Netzwerkbogenbrücke

Fehmarnsundbrücke

EineNetzwerkbogenbrückeist eineStabbogenbrückemit sich mehrmals überkreuzenden Hängern, die optisch den Eindruck eines Seilnetzes machen. Durch die schräg angeordneten Hänger werden bei ungleichmäßiger Belastung der FahrbahnBiegemomenteund Querkräfte in Bogen und Fahrbahnträger reduziert, so dass diese schlanker ausgeführt werden können. Gegenüber einer klassischen Stabbogenbrücke können so bis zu 20 % Stahl eingespart werden. Typische Netzwerkbogenbrücken bestehen aus zwei parallel zueinander stehenden Bögen mit einer dazwischen eingespannten Fahrbahnplatte aus Beton.

Geschichte

Die Idee der Netzwerkbogenbrücke entwickelte der norwegische BauingenieurPer TveitEnde der 1950er Jahre. Die erste Netzwerkbrücke wurde 1963–1964 inSteinkjer,Norwegenerrichtet und besteht heute noch. InTokiowurde 2002 die erstedoppelstöckige Netzwerkbogenbrückeder Welt eröffnet.

Statisches Prinzip

DerbiegesteifeFahrbahnträger von Stabbogenbrücken wird durch den Bogen über vertikale Hänger (elastisch) unterstützt. Diese Bauart führt bei einer in Längsrichtung gleichmäßig verteilter Last zu relativ geringer Durchbiegung. Bei nur halbseitiger Belastung kommt es demgegenüber zu vergleichsweise großen Verformungen, weil der Bogen in Längsrichtung ausweicht und der Fahrbahnträger sich S-förmig biegt. Neben den resultierendenBiegemomentenin Bogen und Untergurt reduziert sich dieKnicklastdes Bogens deutlich.

Die schräge Anordnung der Hänger bei Netzwerkbogenbrücken behindert bei einseitiger Belastung das Ausweichen des Bogens in Längsrichtung und erhöht die Knicklast des Bogens deutlich. Der Bogen wird bei einseitiger Belastung annähernd in der Richtung, in die er ausweichen will, von den Hängern (elastisch) gehalten. Durch die schräg stehenden Hänger mit mehrfachen Überkreuzungen verhält sich eine Netzwerkbogenbrücke somit in Längsrichtung ähnlich wie einFachwerkträger,bei dem die Entstehung vonBiegemomentendurch die Bildung von Dreiecksverbänden vermieden werden soll.

Die Anordnung der Hänger bestimmt die Eigenschaften eines Netzwerkbogens. Sie definiert sich über Hängeranzahl, -neigung und -abstand. Eine einfache Möglichkeit, ein effizientes Tragwerk zu bilden, ist die Anwendung einer radialen Hängeranordnung, die vonBenjamin Brunnund Frank Schanack 2003 entwickelt wurde.Bei der radialen Hängeranordnung werden die Abstände der oberen Hängerknoten und die Winkel zwischen Hängern und Bogen ungefähr konstant gehalten.

Durch die Verwendung eines Hängernetzes mit gleichmäßig ansteigender Neigung der Hänger, wie von Per Tveit vorgeschlagen, kann eine vergleichbare Effizienz zur radialen Anordnung mit kürzeren Hängern erreicht werden. Der erste Hänger eines Hängersets erhält dabei einen bestimmten Anfangswinkel, der für die folgenden Hänger kontinuierlich vergrößert wird.

Untersuchungen zeigen, dass bei beiden genannten Lösungen bei optimalen Neigungswinkeln die maximalen Kräfte in den Hängern sowie dieSpannungsschwingbreitenreduziert werden können und nur geringe Abweichungen zwischen den Maximalkräften in den Hängern auftreten.

Abgrenzung zu Nielsen-Lohse-Brücken

In Japan werden Stabbogenbrücken mit gekreuzten HängernNielsen-Lohse-Brückengenannt.Nielsen steht für den Ingenieur Octavius F. Nielsen, der im Jahre 1926 ein Patent auf Bögen mitZugbandund schräg gestellten Hängestangen anmeldete. Dieser Brückentyp wurde daraufhin ca. 60-mal hauptsächlich in Schweden realisiert. Bei keiner dieser Brücken finden sich überkreuzende Hängestangen.

Lohse steht für den deutschen IngenieurHermann Lohse(1815–1893), der Ende des 19. Jahrhunderts einen Bogen mit Zugband entwickelte, dessen Zugband entgegengesetzt zum Bogen gekrümmt ist. Die Fahrbahn trägt ein drittes Element, das unter den Bögen hängt.

Die Bezeichnung Nielsen-Lohse für Stabbögen mit mehrfach gekreuzten Hängern ist also ungenau. Das Vorbild der japanischen Netzwerkbogenbrücken ist dieFehmarnsundbrücke,deren Entwurf wiederum auf dem Netzwerkbogen basiert.

Die korrekte Bezeichnung von Stabbogenbrücken mit schrägen Hängern istNielsen-Brücke,wobei heute auch Brücken mit einfach gekreuzten Hängern meist zu den Nielsen-Brücken gezählt werden. Stabbogenbrücken mit mehrfach überkreuzten Hängern sind Netzwerkbogenbrücken.

Beispiele

• Steinkjerbrücke,Norwegen (1963)
• Bolstadstraumen bru,Norwegen (1963)
• Fehmarnsundbrücke,Deutschland (1963)
• Netzwerkbogenbrücke inBechyně,Tschechische Republik (2004)
• Providence River Bridge,USA (2007)
• Oderbrücke Frankfurt (Eisenbahn),Deutschland (2008)
• Rosenbachtalbrücke Plauen (Eisenbahn),Deutschland (2008)
• Florabrücke Haldensleben (Eisenbahn),Deutschland (2010)
• Brandangersundbrua,Norwegen (2010)
• Lake Champlain Bridge,USA (2011)
• Amelia Earhart Memorial Bridge,USA (2012)
• De Oversteek,Niederlande (2013)
• Osthafenbrücke,Frankfurt a. M., Deutschland (2013)
• Troja-Brücke,Tschechien (2014)
• Bugrinski-Brücke,Russland (2014)
• John Greenleaf Whittier Bridge,USA (2018)

Nielsen-Brücken

• Lotbrücke Castelmoron,Frankreich (1934)
• Pont de la Coudette,Frankreich (1943)
• Mainbrücke Niedernberg–Sulzbach,Deutschland (2001)
• Nordbrücke Marktheidenfeld,Deutschland (2002)
• Goshikizakura Ōhashi,Japan (2002)

Literatur

• Per Tveit:An Introduction to the Network Arch.Trondheim 2006 (englisch,Online[PDF]).

Weblinks

• Per Tveit, Benjamin Brunn, Frank Schanack:Network-Arch.2010,abgerufen am 22. Juni 2013(englisch, Informationen über Netzwerkbogenbrücken).
• Per Tveit:Information on the Network Arch.Abgerufen am 22. Juni 2013(englisch, Informationen über Netzwerkbogenbrücken von Per Tveit).