DE1941978A1 - Haengebruecke - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE DIPL.-ING. C. STOBPBL· · DIPL.-ING. W. GOIJJWITZER · DIFL.-ING. F. W. MOtL

674 LANDAU/PFALZ · AM SCHÜTZ H NH OE¹

POSTSCHECK: 67 I₁TJDtTIGSBAFEIr ST 568 ■ ΒΑΝΕΙ DItCTSCHI BAXK 674 LANDAU-PFALZ

. 15. August 1969

Dyckerhoff & Widmann Kommanditgesellschaft, München

^lf Hängebrücke "

Seit dem Bau der ersten weitgespannten Hängebrücke, der Brooklyn-Brücke über den East River, kennt man das Problem der aerodynamischen Stabilität. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß die Tragseile von Hängebrücken unter der Einwirkung des Windes gegenläufige Schwingungen ausführen. Dabei werden im wesentlichen zwei Systeme von Schwingungen beobachtet, nämlich einmal reine Biegungsschwingungen und reine Torsions schwingungen mit stationäner Amplitude und zum anderen kombinierte Biegungs- und Torsionsschwingungen. Da die kombinierte Biegungs- und Torsionsschwingung die gefährlichere ist, hat man, nachdem Brtickeneinstürze vorgekommen waren, u. a. der Einsturz der Taeoma-Hängebrücke, diese Schwingungen durch einen die Fahrbahn tragenden Versteifungsträger zu mildern oder ganz zu beseitigen, versucht» Zunächst hat man den Versteifungsträger als hohen Kasten mit fachwerk artigen Wänden ausgebildet, um ihm eine hohe Torsionssteifigkeit zu geben. In einzelnen Fällen hat man auch die Fahrbahn winddurchlässig gemacht, z.B. durch eine Gitter#g£tetabdeckung, um die angreifenden Windkräfte zu verringern.

Ein großer Fortschritt im Bau von Hängebrücken wurde beim Bau der Severn-Brücke erzielt, bei dem als Versteifungsträger für eine

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1 000 m weit gespannte Brücke erstmalig ein vollwandiger Kasten von verhältnismäßig geringer Konstruktionshöhe verwendet wurde, der die gleiche Torsions steifigkeit besitzt wie die früher verwendeten etwa dreimal so hohen Fachwerkträger. Diesem vollwandigen Versteifungsträger wurde eine windschlüpf^ige Form gegeben, so daß er weniger Luftwiderstand hat; durch seine Torsionssteifigkeit kann er neben der Stabilisierung der im Wind gegenläufig schwingenden Seile auch die in Bezug auf die Brückenachse einseitig wirkenden Verkehrslasten zentrieren und die dadurch entstehenden Torsionsmomente auf den Bereich der Pylone übertragen. Er wird in dieser Funktion durch die Seile nur wenig unterstützt, da ein die Fahrbahn verdrehendes Moment etwa zu 7/8 durch Torsion des Versteifungsträgers und nur zu 1/8 durch die unterschiedliche Durchbiegung der Seile aufgenommen wird.

Um die Gefahr gegenläufiger Schwingungen der beiden Tragseile zu vermeiden, hat man auch innerhalb ihrer lotrechten Ebenen abwechselnd schräg angeordnete Hänger verwendet. Da bei Temperatur änderungen der Versteifungsträger insbesondere an den Pylonen gegenüber dem Seil große Horizontalbewegungen ausführt, während das Seil auf Temperaturänderungen nur durch Vertikalbewegungen, also Vergrößerung bzw. Verkleinerung des Durchhanges reagieren kann, entstehen in den schrägen Hängern außer den La st spannungen z.T. erhebliche Zusatzspannungen, so daß man gezwungen ist, die Hänger aus Drahtseilen mit sehr hoher Festigkeit auszubilden.

Zum gleichen Zweck ist auch schon vorgeschlagen worden (vgl. "Baumeister" 1960, Seite 363 ff.), die Fahrbahn an einem einzigen Tragseil aufzuhängen und die am Rand der Fahrbahn angreifenden zum Brückenquerschnitt schräg angeordneten und sich in ihren Ebenen kreuzenden Hänger mit der Fahrbahn zu einem räumlichen Fachwerk zu verbinden. Dadurch entsteht ein im Querschnitt dreieckiger Kasten, der eine derartige Torsionssteifigkeit besitzen soll, daß auf

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eine biegungs- und torsionssteife Konstruktion der Fahrbahn verzichtet werden kann. Aber auch bei dieser Anordnung müssen die Hänger aus den erwähnten Gründen aus Drahtseilen mit sehr hoher Festigkeit bestehen.

In gleicher Rihhtung geht der durch die bekanntgemachten Unterlagen der deutschen Patentanmeldung D 11 335 V/19d bekannt gewordene Vorschlag, die Tragglieder einer Hängebrücke aus Stahlbeton auszubilden. Dort wurde hervorgehoben, daß durch die Anwendung von aus Spannbeton bestehenden Traggliedern die Steifigkeit von Hängebrücken derart verbessert wird, daß ebenfalls auf einen Versteifungsträger verzichtet werden kann.

Schließlich ist noch zu erwähnen, daß für die Tragseile von Hängebrücken bisher fast ausschließlich im Luftspinnverfahren hergestellte Bündel aus 5 mm dicken galvanisierten Drähten (St 165 Auflager 1/20 mm dick) ausgeführt wurden. Die Drähte, bis zu 20 000 Stück in einem Seil, sind endlos, d. h. die einzelnen Stücke werden nach üblichem Verfahren verbunden und haben dort einen schwachen Punkt, Sie werden auf den Pylonen über Sättel und an den Widerlagern über Augenstäbe geführt, wobei sie starke Biegung und, wegen der vielen übereinander liegenden Lagen, erheblichen Querdruck erhalten. Diese Beanspruchungen verringern die Festigkeit der Drähte in der Längsrichtung, so daß derart ausgeführte Kabel nur mit maximal 44% der Bruchfestigkeit des Einzeldrahtes beansprucht werden können. Des Weiteren ist es nötig, die Drahtbündel mit besonderen hydraulischen Pressen zu einem runden Querschnitt zusammenzupressen und in diesem Zustand mit einem hochgespannten Draht zu umwickeln. Bei diesem Verfahren abgequetschte Drähte bzw. schwachen Stellen im laufenden Draht werden durch die Vielzahl der aufeinander gedrückten, nicht beschädigten Drähte überbrückt.

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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Konstruktion für eine Hängebrücke zu finden, die sowohl von ihrer äußeren Gestaltung her als auch von der Wahl der verwendeten Materialien die Möglichkeit bietet, den Einfluß vor allem der kombinierten Biegungs-Torsionsschwingungen auf den Bestand der Brücke zu verringern.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß Tragseil und Hänger in der lotrechten Mittelebene der Brücke angeordnet sind und der Versteifungsträger in an sich bekannter Weise als vollwandiger Kastenträger von windschlüpf^iger Form ausgebildet ist.

Zweckmäßigerweise verlaufen die Hänger lotrecht] sie können an ihren unteren Enden gelenkig an den Versteifungsträger angeschlossen sein. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Hänger paarweise zu beiden Seiten von den Versteifungsträger aussteifenden Querschotten angeordnet sind.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Ausbildung einer Hängebrücke besteht darin, daß die überkommene Bauform der Hängebrücke auf das Wesentliche konzentriert und dadurch technisch verbessert und verbilligt wird. Das eine, in der Mittelebene der Brücke angeordnete Tragseil hat gegenüber zwei seitlichen Tragseilen den Vorteil, daß bei Torsionsschwingungen des Versteifungsträgers die Masse des Seils nicht mitschwingt. Deshalb ist die Eigenschwingungsdauer des Versteifungsträgers für Torsion kürzer und die kritische Windgeschwindigkeit entsprechend höher. Bei der reinen Biegungs schwingung jedoch schwingt die Masse des Seils mit, wodurch eine günstig wirkende Verstimmung von Biegungs- und Torsionsschwingung entsteht. Nach der Erfindung läßt sich daher mit nur einem Seil und ohne die aussteifende Wirkung von schrägen Hängern eine kritische Windgeschwindigkeit erzielen, die weit über der vorkommenden Windgeschwindigkeit liegt. Es lassen sich somit auch anstelle schräger Hänger mit extrem

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hoher Festigkeit und entsprechend hoher Anfälligkeit gegenüber Spannungsrißkorrosion normale Stähle, z. B. St 52, einbauen, die in dieser Hinsicht keine Anfälligkeit zeigen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hängebrücke zeichnet sich weiterhin noch dadurch aus, daß die Pylonen A-förmig ausgebildet sind, aus Stahlbeton bestehen und landseitig durch Rückhalteseile verankert sind, die in der Projektion auf die Mittelebene der Brücke wesentlich steiler als das Tragseil, vorzugsweise unter 45 gegen die Horizontale geneigt, verlaufen und ferner dadurch, daß sowohl das Tragseil, als auch die Rückhalte seile aus eng aneinanderliegenden mit Beton umhüllten Spanngliedern bestehen, die im Kopf der Pylone gekreuzt und verankert sind, während der Versteifungsträger im Pylon auf Biegung und Torsion festgehalten ist. Dabei sind zweckmäßig jeweils zwei Rückhalte seile vorhanden, die etwa in der durch die Stiele der Pylone bestimmten schrägen Ebene verlaufen.

Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Hängebrücke reichen die Rückhaltes eile wesentlich weniger weit ins Land hinein als die über die Pylonen geführten Tragseile herkömmlicher Hängebrücken. Das ermöglicht wiederum die Anordnung der Pylone in größerer Ufernähe, wo im allgemeinen eine geringere Wassertiefe herrscht und tragfähiger Baugrund in geringerer Tiefe ansteht. Durch die Kreuzung von Tragseil und Rückhalteseilen und ihrer Verankerung im Kopf der Pylone werden die an den Umlenksätteln auftretenden zusätzlichen Beanspruchungen dieser Bauglieder vermieden^ die Bruchfestigkeit der Spannglieder kann deshalb höher ausgenützt werden. Durch die Ausbildung sowohl des Tragseils als auch der Rückhalteseile aus eng aneinanderliegenden mit Beton umhüllten Spanngliedern wird das Gewicht der Seile erhöht. Dadurch werden die Verformungen der Brücke unter der Verkehrslast vermindert. Außerdem sind die für den Bestand der Brücke wichtigen Bauglieder durch die Einbetonierung gegen Korrosion geschützt und bedürfen keiner Unterhaltung.

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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Hängebrücke besteht in ihrer äußeren Erscheinungsform, Die Ansicht der Brücke zeichnet sich dadurch aus, daß die bisherigen unvermeidbaren unschönen Verschneidungen der beiden Seile und der Hänger vermieden werden. Durch die Anordnung der Hänger in der Mittelebene der Brücke besteht für die Verkehrsteilnehmer nach außen freie Sicht, während die Fahrbahnen selbst durch die Hänger getrennt sind«

Weitere Merkmale und vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung der in den Zeichnungen dargestellten Hängebrücke. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht der erfindungsgemäßen Hängebrücke, Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1, Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie III-III der Fig» I,

Fig. 4 einen Querschnitt IV-IV in Brückenmitte in vergrößertem Maßstab.

Bei der erfindungsgemäßen Hängebrücke spannt sich zwischen den beiden Pylonen 1 das Tragseil 2, an dem mit lotrechten Hängern 3 der Versteifungsträger 4 aufgehängt ist.

Das Tragseil 2 besteht aus einer großen Anzahl dicht nebeneinander angeordneter Spannglieder aus einer Stahlqualität, wie sie im Spannbetonbau üblich ist, die allseitig von Beton eingehüllt und innerhalb eines kastenartigen Gebildes aus Blech, Kunststoff o. dgl. angeordnet sind. Das Tragseil 2 läuft etwa mittig in den Kopf 5 der Pylone 1 ein (Fig. 2), wo die Spannglieder einzeln durch Auffächern verankert sind. Die Spannglieder des Tragseils 2 werden im Kopf 5 der Pylone von den seitlich in diesen einlaufenden Spanngliedern von Rückhalteseilen 6 gekreuzt, die dort ebenfalls einzeln in im Spannbetonbau üblicher Weise

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verankert sind. Diese Rückhalteseile übertragen die Seilzugkräfte des Tragseils 2 auf kurzem Wege in den Baugrund. Sie sind zweckmäßig in den durch die beiden Stiele 7 der Pylone 1 gebildeten schrägen Ebenen angeordnet, um eine möglichst zentrische Beanspruchung der Pylonstiele 7 zu gewährleisten.

Der Versteifungsträger 4 ist als geschlossener Kastenträger ausgebildet. Er besitzt eine obere Deckplatte 8, welche die Fahrbahn 9 trägt, sowie eine untere Deckplatte 10; die Seitenwände sind keilförmig ausgebildet. In einer durchgehenden Längskante 11 sind Gehwegkonsolen angesetzt, die seitlich ein Geländer 13 tragen. Die Fahrbahnen selbst sind zur Mitte und zu den Außenrändern hin durch Leitplanken 14 begrenzt, die zur Verringerung des Luftwiderstandes aus Stahlseilen bestehen. Die Hänger 3 sind am Versteifungsträger 4 gelenkig aufgehängt, um Zusatz spannungen in den Hängern beim Verdrehen des Versteifungsträgers infolge Torsion zu vermeiden.

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Claims (6)

1. Patentansprüche:

   ( ΐΛ Hängebrücke aus einem Tragseil und einem-an Hängern aufgehängten Versteifungsträger, dadurch gekennzeichnet, daß Tragseil (2) und Hänger (3) in der lotrechten Mittelebene der Brücke verlaufen und der Versteifungsträger (4) in an sich bekannter Weise als vollwandiger Kastenträger von windschlüpfiger Form ausgebildet ist.
2. 2.) Hängebrücke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hänger (3) lotrecht verlaufen.
3. 3.) Hängebrücke nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hänger (3) gelenkig an den Versteifungsträger^ (4) angeschlossen
4. 4.} Hängebrücke nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hänger (3) paarweise zu beiden Seiten von den Versteifungsträger?! (4) aussteifenden Querschotten angeordnet sind.
5. 5.) Hängebrücke nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pylone (1) aus Stahlbeton bestehen und A-förmig ausgebildet sind, daß sie landseitig durch Rückhalteseile (6) verankert sind, die in der Projektion auf die Mittelebene der Brücke wesentlich steiler als das Tragseil (2), vorzugsweise unter 45 gegen die Horizontale geneigt verlaufen, während das Tragseil (2) und die Rückhalteseile (6) aus eng aneinanderliegenden mit Beton umhüllten Spanngliedern bestehen, die im Kopf (5) der Pylone (1) gekreuzt und verankert sind und der Versteifungsträger (4) im Pylon auf Biegung und Torsion festgehalten ist.
6. 6.) Hängebrücke nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Rückhalteseile (6) vorhanden sind, die etwa in der durch die Pylonstiele (7) gebildeten Schrägebene verlaufen.

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