Im Brückenbau verwendete Materialien

Brückenbau

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Brückenbaumaterialien:

Die traditionellen Baustoffe für Brücken sind Steine, Holz und Stahl, und in jüngerer Zeit verstärkt und Spannbeton. Für spezielle Elemente werden Aluminium und seine Legierungen und einige Arten von Kunststoffen verwendet. Diese Materialien haben unterschiedliche Eigenschaften in Bezug auf Festigkeit, Verarbeitbarkeit, Haltbarkeit und Korrosionsbeständigkeit. Sie unterscheiden sich auch in ihrer Struktur, Textur und Farbe oder in den Möglichkeiten der Oberflächenbehandlung mit unterschiedlicher Textur und Farbe. Für Brücken sollte man das Material verwenden, das die beste Brücke in Bezug auf Form, technische Qualität, Wirtschaftlichkeit und Umweltverträglichkeit ergibt.

1. Stein:

Die großen alten Brücken der Etrusker, der Römer, der Fratres Pontifices des Mittelalters (seit etwa 1100) und späterer Baumeister wurden mit Steinmauerwerk gebaut. Die Bögen und Pfeiler haben Tausende von Jahren gedauert, als harter Stein verwendet wurde und die Fundamente auf festem Boden gebaut wurden. Mit Stein kann man Brücken bauen, die sowohl schön, langlebig als auch von großer Spannweite (bis zu 150 m) sind.

Leider sind Steinbrücken sehr teuer geworden. Steinbrücken, die gut entworfen und gebaut sind, könnten sich jedoch über einen langen Zeitraum als die billigsten herausstellen, da sie langlebig sind und über Jahrhunderte fast keine Wartung benötigen, es sei denn, sie werden von extremer Luftverschmutzung angegriffen.

Stein beschränkt sich heutzutage meist auf die Oberflächen, wobei die Steine als Verblendung für Widerlager, Pfeiler oder Bögen voreingestellt oder fixiert werden. Natürlich muss ein solider witterungsbeständiger Stein gewählt werden, und grundlegendes Gestein wie Granit, Gneis, Porphyr, Diabas oder kristallisierter Kalkstein sind besonders geeignet. Vorsicht ist bei Sandsteinen geboten, da nur Kieselsandstein haltbar ist. Die Wahl der Farben des Steins ist ebenfalls relevant. Granit mit einheitlicher grauer Farbe und gesägter Oberfläche kann so langweilig aussehen wie einfacher Beton. Eine harmonische Mischung aus verschiedenen Farben und leicht geprägten Oberflächen kann sehr lebendig wirken, auch wenn die Mauerwerksflächen großflächig sind. Oberflächen können auch durch helle oder dunkle Fugenfüllung belebt werden. Die Größe der Steinblöcke und die Rauheit ihrer Oberflächen müssen mit der Größe der Struktur, der Widerlager, der Pfeiler usw. in Einklang gebracht werden. Grobe Prägung passt nicht zu einem kleinen Pier nur 1 m dick und 5 m hoch, aber großformatiges Quadermauerwerk eignet sich für große Bogenbrücken wie die Saalebrucke Jena oder die Lahntalbrücke Limburg. Granitmauerwerk wurde für Brückenpfeiler über den Rhein bevorzugt, da es der Erosion durch sandiges Wasser viel besser standhält als der härteste Beton.

3. Armierter und vorgespannter Beton:

Beton ist ein Baumaterial, das in fast allen Bauarbeiten verwendet wird. Mit einer stumpfen grauen Farbe, in der Regel Beton ist nicht in der Konstruktion wie Brücken bevorzugt, aber einige der Betonbrücken haben sich als Schönheiten erwiesen, wenn jemand die Kunst kennt. Guter Beton erreicht eine hohe Druckfestigkeit und Beständigkeit gegen die meisten natürlichen Angriffe, jedoch nicht gegen Enteisungswasser oder CO2 und SO2 in verschmutzter Luft. Seine Zugfestigkeit ist jedoch gering und wird daher in Bereichen mit Zugspannungen nicht bevorzugt. Zur Zugbewehrung von Beton sind Stahlstäbe darin eingebettet. Stahlstangen beginnen zu funktionieren, wenn Beton Risse d.h. wenn Beton weiteren Zugspannungen nicht mehr standhalten kann. Die Risse bleiben harmlos genannt „Haarrisse“, wenn Bars sind so konzipiert und richtig platzieren. Eine zweite Methode, Zugkräften in Betonkonstruktionen zu widerstehen, ist die Vorspannung.

4. Stahl:

Unter den Brückenmaterialien hat Stahl die höchsten und günstigsten Festigkeitseigenschaften und eignet sich daher für die kühnsten Brücken mit den längsten Spannweiten. Normaler Baustahl hat Druck- und Zugfestigkeiten von 370 N / mm2, etwa das Zehnfache der Druckfestigkeit eines Mittelbetons und das hundertfache seiner Zugfestigkeit. Ein besonderes Verdienst von Stahl ist seine Duktilität, durch die er sich erheblich verformt, bevor er bricht, weil er ab einem bestimmten Spannungsniveau nachgibt. Diese Streckgrenze wird als erster Term in Standardqualitätsbedingungen verwendet.

Für Brücken wird häufig hochfester Stahl bevorzugt. Je höher die Festigkeit, desto kleiner der proportionale Unterschied zwischen der Streckgrenze und der Zugfestigkeit, und dies bedeutet, dass hochfeste Stähle nicht so duktil sind wie solche mit normaler Festigkeit. Die Dauerfestigkeit steigt auch nicht proportional zur Zugfestigkeit an. Es ist daher notwendig, vor dem Einsatz fundierte Kenntnisse über das Verhalten dieser Spezialstähle zu haben. Für Bauzwecke wird Stahl in Form von Platten (6 bis 80 mm dick) durch Walzen im glühenden Zustand hergestellt. Für Lager und einige andere Gegenstände wird Stahlguss verwendet. Für nur unter Spannung stehende Bauteile, wie Seile oder Seile, gibt es spezielle Stähle, die auf unterschiedliche Weise verarbeitet werden und es uns ermöglichen, mutige Hänge- oder Schrägseilbrücken zu bauen.

Die hohen Festigkeiten von Stahl ermöglichen kleine Querschnitte von Trägern oder Trägern und damit eine geringe Eigenlast der Struktur. So konnten die leichten Stahldecks „orthotrope Platte“ für Fahrbahnen entwickelt werden, die mittlerweile mit einer Asphaltverschleißschicht von 60 bis 80 mm Dicke üblich geworden sind.

Die Pioniere dieser orthotropen Plattenkonstruktion nannten sie den weniger mysteriösen und weniger wissenschaftlichen Namen „versteifte Stahlplatten“. Glattes Stahlblech, versteift durch Zellen oder rlbs, bildet die Sehne sowohl der Querquerträger als auch der Längshauptträger. Gleichzeitig wirkt es als Windträger. Dieses Brückendeck verdankt seine erfolgreiche Anwendung hauptsächlich dem mechanisierten Schweißen, das heute allgemein verwendet wird und das die Konstruktion von Stahlbrücken stark beeinflusst hat.

So überwiegt nun die Plattenträgerkonstruktion, bei der große dünne Stahlbleche gegen Knicken versteift werden müssen. Bisher wurden vorzugsweise vertikale Versteifungen an den Außenflächen angebracht; Längsversteifungen wurden dann an der Innenseite angeordnet.

Heute werden alle Versteifungen auf dieser Innenseite platziert, um eine glatte Außenfläche zu erreichen, die keine Ansammlung von Staub- oder Schmutzablagerungen zulässt, die Feuchtigkeit zurückhalten und Korrosion fördern – die „Achillesferse“ von Stahlkonstruktionen. Moderne Stahlträgerbrücken unterscheiden sich heute kaum noch von Spannbetonbrücken in ihrem äußeren Erscheinungsbild – außer vielleicht in ihrer Farbe. Dies ist vielleicht bedauerlich, da Versteifungen an der Außenseite die Plattenflächen beleben, Zunder verleihen und den Träger weniger schwer aussehen lassen. Neben Plattenträgern nutzen auch Traversen die Materialeigenschaften von Stahl voll aus. Sehr empfindliche schauende Brücken können errichtet werden, indem man dünne Stahlprofile zusammenfügt, um einen Binder zu bilden. Auch das Schweißen hat das Potenzial für eine gute Form verbessert, da Hohlprofile ohne Verwendung großer Zwickelplatten hergestellt und verbunden werden können. Auf diese Weise entstehen glatt aussehende Traversen ohne die „Unruhe“, die durch das Verbinden von zwei oder vier Profilen aus Walzprofilen mit Gittern oder Platten entsteht. Stahl muss vor Korrosion geschützt werden, und dies geschieht normalerweise durch Aufbringen einer Schutzfarbe auf die blanke Stahloberfläche. Die Lackierung normaler Stähle ist technisch notwendig und kann zur Farbgestaltung der Brücke verwendet werden.

Die Wahl der Farben ist ein wichtiges Merkmal für ein gutes Aussehen. Es gibt Stähle, die in normaler Umgebung nicht korrodieren (die Edelstähle V2A und V4A nach DIN 17440), aber so teuer sind, dass sie nur für Bauteile verwendet werden, die entweder besonders anfällig für Korrosionsangriffe sind oder sehr unzugänglich sind.

Aus den USA kam der mit Kupfer legierte Tentor-Stahl, dessen erste Korrosionsschicht ihn vor weiterer Korrosion schützen soll. Dieser schützende Rost hat eine warme Sepia-getönte Farbe, die im offenen Land gut aussieht. Diese Art des Schutzes hält jedoch in verschmutzter Luft nicht an und die Korrosion setzt sich fort. Bei Stahlbrücken sollte die technische Notwendigkeit, den Stahl mit Farbe zu schützen, gut genutzt werden, um das Erscheinungsbild zu verbessern und eine harmonische Integration der Struktur in die Landschaft zu erreichen.

Gelegentlich wurde Aluminium für Brücken verwendet und die gleiche Form wie für Stahlträger. Aluminiumprofile werden durch das Verdrängungsverfahren fabriziert, das viele mannigfaltigen hohlen Formen gebildet werden lässt, damit Aluminiumstrukturen eleganter als die des Stahls sein können. Aluminiumprofile sind für Brückenbrüstungen beliebt, da sie keine Schutzfarbe benötigen.

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