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Brücken - Referat
1. natürliche Brücken
1.1 Delicate Arch
Der Delicate Arch (Höhe: 14 Meter) ist eine alleinstehende, sehr bekannte
Naturbrücke im Arches National Park in Utah/USA
1.2 Island Archway
Der Island Archway (Archway = Brückenbogen) war ein 25 Meter hohes, natürlich entstandenes Felsentor, das vor Loch Ard Gorge, einer Bucht an der Südküste Victorias in Australien lag. Das Tor stürzte am 10. Juni 2009 ein.
1.3 Tian Long North Bridge-China
Tian Long North Bridge-China in der Provinz Chongqing, etwa 13 km nördlich der Stadt Wulong im Wulong Karst Geopark,
Spannweite: 37 m; Lichte Höhe: 95 m
2. Warum waren Römer als Brückenbauer bekannt?
Die Römer waren die ersten bedeutenden Brückenbauer der Welt. Sie waren in der Antike das Volk mit der größten Erfahrung im Ingenieurbau,insbesondere im Festungs-und Brückenbau.Hier wird vor allem Cäsar erwähnt,damals Statthalter der römischen Provinz Gallien, der im Jahre 55 v.Chr. bei einem Feldzug am Rhein angekommen, durch seine Soldaten in nur 10 Tagen eine Pionierbrücke über den Fluß bauen ließ.
Fest steht, dass Caesars Brücke eine Pfahljochkonstruktion war. Caesars Pioniere begannen mit dem Bau, indem sie mit Hilfe einer auf einem Floß montierten fistuca, eines Rammgewichtes, schräg geneigte Pfahlpaare in den Grund des Flusses trieben. Diese sich jeweils gegenüber stehenden Pfahlpaare verbanden sie dann mit horizontalen Querbalken zu Jochen. Die Joche verbanden sie mit Längsbalken, die sie mit Brettern abdeckten.
Die ersten römischen Holzbrücken stützten sich auf ins Flußbett gerammte Holzpfähle, die als Unterkonstuktion für Aufbauten aus Baumstämmen oder Balken dienten und so die Überbrückung breiter Gewässer erlaubten.
Ein Fortschritt beim Bau der hölzernen Brücken war die Benutzung von Steinen als Auflagefläche. In späterer Zeit wurden die Stützpfeiler aus großen Steinquadern gesetzt, wobei man die Fundamente direkt auf den gewachsenen Fels des Flußbettes gründete, oder man rammte (wenn dieses Verfahren nicht anwendbar war) Holzpfähle mit eisernen Pfahlschuhen als Fundamente in das Flußbett.
Um nicht zu viele Pfeiler setzen zu müssen, wagten sich römische Brückenbauer an Bogenöffnungen bis nahezu 50 m Breite, die durch die Entwicklung und Verfeinerung der Gewölbetechnik möglich wurden.
Lassen sich bei einer Reihe frührömischer Brücken und Aquädukte noch zahlreiche Steinvorsprünge erkennen, die als Träger und Auflager des Oberbaus dienten, ergab sich bei den Bauten der spätrömischen Kaiserzeit mit zunehmender Beherrschung der Gewölbetechnik ein anderes Bild.
Seit dem 3. Jahrhundert n. Chr. wurden bei größeren Gewölben (oder auch Kuppelbauten) der Druck dadurch vermindert, daß man das Gewicht des Gewölbesmaterials durch in das Gußmauerwerk eingelassene hohle Tonkrüge herabsetzte. Die erhalten gebliebenen römischen Brücken tragen meist eine gerade verlaufende Straße, die auf einem oder mehreren gewölbten Steinbögen ruht.
Eine Spezialform der römischen Bogenbrücken sind die Aquädukte. Oft hat man diese Bauwerke mit Straßenbrücken kombiniert.
Die Brücken werden nach ihrem Baumaterial oder ihrer Funktion klassifiziert.
Römische Mauerwerkbrücken bestanden zumeist aus Naturstein oder Ziegel. Die Ausführung geschah in den meisten Fällen als Bogenbrücke
Brücke von Misis/Türkei
Holz-und Steinpfeilerbrücken
Bei Holzbrücken bestehen alle Brückenteile aus Holz. Als Steinpfeilerbrücken bezeichnet man solche Konstruktionen, bei denen ein hölzerner Oberbau auf Steinpfeilern ruht. Im römischen Brückenbau diente Stein häufig lediglich als Blendwerk und der Pfeilerkern bestand aus römischem Beton.
Caesars Rheinbrücken nahe Koblenz
Römerbrücke /Mosel /Trier
Pontonbrücken
Alternativ zur Einrichtung eines Fährdienstes verwendete die römische Armee – neben Pfahljochbrücken – bei Flussüberquerungen oft Pontonbrücken. Diese bestanden gewöhnlich aus miteinander verzurrten Booten, deren Buge gegen die Strömung zeigten
Aquäduktbrücken
Valens-Aquädukt /Türkei
3. Vor- und Nachteile von Baustoffen für Brücken
3.1 Holz
Ursprünglich ist der Baustoff Holz der erste,der im Brückenbau eingesetzt wurde.Heute wird er in erster Linie bei Fußgängerbrücken und kleinen Übergängen eingesetzt. Es gibt mittlerweile andere Materialien, die eine Brücke wesentlich stabiler und standfester machen.Welche Holzart verwendet wird, spielt auch eine wichtige Rolle. Adäquate Holzarten für Konstruktionsteile sind Kiefer, Lärche, Eiche und Fichte.
Vorteile:
niedriges Eigengewicht
Brückenkonstruktionen, die zumindest teilweise aus Holz sind, gelten als besonders schön oder sehr ansehnlich.
relativ lange Haltbarkeit,evtl. mehrere hundert Jahre
regionale Wertschöpfung
Nachteile:
Stabilität und Standfestigkeit ist gegenüber anderen Brückenbaumaterialien wesemtlich geringer
3.2 Beton
Beton ist ein künstlicher Stein, der aus einem Gemisch von Zement, Gesteinskörnung (Sand und Kies ) und Wasser hergestellt wird, das sich infolge einer chemischen Reaktion verfestigt
Beton kann außerdem Betonzusatzstoffe und Zusatzmittel enthalten.
Vorteile:
läßt sich flüssig in jede Form (Schalung) gießen l
ergibt nach Aushärtung einen gut auf Druck beanspruchbaren künstlichen Stein
Nachteile:
Beton ist nur in der Lage, große Druckkräfte und nur geringe Zugkräfte aufzunehmen weshalb er vor allem bei den Bogenbrücken verwendet wird.
3.3 Stahl
Stahl gehört zu den modernsten Brückenbaumaterialen. Deshalb wird Stahl vor allem in Form von Seilen,Profilen oder Blechen gebraucht.
Vorteile:
Sowohl Druck- als auch Zugkräfte können Stahlbaukonstruktionen optimal auffangen.
Nachteile:
Rostanfälligkeit. Korrosionsschutzbeschichtungen werden erforderlich und führen zu einem hohen Unterhaltungsaufwand, der wiederum kostenintensiv ist.
3.4 Stahlbeton
Stahlbeton vereint die Vorteile von Beton und Stahl.Es gibt mehrere Arten von Stahlbeton:
Bei normalem Stahlbeton wird in eine Schalung die Bewehrung eingebaut und diese dann mit Beton ausgegossen.
Andererseits wird Spannbeton bei Spannbetonbrücken ab Stützweiten von mehr als 10 m bis 25 m verwendet. Hierbei wird ein Teil der Bewehrung, der Spannstahl, vorbelastet (gespannt). Dadurch ergibt sich eine Druckspannung im Beton:
Vorteile:
Beton umschließt den Stahl und schützt diesen so vor Korrosion.
Der Stahl bringt seine Zugfestigkeit in diese Verbindung mit ein, die nur möglich ist, weil beide Stoffe einen sehr ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten haben.
Druckspannung des Stahlbetons verhindert Rissbildung des Betons und somit größere Durchbiegungen.
Spannstahl ermöglicht niedrigere Bauhöhen der Brückenträger.
Nachteile:
kostenintensiv, trotzdem zweckmäßigstes Material
4. Ursachen für den Einsturz der „Tacoma Narrow Bridge
Die Tacoma-Brücke überspannte eine Meeresenge bei der Stadt Tacoma im Bundesstaat Washington der USA.
Ursachen
Bald nach der Eröffnung beobachtete man schon bei leichtem Wind ein Vibrieren. Am 7. November 1940 begann der Mittelteil der Brücke bei nicht allzu starkem Wind zu schwingen
Bei einer Windgeschwindigkeit von 60 km/h führte der Mittelteil der Brücke Auf- und Abschwingungen mit einer Frequenz von 0,6 Hz und einer Schwingungsweite von 0,5 m aus. Dann setzte eine Drehschwingung mit einer Frequenz von 0,2 Hz ein. Zeitweise war der linke Gehweg 8,5 m höher als der rechte und umgekehrt. Der Wind hatte die Brücke zu Schwingungen in ihrer Eigenfrequenz angeregt. Der gleichmäßige Wind verursachte immer stärkere Schwingungen und bewirkte so die Katastrophe.
Folgen
Die Brücke wurde in gleicher Bauweise neu errichtet. Jedoch versteifte man die Konstruktion und änderte so die Eigenfrequenz. Normale Windstärken können ihr jetzt nichts mehr anhaben.
Eine Folge dieses Brückeneinsturzes war, dass heute alle Hängebrücken vor ihrem Bau als Modell im Windkanal getestet werden.
Man spricht von einer Resonanzkatastrophe, weil solche Schwingungen in der Eigenfrequenz auch durch Resonanz angeregt werden können, etwa durch im Gleichschritt laufende Menschen.
5. Bionische Aspekte - Bauten und ihre Vorbilder
5.1 „Sydney Opera House“
Standort: Sydney, Australien
Architekt: Jørn Utzon, Dänemark
Bauzeit: 1959 – 1973
Die Oper von Sydney ist eines der bekanntesten und sicher auch schönsten modernen Bauwerke des 20. Jahrhundert.
Die Größe der Grundfläche beträgt 118 x 183 Meter, die Höhe 67 Meter
Der Architekt wurde allerdings 1966 entlassen, weil er das Budget mit etwa 80 Millionen Euro, um das 15 fache überzog und die Bauzeit war etwa doppelt so lange wie ursprünglich veranschlagt
Die Oper von Sydney
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Die Probleme kamen durch die sehr ungewöhnliche Dachkonstruktion bei der die Pläne immer wieder angepasst werden mussten.Nachdem man lange annahm, das es sich bei der Dachkonstruktion um Segel handelte, sagte Utzon später, das er sich die Form bei Orangenschalen abgeschaut hatte Mit den neuen Architekten wurde vor allem beim Innenausbau auf die Kostenbremse getreten.
5.2 „Taipei 101“ - Taipei Financial Center
Standort: Taipei, Hauptstadt von Taiwan
Architekt: C.Y. Lee & Partners/Chefarchitekt Chang Yong Lee
Bauzeit: 1999 – 2004
Der Taipei 101,benannt nach seinen 101 Stockwerken,war bis 2007 mit 508m der höchste Wolkenkratzer der Welt (ohne Antennen oder Masten),
Das Gebäude steht auf einem Fundament aus 9.000 t Stahl und 35.000 t Beton, die auf 557 Betonpfeilern ruhen. Nach oben hin tragen das Gebäude je zwei Säulen an jeder Ecke, 3 m lang und 2,6 m breit. Diese Säulen bestehen aus Stahl (hohl) der innerlich bewehrt und mit Beton gefüllt wurde. Sie reichen bis zur Ebene 67. Höher bestehen die Säulen aus Stahl. Die Steifigkeit der Konstruktion wird durch 16 Quer- und Längsstreben erreicht, die jedem 8. Stockwerk eingezogen sind. Sie bilden ein zweistöckiges Schachbrettmuster mit neun Feldern.
Taiwan ist eine der aktivsten Erdbebenregionen der Welt. Außerdem rasen jährlich bis zu neun Taifune über den Inselstaat. Damit das Gebäude diesen Belastungen widersteht, wurde die Tragstruktur eines Bambusrohres nachempfunden.
Zwischen dem 88. und 92. Stockwerk befindet sich eine 660 Tonnen schwere vergoldete, aus einzelnen Scheiben gefertigte Stahlkugel mit einem Durchmesser von 5,5 m, die mit ölhydraulischen Dämpfungselementen den Schwankungen des Gebäudes entgegenwirkt. Die maximale Beschleunigung bei Stürmen wird durch den Dämpfer etwa halbiert. Aufgehängt an armdicken Stahlseilen ist sie der momentan größte und das einzige der Öffentlichkeit zugängliche Tilgerpendel (Schwingungstilger) der Welt. Zwei weitere Dämpfer mit je 4,5 Tonnen Masse befinden sich in der Antennenkonstruktion. Sie sollen Schwingungen reduzieren, die zu einer Ermüdung der Stahlkonstruktion führen
Taipei World Financial Center
Das pagodenähnliche Design des Gebäudes beruht auf der chinesischen Tradition. So wurde beispielsweise die 8, eine chinesische Glückszahl, immer wieder aufgenommen. Die Baukosten betrugen rund 1,6 Milliarden Euro.
5.3 Münchener Olympiastadion
Standort: München,Deutschland
Architekt: Günter Behnisch, Deutschland
Bauzeit: 1968 – 1972
Münchener Olympiastadion
1972 wurde Behnisch auf einen Schlag mit seinem schwebenden Stadiondach im Münchner Olympiapark international bekannt .Das Dach aus Glas sollte ein Zeichen setzen für ein demokratisches Deutschland und den Geist der Nationalsozialisten mit ihren klotzigen Bauwerken überstrahlen.
Charakteristisch für den Olympiapark ist die Zeltdachkonstruktion, die zur Zeit ihrer Errichtung als eine optische und statische Sensation galt. Die 74.800 m² große, auf 58 Stahlmasten hängende und aus lichtdurchlässigem Plexiglas bestehende Konstruktion überspannt das Olympiastadion, die Olympiahalle und die Olympia-Schwimmhalle. Die sehr leicht wirkende Zeltdachkonstruktion steht symbolisch für das Flüchtige und Wandelbare in unserer Welt. Vorbild für den Entwurf war das Zeltdach für den Deutschen Pavillon bei der Weltausstellung 1967 in Montreal, das nach Plänen von Frei Otto errichtet wurde.
Nach dem Gewinn des Wettbewerbs holte Behnisch & Partner Frei Otto als Berater für die Formfindung ins Team.
Die Konstrukteure aus dem Büro Frei Otto schlugen ein vorgespanntes Seilnetz mit einer darüber liegenden Eindeckung aus Acrylglas vor. An verspannten Masten und Seilen wurden die Dachhaut aus einzelnen Acrylglasplatten als Wetterhaut aufgehängt. In den Innenräumen der Hallen sollte eine unterhalb der Acrylplatten angebrachte dämmende, aber lichtdurchlässige Decke zusätzlich isolieren. Mit dieser aufwendigen, bis dahin noch nicht erprobten Konstruktion wurde aus der Idee des "Schirmes" oder "Zeltes" eines der spektakulärsten technischen Gebilde der neueren Architektur- und Konstruktionsgeschichte,vielleicht einem Spinnennetz vergleichbar. Mit diesen Änderungen im Konzept vervielfachten sich die Kosten: Betrugen die geschätzten Ausgaben für ein Polyesterdach 17 Mio DM, so steigerten sie sich für das Acryldach auf 115 Mio. DM.
6. Quellen
wikipedia.org/wiki/Arches-Nationalpark/Sehenswürdigkeiten (1.1)
http://de.wikipedia.org/wiki/Island_Archway (1.2)
http://www.archhunter.de/html/galerieasien-arches_18.html (1.3)
http://www.antikefan.de/themen/strassen/strassen.html (2.)
http://suite101.de/article/roemische-bruecken-aus-holz-und-st (2.)
http://de.wikipedia.org/wiki/Liste_römischer_Brücken (2.) http://www.brueckenbau.de/informationen/material_beim_brueckenbau/ (3.1 bis 3.4)
http://www.cornelsen.de/physikextra/htdocs/Resonanz.html (4.)
http://www.weltwunder-online.de/neuzeit/sydney-oper.htm (5.1)
http://de.wikipedia.org/wiki/Taipei_101 (5.2)
http://www.akh.de/baukultur/architektur-macht-schule/gebaute-geschichte/besondere-bauten (5.3) http://www.muenchenarchitektur.com/architekturhighlights/sonderbauten (5.3)
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