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Hängebrücke, insbesondere Eisenbahnbrücke, mit Versteifungsträger
und Hauptkabeln Die Erfindung betrifft eine Hängebrücke, die sich vor allem als
Eisenbahnbrücke eignet. Der Eisenbahnverkehr stellt die schwierigste Art der Belastung
dar, und es sind nur wenig Versuche gemacht worden, die wenig steifen Hängebrücken
als Eisenbahnbrücken zu bauen. Je größer zudem die Spannweiten sind, desto schwieriger
wird es, diese zu überbrücken. Selbst mittels Auslegerbrücken lassen sich größere
Spannweiten als 6oo m nicht herstellen, weil das Eigengewicht dieser Brücken zu
groß werden würde. Eine Lösung dieses wichtigen Problems der weitgespannten Eisenbahnbrücken
läßt sich deshalb nur mit Hängebrückensystemen erreichen.
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Bei den bekannten Hängebrücken wird im allgemeinen ein durchgehender
Versteifungsträger über seine ganze Länge an einem Hauptkabel aufgehangen, welches
über die Pylone gespannt ist. Die Aufhängung im einzelnen erfolgt über senkrechte
Hänger und in vielen Fällen neben diesen zur weiteren Unterstützung der Hänger über
dazwischengespannte schräge Seile oder Streben. Derartige Anordnungen haben sich
jedoch als wenig wirksam erwiesen.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß man entgegen allen bisherigen
Erfahrungen den Brückenträger von Hängebrücken in einer sogar für Eisenbahnbrücken
ausreichenden Steifigkeit erhalten kann, wenn man zwischen den an senkrechten Hängern
abgestützten Teilen und den an Schrägkabeln hängenden Teilen des Versteifungsträgers
unterscheidet und diese Schrägkabel mit einer außerordentlich hohen Vorspannung
versieht, die weit über das bisher vorgeschlagene Maß hinausgeht und bis etwa 6o
°/a der zulässigen Belastungsgrenze beträgt. Wird ein solches Schrägkabel durch
eine Verkehrslast beansprucht, dann dehnt es sich nicht nur infolge seiner Verkehrslastspannungen,
sondern vor allem infolge
der Änderungen seiner Durchbiegung. Der
letztere Einfluß ist im allgemeinen vielfach größer als der erste.
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Nach der Erfindung werden der mittlere Teil des Versteifungsträgers
mittels senkrechter Hänger am Hauptkabel und die äußeren Teile des Versteifungsträgers
nur an den hochvorgespannten Schrägkabeln aufgehängt. Die Schrägkabel sind unmittelbar
zu den Pylonen geführt und werden an starren Rückverankerungspunkten befestigt,
damit die vorteilhaften Wirkungen der angegebenen Bauart nicht durch Nachgiebigkeit
der Rückverankerungspunkte wieder zunichte gemacht wird. Die starre Rückverankerung
kann dadurch erreicht werden, daß man die Schrägkabel in den Seitenöffnungen möglichst
starr im Boden verankert. Eine starre Verankerung kann aber auch schon dadurch erreicht
werden, daß man dem Versteifungsträger in den Seitenöffnungen eine aus konstruktiven
Gründen andernfalls nicht erforderliche höhere Steifigkeit erteilt.
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Bei den bisherigen Brücken mit Schrägkabeln wurden diese Einflüsse
nicht erkannt, deshalb konnte mit Schrägkabeln auch keine hinreichende Steifigkeit
vor allem,bei schwer belasteten Eisenbahnbrücken erzielt werden. Im übrigen sind
Schrägkabel nahezu wirkungslos, sofern sie mit senkrechten Hängern gleichzeitig
an gleichen Stellen des Versteifungsträgers angreifen.
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In den Zeichnungen sind dargestellt.
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Fig. i die Biegelinie für antimetrische Belastung bei einer bekannten
Brücke, Fig. 2 die neue Brücke zusammen mit dem Verlauf der Biegungsmomente bei
antimetrischer Belastung der Fahrbahn, Fig.3 eine Hängebrücke bekannter Bauart mit
einer Wiedergabe des Verlaufs der Biegungsmomente im Vergleich zum Verlauf bei der
neuen Brücke nach Fig. 2, Fig. q eine sich auf die Lagerung eines Nebenkabels an
dem Pylon beziehende Einzelheit in vergrößertem Maßstab, Fig.5 ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Hängebrücke mit einer besonderen Ausbildung des Versteifungsträgers,
Fig. 6 und 7 Hängebrücken gemäß der Erfindung mit Abwandlungen in der Ausbildung,
der . Seitenöffnung, Fig.8 eine erfindungsgemäße Hängebrücke mit einem unter der
Fahrbahn angeordneten Bogen, Fig.9 eine erfindungsgemäße Hängebrücke mit einem durchlaufenden,
auf besonderen Kragarmen gelagerten Versteifungsträger mit Rückverankerung der Schrägkabel
in den Fundamentblöcken.
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In den Figuren sind durchweg für die einzelnen, im wesentlichen gleichbleibenden
Teile der Hängebrücke folgende Bezugszeichen gewählt: i ist jeweils das Hauptkabel
bzw. der in den Bodenscheiben verankerte Kabelzug, 2 sind die senkrechten Hänger,
mit denen der Versteifungsträger q. an das Hauptkabel i angehängt ist. 3 sind die
Pylone tmd 5 die Schrägkabel.
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Bei dem der Erfindung zugrunde liegenden System bleiben bei antimetrischer
Belastung die Hauptkabel i spannungslos, nicht dagegen die schrägen Nebenkabel 5,
durch welche die Biegungsmomente aber stark reduziert werden. Jedoch nicht nur die
Biegungsmomente,. sondern auch die Durchbiegungen gehen zurück. In den Fig.2 und
3 ist der Verlauf der Biegungsmomente unter Zugrundelegung antimetrischer Belastung
bei einer erfindungsgemäßen Hängebrücke (Fig. 2) und bei einer gewöhnlichen Hängebrücke
(Fig. 3) einander gegenübergestellt.
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Um die günstige Wirkung der Schrägkabel 5 voll ausnutzen zu können,
müssen deren Verankerungspunkte in den Seitenöffnungen möglichst starr sein. Es
ist deshalb zweckmäßig, den Versteifungsträger ¢ an den Verankerungspunkten der
Seitenöffnungen durch Pfeiler oder Pendelwände zu unterstützen. Wenn dies infolge
der gegebenen Geländeverhältnisse nicht möglich sein sollte, kann man sich dadurch
helfen, daß man den Versteifungsträger der Seitenöffnungen durch eine vergrößerte
Konstruktionshöhe sehr stark ausbildet. Um die Eigengewichtslasten der Brücke in
statisch bestimmter Weise auf die Haupt-und Nebenkabel verteilen zu können, müssen
die schrägen Nebenkabels gegenüber den die Hauptkabel i tragenden Pylonen 3 durch
gesonderte, in den -Pylonen 3 angeordnete Pendel- oder. Rollenlager beweglich abgestützt
werden.
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In Fig. ¢ ist die Lagerung eines schrägen Nebenkabels 5 mittels eines
2fachen Pendels 6 dargestellt. Nach Aufbringen der gesamten Eigengewichtslasten
können diese Pendel- oder Rollenlager gegebenenfalls wieder ausgeschaltet werden,
so daß die Schübe der Schrägkabel mit Hilfe eines sich übar die Haupt- und Nebenöffnungen
erstreckenden durchgehenden Versteifungsträgers gegeneinander ausgeglichen werden.
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Von wesentlicher Bedeutung für die Wirkung der Schrägkabel 5 ist ferner
die Größe ihrer Vorspannung durch die Lasten aus Eigengewicht. Diese Vorspannung
kann sowohl künstlich mit Hilfe hydraulischer Pressen, wie auch durch den Montagevorgang
erzeugt werden.
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Fig. 5 zeigt eine Hängebrücke, bei welcher der Versteifungsträger
7 der Mittelöffnung aus Stahl hergestellt ist und bei welcher an den Pylonen 3 der
Abstand des Zug- und Druckgurtes dadurch vergrößert wurde, daß die Gelenke 8 des
Versteifungsträgers, mit denen letzterer, gegen die Pylene 3 abgestützt ist, gegenüber
der Fahrbahn tief angesetzt sind. Mit Rücksicht auf die Temperaturveränderungen
ist der mittlere Teil 7' des Versteifungsträgers 7 auf der Strecke a durch die senkrechten
Hänger 2 an dem Hauptkabel i angehängt und durch Gelenke 9 von den seitlichen Teilen
abgetrennt. Die Last dieser Teile des Versteifungsträgers wird durch die schrägen
Kabel 5 getragen. Demgemäß ergibt sich als Reaktion ein großer Horizontalschub des
Versteifungsträgers gegen die Pylone 3.
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Es ist zweckmäßig, diesen Schub nicht den Pylonen zuzuweisen, sondern
ihn durch geeignete Konstruktionen nach den Verankerungsblöcken weiterzuleiten und
dort auszugleichen. Das kann z. B. gemäß Fig. 6 durch Gewölbe io erfolgen, deren
Schub annähernd von gleicher Größe ist. Der Ausgleich kann auch wie beim Ausführungsbeispiel
nach Fig. 7 durch schräge Stahlbetonbalken ii vorgenommen werden, die auf
(lern
Boden aufruhen. Die Stahlbetonbalken müssen wegen ihrer elastischen und plastischen
Formänderungen durch hydraulische Pressen i2 vorgespannt werden.
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Eine Variante, die sehr geringe Durchbiegungen aufweist, ist in Fig.
8 dargestellt. Hier ist unter der Fahrbahn ein sehr flacher Bogen 13 angeordnet.
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Bei durchlaufenden Versteifungsträgern kann der Vorteil einer noch
weitergehenden Abminderung der Biegungsmomente und der Durchbiegungen des Versteifungsträgers
infolge Verkehr erreicht werden, wenn man entsprechend der Ausführungsform nach
Fig. 9 von den Pylonen 3 aus mittels der Schrägkabel 5 Kragarme 14 vorbaut und auf
diesen Kragarmen den durchlaufenden Versteifungsträger 4 z. B. in den Punkten
15 und 16 elastisch auflagert, während er in der Feldmitte auf der Strecke
a mittels der Hänger 2 elastisch an den Hauptkabeln aufgehängt ist.
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Es entsteht damit ein durchlaufender Träger, der an den beiderseitigen
Enden auf den Verankerungsblöcken 17 und an den Pylonen 3 starr und an den Punkte
15 und 16 sowie an den senkrechten Hängern 2 elastisch gelagert ist.
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Die Schrägkabel s werden während der Montage bis nach dem Aufbringen
sämtlicher Eigengewichtslasten in den Pylonen 3 mittels Pendels- oder Rollenlagern.
längs verschieblich gelagert. Alsdann werden zur Verminderung der Biegungsmomente
und der Durchbiegungen bei antimetrischer Belastung der Hauptöffnung diese Pendel
ausgeschaltet und damit werden die Schrägkabel gemäß Fig. 9 mit dem Hauptkabel gekoppelt.
Das ist bei dieser erfindungsgemäßen Konstruktion ohne weiteres möglich, weil der
Schub der Schrägkabel nicht in die Versteifungsträger, sondern mit Hilfe der Kragarme
14 in die Pylonenpfeiler 18 eingeleitet wird. Diese Schübe können zur Entlastung
der Pylonenfundamente durch die vorgespannten, in der Böschung liegenden Balken
ii' nach den Verankerungsblöcken 17 weitergeleitet werden.
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Der Versteifungsträger kann aber auch auf die .Mittelöffnung allein
beschränkt werden, und der Schub eter Kragarme kann von den Pylonen aus durch flache
Gewölbe gemäß Fig. 8 nach den Verankerungsblöcken 17 weitergeleitet und dort ausgeglichen
werden.
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'\@'ie schon erwähnt, wird die Bahnsteifigkeit der Schrägkabel bei
Verkehrslast durch die dabei eintretende Verringerung des Durchhanges erheblich
abgemindert. Diese Abminderung ist um so größer, je größer die Spannweite der Kabel
und je geringer ihre Vorspannung durch Eigengewicht ist. In den Seitenöffnungen
kann diese Verminderung des Durchhanges in sehr einfacher Weise durch eine Rückverankerung
der Schrägkabel s in den Fundamentblöcken 17 erreicht werden. Diese konstruktive
Maßnahme ist in der Seitenöffnung der Fig. 9 dargestellt. Sie erfolgt durch ein
senkrechtes Seil i9, welches auch in der Normalen zu den Schrägkabeln angeordnet
werden könnte. Damit werden die Durchbiegungen und die Momente des Versteifungsträgers
weiter abgemindert.
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Grundlegend für den Bau der einzelnen Hängebrückensystemeist, daß
die Montage der Brücke ohne Gerüste durch vorläufiges Anhängen sämtlicher Lasten
an das Hauptkabel erfolgt. Mit dem Fortschreiten der Montage werden dann die Lasten
der Versteifungsträger in den äußeren Vierteln der Hauptöffnung im Bereich der Schrägkabel
auf diese umgelagert, wobei die Schrägkabel entweder künstlich durch hydraulische
Pressen oder durch eine überhöhte Montage der Kragarme so in Vorspannung gesetzt
w=erden, daß sie in dem ihnen zufallenden Bereich die gesamten Eigengewichtslasten
der Brücke tragen.
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Des weiteren sollte die Anzahl der Schrägkabel an jedem Pylon auf
2 bis 3 beschränkt werden, weil andernfalls die Berechnung dieser hochgradig statisch
unbestimmten Tragwerke, insbesondere bei Berücksichtigung der Verformungen, nicht
mehr mit der erwünschten Genauigkeit durchzuführen ist.
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Die obigen Hängebrückensysteme sind vor allem für schwere Eisenbahnbrücken
geeignet, die man bei großen Spannweiten zweckmäßig mit Straßenbrücken kombiniert,
weil die durch die-, zusätzlichen Fahrbahnen erwachsenden Mehrkosten verhältnismäßig
gering sind. Bei sehr großen Spannweiten sind die obigen Systeme aber auch für Straßenbrücken
den üblichen Hängebrückensystemen weit überlegen, weil sie eine viel größere Stabilität
Besitzer, insbesondere unter Berücksichtigung der Windkräfte, deren Übertragung
nach den Fundamenten bei großen Spannweiten wesentliche Schwierigkeiten bereitet.