Schrägseilbrücke

Eine Schrägseilbrücke hängt ihren Überbau an gerade Seile, die Schrägseile, die von hohen Pylonen zu Punkten entlang der Fahrbahn laufen. Jedes Seil hebt einen Teil der Fahrbahn und zieht ihn zum Pylon hin, der nur noch senkrecht gedrückt wird, wenn sich beide Seiten ausgleichen. Carl Imanuel Löscher veröffentlichte 1784 einen solchen Entwurf aus Holz, bei Dryburgh 1818 und bei Nienburg 1825 stürzten Schrägseilbrücken ein, und der Typ kehrte Mitte der 1950er-Jahre mit der Strömsundbrücke in Schweden in Stahl zurück.

Was es ist

Eine Schrägseilbrücke trägt ihre Fahrbahn an geraden Seilen, den Schrägseilen, die von einem oder mehreren Türmen, den Pylonen, unmittelbar zu Punkten entlang der Fahrbahn hinablaufen. Eine Hängebrücke arbeitet anders: Dort hängt die Fahrbahn an senkrechten Hängern an zwei großen Tragkabeln, die über die Türme laufen und an beiden Enden im Boden verankert sind. Bei einer Schrägseilbrücke ist jedes Seil eine eigene gerade Linie vom Pylon zur Fahrbahn, und Fahrbahn, Pylone und Seile bilden zusammen ein in sich geschlossenes Tragwerk.

Der Typ dient für Fußgängerstege von einigen Dutzend Metern ebenso wie für Straßenbrücken mit einem Hauptfeld von mehr als einem Kilometer. Die Pylone bestehen aus Stahl oder Stahlbeton, die Seile aus Bündeln hochfester Stahldrähte oder Litzen, und die Fahrbahn ist ein Träger aus Stahl oder Beton.

Wie es funktioniert

Die vier Grundformen der Seilanordnung: Büschel, Harfe, Fächer und Stern.

Das Gewicht der Fahrbahn und des Verkehrs zieht an den Seilen und setzt sie unter Zug. Weil jedes Seil schräg steht, hat sein Zug zwei Anteile. Der senkrechte Anteil hebt die Fahrbahn dort, wo das Seil verankert ist, sodass sich die Fahrbahn wie ein Balken auf vielen elastischen Stützen verhält, statt die ganze Öffnung allein zu überspannen. Der waagrechte Anteil drückt die Fahrbahn in Längsrichtung zum Pylon hin, sodass sie gestaucht wird, am stärksten nahe dem Pylon. An der Pylonspitze ziehen die Seile zur Flussseite und die zum Seitenfeld in entgegengesetzte Richtungen; gleichen sie sich aus, wird der Pylon nur auf sein Fundament gedrückt. Die Rückhalteseile, nahe den Endpfeilern verankert, hindern den Pylon daran, sich zum Hauptfeld zu neigen, wenn eine schwere Last darüberfährt, und die Endpfeiler halten die Fahrbahn gegen deren Zug nach oben fest.

Die Seile wirken nur, wenn sie straff sind. Walter Podolny bemerkt in seiner Geschichte des Typs von 1974, dass die frühen Erbauer die Kräfte in den Seilen nicht berechnen konnten und Holz, Rundstäbe oder Ketten verwendeten, die sich nicht voll spannen ließen; schlaffe Seile ließen die Fahrbahn weit durchhängen, bevor sie überhaupt Last aufnahmen. Moderne Seile werden beim Einbau gespannt. In der Ansicht folgen sie vier Grundformen, Büschel, Harfe, Fächer oder Stern, und sie liegen in einer Ebene in der Mitte der Fahrbahn oder in zwei Ebenen an ihren Rändern.

Eine moderne Schrägseilfahrbahn wird meist im Gleichgewicht von jedem Pylon aus vorgebaut. Ein Fahrbahnabschnitt wird auf der einen Seite gesetzt, ein zweiter auf der anderen, jeder an sein neues Seil gehängt, die Seile werden gespannt, und der Ablauf wiederholt sich, bis die beiden Arme benachbarter Pylone in der Mitte zusammentreffen. Hilfsstützen im Wasser sind nicht nötig.

So geht’s

Ein Modell mit einem Pylon: Drei Seile tragen die Kartonfahrbahn, ein Rückhalteseil hält den Pylon aufrecht.

Ein Tischmodell zeigt, wie Seile eine Fahrbahn tragen und warum der Pylon Rückhalteseile braucht. Man braucht eine Vierkantleiste aus Holz von etwa 30 Zentimetern Länge für den Pylon, einen schweren Holzklotz, einen Streifen dünnen Kartons von 50 mal 8 Zentimetern, festes Garn oder dünne Schnur, weißen Holzleim, Klebeband, einen Bücherstapel so hoch wie der Klotz, einen kleinen Papierbecher und eine Handvoll Münzen.

Kleben Sie die Leiste aufrecht an eine Seite des Klotzes und umwickeln Sie sie mit Klebeband, solange der Leim anzieht. Falten Sie den Karton entlang beider Längskanten 1 Zentimeter hoch, sodass eine flache Rinne entsteht, und legen Sie ihn von der Oberseite des Klotzes zum 45 Zentimeter entfernten Bücherstapel. Hängen Sie den Becher mit einer Fadenschlaufe in die Mitte des Kartons und geben Sie Münzen hinein: Der Karton biegt sich durch und knickt. Nehmen Sie den Becher ab. Stechen Sie die hochgefalteten Kanten 15, 30 und 40 Zentimeter vom Klotz entfernt durch und binden Sie von jedem Lochpaar einen Faden zur Pylonspitze, jeden gerade straff. Binden Sie noch einen Faden von der Pylonspitze nach hinten zu einem schweren Gegenstand auf dem Tisch hinter dem Klotz. Hängen Sie den Becher wieder an und geben Sie die Münzen einzeln hinein: Der Karton bleibt jetzt fast waagrecht. Lösen Sie das Rückhalteseil und beobachten Sie, wie sich der Pylon zum Feld neigt und die Fahrbahn absinkt, dann binden Sie es wieder fest.

Geschichte und Entwicklung

Der Gedanke, eine Fahrbahn mit schrägen Zugbändern von einem Turm zu halten, ist alt. In den Machinae novae des Faust Vrančić (Verantius), einem in Venedig gedruckten Maschinenbuch, das je nach Quelle zwischen 1595 und 1616 datiert wird, hängt eine Eisenbrücke an Ketten. Podolny zählt sie zu den ersten Schrägseilbrücken; andere Historiker lesen dieselbe Zeichnung als Kettenhängebrücke.

Eine hölzerne Schrägseilbrücke der Art, die Löscher 1784 vorschlug: gerade Holzstreben von einem Holzturm tragen die Fahrbahn.

1784 veröffentlichte Carl Imanuel Löscher aus Freiberg in Sachsen den Entwurf einer Brücke „mit wenigem und schwachem Holz“, die einen Fluss auf große Weite ohne Bogen überspannen und schwere Lasten tragen sollte; er hatte ihn aus Belastungsversuchen an Holzstäben und aus Modellen entwickelt. Podolny beschreibt sie als Holzbrücke mit hölzernen Schrägstreben an einem Holzturm, die Kunst des Fachwerkbaus in neuer Anordnung. Ein weiterer früher Vorschlag, vom französischen Architekten Poyet, verwendete Eisenstangen, die von hohen Türmen herabhingen; Löschers Biograf datiert ihn auf 1787, Podolny auf 1821.

Schrägseilstege entstanden in Schottland in den 1810er-Jahren. 1816 baute Richard Lees, ein Wolltuchfabrikant in Galashiels, einen Drahtsteg über den Fluss Gala, der seine beiden Spinnereien verband und den der Historic American Engineering Record als reine Schrägseilform einordnet. 1817 folgte der King’s-Meadow-Steg der Edinburgher Eisenwarenhändler John Redpath und John Stevenson Brown; er hatte eine Spannweite von etwa 110 Fuß (34 m) und hängte seine Fahrbahn an schräge Drahtseile, die an einem gusseisernen Turm befestigt waren. Über den Tweed bei Dryburgh Abbey bauten John und William Smith einen Steg von etwa 260 Fuß (79 m), dessen Fahrbahn von strahlenförmig von den Türmen ausgehenden eisernen Kettenseilen gehalten wurde; er wurde 1817 eröffnet, und im Januar 1818 riss ihn der Wind herunter, als die Ketten an ihren Gelenken brachen, während die Fahrbahn schwang. Nachdem 1825 eine Schrägseilbrücke über die Saale bei Nienburg unter einer Menschenmenge eingestürzt war, berichtete der französische Ingenieur Navier über diese Unglücke, und die Ingenieure wandten sich für mehr als ein Jahrhundert der Hängebrücke zu.

Die Schrägseile kehrten zurück, als Stahldraht fest genug war, um voll gespannt zu werden, und die Ingenieure die Kräfte berechnen konnten. 1938 fügte der deutsche Ingenieur Franz Dischinger einem Entwurf für eine Eisenbahnhängebrücke über die Elbe schräge Seile hinzu, um sie zu versteifen. Die Strömsundbrücke in Schweden mit ihrer Stahlfahrbahn ist die erste große moderne Schrägseilbrücke. Walter Podolny datiert ihre Fertigstellung auf 1955, Trafikverket, die schwedische Verkehrsbehörde, auf September 1956. Danach wuchsen die Spannweiten schnell. Die Tatara-Brücke in Japan erreichte 1999 890 Meter, und die 2012 vollendete Russki-Brücke in Wladiwostok hat ein Hauptfeld von 1.104 Metern.