ausfachung (Abb. 87) erhalten, doch wird dieses etwas unruhig wirkende Ausfachungssystem (Häselerträger) weniger für Hauptträger (Eisenbahnbrücke über die Havel bei Brandenburg), dagegen häufig für die Windverstrebungen verwendet. Neuere Formen von statisch bestimmten zweiteiligen Ausfachungssystemen sind in Abb. 88, (Dietzträger) 89 und 90 dargestellt; sie haben aber nur vereinzelt Anwendung gefunden.

Für die konstruktive Ausbildung der Fachwerkstäbe ist es von Wichtigkeit, ob sie nur auf Zug oder auch auf Druck beansprucht werden. Im ersteren Falle könnten sie als sog. schlaffe Stäbe aus Flacheisen oder Blechen hergestellt werden, im letzteren Falle müssen sie steif ausgeführt werden. Während nun die Stäbe in den Endfächern eines frei aufliegenden Balkenträgers immer nur in einem Sinne beansprucht werden, tritt in den mittleren Fächern (in der Wechselstrecke) ein Wechsel von Zug und Druck auf. Anstatt aber diese Stäbe steif auszubilden, hat man es früher beim Ständerfachwerk vorgezogen, schlaffe Gegendiagonalen zu geben (Abb. 80), die dann in Spannung treten, wenn die Hauptdiagonalen durch den eintretenden Druck spannungslos werden. Die Schwierigkeit exakter Montierung, dadurch herbeigeführtes Überspannen oder Schlaffwerden und Schwingen dieser Gegendiagonalen haben veranlaßt, daß man jetzt von ihrer Anordnung ganz abgekommen ist und dafür das einfache Fachwerk in der Wechselstrecke mit steif ausgebildeten Stäben durchführt. Die Regel der steifen Querschnittsausbildung wird neuerdings auf sämtliche Fachwerkstäbe, also auch auf die reinen Zugstäbe ausgedehnt.

Nach der Linienführung der Gurte unterscheidet man Träger mit geraden, parallelen Gurtungen, Parallelträger, und Träger, bei denen ein oder auch beide Gurte gekrümmt, bzw. vieleckig sind, Polygonalträger oder krummgurtige Träger.

Parallelträger, die für kleine und mittlere Spannweiten am häufigsten angewendet werden, haben den Vorteil der einfacheren Herstellung, wogegen sich durch krummgurtige Träger im allgemeinen eine Gewichtsersparnis erzielen läßt, wenn ihre Form mehr oder weniger der Linie der größten Biegungsmomente angepaßt wird. Es ergibt sich dadurch in der ganzen Trägerlänge eine mehr gleichförmige Gurtkraft und das Volumen der Ausfachungsstäbe wird bedeutend vermindert. Gewöhnlich wird nur ein Gurt gekrümmt, der andere, u. zw. der, an dem die Fahrbahn gelegen ist, gerade ausgeführt. Bei oben liegender Bahn mit geradem Obergurte entstehen dann sog. Fischbauchträger (Abb. 91). Es können aber auch beide Gurtungen gekrümmt sein, wodurch entweder Sichel- und Halbsichelträger (Abb. 92) oder Linsenträger (Abb. 93) entstehen.

Als besondere Formen solcher krummgurtiger Träger, als Balkenfachwerksträger für eine Öffnung, sind hervorzuheben:

1. Der Parabelträger (Abb. 94). Die Knotenpunkte des gekrümmten Gurtes liegen auf einer Parabel. Er bildete die erste Anwendungsform krummgurtiger Träger (1837 Czerna-Brücke bei Mechadia von den Ingenieuren Hoffmann und Maderspach) und wurde als sog. Bowstring- (Bogensehnen-) Träger besonders in England häufig ausgeführt. Für den Parabelträger ist kennzeichnend, daß unter Annahme gleichmäßig verteilter Verkehrslast der gerade Gurt durchaus gleiche Spannung erfährt und daher mit gleichbleibendem Querschnitt ausgeführt werden kann. Auch der gekrümmte Gurt ändert seine Spannung nur wenig, u. zw. nimmt diese gegen die Trägerenden etwas zu. In der Ständerausfachung werden die Schrägstäbe bei totaler gleichmäßig verteilter Belastung gar nicht und durch die ungünstigsten einseitigen Belastungen ebenso stark auf Zug wie auf Druck beansprucht. Diese Maximalspannung der Schrägstäbe ist ihrer Länge proportional, nimmt sonach von den mittleren gegen die Endfache zu ab. Sämtliche Stäbe der Ausfachung sind drucksteif auszubilden, doch findet man bei den älteren Ausführungen[183] in der Regel ein Doppelfachwerk aus steifen Vertikalpfosten und gekreuzten schlaffen Diagonalstäben, womit aber der oben erwähnte Nachteil der Gegendiagonalen verbunden ist. Der Parabelträger läßt gegenüber dem Parallel träger eine Gewichtsersparnis von 10 bis 15% erreichen, doch sind die Arbeitskosten, wie bei allen krummgurtigen Trägern, höhere. Ungünstig ist die spitzwinklige Zusammenführung der Gurtungen und die rasche Abnahme der Trägerhöhe gegen die Enden, die bei unten liegender Fahrbahn nur im mittleren Teile die Anbringung von Querverbänden zwischen den Obergurten der Tragwände gestattet.

2. Der Paulische Träger ist ein Linsenträger (Abb. 93), dessen Gurte eine solche Form haben, daß deren Spannung durchaus dieselbe wird. Diese Bedingung ist bezüglich beider Gurte beim Parabel träger nicht zu erreichen, die Gurtform des Pauliträgers weicht sonach etwas, wenn auch wenig, von der Parabel ab. Die nach ihrem Erfinder, dem bayerischen Baudirektor v. Pauli, benannten Träger sind seit 1857 mehrfach in Deutschland, besonders in Bayern, zur Anwendung gekommen. Das bedeutendste Beispiel ist die Eisenbahnbrücke, über den Rhein bei Mainz mit zwei eingleisigen Oberbauten von 105∙4 m Stützweite, von denen das erste Gleis noch unter Pauli 1857, das zweite 1870 errichtet wurde. Bei den älteren Paulischen Trägern besteht der Untergurt aus wagrecht übereinander liegenden Blechen (Bandgurt), an die die Knotenbleche für die aus Flachstäben bestehenden gekreuzten Ausfachungsstäbe unter Vermittlung von Winkeleisen mittels Schraubenbolzen angeschlossen sind. Spätere Ausführungen wurden einer modernen, besser durchgebildeten Bauweise angepaßt.

3. Der Schwedlerträger. Diese von dem preuß. geh. Oberbaurat Schwedler zum erstenmal bei der Weserbrücke zu Corvey (1863) angewandte Trägerform (Abb. 95) beruht auf der Wahl einer solchen Krümmung für den Obergurt, daß in den rechts fallenden Streben der linken Trägerhälfte bei Rechtsbelastung Zug auftritt, dagegen bei Linksbelastung ihre Spannung gerade Null wird; dies gilt dann in symmetrischer Übertragung auch für die rechte Trägerhälfte. Die Rechnung ergibt als Gurtform zwei symmetrisch gelegene Hyperbeläste, die in der Ausführung im mittleren Teile durch eine wagrechte Tangente verbunden werden. Der Träger hat sonach in der Mitte parallele Gurte, die sich an den Auflagern durch hyperbolische Krümmung des Obergurtes vereinigen. Gegenüber dem Parabelträger hat die Form durch die größere Trägerhöhe an den Enden konstruktive Vorteile. Die schlaffe Ausbildung der Zugstäbe, wie sie alle älteren Schwedlerbrücken zeigen, ist aber nicht ratsam, da schon eine geringe Erhöhung der Verkehrslast Druckspannungen und damit ein gefährliches Ausknicken dieser Stäbe hervorrufen würde.

Dem Schwedlerträger in der Form verwandt und auch im Materialbedarf von ihm nicht verschieden ist der Ellipsenträger, mit einem Obergurt, dessen Enden nach elliptischen Bogen polygonal geführt sind.

4. Der Halbparabelträger oder abgestumpfte Parabelträger (Abb. 96) hat einen geraden und einen parobolisch gekrümmten Gurt, wobei jedoch zum Unterschied von dem Parabelträger die Gurte an den Enden nicht zusammengeführt sind, also die Trägerhöhe daselbst nicht Null ist. Auch mit dieser Trägerform ist eine Materialersparnis gegen den Parallelträger verbunden, indem durch die gekrümmten Gurte die Spannungen in der Ausfachung vermindert werden. Bei größeren Spannweiten kann bei entsprechender Höhe der Endständer noch eine obere Querverbindung am Trägerende angebracht werden, so daß diese Trägerform gegen den Parabelträger hinsichtlich der besseren Querversteifung im Vorteil ist.

Der Halbparabelträger war eine Zeitlang eine sehr beliebte Trägerform, die auch jetzt noch namentlich dort gerne angewendet wird, wo es sich um die Überbrückung einer einzelnen größeren Spannweite handelt. Seine erste Anwendung im großen fand dieses System bei der Brücke über den Leck bei Kuilenburg (1868), die damals die größte mit Balkenträgern erreichte Spannweite (150 m) aufwies. Ihr folgten mehrere andere große holländische Brücken, die Elbebrücken zu Meißen und Schandau, die Rheinbrücke bei Hamm, die Brücke der Nordbahn über die Donau bei Wien, ferner mit Spannweiten über 100 m: der Trisanaviadukt auf der Arlbergbahn (vgl. Bd. I, Abb. 146), die Eisenbahnbrücken über den Rhein bei Roppenheim, über die Havel bei Caputh, über die[184] Oder bei Neusalz und über die Weichsel bei Marienwerder, über den Rhein unterhalb Duisburg (Abb. 97) u.a.

Werden beide Gurte gekrümmt, so entsteht der abgestumpfte Linsenträger, der bei den Eisenbahnbrücken über die Nogat bei Marienburg (103 m) (Abb. 98) und über die Weichsel bei Dirschau (129 m) Anwendung gefunden hat.

Die Träger schließen entweder mit senkrechten oder mit schrägen Endständern ab. Letztere Anordnung finden wir besonders häufig bei amerikanischen Fachwerksbrücken (Abb. 99).

Zu den vorbesprochenen Trägerformen kommen noch andere, bei denen die Gurte nach etwas abweichenden Kurven geführt sind, so der abgestumpfte Ellipsenträger, der Parallelträger mit einem an den Enden geradlinig oder nach einer Kurve abgebogenen Gurte u.a.

5. Der dreigurtige Träger ist in der Form des Fachwerkbogens mit Zug band oder des schlaffen Bogens mit Versteifungsträger den Balkenträgern zu zuteilen, insofern er seine Stützen nur lotrecht belastet. Das erstgenannte Trägersystem (Abb. 100) ist eine in neuester Zeit sehr beliebte und häufig angewandte Tragwerksanordnung, die gegenüber dem Halbparabelträger zwar keine Ersparnis ergibt, dafür aber gewisse konstruktive und ästhetische Vorzüge besitzt (s. auch Bogenbrücken). In statischer Hinsicht ist das Trägersystem einfach statisch unbestimmt und nach der Bogenträgertheorie (s. Bogen- und Hängebrücken) zu berechnen. Dasselbe gilt von dem schlaffen Bogen mit Versteifungsträger, der aber nur vereinzelt (Grazer Murbrücke, dann in einigen Fällen zur Verstärkung schwacher Fachwerksträger) angewendet worden ist.

6. Der Lohsesche Träger, der bei den zwei Elbebrücken der Venlo-Hamburger-Bahn nächst Hamburg und Harburg und bei der Straßenbrücke über die Norderelbe in Hamburg zur Anwendung gelangte (Abb. 101), ist ein viergurtiger Träger, dem die Verbindung eines steifen Gitterbogens mit einer ebensolchen Zuggurtung zu grün de liegt, und zwar derart, daß sich die Horizontalkräfte aufheben. Es entsteht auf diese Weise ein Linsen träger, dessen Gurte als Gitterträger so steif ausgeführt sind, daß eine Ausfachung entfallen kann und nur lot rechte Stäbe zur Übertragung der Lasten notwendig werden. Das System entspricht nicht unseren heutigen Anforderungen einer klaren Kräftewirkung und wurde seit dem Bau der Hamburger Brücke (1887) nicht mehr aufgegriffen.

An die vorstehend besprochenen Einzelträger, die eine Brückenöffnung überspannen, reihen sich die durchgehenden oder kontinuierlichen Balkenträger.[185]

Der kontinuierliche Parallelträger war früher bei Brücken mit mehreren Öffnungen die gebräuchlichste Tragwerksanordnung. Als Vorteile gegenüber Einzelträgern kamen in Betracht: die Verminderung der Biegungsmomente und die dadurch erzielte Baustoffersparnis, die bei größeren Spannweiten 10 bis 20% erreichen kann, und die Möglichkeit einer Aufstellung ohne festes Baugerüst durch freien Vorbau oder durch Einschieben des kontinuierlichen Tragwerkes. Die statische Unbestimmtheit des durchgehenden Balkens (s.d.) ist aber mit nicht unwesentlichen Nachteilen verbunden. Änderungen in der Höhenlage der Stützen (durch Pfeilersenkungen), desgleichen ungleiche Erwärmungen beider Gurte infolge Sonnenbestrahlung können beträchtliche, in ihrer Größe schwer zu beurteilende Spannungsveränderungen im Träger zur Folge haben. In Erkenntnis dieses Umstandes ist man von der Verwendung des kontinuierlichen Trägers bei größeren Brücken jetzt wohl fast gänzlich abgekommen, umsomehr als sich indem statisch bestimmten kontinuierlichen Gelenkträger, Gerber- oder Auslegerträger ein ziemlich vollwertiger Ersatz darbietet. Seine Anwendung läßt nämlich gegenüber Einzelträgern eine ähnliche Materialersparnis erzielen und gestattet auch den freien Vorbau; allerdings verursacht die Anordnung der Gelenke einige Mehrkosten und die Einsenkungen unter der Belastung sind im allgemeinen etwas größer als bei dem gelenklosen kontinuierlichen Träger.

Die Gerberträger werden entweder mit durchweg gleicher Trägerhöhe, also mit parallelen Gurtungen oder mit wechselnder, den Maximalmomenten angepaßter Trägerhöhe, demnach mit gekrümmten Gurten ausgeführt. Abb. 102, der Viadukt über die Moldau bei Cervena in der Eisenbahnlinie Tabor-Pisek gibt ein Beispiel für die Anwendung des parallelgurtigen Auslegerträgers. Die Träger der 84∙4 m weit gespannten Seitenöffnungen sind hier 25∙3 m weit in das Mittelfeld ausgekragt und der zwischen ihnen eingehängte Träger von 33∙7 m Stützweite ist auf Kipplager gesetzt, die in der halben Höhe im Innern der kastenförmig ausgebildeten Endständer der Kragarme bei G G angebracht sind. Zu den ersten Ausführungen dieses Trägersystems zählen die Donaubrücke bei Vilshofen, in Amerika der Kentucky-River-Viadukt, die Frazer-River-Brücke u.a.

Später hat man die wirtschaftlich günstigere Anordnung mit eckigen oder gekrümmten Gurten vorgezogen, und ist dieses Trägersystem in sehr mannigfachen Formen und für die größten Spannweiten, die bisher im Brückenbau zu bewältigen waren, zur Ausführung gekommen. Für die Formgebung solch weit gespannter Tragwerke war der Gedanke maßgebend, durch weit ausladende Kragarme mit über den Pfeilern großer Tragwandhöhe das Gewicht des Überbaues in der Feldmitte tunlichst zu vermindern und näher an die Pfeiler zu rücken.

Das großartigste Beispiel gibt die 1890 vollendete, aus Martinstahl erbaute Eisenbahnbrücke über den Firth-of-Forth in Schottland (Abb. 103), die durch[186] ihre gewaltigen Abmessungen alle bisherigen Brückenbauten in Schatten stellt. Sie führt ein Doppelgleis der North-British-Eisenbahn über die bei Edinburgh gelegene Meeresbucht und enthält zwei große Öffnungen von je 518∙1 m freier Spannweite, an die sich beiderseits Landöffnungen mit 208∙6 m Weite anschließen. Die Tragkonstruktion besteht aus drei Kragträgern und zwei zwischen sie eingehängten Einzelträgern. Die Länge der Kragarme, die parabolisch gekrümmten Untergurt und geraden geneigten Obergurt haben, beträgt 207∙3 m, ihre Höhe am Auflager 104∙5 m. Der mittlere Kragträger ruht auf zwei 82∙3 m weit entfernten Mittelpfeilern, während die seitlichen Kragträger außer auf den 47∙2 m weit abstehenden Mittelpfeilern noch mit ihrem Landende aufgelagert, bzw. verankert sind. Die eingehängten Träger sind Halbparabelträger von 106∙7 m Stützweite. Die Tragwände stehen nicht lotrecht, sondern sind zur Vergrößerung der Stabilität unter 1:7∙5 gegeneinander geneigt. Die Kragträger haben eine großmaschige Ausfachung, deren Knoten- und Kreuzungspunkte zur Stützung eines durchlaufenden Viaduktes dienen, der die Fahrbahn trägt. Die Kosten der Brücke haben rund 50 Millionen M betragen. – Ähnliche Abmessungen, ja sogar eine noch etwas größere Mittelspannweite (548∙6 m) erhält die gegenwärtig im Bau befindliche Brücke über den St. Lorenzstrom zu Quebec. Diese Brücke ist durch die Einsturzkatastrophe, der ihr erster Bau (August 1907) infolge ungenügender Bemessung der Druckgurte zum Opfer gefallen ist, und durch die sich daran knüpfenden Studien und Versuche, zu einem für den Eisenbrückenbau sehr lehrreichen Objekte geworden. Abb. 104 zeigt das etwas abgeänderte Trägerschema, nach dem jetzt die Brücke unter Verwendung von Nickelstahl zur Ausführung kommt. – Bemerkenswerte Auslegerbrücken sind ferner: die Eisenbahnbrücke über die Donau bei Cernawoda in Rumänien (Abb. 105) mit Spannweiten von 140 und 190 m, die Hudson-Brücke bei Poughkeepsie (159 m), die Franz-Josefs-(Straßen-)Brücke über die Donau in Budapest (175 m), die Blackwell-Insel-Brücke zur Überführung einer zweigleisigen Eisenbahn und Straße in New York (360 m), die Straßenbrücke über den Rhein zwischen Ruhrort und Homberg (203∙4 m) u.a. – Durch Anwendung dreigurtiger Kragträger werden die langen Ausfachungsstäbe an den Pfeilern erspart und es entstehen hängebrückenähnliche Formen (Abb. 106). Die Kragträger können auch als Bogenträger ausgebildet sein (Viaur-Brücke), und bei Anordnung von Bogen mit Zugband wirken diese Tragwerke wieder hinsichtlich der Pfeiler als Balkenträger (neue Eisenbahnbrücke in Köln, Südbrücke, Abb. 107).[187]

D. Die Fahrbahnkonstruktionen der eisernen Brücken.

Hinsichtlich der Lage der Fahrbahn zu den Hauptträgern unterscheidet man:

Brücken mit oben liegender Fahrbahn,

Brücken mit versenkter Fahrbahn,

Brücken mit unten liegender Fahrbahn,

Brücken mit angehängter Fahrbahn.

Die Wahl der einen oder anderen Anordnung hängt vor allem von der zur Verfügung stehenden Bauhöhe, d.i. von dem Höhenabstand zwischen Fahrbahnnivellette und Unterkante des Brückenüberbaues, dann aber auch von der Stützweite und dem Tragwerkssysteme der Hauptträger ab. Ist eine ausreichende Bauhöhe vorhanden, so wird in der Regel die Anordnung mit oben liegender Fahrbahn gewählt, wegen der dadurch im allgemeinen zu erzielenden Gewichtsersparnis in dem Trägergerippe der Fahrbahn, das dann bei kleineren Brücken (Blechbrücken) auch ganz entfallen kann, und wegen der besseren Querabsteifung der Hauptträger. Bei Eisenbahnbrücken von größerer Spannweite wird aber auch hier häufig eine etwas versenkte Fahrbahn vorgezogen, um bei etwaigen Zugsentgleisungen die Wagen vor dem Herabstürzen besser zu sichern. Bei oben liegender Fahrbahn ist die Zahl der Hauptträger unbeschränkt, man ordnet aber für jedes Gleis nicht mehr als zwei Träger an. Auch bei größeren Straßenbrücken ist die Beschränkung der Trägerzahl vorteilhaft. Brücken mit unten liegender Fahrbahn können nur zwei seitliche Hauptträger erhalten, wenn nicht eine Unterteilung des Verkehrsweges stattfinden kann. Sind die Tragwände genügend hoch, so daß sie das freizuhaltende Durchfahrtsprofil überragen, so erhalten sie einen oberen Querverband und es entsteht eine sog. geschlossene Brücke; ist dies nicht der Fall, so muß die seitliche Stabilität der Träger durch ihre Verbindung mit den Querträgern oder durch die Bildung steifer Halbrahmen gesichert werden, wodurch eine sog. offene oder Trogbrücke entsteht. Bei Eisenbahnbrücken werden in der Regel nicht mehr als zwei Gleise von zwei Hauptträgern getragen (Ausnahmen sehr weit gespannte Brücken), es kann aber auch jedes Gleis auf getrenntem Überbau geführt werden, was wohl die Kosten der zweigleisigen Brücke etwas erhöht, im allgemeinen jedoch dann vorzuziehen sein wird, wenn die Legung des zweiten Gleises auf der Brücke einem späteren Zeitpunkte vorbehalten bleibt. Bei Straßenbrücken werden die Fußwege häufig außerhalb der Hauptträger auf Konsolen angeordnet, um deren Abstand und damit auch das Gewicht der Querträger zu vermindern.

Die Fahrbahn wird entweder (bei kleinen Brücken) unmittelbar von den Hauptträgern oder von einem auf diese gelagerten, aus Quer- und Längsträgern bestehenden Trägergerippe getragen.

1. Fahrbahn der Eisenbahnbrücken.

a) Gleisüberführung ohne Bettung. Handelt es sich um tunlichste Verminderung der Bauhöhe, so legt man die Schienen unmittelbar auf die Fahrbahnlängsträger oder bei kleinen Brücken auf die Hauptträger. Die Auflagerung erfolgt auf eisernen, in 60 bis 80 cm Entfernung liegenden, etwas keilförmigen Unterlagsplatten. Das harte Befahren und damit verbundene starke Geräusch, das diese direkte Schienenauflagerung nicht als vorteilhaft erscheinen läßt, sucht man durch Einlegen von Filzplatten zwischen Träger und Auflagerplatte zu mäßigen. Die kleinste Bauhöhe erreicht man bei Spannweiten bis zu 6 und 7 m durch Anwendung sog. Zwillingsträger (Abb. 108). Jeder Schienenstrang wird hier durch ein Paar gekuppelter Hauptträger (Walz- oder Blechträger) getragen, zwischen die die Schiene versenkt und mit Unterlagsplatten auf eiserne Sättel oder kurze Querträger gelagert ist. Die Unterlagsplatten sind unabhängig von der Schienenbefestigung mit den Sätteln durch Nieten zu verbinden.

Die Auflagerung des Gleises mittels hölzerner Querschwellen auf den Fahrbahnlängsträgern (Schwellenträgern) bildet die Regel. Der Abstand der Schwellen wird kleiner als in der freien Strecke gewählt, gewöhnlich von Mitte zu Mitte 60–70 cm, um bei etwaigen Entgleisungen das vollständige Durchbrechen der Räder zu verhüten und um unabhängig von der Lage der Schienenstöße eine gleiche Schwellenausteilung durchführen zu können. Die Befestigung der Querschwellen auf den Trägern erfolgt mittels Schraubenbolzen, die durch die Gurtflantschen oder durch seitlich angenietete Blechstreifen hindurchgehen, oder[188] mittels Hakenschrauben oder mittels Winkel, die auf die Schwellenträger genietet und mit denen die Schwellen durch wagrechte Bolzen verbunden werden.

Ausnahmsweise sind bei großen und langen Brücken anstatt der Holzschwellen eiserne Querschwellen zur Anwendung gekommen, die den Vorteil der Feuersicherheit bieten, bezüglich der elastischen Milderung der Stöße aber den Holzschwellen nachstehen. Man verwendet Vautherinschwellen und hat diese auch ganz nahe gelegt (Kaiser-Wilhelm-Brücke bei Müngsten), um das Durchbrechen entgleister Fahrzeuge zu verhindern und die Bedielung zu ersparen. Bei der gewöhnlichen Anordnung des Holzquerschwellenoberbaues ist die Fahrbahn in der ganzen Brückenbreite mit einem mindestens 5 cm starken Bohlenbelage abzudecken. Die Bohlen erhalten 1 bis 2 cm breite Zwischenräume und werden durch unten angeschraubte Querleisten zu 0∙6 bis 1∙2 m breiten, bis 2∙5 m langen Tafeln vereinigt, die auf den Schwellen mittels Holzschrauben befestigt werden. Vorteilhaft ist eine leicht lösbare Befestigung, wie z.B. die auf österr. Bahnen in Verwendung stehende Kramphakenbefestigung nach Ingenieur Winternitz. Anstatt eines Bohlenbelages wird auch eine Abdeckung mit Riffelblech gegeben (bayer. Staatsbahnen), hauptsächlich in dem zwischen den Schienen gelegenen Teile, um ein Inbrandsetzen zu verhüten. Aus dem Grunde der größeren Feuersicherheit hat man auch bei längeren Brücken anstatt der Bohlen einen Wellblechbelag gegeben (Moldauviadukt bei Cervena, Abb. 114).

Als Schutzvorrichtungen gegen Entgleisen dienen Zwangschienen, besser in größerem Abstände (im Lichten 160 mm) liegende Leitschienen oder Sicherheitsschwellen. Letztere liegen entweder bloß auf der Innenseite des Gleises oder auch außen. Abb. 109 zeigt die Anordnung, wie sie auf den preuß. Staatsbahnen für längere Brücken mit oben liegender Fahrbahn sowie für solche in Krümmungen (mit R < 500 m) vorgeschrieben ist. Die Leitschienen oder Sicherheitsschwellen sind über die Brückenenden hinaus (nach den österr. Vorschriften 10 m weit) zu verlängern und in der Gleismitte in einer Spitze zusammenzuführen.

b) Gleisüberführung auf Schotterbettung. Hinsichtlich der Vorteile des Schotterbettes auf Eisenbahnbrücken, denen aber die beträchtlichen Mehrkosten gegenüberstehen, s. Eisenbahnbrücken.

Die Durchführung der Bettung erfordert die Anordnung einer Fahrbahntafel, für die[189] dieselben Konstruktionen wie bei den Straßenbrücken in Verwendung kommen können. Die Stärke der Bettung von der Oberkante der Fahrbahntafel bis zur Schwellenunterkante soll für Hauptbahnen nicht unter 20 cm betragen. Für die Fahrbahntafel kommen Konstruktionen in Eisen und Eisenbeton in Betracht, u. zw.:

Buckelplatten. Es sind dies reckteckige, ausgebauchte Blechtafeln, die mit einem ringsherum laufenden ebenen Rande auf die Fahrbahn träger aufgelagert und vernietet werden. Ihre Herstellung erfolgt aus ebenen Tafeln durch Pressen in warmem Zustande. Die Seitenlängen liegen zwischen 0∙5 und 2 m, die gewöhnliche Tafelgröße ist 1–3 m². Die Buckelplatten werden hängend, d.i. mit dem Buckel nach abwärts angeordnet. Unter einem Gleis liegen gewöhnlich zwei oder drei Reihen von Platten. Stärke der Platten 9–10 mm. Darüber wird unmittelbar der Bettungsschotter aufgebracht. Tropflöcher und Tropfhülsen im tiefsten Punkte einer jeden Platte bewirken die Entwässerung (Abb. 110 u. 111). Man hat auch zum besseren Schutz der Platten gegen Anrosten die Mulden mit Magerbeton ausgefüllt und darüber eine wasserdichte Abdeckung gegeben. Buckelplatten erfordern zur Auflagerung ein entsprechendes Gerippe von Fahrbahnträgern, aus Quer-, Längs- und sekundären Querträgern bestehend, deren obere Gurtflantschen in einer Ebene liegen müssen.

Belag mit Zoreseisen, Trapezeisen (Profil der Burbacher Hütte) oder Vautherinschwellen. Diese liegen entweder der Länge nach auf entsprechend nahe angeordneten Querträgern oder quer auf sekundären Längsträgern. Bei den Brücken der schweizerischen Nordostbahn sind die Belageisen mit einer Betonschicht und darüber einer wasserdichten Abdeckung überdeckt.

Flachbleche. Bei Brücken im Eisenbahndirektionsbezirk Altona ist die Fahrbahntafel aus Flachblechen gebildet, die auf Quer- und Längsträger genietet sind. Solche Flachblechfahrbahntafeln stehen auch auf den bayerischen und sächsischen Staatsbahnen in Anwendung. Bei einem Abstande der Längsträger von nicht mehr als 80 cm genügt eine Blechstärke von 8 mm. Entwässerung erfolgt durch dachförmige Querneigung der Flachbleche.

Hänge- oder Tonnenbleche sind zylindrisch gekrümmte Bleche, die mit den flach abgebogenen Längsrändern auf die Fahrbahnträger genietet sind und das Schotterbett tragen.

Trogbleche. Eine besonders in Amerika für eingleisige Blechbrücken mit beschränkter Bauhöhe vielfach angewandte Fahrbahnkonstruktion besteht in einer durchgehenden, aus Blechen und Winkeleisen oder -eisen trog- oder wellenförmig zusammengesetzten Tafel, die unter Vermeidung von Fahrbahnlängs- und Querträgern unmittelbar auf die Hauptträger gelagert ist.

Fahrbahntafel aus Eisenbeton. Eine auf den Längsträgern der Fahrbahn aufliegende bewehrte Betonplatte trägt hier die Schotterbettung.

2. Fahrbahn der Straßenbrücken. Für leichte, wenig befahrene Brücken genügt ein quer zur Brückenlängsachse auf den Längsträgern liegender Bohlenbelag, auf dem unmittelbar gefahren wird oder der besser einen schwächeren Schutzbelag aus Eichen- oder Lärchenholz erhält. Wegen der raschen Abnützung und geringen Dauerhaftigkeit des Holzes ist aber eine festere Fahrbahndecke auf eiserner oder massiver Fahrbahntafel vorzuziehen, u. zw.:

Beschotterung bei Brücken in Landstraßen gerne und häufig angewendet, da sie leicht und einfach im Stand zu halten ist. Durchschnittliche Stärke der Schotterschicht 20 cm, an den Fahrbahnrändern 12–15 cm, in der Fahrbahnmitte 25 bis 30 cm. Das Gewicht beträgt f. d. m² etwa 400 kg.

Steinpflaster eignet sich für besonders schweren und lebhaften Verkehr, daher bei städtischen Brücken häufig verwendet. Nachteile sind sein hohes Gewicht und bei nicht guter Erhaltung die Ausbildung einer unebenen Fahrbahnoberfläche, die infolge der unelastischen Brückendecke beim Befahren mit schweren Wagen starke Stöße und Erschütterungen des eisernen Tragwerks hervorruft. Das Pflaster[190] (aus 10–16 cm hohen Steinen) wird mit einer 2–6 cm starken Sandunterbettung auf der mit Beton abgeglichenen und wasserdicht abgedeckten Fahrbahntafel verlegt. Gewicht f. d. m² 600–800 kg.

Holzpflaster hat gegenüber dem Steinpflaster den Vorteil des um die Hälfte geringeren Gewichtes, der elastischen Milderung der Stöße und des geräuschloseren Befahrens; dagegen ist es mehr der Abnützung unterworfen. Die Herstellungskosten sind ungefähr gleich, die jährlichen Erhaltungskosten aber etwa um die Hälfte größer. Immerhin ist aber wegen des geringeren Gewichtes, namentlich bei größeren Brückenspannweiten, damit eine beträchtliche Ersparnis gegenüber dem Steinpflaster verbunden. Die Holzstöckel werden unmittelbar auf eine mit Zementmörtel abgeglichene Betonunterlage verlegt, nachdem man sie vorher in eine heiße Klebmasse getaucht hat.

Stampfasphalt als Fahrbahndecke gibt eine glatte, gut zu entwässernde, staub- und schmutzfreie Fahrbahn, die auch den Vorteil geringer Bauhöhe besitzt und nicht allzu schwer ist. Der Stampfasphalt wird in einer Stärke von etwa 5 cm auf eine Betonunterlage von 9–12 cm aufgebracht. Wegen der Glätte der Fahrbahn ist seine Anwendung auf Steigungen unter 1∙5% zu beschränken.

Für die Fahrbahntafel der Straßenbrücken kommen dieselben Konstruktionen, wie sie oben für Eisenbahnbrücken mit Schotterbett besprochen wurden, zur Anwendung. Die häufigste Verwendung finden Zoreseisen, in Deutschland Buckelplatten und in neuerer Zeit Fahrbahntafeln aus Eisenbeton, u. zw. Platten (Abb. 112) oder auch zwischen die Quer- oder Längsträger gespannte, bewehrte Gewölbe.

3. Das Trägergerippe der Fahrbahn besteht aus den normal zu den Hauptträgern angeordneten Querträgern und aus, auf letztere gelagerten sekundären Längsträgern, bei Eisenbahnbrücken auch Schwellenträger genannt. Zuweilen, bei Buckelplattenbelag, treten hierzu noch Zwischenquerträger oder sekundäre Querträger, die sich auf die Längsträger stützen. Abweichend von dieser Anordnung sind bei einigen Brücken in Sachsen nach Köpckes Vorschlag schräge, zur Brückenlängsachse etwa unter 45° geneigte Querträger und zu ihnen normal stehende Zwischenträger zur Ausführung gekommen, um auf diese Weise durch das Fahrbahngerippe eine diagonale Verstrebung der Hauptträger zu erzielen und besondere Windverstrebungen zu ersparen. Die Schwierigkeit des schiefen Anschlusses der Träger und ihr vergrößertes Gewicht läßt aber diese Anordnung nicht nachahmenswert erscheinen. Bei schiefen Brücken wird nur der Endquerträger schief, die übrigen werden normal zu den Hauptträgern gelegt.

Eisenbahnblechbrücken bis zu 20 m Spannweite mit oben liegender Fahrbahn und ohne Schotterbett erfordern kein Fahrbahnträgergerippe. Die Querschwellen werden hier unmittelbar auf die in 1∙8–2∙0 m Abstand liegenden Hauptträger aufgelagert (Abb. 113).

Bei Fachwerksbrücken ordnet man die Querträger nur in den Knotenpunkten der Fachwerksträger an, da dazwischen gelagerte Querträger eine beträchtliche Verstärkung des Hauptträgergurtes infolge seiner Beanspruchung auf Biegung erfordern würden. Bei Blechträgerbrücken teilt man die Querträger in 2–4 m Abstand aus.

Die Längsträger werden, soweit die Profile dafür ausreichen, d.i. bei Eisenbahnbrücken bis zu den Querträgerentfernungen von etwa 3∙5 m, aus Walzträgern gebildet, sonst kommen genietete Träger zur Anwendung. Bei Auflagerung von Schwellen soll eine obere Gurtplatte durchgeführt werden. Trägerhöhe wo möglich nicht unter ¹/₆ des Querträgerabstandes. Schwellenträger von mehr als 2∙5 m Stützweite sind zwischen den Querträgern durch steife Querriegel und einen wagrechten Verband gegen die Seitenkräfte der Fahrzeuge abzusteifen. Man lagert die Längsträger entweder, wenn genügend Bauhöhe verhanden ist, auf die Querträger auf (Abb. 112, 114) oder man baut sie zwischen sie ein (Abb. 111, 115). Im letzteren Falle werden sie gewöhnlich durch festen Nietanschluß in der Art verbunden, daß ihr Steg von doppelten Winkeln gefaßt wird, die mit dem Steg des Querträgers vernietet sind. Von diesen Anschlußwinkeln soll wenigstens einer über die ganze Höhe des Querträgers reichen. Diese feste Verbindung hat allerdings den Nachteil, daß gewisse Einspannungsmomente auftreten, die die Querträger auf Torsion und die Anschlußnieten stark auf Lockerung beanspruchen. Um diese Zwängspannungen zu vermeiden, hat man wohl auch bei versenkten Längsträgern einen gelenkigen Anschluß mit Bolzen oder eine freie Auflagerung mit Stützwinkel oder Stützblechen ausgeführt, vornehmlich dort, wo, wie an den Gelenkstellen der Gerber- oder Dreigelenkbogen, größere Bewegungen auftreten; um aber eine zentrische Belastung der Querträger zu erreichen, müßten die Längsträger entweder über sie hinweg- oder durch sie hindurchgeführt werden.

Die Querträger werden in der Regel als vollwandige Blechträger (Abb. 111, 115), zuweilen auch als gegliederte Fachwerksträger[191] (Abb. 114) ausgebildet. Die Gewichtsersparnis, die durch letztere zu erzielen ist, ist nicht sehr bedeutend, sie wird durch die höheren Arbeitskosten aufgewogen; für die Erhaltung ist der Vollwandträger vorteilhafter. Die Querträger werden in den meisten Fällen mit parallelen Gurtungen ausgeführt, zuweilen erfordert aber der Anschluß an die Hauptträger eine Verringerung der Trägerhöhe an den Enden, und es erhält der Träger trapezförmige oder gekrümmte Begrenzung. Bei Gitterquerträgern besteht die Ausfachung in der Regel aus einfachen oder gekreuzten Schrägstäben und aus Vertikalen, die gleichzeitig zum Anschluß der Längsträger dienen. Die Höhe der Querträger wählt man bei genügender Bauhöhe nicht unter ¹/_6–¹/₈ ihrer Stützweite, und ist insbesondere bei offenen Brücken, d.i. solchen mit unten liegender Fahrbahn mit fehlendem oberen Querverbande, eine größere Höhe der die Tragwände absteifenden Querträger empfehlenswert.

Die Verbindung der Querträger mit den Hauptträgern kann auf verschiedene Art erfolgen: 1. Bei oben liegender Fahrbahn können die Querträger unmittelbar auf die Obergurte der Hauptträger aufgelagert werden. Eine Auflagerung in der ganzen Gurtbreite mit fester Vernietung hat allerdings den Nachteil, daß Torsionsmomente auf den Gurt übertragen werden. Diese vermeidet man durch eine freie zentrische Auflagerung mittels kleiner Kipplagerplatten, wobei seitliche Verschiebungen durch Ansätze zu verhindern sind. 2. Sind die Querträger zwischen die Hauptträger eingebaut, u. zw. versenkt oder am Untergurt liegend, so erfolgt der Anschluß in der Regel durch feste Vernietung mit den Hauptträgerwänden. Hierzu wird das Querträgerstehblech, meist aber ein größeres trapezförmiges, an Stelle des Stehblechs eingeschobenes Anschlußblech verwendet, das von doppelten senkrechten Winkeleisen gefaßt wird, die entweder Teile der Ständer des Hauptträgers (bei Fachwerksträgern) bilden (Abb. 127) oder an dessen Wandblech (bei Blechträgern) angenietet sind. In letzterem Falle läßt man das Anschlußblech immer bis zum Hauptträgerobergurt reichen, so daß dreieckige Eckaussteifungen entstehen, die den Gurt gegen seitliches Ausknicken sichern (Abb. 115). Bei Fachwerkträgern soll das Anschlußblech den ganzen Querschnitt des Ständers fassen, also womöglich durch den Ständer durchgeschoben sein. Ein einseitiger innerer Anschluß bewirkt eine exzentrische Belastung der Tragwände und ungleiche Spannungsverteilung in den Gurtquerschnitten. Es ist dies besonders bei breiten, doppelstegigen Gurten zu beachten. Enthält das Fachwerk keine Vertikalstäbe, so muß der Anschluß der Querträger an die Stehbleche der Gurtung oder an dafür eingesetzte Knotenbleche erfolgen. Der feste Querträgeranschluß hat wieder durch das bis zu einem Grade auftretende Einspannungsmoment Nebenspannungen[192] in der Hauptträgerwand und im Querträger zur Folge. Bei Brücken mit oberem Querverbande entstehen geschlossene steife Querrahmen und die Wandglieder werden auf Biegung beansprucht. Bei offenen Brücken treten Verdrehungen der Tragwände auf. Die Größe dieser Wirkung ist von dem Verhältnis der Steifigkeit der Querträger und der Wandglieder, bzw. bei offenen Brücken auch von der Steifigkeit des Obergurtes abhängig, sie nimmt ab, wenn das Trägheitsmoment der Querträger vergrößert oder jenes der Wandstäbe vermindert wird. Für die Querträger hat die Einspannung in allen Fällen aber nur eine untergeordnete Bedeutung, und ist es gerechtfertigt, diese Träger im Interesse der Sicherheit als frei aufliegend zu berechnen. Die Zusatzspannungen in den Wandstäben können aber unter Umständen Berücksichtigung verlangen. – 3. Durch eine bewegliche Auflagerung der Querträger auf die Hauptträger und Vermeidung festen Nietanschlusses werden die oberwähnten Nebenspannungen ganz ausgeschaltet und kann eine vollkommen zentrische, in ihrer Achsenebene wirkende Belastung der Hauptträger erzielt werden. Am einfachsten ist eine solche Lagerung bei über den Hauptträgern liegenden Querträgern, wie unter 1 besprochen, durchzuführen. Man hat die Gelenklagerung aber auch bei versenkten oder am Untergurt liegenden Querträgern, namentlich bei vielen neueren russischen Brücken, angewendet (Abb. 116). Der Querträger liegt hier mittels eines kleinen Kipplagers auf einem in den Untergurt zwischen dem doppelteiligen Pfosten der Ausfachung eingebauten Sattelstücke. Die beiden Hauptträger sind aber neben den Querträgern durch besondere Riegel zu verbinden, denen namentlich bei offenen Brücken zur Erzielung steifer Halbrahmen ein entsprechend steifer Querschnitt zu geben ist. Bei geschlossenen Brücken kann bloß ein Kontaktanschluß der Querträger in Verbindung mit einem Windverbande genügen. Der bewegliche Querträgeranschluß ist auch bei angehängten Fahrbahnen mittels Gelenkbolzen zur Anwendung gekommen.

In der Fahrbahn der Eisenbahnbrücken ist auch für die Aufnahme der Bremskräfte vorzusehen. Bei Durchführung des Schotterbettes gibt die zusammenhängende Fahrbahntafel eine hinreichende Aussteifung, sonst wird man eingleisige Brücken von mehr als 25 m, zweigleisige Brücken schon von etwa 15 m Stützweite an mit einem Bremsverband versehen, der den Zweck hat, die in den Schienen auftretenden Längskräfte unter möglichster Vermeidung wagrechter Ausbiegung der Querträger auf die Hauptträger und durch diese auf die festen Lager zu übertragen. Man bildet ihn durch eine wagrechte, an die Längsträger anschließende Ausfachung zwischen[193] zwei benachbarten Querträgern, wozu auch Teile des Windstrebensystems benützt werden können. Bei Brücken von mittlerer Spannweite wird ein solcher Bremsträger entweder in die Brückenmitte oder an jedes Brückenende gelegt; in letzterem Falle sind die Fahrbahnlängsträger in der Mitte zu unterbrechen und längsbeweglich an den mittleren Querträger anzuschließen. Bei großen Stützweiten werden mehrere Fahrbahnunterbrechungen und in der Mitte eines jeden unterbrochenen Fahrbahnteiles ein Bremsträger angeordnet.

E. Querverband und Windverstrebung.

Die auf einen Brückenüberbau einwirkenden wagrechten, senkrecht zur Brückenlängsachse gerichteten Kräfte, der Winddruck und die Seitendrücke der Fahrzeuge, beanspruchen den Überbau einesteils auf Umkanten, andernteils auf wagrechte Ausbiegung. Zu ihrer Aufnahme dienen die in lotrechten oder geneigten Ebenen angebrachten Verbindungen der Tragwände, der Querverband, und die in wagrechten Flächen angeordneten Windverstrebungen.

Bei ganz niedrigen Trägern genügt es, sie durch Querriegel zu verbinden, die eine Schiefstellung der Träger durch ihren Biegungswiderstand verhindern. Diese Querriegel werden aus Winkel-, - oder -eisen gebildet (Abb. 117 a). Bei höheren Blech- sowie bei Fachwerksträgern besteht die übliche Querverbindung in der Anordnung von Fachwerksrahmen, meist in Form sog. Andreaskreuze, die aus zwei gekreuzten Streben und einem oberen und unteren wagrechten Riegel bestehen.

Abb. 117 b–f zeigen die Anordnung der Querrahmen bei Blech- und Fachwerksbrücken mit oben liegender Fahrbahn. Sie werden in den lotrechten Ebenen eines jeden Fachwerkständers, oder, falls solche fehlen, in den schrägen Ebenen der Druckstreben angebracht.

Die Windverstrebung wird in Form eines wagrecht oder flach liegenden Gitterträgers ausgeführt, der womöglich in die Fläche einer Hauptträgergurtung gelegt wird, so daß letztere auch den Gurt des Windstrebenträgers bildet. Es kann aber auch, wenn die Fahrbahn nicht an einer Gurtung gelegen ist (Fachwerkträger mit gekrümmtem Ober- und Untergurt, mit versenkter oder angehängter Fahrbahn, Bogen- und Hängeträger) eine besondere Windträgergurtung in der Ebene der Fahrbahn notwendig werden.

Brücken mit obenliegender Bahn erhalten gewöhnlich eine Windverstrebung am Obergurt oder in dessen Nähe unter der Fahrbahn und außerdem Querverstrebungen in oben angegebener Ausbildung zwischen den Hauptträgern. Der untere Windverband kann entfallen. Umgekehrt kann die obere Windverstrebung wegbleiben, wenn eine solche am Untergurt angeordnet wird; in letzterem Falle müssen jedoch die Querverbände stärker hergestellt werden, da sich die größeren Horizontalkräfte immer an den Gurt übertragen, wo die Fahrbahn liegt. Werden Windverstrebungen an beiden Gurten angeordnet, so brauchen Querverbände nur an den Trägerenden vorhanden zu sein. Vielfach findet man aber, namentlich bei hohen Tragwänden, zwei Windverbände und außerdem auch Zwischenquerverbände angeordnet, obwohl hierdurch in das räumliche System des Tragwerks eine hohe statische Unbestimmtheit gebracht wird. Während die Zwischenquerverstrebungen nur schwach zu sein brauchen, da sie nur die auf eine Knotenweite entfallende Winddruckkraft aufzunehmen und auf die nächstliegende Windverstrebung zu übertragen haben, müssen die Endquerverstrebungen stärker ausgebildet und für den Stützendruck der Windverstrebung, den sie auf die Auflager der Hauptträger überzuleiten haben, berechnet werden. Eine Ausnahme tritt nur ein, wenn der Windstrebenträger selbst an den Pfeilern wagrecht gelagert ist (Beispiel Angerschluchtbrücke der Tauernbahn).

Brücken mit unten liegender Fahrbahn erhalten, wenn sie wegen zu geringer Tragwandhöhe offen auszuführen sind, natürlich nur eine Windverstrebung unter der Fahrbahn. Die Seitensteifigkeit der Tragwände ist in diesem Falle durch steife Halbrahmen zu sichern, die aus den Ständern der Hauptträger und den damit fest verbundenen Querträgem[194] bestehen (Abb. 118 a). Werden letztere gelenkig aufgelagert, so sind, wie bereits oben erwähnt, besondere steife Querriegel mit gutem Eckverbande an die Ständer unter der Fahrbahn anzuschließen. Solche offene Brücken erfordern gute Bedachtnahme auf die Knicksicherheit des freien Druckgurtes. Ist genügende Tragwandhöhe vorhanden, so wird nebst der unteren Windverstrebung immer auch eine obere Verstrebung zwischen den Obergurten ausgeführt. Letztere wird schwächer beansprucht; bei Trägern mit gekrümmten Gurten kann sie häufig auch nicht bis an die Trägerenden geführt werden. Dort, wo die obere Windverstrebung endigt, ist dann eine stärkere Querverbindung der beiden Hauptträger, ein Portalrahmen, anzuordnen (Abb. 119). Bei Anordnung steifer Pfosten im oberen Windverbande und biegungssteifer, rahmenförmiger Endportale wird eine ausreichende Querabsteifung gesichert und zugleich statische Bestimmtheit in der Kräfteverteilung auf beide Windverbände sowie Vermeidung von Biegungsspannungen in den Wandgliedern der Hauptträger erzielt, wenn die Riegel des oberen Verbandes gelenkig oder wenigstens biegsam an die Hauptträger angeschlossen werden (Abb. 118 b). Gewöhnlich wird aber ein steifer Nietanschluß durchgeführt und die oberen Querriegel werden sogar noch gegen die Hauptträger durch Eckabsteifungen abgestrebt oder durch bogenförmigen Anschluß mit den Wandstäben der Hauptträger zu Steifrahmen verbunden (Abb. 118 c). Bei großer Trägerhöhe legt man unter die Riegel auch noch einfache oder mehrfache Kreuzverstrebungen, die bis zu der durch das Durchfahrtsprofil bestimmten Höhe herabgeführt werden (Abb. 118 d u. e). Solche kräftige Querverstrebungen wirken zwar günstig für die seitliche Steifigkeit des ganzen Überbaues, verursachen aber statische Unbestimmtheiten und Nebenspannungen in den Wandstäben und rufen in der Durchsicht der Brücke ein unruhiges und störendes Liniengewirr hervor. Bei Bogenträgern mit oben liegender Fahrbahn wird stets eine Windverstrebung in der Ebene der Fahrbahn, außerdem werden Querverstrebungen in den Ebenen der lotrechten Pfosten und der Stäbe der Bogenausfachung angebracht. Bei größerer Bogenhöhe werden auch noch die Bogengurte durch ein oder sogar zwei Windstrebensysteme verbunden. Bei Bogen mit angehängter Fahrbahn, desgleichen bei Hängebrücken bleiben die lotrechten Querverbände besser ganz weg und werden dafür kräftige Portalrahmen angeordnet.

Die Windstrebenausfachung selbst besteht in der Regel aus gekreuzten Diagonalstäben, die an die Knotenpunkte der Hauptträger angeschlossen sind. Die an diesen Knotenpunkten liegenden Querträger oder Querriegel bilden dann gleichzeitig auch Pfosten des Windstrebensystems. Die gekreuzten Windstreben werden jetzt allgemein drucksteif ausgeführt, so daß das System näherungsweise als ein zweifaches Strebenfachwerk berechnet werden kann. Bei der Anordnung nach Abb. 120 a kommen aber in die Windstreben Zusatzspannungen, die von den Längenänderungen der Gurtungen infolge Belastung herrühren. Diese werden durch die in Abb. 120 b dargestellte, jetzt häufig angewandte Windstrebenausfachung wesentlich herabgemindert. Bei Eisenbahnbrücken ist auch auf die Horizontalkräfte, die die Fahrzeuge zunächst auf die Schwellenträger übertragen, Bedacht zu nehmen. Sie erfordern eine besondere wagrechte Verstrebung[195] zwischen den Schwellenträgern, wenn diese nicht an den Kreuzungsstellen mit den Hauptwindstreben verbunden werden.

F. Konstruktionseinzelheiten.

Die Höhe der Fachwerksträger wird bei parallelen Gurten zweckmäßigst mit ungefähr ¹/₈, bei Vieleckträgern (Halbparabelträgern u.s.w.) mit ¹/₇ der Stützweite gewählt.

Bei der Querschnittsausbildung der Stäbe kommt in Betracht, ob diese nur Zug- oder auch Druckkräfte aufzunehmen haben. In letzterem Fall muß genügende Knicksicherheit vorhanden sein. Es werden aber, wenn von der amerikanischen Konstruktionsweise abgesehen wird, auch die reinen Zugstäbe jetzt nicht mehr gerne ganz schlaff, bloß aus Blechen oder Flacheisen gebildet, sondern mit ausgesteiftem Querschnitt ausgeführt. Dies gilt schon lange bezüglich der Zuggurte, die man nur bei älteren E. aus Flacheisen als Streifen- oder Bandgurt (Pauliträger) hergestellt und für die man nur bei den amerikanischen Fachwerken den aus Augenstäben gebildeten Kettengurt beibehalten hat.

Als allgemeine Regeln für die Bildung der vornehmlich aus Blechen, Winkeleisen, - oder -Eisen zusammengesetzten Stabquerschnitte sind zu beachten: Die Querschnitte sollen, besonders für die Druckstäbe, möglichst geschlossen und so angeordnet sein, daß durch gleichmäßige Gruppierung des Materiales um die Stabschwerachse eine tunlichst gleichmäßige Spannungsverteilung erzielt wird. Sie sollen einen einfachen und korrekten Stabanschluß gestatten und keine engen Zwischenräume, Wassersäcke oder rinnenartige Vertiefungen enthalten, in denen das Wasser nicht ablaufen kann und wo sich der Anstrich schwer erneuern läßt. Die Gurte sollen überdies nach Erfordernis eine Veränderung der Querschnittsgröße durch Hinzufügung oder Wegnahme von Teilen ohne zu starke Verschiebung der Schwerachse ermöglichen.

Die heute gebräuchlichen Gurtquerschnitte werden mit einem oder mit zwei senkrechten Stegen ausgebildet, die den Anschluß der Ausfachungsstäbe entweder unmittelbar oder mittels eingeschobener Knotenbleche ermöglichen. Einstegige Gurte erhalten - oder -Form (Abb. 121 a, b, c) und reichen etwa bis 500 cm² Nutzquerschnitt aus. Für größere Querschnitte oder wo es auf möglichst große seitliche Steifigkeit ankommt, zieht man doppelstegige Gurte vor. Am häufigsten steht für die Obergurte der Doppel--Querschnitt (nach Abb. 121 d u. e), für die Untergurte ein geteilter Querschnitt (nach Abb. 121 f u. g) in Anwendung. Die Verstärkung dieser Querschnitte erfolgt durch Hinzugabe von Horizontalblechen und durch lotrechte, außen auf die Stehbleche aufgelegte Bleche. Die ausschließliche Verstärkung durch Horizontalbleche ist nicht empfehlenswert. Bei breiten Gurtquerschnitten nach Abb. 121 d u. e sind auch Innenwinkel zu geben. Beträgt im Druckgurt die freie Breite des Stehbleches mehr als seine 15fache Dicke, so sind untere Randwinkel anzuordnen. Außerdem werden Querabsteifungen durch zwischen die Stehbleche eingenietete Querstege in Abständen von etwa 1∙5 m, bei hohen Querschnitten auch eine Vergitterung an der offenen Seite erforderlich. Für den Untergurt ist zuweilen auch der Hutquerschnitt (Abb. 121 h) angewendet worden. Die -Form (Abb. 121 k) ist für die Wasserabführung ungünstig und nicht für gerade, eher noch für vieleckige oder Bogenträgergurtungen geeignet.

Die auf Druck beanspruchten Wandstäbe erhalten in der Regel -förmigen Querschnitt (Abb. 122 a), bei einstegigen Gurtungen auch -Querschnitt.

Die Flantschen des -Querschnitts werden an die Doppelstege des Gurtes angeschlossen; bei einstegigen Gurten erfolgt der Anschluß in der Stabachse mittels Hilfswinkel. Stäbe mit vollem Stehblech sind solchen mit Vergitterung oder abgesetzten Querstegen vorzuziehen. Allerdings kann durch letztere an Material gespart werden. Für starke Stäbe stehen auch kastenförmige Querschnitte mit und ohne Mittelsteg[196] (Abb. 122 c) in Anwendung; während Stäbe, die bei großer Knicklänge nur kleine Druckkräfte aufzunehmen haben, kastenförmigen Querschnitt mit Vergitterung der vier Seitenflächen erhalten können.

Die Knotenpunktsanschlüsse werden entweder fest, durch Vernietung, oder gelenkig, mittels Bolzen, ausgeführt. Erstere Konstruktionsart bildet bei uns die Regel, während die Bolzenverbindungen die amerikanische Bauweise kennzeichnen, jetzt aber auch in Amerika nicht mehr ausschließlich angewendet, sondern bei kleineren Tragwerken durch die feste Vernietung ersetzt werden. Bolzen Verbindungen haben den Vorteil einer theoretisch richtiger zu beurteilenden Kräfteübertragung, auch ermöglichen sie einen bequemen Zusammenbau und eine rasche Aufstellung der Brücke. Sie bieten aber im Falle der Beschädigung einzelner Glieder, etwa durch Anprall entgleister Wagen u.s.w., eine viel geringere Sicherheit gegen totalen Einsturz, als dies bei vernieteten Tragkonstruktionen der Fall ist. Von europäischen, deutschen und englischen, Werken sind Bolzenbrücken hauptsächlich nur zur Ausfuhr in überseeische Kolonien wegen der erleichterten Aufstellung geliefert worden. Abb. 123 stellt den Untergurtknoten einer amerikanischen Fachwerkbrücke von etwa 130 m Stützweite dar. Der Untergurt und die Zugstäbe der Ausfachung bestehen aus Augenstäben, der Druckstab hat Kastenquerschnitt; sämtliche Stäbe sind durch einen zylindrischen Gelenkbolzen verbunden.

Bei den genieteten Knotenpunktsanschlüssen werden die Wandstäbe entweder unmittelbar an die senkrechten Stege der Gurtungen oder an Knotenbleche angeschlossen. Die direkte Befestigung an den Gurten ist nur möglich, wenn der Gurt ein zur Unterbringung der Nieten ausreichend breites Stehblech hat; man findet sie besonders bei den älteren Gitterträgern, woselbst infolge der mehrfachen Strebensysteme die einzelnen Gitterstäbe nur schwachen Querschnitt haben und daher zur Befestigung nur wenig Nieten erfordern. In der Regel wird der Anschluß mittels Knotenblechen bewerkstelligt. Diese werden entweder an dem durchgehenden Gurte, natürlich in der Ebene seiner Schwerachse, bei doppelstegigen Gurten an den Innenseiten der Gurtstehbleche befestigt oder an Stelle des im Knotenpunkte unterbrochenen Stehbleches eingesetzt, wobei aber der Stoß zu decken ist. Stehblech und Knotenblech müssen entsprechende Stärke haben, damit Überbeanspruchungen ausgeschlossen sind. Einzelbleche (von mindestens 12 mm, besser 15 mm Stärke) werden nur bei schwächeren Querschnitten ausreichen, für starke Stäbe sind Doppelbleche, die mit den gleich starken Gurtstehblechen entweder in einem Querschnitt oder versetzt zu stoßen sind, anzuordnen. Die Schwerachsen sämtlicher im Knotenpunkt zusammentreffender Stäbe sollen sich in einem Punkte schneiden, es soll aber auch die Schwerachse der zum Anschluß eines Stabes dienenden Nieten mit der Stabschwerachse möglichst übereinstimmen. Dies ist wohl bezüglich der Nieten, die das Knotenblech an den Gurt anschließen, selten ganz zu erreichen; es soll aber auch ihre Schwerachse von jener des Gurtes nicht zu weit abstehen. Abb. 124 gibt ein Beispiel eines genieteten Fachwerksknotenpunktes.

G. Die Lagerkonstruktionen

haben die Übertragung der Auflagerdrücke der Brückenträger auf ihre Stützen unter Einhaltung zulässiger Materialbeanspruchung und mit Vermeidung unbeabsichtigter Unbestimmtheiten in der Kräftewirkung zu bewerkstelligen. Gemauerte Pfeiler erhalten zur Aufnahme und Verteilung des Lagerdruckes entsprechend große Auflagsquader aus hartem Stein (Granit), die man neuestens auch durch bewehrte Betonquader oder bei kleineren Brücken durch eine durchgehende kräftige Betonplatte ersetzt hat.

Die Lager sind entweder fest oder beweglich (s. Auflager der Brückenträger). Sämtliche Lager sind als Kipplager auszubilden, nur Träger von ganz kleiner Spannweite (etwa unter 6 m) können Flächenlager erhalten. Bei Balkenbrücken darf nur ein Auflager fest, die übrigen müssen beweglich sein. Es braucht[197] aber bei nicht allzu großer Brückenbreite auf die Querdilatation keine Rücksicht genommen zu werden und können sämtliche Hauptträger (in der Regel sind es nur zwei) mit den gleichen Lagern ausgestattet werden. Die Kipplager können dabei als zylindrische Zapfen- oder Wälzungs- (Tangential-) Lager ausgebildet werden. Abb. 125 stellt ein festes Zapfenkipplager, Abb. 126 ein bewegliches Tangentialkipplager dar. Als bewegliche Lager werden Rollen- (Walzen-) Lager den Stelzenlagern (Abb. 127) jetzt meist vorgezogen. Bei großer Brückenbreite ist auch auf die Bewegungen des Überbaues nach der Querrichtung Bedacht zu nehmen. Es sind Kugelzapfenkipplager oder sphärische Tangentiallager anzuordnen. Um die Querverschiebungen zu ermöglichen, ist nur ein einziges Brückenlager fest zu machen, bei den übrigen ist die Verschiebungsrichtung durch Längs- und Querstellung des Walzensatzes zu berücksichtigen.

H. Gewicht der eisernen Brücken.

Für die statische Berechnung sowohl als auch für überschlägige Kostenermittlungen ist das Eigengewicht der Brücken nach Erfahrungsregeln näherungsweise anzunehmen. Es kann hierbei auch wohl mit mehr Detaillierung vorgegangen, insbesondere kann das Gewicht der Fahrbahn und der Querkonstruktionen auf Grund eines Entwurfes genauer berechnet und demzufolge auch eine größere Annäherung an den richtigen Wert erreicht werden.[198]

Für Eisenbahnbrücken, u. zw. für eingleisige Hauptbahnbrücken gibt Dircksen1 auf Grund vieler Entwürfe der preußischen Staatsbahnen die in nachstehender Zusammenstellung (S. 200) enthaltenen, sehr gut brauchbaren Angaben.

Die Angaben gelten für normale Brücken in Geraden, unbeschränkte Bauhöhe und für Brücken mit Vollwandträgern von ¹/_9–¹/₁₀ l, oder mit Parallelfachwerksträgern mit ¹/₈ l als Höhe. Bei schiefen Brücken ist das Eisengewicht der Fahrbahn bis zu 15%, bei Brücken in Bogen und unter 40 m Stützweite bis zu 12%, bei sehr beschränkter Bauhöhe bis zu 25% zu vergrößern. Desgleichen erhöhen sich die Hauptträgergewichte bei einer Verminderung der Trägerhöhe auf ¹/₁₂ l um etwa 15%.

Für zweigleisige Brücken sind die Zahlenwerte annähernd zu verdoppeln. Eine andere Angabe für das Eisengewicht zweigleisiger Fachwerksbrücken mit untenliegender Fahrbahn und 8∙5 m Hauptträgerentfernung (ohne Durchführung des Schotterbettes) lautet

für Stützweiten von 20–40 m 1500 + 65 l kg f. d. m

für Stützweiten von 40–100 m 1500 + 74 l kg f. d. m

Das Fahrbahngewicht (Schienen, Schwellen, Bohlenbelag) zweigleisiger Brücken kann mit etwa 800 kg f. d. m

Brücke veranschlagt werden. Bezeichnet p die Verkehrslast, d.i. die gleichmäßig verteilt angenommene Ersatzlast in t f. d. m, wofür bei eingleisigen Hauptbahnbrücken gesetzt werden kann:

bei l = 15 20 30 40 50 60 80 100 120 150 m

p = 8·8 8·2 7·8 6·3 5·7 5·4 4·9 4·7 4·5 4·3 t

ferner g₁ das Eigengewicht der Fahrbahn, Quer- und Längsträger, der Windverstrebung und Querverbindungen f. d. m Brücke,

so kann g₀ das Eigengewicht der Hauptträger in Hundertteilen von (p + g₁) der nachstehenden Tabelle entnommen werden:

Diese Angaben gelten wieder für Vollwandträger mit ¹/₁₀ l, und für Parallelfachwerksträger mit ¹/₁₀ l als Trägerhöhe. Halbparabel- und andere Vieleckträger werden um 8–12% leichter. Durchgehende Träger und Auslegerträger können innerhalb der Spannweiten bis 50 m um 10%, bis 100 m um 15% leichter angenommen werden als getrennte Parallelträger.

Die obige Tabelle der Hauptträgergewichte kann auch für Nebenbahnen sowie [200] auch für Straßenbrücken verwendet werden, wenn die entsprechenden Fahrbahngewichte g₀ und die Ersatzlasten p der Verkehrsbelastung eingeführt werden.

Gewicht eingleisiger eiserner Eisenbahnbrücken (nach Dicksen) kg f. d. m Gleis.

Im großen Durchschnitt wurde aus einer größeren Zahl ausgeführter Eisenbahnbrücken das Gesamtgewicht f. d. m Gleis mit dem Mittelwerte gefunden:

für l = 10 – 50 m g = 600 + 40 l

für l = 50 – 100 m g = 900 + 34 l

Überschlägige Ermittlung des Gewichtes von Straßenbrücken (nach Engesser):

S.a. die Artikel Montierung der eisernen Brücken.

Literatur: Handbuch der Ingenieurwissenschaften, Bd. 2, Brückenbau. (Herausgegeb. v. Landsberg.) 2. – 6. Abteil. Leipzig, W. Engelmann, 1906. – E. Winkler, Vorträge über Brückenbau. Eiserne Brücken. Wien 1884. – E. Haeseler, Der Brückenbau. Teil 1, Eiserne Brücken. Braunschweig 1893 bis 1908. – G. Schaper, Eiserne Brücken. Berlin, W. Ernst & Sohn, 1911. – K. Bernhard, Eiserne Brücken. Berlin 1911. – G. C. Mehrtens, Eisenbrückenbau. 1. Bd. Leipzig 1908. – Luigi Vianello, Der Eisenbau. München-Berlin 1905. – J. Melan, Der Brückenbau. III. Wien 1913.

Melan.

2.