Infomaterial

Brückenbautechnik

Damit Brücken allen Belastungen standhalten können, müssen die einzelnen Brückenbestandteile zusammenspielen. Jedes Bauteil hat eine bestimmte Aufgabe. Unterschiede gibt es auch in den Tragwerksformen.

Widerlager und Fundament


Widerlagerschalung am Anfang und Ende einer Brücke auf dem Festland.
Am Anfang und am Ende jeder Brücke bilden Widerlager den Übergang zwischen Brückenbauwerk und dem Erdreich der Umgebung. Sie dienen als Auflager- und Befestigungspunkte der Brücke. Gleichzeitig müssen sie der Gesamtkonstruktion über Dehnfugen genügend Bewegungsfreiraum bieten, um Längenänderungen aus Temperaturschwankungen und Verkehrsbelastungen standzuhalten. Die Fundamente sind unter den Widerlagern, Pfeilern und Pylonen angeordnet. Sie sichern die Einleitung der Kräfte aus den Widerlagern, Pfeilern und Pylonen in das Erdreich.

Pfeilergründung in einem Fluss mit temporärer Wasserhaltung.
Als einfache Verbindungsglieder zwischen Brücke und Untergrund stellen Widerlager und Fundamente die Basis für Brückenbauwerke her. Je nach Topographie und Beschaffenheit der Umgebung müssen diese Brückenbauteile die unterschiedlichsten Anforderungen erfüllen. Als Basis für einen Pfeiler oder Pylon in einem Fluss, Meer oder auf Land muss die Funktionsfähigkeit der Brücke immer gewährleistet sein.
Aufgeschüttete Gründung in einem Fluss für das Pylonfundament.
Projektbeispiele der Firma Peri
  1. PERI GmbH - Donaubrücke Dunaújváros, Ungarn
  2. PERI GmbH - Brücke über die Raab, Sárvár, Ungarn
  3. PERI GmbH - Stadtbrücke Frankfurt/Oder, Deutschland

Pfeiler


Pfeiler sind Unterstützungspunkte der Brücke, die unter dem Überbau enden. Sie dienen als Zwischenlager der Spannweitenreduzierung und ermöglichen so schlanke Überbauten. Nicht jede Brücke besitzt Pfeiler.

Die Herstellungsmethoden von Brückenpfeilern hängen eng mit der geplanten Pfeilerhöhe und der vorhandenen Krankapazität zusammen. Als Unterstützungsbauwerke die nicht über den Brückenüberbau hinausragen, kommen in der Regel drei Varianten zum Einsatz.
Variante 1: Betonieren in einem Guss
Pfeiler über die komplette Höhe zur Betonage in einem Guss eingeschalt.
Pfeiler bis 10 m Höhe werden in einem Guss hergestellt, dazu werden Rahmen- oder Trägerschalungen eingesetzt.

Beispiel: PERI GmbH - VARIO GT 24 Träger-Wandschalung
Darüber hinaus werden Kletterschalungen eingesetzt. Je nachdem ob ein Kran zur Verfügung steht, entscheidet man sich für ein krankletterndes oder ein selbständig kletterndes Schalungssystem.

Variante 2: Kranklettern
Die einzelnen Einheiten aus Schalung und Kletterkonsole werden mit dem Kran von Abschnitt zu Abschnitt umgesetzt.

Projektbeispiel
PERI GmbH - Ponte Strallato, Cagliari/Sardinien, Italien

Variante 3: Selbstkletternde
Die sogenannten selbstkletternden Systeme werden von hydraulischen Kletterwerken in den jeweils nächsthöher gelegenen Betonierabschnitt gehoben. Ein Kran ist dazu nicht erforderlich.

Klettersysteme bei Peri
PERI GmbH - RCS Schienenklettersystem


Pylone
Im Gegensatz zu Pfeilern ragen Pylone über den Überbau hinaus. Sie dienen der Aufhängung des Brückenüberbaus. Pylone werden eingesetzt, wenn große Spannweiten erreicht und gleichzeitig wenig Unterstützungspunkte erzielt werden sollen. Aufgrund ihrer langen Bauzeit und den extremen Höhe werden für die Herstellung Selbstklettersysteme eingesetzt.
Beispiel PERI GmbH - ACS Selbstklettersystem
Projektbeispiele der Firma Peri
  1. PERI GmbH - Autobahnviadukt, Millau, Frankreich
  2. PERI GmbH - Puente Baluarte, Mexiko
  3. PERI GmbH - Golden Ears Bridge, Vancouver, Kanada
  4. PERI GmbH - Mega Bridge, Industrial Ring Road, Bang

Überbau

Der Überbau ist die eigentliche Trägerplatte der Fahrbahn für den Verkehr. Der Überbau wird zwischen den beiden Widerlagern befestigt und je nach Bauweise durch Pfeiler und/oder Pylone unterstützt.

Folgende Varianten werden vorgestellt:
  1. Großflächige Traggerüste
  2. Tragsysteme ohne bzw. einzelner punktueller Unterstützungen
    1. Vorschubrüstungen
    2. Taktschiebeanlage
    3. Freivorbau
Variante 1: Großflächige Traggerüste unterstützen den kompletten Überbau
Zum Bau von Bogen- und Balkenbrücken wird bis heute auf ein Bauverfahren zurückgegriffen, das bereits die Römer angewendet haben: Es wird ein temporäres Traggerüst über die gesamte Länge des Überbaus aufgebaut, das die Schalung während des Betoniervorgangs trägt.

Projektbeispiel:
PERI GmbH - Autobahnbrücke D1, Považská Bystrica, Slowakei

Variante 2: Tragsysteme ohne bzw. einzelner punktueller Unterstützungen
Tragsystem ist unter dem Überbau.
Lassen topographische, wirtschaftliche und Aspekte des Naturschutzes eine komplette Einrüstung des Überbaus nicht zu, kommen verschiedene Methoden zum Einsatz.

Variante 2.1 - Vorschubrüstungen

Das Prinzip ist recht einfach. Die Schalung wird von Betonierabschnitt zu Betonierabschnitt auf einem fahrbaren Traggerüst weitertransportiert. Generell werden dabei zwei Systeme unterschieden:
Oben laufende Systeme
Die Lasten aus dem Tragsystem werden über die bereits fertigen Pfeiler in den Untergrund abgeleitet.
Vorschubrüstung - oben laufendes System: Das Tragsystem ist über dem Überbau.
Tragsystem ist unter dem Überbau.
Unten laufende Systeme
Die Lasten werden über Hilfsunterstützungen oder Konsolen, die an den bereits fertigen Pfeilen befestigt sind, in den Untergrund abgetragen.
Vorschubrüstung - unten laufendes System: Das Tragsystem ist unter dem Überbau.

Variante 2.2 - Taktschiebeanlage

Die Entscheidung eine Brücke im Taktschiebeverfahren herzustellen hängt von folgenden Kriterien ab:
  • Herstellung auf Flächentraggerüst ist zu teuer oder technisch nicht machbar.
  • Der Querschnitt und Brückenradius bleibt über die komplette Brückenlänge gleich.
Die in einzelnen Betoniertakten hergestellten Abschnitte werden bei diesem Verfahren stets in gleicher Position in einer ortsfesten Schalung an einem Ende der Brücke betoniert. Nach dem Aushärten des Betons werden die Elemente dann mit großen Pressen Stück für Stück über die Pfeiler nach vorne geschoben, bis das Widerlager auf der anderen Brückenseite erreicht wird. Als Auffahrhilfe wird vor dem ersten Betoniertakt ein Vorschubschnabel befestigt.

Projektbeispiel:
PERI GmbH - Großheimertalbrücke, Pirmasens

Variante 2.3 - Freivorbau
Als wohl spektakulärste Brückenbaumethode gilt die Freivorbautechnik. Stoßen die Bauweisen auf Traggerüst oder Vorschubrüstung an die Grenzen des technisch und wirtschaftlich machbaren, kommen Freivorbausysteme zum Einsatz. Mit dieser Technik lassen sich breite Flüsse und tiefe Täler überqueren. Generell sind zwei Methoden zu unterscheiden: der horizontale Freivorbau und der Bogenfreivorbau.
Freivorbau horizontal
Hinter dieser Art des Freivorbaus versteckt sich das statische Prinzip des Waagebalkens: Vom Pfeiler aus beginnend wird der Überbau symmetrisch in beide Richtungen betoniert, so dass die Belastung auf den Pfeiler immer ausgeglichen bleibt und sich ein Gleichgewicht einstellt.
Projektbeispiele:
  1. PERI GmbH - Saadiyat Brücke, Abu Dhabi, Vereinigte Arabische Emirate
  2. PERI GmbH - Brücke über den Rhein, Altenheim
Bogenfreivorbau
Können Bögen nicht traditionell mit einem Traggerüst hergestellt werden, kommt die Bogenfreivorbautechnik zum Einsatz. Von beiden Seiten der Brücke wird jeweils eine Bogenhälfte betoniert. Dabei sind die beiden Bogenteile bis zum Lückenschluss in der Mitte über Abhängungen und Hilfspylonen im Fels fest verankert. Erst mit dem Lückenschluss erhält der Bogen seine Tragfähigkeit.

Projektbeispiel:
PERI GmbH - Autobahnbrücke Oparno, Tschechien

Gesimskappe

Brückenkappen - auch Gesimskappen genannt - haben keinen statischen Nutzen. Sie dienen als optisch attraktiver seitlicher Abschluss der Brücke und zum Schutz der Brückenabdichtung. Sie bieten Platz für Fußgänger zur Überquerung der Brücke und für die Befestigung der seitlichen Absturzsicherung. Bauwerksungenauigkeiten, die während der Bauphase entstanden sind, können mit den Kappen ausgeglichen werden. Zur Herstellung der Kappen gibt es je nach Brückenlänge und Brückenart unterschiedliche Methoden.
1. Kurze Brücken bis ca. 200 m Länge
Konsolen werden über die gesamte Länge an der Brücke befestigte. Die Gesimskappe kann an einem Stück betoniert werden.

2. Brücken mit Längen über 200 m
Gesimskappen: Fahrbare Lösung eines untenlaufenden Systems.
Ein obenlaufendes System.
Je nach Brückenart und Baustellenanforderungen werden fahrbare Lösungen eingesetzt, die auf bzw. unter der Brücke befestigt werden.

Projektbeispiele:
  1. PERI GmbH - Donaubrücke BAB A8 bei Leipheim
  2. PERI GmbH - Betreibermodell BAB A4 Hörselberge, Nessetalbrücke bei Eisenach

Tragwerksformen - Mit dem Bogen begann alles

Waren bei der Entwicklung des Brückenbaus die Tragwerksformen noch sehr von den jeweiligen Baustoffen und dem Wissensstand der damaligen Zeit abhängig, sind heute neue Entscheidungskriterien hinzugekommen.

Neben topographischen, geologischen und wirtschaftlichen Kriterien, spielt heute auch der Naturschutz eine maßgebliche Rolle bei der Entscheidungsfindung einer Brückenkonstruktion.

Dennoch lassen sich alle Brückenbauwerke - von den antiken Konstruktionen bis zu heutigen Hightech-Brücken - auf wenige Tragwerksformen reduzieren.

Bogen

Der Bogen als Tragwerksform ist die wohl älteste Brückenbauweise. Bogenbrücken sind auf Grund ihrer markanten Bauweise auf den ersten Blick als solche zu erkennen.
Das Grundprinzip ist ein eingespannter Bogen, der sämtliche Lasten über Druck in die beiden eingespannten Enden einleitet. Der komplette Querschnitt des Bogens wird nur durch Druckkräfte beansprucht.

Balken
Bei Balkenbrücken ist der Überbau als ein Balken ausgebildet, der an seinen Enden auf entsprechenden Pfeilern oder Lagern aufliegt. Balkenbrücken gibt es in den unterschiedlichsten Bauwerksformen von einfachen Platten über Hohlkasten bis zu leichten Fachwerkbalkenbrücken. All diese unterschiedlichen Überbauarten werden auf Biegung beansprucht, das heißt, dass sich an der Oberseite des Überbaus Druck- und an der Unterseite Zugkräfte bilden. Die Lasten auf den Balken werden an den Auflagern über Druckkräfte in die Unterkonstruktion abgeleitet.
Typische Balkenquerschnitte
Eine Fachwerkbrücke.
Plattenquerschnitt
Hohlkastenquerschnitt

Abhängungen
Hänge- und Schrägseilbrücken sind an ihren markanten Pylonen zu erkennen, die hoch über den Überbau hinaus ragen. Belastungen aus dem Überbau werden mittels Abhängungen in Form von Zugspannungen in den Pylon eingeleitet. Dort werden sie über Druckkräfte in die Unterkonstruktion abgeleitet.