Weltrekorde machen Brücken leicht vergleichbar: Die eine steht höher, die andere spannt weiter, und eine dritte quert Wasser auf eine Weise, die keine herkömmliche Brücke leisten könnte. Doch der Rekord selbst ist oft nur das sichtbare Ergebnis. Die interessantere ingenieurtechnische Frage lautet, was sich ändert, wenn ein vertrauter Brückentyp auf ein extremes Maß getrieben wird.
Anhand von sieben Weltrekordbrücken zeigt gbc engineers, welche Bedingungen den jeweiligen Entwurf geprägt haben, von Canyon-Wind und Temperaturbewegungen über schwierige Gründungen bis zum Tragverhalten in der Bauphase. Gemeinsam zeigen sie, wie ein extremer Maßstab verschiebt, welches ingenieurtechnische Problem am schwersten wiegt.
Höchste Brücke: Huajiang Grand Canyon Bridge
Die Huajiang Grand Canyon Bridge in Zhenfeng, Guizhou, hält den Guinness-Weltrekord für die höchste Brücke, mit einer Fahrbahn 626,01 m über dem Fluss. Die Hängebrücke ist 2.890 m lang und hat eine Hauptspannweite von 1.420 m.
Neben der Höhe stellt die Brücke noch eine weitere Herausforderung. Sie liegt tief in einem steilen Canyon, in dem das umgebende Gelände den Wind beschleunigen und umlenken kann, bevor er die Fahrbahn erreicht. Standardwindprofile gehen von deutlich einfacherem Gelände aus und können die Verhältnisse an einem solchen Standort daher nicht vollständig beschreiben.
Ingenieurinnen und Ingenieure erfassten das tatsächliche Windfeld mit 3D-LiDAR und kombinierten die Messungen mit Windkanalversuchen. Diese zeigten, dass der ursprüngliche Träger Stabilisierungsbleche benötigte, um die aerodynamische Stabilität zu verbessern.
Foto: Huajiang Grand Canyon Bridge
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Höchste Brücke nach Bauwerkshöhe: Millau Viaduct
Das Millau Viaduct in Südfrankreich hält den Guinness-Weltrekord für die höchste Brücke nach Bauwerkshöhe mit 336,4 m. Es führt die Autobahn A75 über 2.460 m durch das Tal des Tarn, getragen von sieben Betonpfeilern unter einem durchgehenden Stahlüberbau.
Die Höhe der Brücke stellt zwei gegensätzliche Anforderungen. Die Pfeiler brauchen genug Steifigkeit, um dem Wind standzuhalten, doch der Stahlüberbau dehnt sich bei Temperaturänderungen auch aus und zieht sich zusammen. Die Temperaturbewegung kann an jedem Brückenende etwa 0,60 m erreichen.
Jeden Pfeiler extrem steif auszubilden, würde diese Bewegung behindern und zusätzliche Spannungen in die Konstruktion einbringen. Um das zu vermeiden, hielten die Ingenieurinnen und Ingenieure die unteren Pfeilerbereiche groß und steif und teilten die oberen 90 m in zwei schlankere Stützen. Diese Anordnung wahrt die Stabilität und gibt dem Überbau mehr Freiheit für Längsbewegungen.
Foto: Millau Viaduct. Quelle: Vladan Raznatovic/Unsplash
Größte Hängebrücken-Spannweite: 1915 Çanakkale Bridge
Die 1915 Çanakkale Bridge überquert in der Türkei die Dardanellen mit einer Hauptspannweite von 2.023 m, der größten Hängebrücken-Spannweite der Welt.
Bei einer Brücke dieser Größenordnung ist eine der schwierigsten Phasen nicht unbedingt die Zeit nach der Fertigstellung, sondern die Bauphase. Das Tragsystem ändert sich mit jedem hinzugefügten Turmsegment, Kabel oder Brückenabschnitt, sodass sich die Brücke von einer Bauphase zur nächsten sehr unterschiedlich verhalten kann.
Wind-, Temperatur- und Erdbebenlasten wirken auch auf das unfertige Bauwerk. Um diese sich ändernden Bedingungen zu verstehen, modellierten die Ingenieurinnen und Ingenieure 183 Bauphasen vom Errichten der Türme bis zur langfristigen Setzung. TCL- und Python-Skripte halfen, den Modellierungsprozess zu automatisieren und mögliche technische Probleme zu erkennen, bevor sie die Baustelle erreichten.
Foto: 1915 Çanakkale Bridge
Größte Schrägseilbrücken-Spannweite: Changtai Yangtze River Bridge
Die Changtai Yangtze River Bridge in China erstreckt sich über 10,03 km zwischen Changzhou und Taizhou. Die Brücke hat eine Schrägseil-Hauptspannweite von 1.176 m, die größte ihrer Bauart weltweit. Zwei 350 m hohe Pylone tragen die Hauptöffnung.
Temperaturänderungen lassen das lange Stahldeck sich ausdehnen und zusammenziehen. Wird diese Bewegung zu stark behindert, bauen sich innere Kräfte auf. Es braucht daher eine Lösung, die die Bewegung steuert, ohne die Konstruktion zu stark auszusteifen.
Ingenieurinnen und Ingenieure installierten 28 horizontale Carbonfaserkabel zwischen dem Stahlfachwerk und den Pylon-Querriegeln. Carbonfasern sind weniger temperaturempfindlich als Stahl und tragen kaum Gewicht bei, sodass die Kabel die Längsbewegung steuern, ohne dass ein deutlich schwereres Tragsystem nötig wäre.
Foto: Changtai Yangtze River Bridge. Quelle: Xinhua/ The State Council The People's Republic Of China
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Längste Glasbodenbrücke: Huangchuan Three Gorges Glass Bridge
Die Huangchuan Three Gorges Glass Bridge in Qingyuan, Guangdong, ist eine 526,14 m lange Fußgänger-Hängebrücke und hält den Guinness-Weltrekord für die längste Glasbodenbrücke. Sie wurde 2020 in einer Region eröffnet, in der regelmäßig Taifune auftreten.
Die Brücke ist lang und leicht gebaut, weshalb der Wind zu einer wichtigen Bemessungsbedingung wird. Die Ingenieurinnen und Ingenieure nutzten Windkanalversuche und Finite-Elemente-Modelle, um Eigenfrequenzen, Schwingungsformen und die Windgeschwindigkeiten zu untersuchen, die zu instabilen Bewegungen führen können.
Auch die Geländer spielten eine Rolle für das aerodynamische Problem, da ihre Offenheit beeinflusst, wie die Luft um die Fahrbahn strömt. Verschiedene Konfigurationen wurden getestet, und auf beiden Seiten wurden diagonale Windkabel ergänzt, um die seitliche Stabilität zu verbessern.
Foto: Huangchuan Three Gorges Glass Bridge. Quelle: Lianzhou Qingtian Tourism Development Co., Ltd
Längste schwimmende Brücke: Evergreen Point Floating Bridge
Die Evergreen Point Floating Bridge führt die SR 520 zwischen Seattle und Bellevue über den Lake Washington. Der schwimmende Abschnitt ist 2.349,55 m lang, womit die Evergreen Point Floating Bridge die längste schwimmende Brücke der Welt ist. Das Bauwerk nutzt 77 Betonpontons und 58 Anker, um die Brücke zu tragen und in Position zu halten.
Der Rekord ergibt sich unmittelbar aus den Standortbedingungen. Seetiefen von bis zu 65 m und weicher Baugrund machten herkömmliche Gründungen schwierig und teuer. Eine Hängebrücke hätte etwa 192 m hohe Pylone und eine geradere Linienführung erfordert, als die bestehende Trasse zuließ.
Der Entwurf ersetzt herkömmliche Pfeiler daher durch Auftrieb, der einen Großteil der Querung trägt. Das löst das Gründungsproblem, schafft aber einen anderen Bauwerkszustand: Wind und Wellen können die Pontons biegen, vertikal bewegen und verdrehen. Die Brücke muss deshalb als schwimmendes Bauwerk bemessen werden, nicht als eines, das am Seegrund verankert ist.
Foto: Evergreen Point Floating Bridge. Quelle: SounderBruce.
Längste Brücken-Tunnel-Querung über das Meer: Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge
Die Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge bildet eine 55 km lange Verbindung über das Perlflussdelta und ist die längste Brücken-Tunnel-Querung über das Meer der Welt.
In der Nähe des Hong Kong International Airport standen die Ingenieurinnen und Ingenieure vor zwei Anforderungen, die dasselbe Bauwerk nicht erfüllen konnte: Schiffe brauchten Durchfahrtshöhe in den Schifffahrtsrinnen, doch Pylone, die für diese Höhe hoch genug gewesen wären, hätten die Bauhöhenbeschränkungen des Flughafens überschritten.
Teile der Trasse wurden deshalb unter die Schifffahrtsrinnen verlegt, sodass verschiedene Abschnitte der Querung jeweils eine der Bedingungen erfüllen konnten. Die Querung umfasst einen etwa 6,7 km langen Tunnel mit einem 5,664 km langen Absenkabschnitt aus 33 Betonelementen. Zwei künstliche Inseln verbinden den Tunnel mit den Brückenabschnitten.
Das ist eines der deutlichsten Beispiele in diesem Beitrag dafür, dass die Standortbedingungen nicht nur die Abmessungen eines Bauwerks bestimmen, sondern auch die Art der eingesetzten Infrastruktur.
Foto: Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge. Quelle: HZMB.
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Fazit
Diese sieben Weltrekordbrücken erreichen sehr unterschiedliche Extreme, doch das ingenieurtechnische Muster ist ähnlich: Wird ein Brückentyp auf ein extremes Maß getrieben, wird eine Bedingung maßgebend, sei es Wind, Temperaturbewegung, Bauablauf, Gründung oder Standortrandbedingung.
Die ingenieurtechnische Antwort besteht deshalb nicht einfach darin, eine vertraute Brücke größer zu bauen. Zuerst gilt es zu verstehen, welche Bedingung die Bemessung bestimmt, und dann ein Tragsystem, ein Bauverfahren oder eine Kombination von Infrastrukturtypen zu entwickeln, die darauf antwortet.
Häufig gestellte Fragen
Was unterscheidet die höchste Brücke der Welt von der Brücke mit der größten Bauwerkshöhe?
Die höchste Brücke wird anhand des senkrechten Abstands zwischen Fahrbahn und darunterliegendem Boden oder Wasser bestimmt. Die Brücke mit der größten Bauwerkshöhe wird anhand der gesamten Höhe des Bauwerks selbst bestimmt.
Warum brauchen Rekordbrücken unterschiedliche ingenieurtechnische Lösungen?
Extreme Höhe, Spannweite, Geländeform, Wind, Baugrundverhältnisse oder Schifffahrtsanforderungen können ein herkömmliches Brückensystem über seine üblichen Bemessungsbedingungen hinaus beanspruchen. Dann können andere konstruktive Details, Berechnungsmethoden, Bauabläufe oder sogar eine andere Art von Infrastruktur nötig sein.
Welcher Brückentyp kann die größten Hauptspannweiten erreichen?
Hängebrücken erreichen in der Regel die größten Hauptspannweiten, weil die Hauptkabel Lasten effizient zwischen weit auseinanderstehenden Pylonen abtragen können.
Warum sind Bauphasen bei sehr langen Brücken wichtig?
Steifigkeit, Lager und Lastpfade einer Brücke ändern sich, wenn Elemente hinzugefügt werden. Sehr große Brücken werden daher über viele einzelne Bauphasen analysiert, nicht nur im fertigen Zustand.
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