Entwurf und Konstruktion Spannbandbrücken
53 An-Lan-Brücke, Dujiangyan (CN), vor 960 n. Chr. 54 Tragsystem einer Spannbandbrücke 55 Kräfte im Spannband in Abhängigkeit der Spannweite l und der Steigung s 56 Spannbandbrücke aus Stahl, Aaresteg, Auenstein (CH) 2010, Conzett Bronzini Gartmann 57 Verformungsverhalten eines Seils ohne Verspannung (a) und mit Verspannung (b) P Verkehrslast G Eigengewicht sG Seilkraft aus Eigengewicht sP Seilkraft aus Eigengewicht und Verkehrslast f Verfomung V Seilkraft Unterspannung Daraus ergibt sich: f1 > f2; s1G < s2G; s1P = s2P; V1P = 0 58 Spannbandbrücke mit Verspannung am Triftgletscher (CH) 2010, Ingenieurbüro Hans Pfaffen
Spannbänder können über ein oder über mehrere Felder geführt werden. Mehrfeldrige Systeme haben, genau wie mehrfeldrige Hänge- und Schrägkabelbrücken, ihre eigene Charakteristik. Es sind sehr wirtschaftliche Konstruktionen, da das Spannband mit konstanter Kraft durchläuft und sich die Aufwendungen für die Widerlager nicht von denen einfeldriger Spannbandbrücken unterscheiden (Abb. 54). Allerdings entstehen durch die feldweise Belastung unterschiedliche Kräfte in den Spannbändern. Bei sehr steifen Stützen überträgt sich die Kraft auf die Stütze und übt keinen Einfluss auf die Nachbarfelder aus. Dies führt zu kräftigen, manchmal schwerfällig wirkenden Stützen, die über eine Einspannung im Fundament die Differenzkräfte abtragen müssen. Ist die Stütze weich und gibt am Kopf nach, überträgt sie die Kraft auf die benachbarten Felder. Durch diese Nachgiebigkeit der Stützen ergeben sich auch größere Verformungen in den Feldern, was bei Fußgängerbrücken im Gegensatz zu Großbrücken eher toleriert werden kann. Dennoch darf die Gebrauchstauglichkeit nicht beeinträchtigt werden, d. h. Verformungen und Beschleunigungen sind auf ein vernünftiges Maß zu begrenzen. Spannbandbrücken können feldweise im Grundriss abgeknickt werden. Durch den Knick entstehen in Höhe des Spannbands Horizontalkräfte, die durch massive oder aufgelöste Rückhaltekonstruktionen abgeleitet werden können. Verformungen, Drehungen Während symmetrische und zum Eigengewicht affine Lasten moderate Verformungen hervorrufen, sind sie bei asymmetrischen Lasten wesentlich größer. Die Verformungen setzen sich aus der Seildehnung und einem großen dehnungslosen Anteil zusammen, vergleichbar mit einer durchhängenden Kette, die bei einer Punktlast mit Verformungen ohne Kraftzu-
wachs – also dehnungslos – reagiert. Die Verformung hängt davon ab, wie hoch die Kräfte im Spannband sind – je höher die Zugkraft, desto geringer die Verformungen, ähnlich einer schweren Kette, die sich bei gleicher Punktlast und gleicher Geometrie weniger verformt als eine leichte. P
Aussteifung Spannbandbrücken verfügen über wenig Eigendämpfung und neigen deshalb zu vertikalen Schwingungen. Daher ist es sinnvoll, einen eher schweren Überbau zu wählen. Hierfür eignen sich z. B. Betonplatten oder auch Granitsteinelemente, a um damit das Verhältnis von anregender Masse (Fußgänger) zu schwingender Masse (Brücke) – auch modale Masse genannt – günstig zu beeinflussen und die Anregbarkeit zu reduzieren. Eine andere Möglichkeit, die Brücke zu stabilisieren, bietet eine Unterspannung wie z. B. bei der Spannbandbrücke am Triftgletscher (Abb. 58; siehe auch S. 102f.). Hierbei erhält das Spannband durch die schräg nach unten führende Unterspannung nicht nur mehr Gewicht, sondern auch mehr Kraft und bekommt dadurch eine erhöhte Steifigkeit. Bei steigender Last wird die Kraft über die Unterspannung sukzessive abgebaut, während sie 57 b im Spannband nur unterproportional ansteigt. Sobald auf die Unterspannung keine Kräfte mehr einwirken, trägt das Spannband die Lasten wieder herkömmlich ab, nur mit geringeren Verformungen (Abb. 57). Mit derartigen Systemen lassen sich interessante und auch sehr wirtschaftliche Konstruktionen für große Spannweiten entwickeln, es dürfen jedoch keine zu hohen Anforderungen bezüglich Verformung und Steigung gestellt werden. Oft helfen Geländerkonstruktionen, die durch Reibung zur Dämpfung beitragen, oder dämpfend gelagerte Überbauplatten, das Schwingungsverhalten der Brücke zu verbessern. Denn es sollte in jedem 58
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