Eine freitragende Brücke ist eine Brücke, die unter Verwendung eines Kragarms gebaut wird. Ein Kragarm wird nur an einem Ende gestützt. Bei kleinen Fußgängerbrücken können die Kragarme einfache Träger sein. Bei großen Freivorbaubrücken, die für den Straßen- oder Schienenverkehr ausgelegt sind, sind die Kragarme aus Baustahl gefertigte Fachwerkträger oder aus Spannbeton gefertigte Kastenträger. Die freitragende Stahlfachwerkbrücke war ein großer technischer Durchbruch, als sie zum ersten Mal eingesetzt wurde, da sie Entfernungen von über 460 m (1.500 Fuß) überbrücken kann. Sie kann an schwierigen Übergängen leichter gebaut werden, da sie während des Baus nicht abgestützt werden muss.
Auslegerbrücke
Ursprünge
Jahrhundert wussten die Ingenieure, dass eine Brücke, die über mehrere Stützen gebaut wurde, die Lasten unter ihnen verteilen würde. Dies bedeutete, dass es geringere Spannungen im Träger oder Fachwerk geben würde und dass längere Spannweiten gebaut werden konnten. Mehrere Ingenieure des neunzehnten Jahrhunderts entwarfen durchgehende Brücken mit Scharnierpunkten in der Mitte der Spannweite. Die Verwendung eines Scharniers im Mehrspannsystem bedeutete, dass die Ingenieure die Lasten und Spannungen auf der Brücke besser berechnen konnten. Es bedeutete auch, dass die Brücke mit den Fundamenten umgehen konnte, die sich unterschiedlich schnell setzten.
Heinrich Gerber war einer der Ingenieure, die ein Patent für einen Klappträger (1866) erhielten, und wird als der erste anerkannt, der einen solchen baute. Die Haßfurter Brücke über den Main in Deutschland hat eine mittlere Spannweite von 38 Metern (124 Fuß). Sie wurde 1867 fertiggestellt und war die erste moderne freitragende Brücke. Weitere frühe Freivorbaubrücken waren die High Bridge of Kentucky von C. Shaler Smith (1877), die Niagara Cantilever Bridge von Charles Conrad Schneider (1883) und die Poughkeepsie Bridge von John Francis O'Rourke und Pomeroy P. Dickinson (1889). Die Kentucky River Bridge überspannte eine Schlucht, die 84 Meter (275 Fuß) tief war. Sie wurde mit einem Ausleger gebaut, was bedeutete, dass sie während des Baus nicht abgestützt werden musste. Die berühmteste frühe Freivorbau-Brücke ist die Forth Rail Bridge. Diese Brücke hielt 17 Jahre lang den Rekord für die längste Spannweite der Welt.
Benjamin Baker zeigte auf dem Foto links, wie das Freischwinger-System funktioniert. Die freitragende Spannweite, auf der Kaichi Watanabe sitzt, ist in der Mitte zu sehen. Die Notwendigkeit, der Kompression des Untergurtes zu widerstehen, zeigt sich in der Verwendung von Holzstäben, während die Spannung des Obergurtes durch die ausgestreckten Arme gezeigt wird. Die Wirkung der äußeren Fundamente als Verankerung für den Kragarm ist an der Platzierung der Gegengewichte zu erkennen.
Funktion
Kragarmbrücke: Ein Bauwerk, von dem mindestens ein Teil als Verankerung zur Aufrechterhaltung eines anderen Teils dient, der über den Stützpfeiler hinausragt.
- John Alexander Low Waddell, Brückenbau
Eine einfache Kragarmspannweite wird durch zwei Kragarme gebildet, die von gegenüberliegenden Seiten des zu überquerenden Hindernisses ausgehen und sich in der Mitte treffen. Bei einer hängenden Spannweite treffen sich die Kragarme nicht in der Mitte, sondern tragen eine zentrale Fachwerkbrücke, die auf den Enden der Kragarme ruht. Die hängende Spannweite kann außerhalb des Standorts gebaut und an Ort und Stelle angehoben oder an Ort und Stelle mit Hilfe von speziellen verfahrbaren Stützen konstruiert werden.
bei einem ebenso ausbalancierten Kragarm wird die Spannweite durch Kragarme ausgeglichen, die in die entgegengesetzte Richtung gehen. Sind diese in festen Fundamenten verankert, werden sie Ankerarme genannt. Bei einer Brücke, die auf zwei Grundpfeilern gebaut ist, gibt es vier Kragarme: zwei, die das Hindernis überspannen, und zwei Ankerarme, die sich vom Hindernis weg erstrecken. Da an den ausbalancierten Kragarmstützen mehr Festigkeit erforderlich ist, wird der Brückenüberbau oft in Form von Türmen über den Gründungspfeilern ausgeführt. Die Commodore-Barry-Brücke ist ein Beispiel für diese Art von Freivorbau-Brücke.
Stahlfachwerkausleger tragen Lasten durch Zug der oberen und Druck der unteren Träger. Im Allgemeinen verteilt die Struktur die Spannung durch die Ankerarme auf die äußersten Stützen, während die Druckbelastung auf die Fundamente unter den zentralen Türmen übertragen wird.
Ausbalancierte Spannbeton-Freivorbau-Brücken werden oft in Segmentbauweise errichtet.
Konstruktionsmethoden
Einige Stahlbogenbrücken (wie die Navajo-Brücke) werden mit reinen Freivorbau-Spannweiten von jeder Seite aus gebaut. Diese werden dann mit einem Bolzen verbunden, in der Regel nachdem der Treffpunkt auseinander gezwungen wurde. Wenn die Hebeböcke entfernt und das Brückendeck hinzugefügt wird, wird die Brücke zu einer Fachwerkbogenbrücke. Eine solche freitragende Konstruktion ist nur möglich, wenn geeignetes Gestein vorhanden ist, um die Spannung im Obergurt der Spannweite während der Bauausführung zu unterstützen, wobei diese Methode in der Regel auf die Überbrückung von engen Schluchten beschränkt ist.
Liste nach Länge
Die längsten freitragenden Brücken der Welt (nach längster Spannweite):
- Quebec-Brücke (Quebec, Kanada) 1.800 Fuß (549 m)
- Forth Bridge (Firth of Forth, Schottland) 2 x 1.710 Fuß (521 m)
- Minato-Brücke (Osaka, Japan) 1.673 Fuß (510 m)
- Commodore Barry-Brücke (Chester, Pennsylvania, USA) 1.644 Fuß (501 m)
- Crescent City Connection (doppelte Spannweiten) (New Orleans, Louisiana, USA) 1.575 Fuß (480 m)
- Howrah-Brücke (Kalkutta, Westbengalen, Indien) 457 m (1.500 Fuß)
- Veterans Memorial Bridge (Gramercy, Louisiana, USA) 445 m (1.460 Fuß)
- San Francisco - Oakland Bay Bridge (East Bay Spanne) (San Francisco, Kalifornien, USA) 1.400 Fuß (427 m)
- Horace-Wilkinson-Brücke (Baton Rouge, Louisiana, USA) 1.235 Fuß (376 m)
- Tappan-Zee-Brücke (South Nyack, New York & Tarrytown, New York, USA) 1.212 Fuß (369 m)
Beispiele
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Die Quebecer Brücke hat die oben gezeigte allgemeine Struktur.
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Die Eisenbahnbrücke Firth of Forth mit ihren drei Doppelauslegern
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Östliche Spannweite der Brücke San Francisco - Oakland Bay
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Original Spannweite der Blauen Wasserbrücke von 1938.
Fragen und Antworten
F: Was ist eine freitragende Brücke?
A: Eine Auslegerbrücke ist eine Brücke, die mit Hilfe eines Auslegers gebaut wird, der nur an einem Ende gestützt wird.
F: Was kann als Ausleger für kleine Fußgängerbrücken verwendet werden?
A: Bei kleinen Fußgängerbrücken können die Ausleger einfache Balken sein.
F: Woraus bestehen die Kragarme bei großen Auslegerbrücken für den Straßen- oder Eisenbahnverkehr?
A: Bei großen freitragenden Brücken für den Straßen- oder Schienenverkehr sind die Ausleger Fachwerke aus Baustahl oder Hohlkästen aus Spannbeton.
F: Welche Vorteile haben freitragende Stahlfachwerkbrücken im Vergleich zu anderen Brückentypen?
A: Freitragende Stahlfachwerkbrücken haben den Vorteil, dass sie Entfernungen von über 1.500 Fuß überbrücken können, was sie zu einem großen technischen Durchbruch macht.
F: An welchen schwierigen Kreuzungen können Freivorbau-Brücken leichter gebaut werden als andere Brückentypen?
A: Freivorbau-Brücken können an schwierigen Kreuzungen leichter gebaut werden, da sie während des Baus nicht gestützt werden müssen.
F: Wie funktioniert ein Kragarm als Brückenträger?
A: Ein Kragarm ist ein Träger, der nur an einem Ende gestützt wird und sich von einer Struktur ausdehnen kann, um eine Brücke zu stützen.
F: Was ist der Unterschied zwischen den Auslegern, die bei kleinen und großen Auslegerbrücken verwendet werden?
A: Bei kleinen Fußgängerbrücken können die Ausleger einfache Balken sein, während bei großen Auslegerbrücken, die für den Straßen- oder Schienenverkehr konzipiert sind, die Ausleger Fachwerke aus Baustahl oder Kastenträger aus vorgespanntem Beton sind.