Fußgängerbrücke aus Stahl: Allgemeine Informationen, Typen und Konstruktionsvariationen

Einführung

Fußgängerbrücken werden in der Regel gebaut, wenn ein separater Weg für Fußgänger benötigt wird, um ein Hindernis zu Fuß zu überwinden (sei es ein Verkehrsfluss oder ein natürliches Hindernis wie ein Fluss oder eine Schlucht). Im Vergleich zu Eisenbahn- oder Autobahnbrücken sind diese Bauwerke in der Regel relativ leicht, sowohl in Bezug auf die Gesamtlast, die sie tragen, als auch in Bezug auf ihre eigene Höhe.

Gleichzeitig haben Fußgängerbrücken in der Regel eine recht große Spannweite, wodurch eine bestimmte Steifigkeitsschwelle für das Bauwerk entsteht, die auf jeden Fall eingehalten werden muss. Außerdem befinden sich die meisten dieser Brücken oft im Blickfeld der Öffentlichkeit, so dass die visuelle Ästhetik viel wichtiger ist als bei anderen Brückentypen. Dies sind nur einige von vielen Beispielen dafür, warum Stahl in den meisten Fällen für Fußgängerbrücken verwendet wird – denn Stahl bietet eine Kombination aus optischer Attraktivität und vielen anderen oben genannten Faktoren, die notwendig sind, damit eine Fußgängerbrücke aus Stahl ihr Optimum erreicht.

Fußgängerbrücken aus Stahl: Bauformen und andere Details

Der normale Prozess der Bereitstellung eines Entwurfs für ein Bauwerk beinhaltet in der Regel, dass das Entwurfsdokument den übrigen vertragsbezogenen Informationen für die Bieter beigefügt wird, wenn es um die Entscheidung über die Gesamtpreisgestaltung geht. Es ist jedoch auch relativ häufig der Fall, dass der detaillierte Entwurf einer Fußgängerbrücke in einem von den Herstellern selbst bereitgestellten Entwurfs- und Konstruktionspaket enthalten ist, das sich in der Regel auf die Fähigkeiten und Methoden des betreffenden Herstellers konzentriert.

Aber auch wenn ein solches Paket vom Hersteller zur Verfügung gestellt wird, muss der Ingenieur, der das Bauprojekt überwacht, mit dem Bauprozess für die verschiedenen Brückentypen vertraut sein und die Vor- und Nachteile der einzelnen Typen kennen. Dieses spezielle Thema wird weiter unten ausführlicher behandelt.

Es gibt einige Standards von normalen Brücken, die auch für Fußgängerbrücken gelten, z.B. dass sie lang genug sind, um das Hindernis zu überwinden, oder dass sie hoch genug sind, um das Objekt, über das die Brücke führt (den Verkehr usw.), nicht zu beeinträchtigen. Gleichzeitig müssen Fußgängerbrücken aus Stahl keine sanfte horizontale Ausrichtung für die Zufahrtswege der betreffenden Brücke aufweisen – was die strukturelle Kontinuität für diesen Brückentyp etwas weniger häufig macht.

Es besteht jedoch die Notwendigkeit, spezielle Zugänge für bestimmte Personengruppen einzurichten – sei es für Radfahrer oder für Menschen in Rollstühlen. Dies macht es erforderlich, dass Zugangsrampen in den Entwurf aufgenommen werden, wobei diese Rampen auch einen maximalen Winkel haben, in dem sie angelegt werden können, damit sie überhaupt benutzt werden können. Es ist durchaus üblich, dass die gesamte Bauweise geändert wird, je nachdem, ob Zufahrtsrampen und andere ähnliche Ergänzungen erforderlich sind.

Die Grundbreite einer Fußgängerbrücke ist in den meisten Fällen eher gering. Sie reicht gerade aus, damit Fußgänger die Brücke in beiden Richtungen ungehindert überqueren können. Aber auch das kann sich ändern, denn es gibt Brücken, die versuchen, Radfahrer- und Fußgängerwege voneinander zu trennen, wodurch die Gesamtbreite einer Brücke viel größer als normal werden kann. Brüstungen sind auch aus allgemeinen Sicherheitsgründen bei allen Brückentypen sehr zu empfehlen.

Es stimmt zwar, dass der größte Eindruck einer Fußgängerbrücke durch ihre Bauweise entsteht, aber es gibt auch viele verschiedene dekorative Elemente, die keinerlei strukturelle Bedeutung haben – Geländer, Brüstungen und so weiter. Das bedeutet jedoch nicht, dass alle möglichen Dekorationsarten an einer Brücke angebracht werden können, da dies die Struktur selbst in irgendeiner Weise beeinträchtigen könnte.

Daher sollten Sie sich vorher genau über die Form und das Muster der Dekoration informieren, sei es für Geländer, Pfosten oder andere Elemente einer Brücke. Es ist auch möglich, einige Strukturelemente einer Fußgänger-Stahlbrücke als Dekoration zu verwenden, wie z.B. die Verlängerung eines Schrägseilpylons als Spitze über der höchsten Verbindung in einem Bauwerk.

Im Zusammenhang mit Fußgänger-Stahlbrücken sollte auch der Aspekt des Wahrzeichens berücksichtigt werden, denn eine Brücke, die sich an einem wichtigen oder prominenten Ort befindet, hat einen viel größeren Druck, ein „Wahrzeichen“ zu sein, was bedeutet, dass mehr Wert auf ein außergewöhnliches Erscheinungsbild als auf Stabilität und Effektivität gelegt wird. In diesen besonderen Fällen ist ein leichter Verlust an Effizienz im Austausch für ein gut ausgeführtes Design akzeptabel.

Apropos Design: Brüstungen werden ebenfalls viel mehr Aufmerksamkeit geschenkt als andere Brückenelemente, wenn es um ungewöhnliches und innovatives Design geht, vor allem wenn die Brücke selbst nicht zum Überqueren einer Bahnlinie oder einer Straße dient (mehr Freiheit bei der Gestaltung von Brüstungen, da weniger Wert darauf gelegt wird, dass die besagte Brüstung in erster Linie als Schutzmaßnahme dient.

Einfriedungen hingegen werden ebenfalls als Teil des Gesamtdesigns einer Fußgängerbrücke behandelt, obwohl sie einen eher praktischen Zweck erfüllen. Eine Einfriedung an den Seiten einer Fußgängerbrücke ist zum Beispiel eine Anforderung für Brücken, die über Bahnlinien führen. Dies geschieht, um zu verhindern, dass verschiedene Gegenstände auf die erwähnten Bahnlinien geschleudert werden.

Relativ häufig werden auch vollständige Überdachungen verwendet, deren einziger Zweck es ist, die Fußgänger vor der Umgebung zu schützen – seien es die Bahngleise oder eine andere Form von potenziell schädlichen Auswirkungen für die Umstehenden. Es stimmt zwar, dass die meisten Fußgängerbrückentypen in irgendeiner Weise eingehaust werden können, aber Warren-Fachwerk- und Vierendeel-Trägerbrücken eignen sich aufgrund ihres bereits vorhandenen Rahmens über der Brücke selbst am besten dafür.

Es gibt verschiedene Ansätze für die Gestaltung von Fußgängerbrücken, darunter:

• Balkenbrücke aus Verbundwerkstoff;
• Warren truss/Vierendeel-Trägerbrücke;
• Stahlträger/Stahlkastenbrücke;
• Schrägseilbrücke.

Balkenbrücken aus Verbundwerkstoff

Es gibt eine spezielle Form einer Autobahnbrücke, die als „Verbundkonstruktion“ bezeichnet wird. Dabei werden mehrere Träger verwendet, um eine tragende Struktur für die betreffende Brücke zu bilden, die sowohl den Brückenboden als auch den oberen Flansch aus Betonplatten hat. Verbundträgerbrücken werden auf sehr ähnliche Weise erstellt, wobei Stahlträger und Betonplatten verwendet werden, um Fußgängerbrücken mit mittleren Brückenlängen zu schaffen. Es ist auch erwähnenswert, dass Betonplatten nicht ausschließlich für Verbundträgerbrücken geeignet sind, da sie in einigen Fällen auch für Stahlkastenträgerbrücken verwendet werden können.

Warren-Fachwerk und Vierendeel-Trägerbrücken

Beide Methoden bieten eine Konstruktion, die sowohl leicht als auch wirtschaftlich ist und sich hervorragend für mittlere und lange Fußgängerbrücken eignet. Da jedes einzelne Brückenelement recht schlank sein kann, werden bei dieser Bauweise häufig Hohlprofile verwendet. Hohlprofile werden seit mehr als einem halben Jahrzehnt eingesetzt und haben sich ihren Ruf als eine der zuverlässigsten und effizientesten Varianten von Fußgängerbrücken erworben, die es gibt.

Die Popularität von Hohlprofilen ist so groß, dass es einen ganzen Markt von Stahlherstellern gibt, die sich auf diese besondere Form der Konstruktion spezialisiert haben. Sie bieten verschiedene Elemente für Stahlkonstruktionen an und investieren in die Entwicklung neuer Methoden und Ansätze, die für diese Hohlprofile verwendet werden können.

Der Titel dieser Konstruktionsform verweist auf zwei verschiedene Brückentypen – Warren-Fachwerk und Vierendeel-Träger. Der Grund, warum in der obigen Erklärung keiner dieser beiden Namen vorkommt, ist, dass sie in ihrer Bauweise recht ähnlich sind. Der größte Unterschied besteht darin, dass bei Warren-Fachwerkbrücken Fachwerke verwendet werden, um dreieckige Elemente anzuordnen, während Vierendeel-Trägerbrücken mit ihren Hohlkörperelementen rechteckige Formen erzeugen.

Beide Brückenformen können entweder im Halbdurchgangs- oder im Durchgangsbauverfahren erstellt werden. Erstere wird meist für kleinere Brückenspannweiten mit relativ geringer Länge verwendet, während sich letztere eher für größere Brücken oder für Brücken eignet, die eine vollständige Überdachung für Fußgänger erfordern (in diesem Fall sind die Obergurte der Stahlformen in erheblichem Abstand über der Kopfhöhe der Fußgänger miteinander verbunden).

Schrägseilbrücken

Auch wenn Fußgängerbrücken bereits viel leichter sind als ihre regulären Gegenstücke, gibt es immer einen Wettlauf, eine Brücke mit so wenig optischem Durcheinander wie möglich zu schaffen. Schrägseilbrücken sind eine Lösung für dieses Problem. Sie stützen sich auf Seile, um eine Vielzahl verschiedener Brückenvarianten zu ermöglichen, und die relativ einfache Idee, die hinter dieser Option steht, macht es einfacher, dass Schrägseilbrücken bei Bedarf zu visuellen Landmarken werden.

Stahlträger- und Stahlkastenträgerbrücken

Was die Träger betrifft, so ist die Verwendung eines Paares von Trägern, die zu Stabilitätszwecken miteinander verbunden sind, eine der einfachsten Methoden, Baustahl für den Bau von Fußgängerbrücken zu verwenden. Ein solches Brückenfundament kann einen Boden aus Holz oder Stahl in Form von Platten oder Fertigteilen haben. Genau so wird eine normale Fußgängerbrücke mit Stahlträgern gebaut.

Alternativ ist es auch möglich, mehrere Träger zu verwenden, um eine Art Kasten zu bilden. Der obere Flansch dieses Kastens dient als Boden der Brücke und die Konstruktion selbst wird als „Stahlkastenträgerbrücke“ bezeichnet. Die Konstruktion selbst wird als „Stahlkastenträgerbrücke“ bezeichnet. Sie verfügt über eine hohe Torsionssteifigkeit und saubere Außenflächen, was sich positiv auf die Stützvorrichtungen und die Wartungskosten auswirkt.

Entwurf einer Fußgänger-Stahlbrücke

Eine allgemeine Anordnung einer Fußgänger-Stahlbrücke umfasst eine Vielzahl verschiedener Teile und Elemente, wie z.B.:

• Zugang und Sicherheit;
• Spannweite;
• Freigabe;
• Rampen/Treppen;
• Dienstleistungen;
• Bauart.

Zugang und Sicherheit

Es stimmt zwar, dass es verschiedene Standards für die Breite und den Zugang zu Stahlbrücken gibt, aber es wird dringend empfohlen, den gesamten Prozess der Konzeption einer Fußgängerbrücke aus Stahl damit zu beginnen, die spezifischen Brückenabmessungen unter Berücksichtigung von Sicherheit und Zugänglichkeit zu ermitteln.

Die Mindestbreite einer regulären Fußgängerbrücke aus Stahl beträgt in der Regel 2 Meter oder mehr. Die einzige Ausnahme bilden Fußgängerbrücken, die mit einem Bahnhof verbunden sind. Zu den weiteren Spezifikationen gehören 1,5 Meter hohe Brüstungen über Eisenbahnen (1,15 Meter über normalen Straßen, bis zu 1,8 Meter in Bereichen, die anfällig für Vandalismus sind), 3,5 Meter Brückenbreite oder mehr, wenn der Verkehr sowohl Fußgänger als auch Radfahrer umfasst (mit einer sauberen Form der Trennung zwischen beiden, sei es durch eine Trennlinie, ein anderes Bodenmaterial oder einen Farbkontrast) und mehr.

Jede dieser Dimensionen wird durch eine Art von Norm geregelt, und wir werden diese Normen später in diesem Artikel besprechen.

Spannweite

Das Hauptziel jeder Fußgängerbrücke besteht darin, ein bestimmtes Hindernis zu überwinden, und die dafür erforderliche Breite wird manchmal als Mindestspannweite einer solchen Brücke betrachtet. Handelt es sich bei dem fraglichen Hindernis jedoch um eine Art fahrendes Fahrzeug, dann kann die Mindestspannweite der Brücke vergrößert werden, damit die künftige Brücke weit genug von Schienen oder Fahrbahnen entfernt ist, so dass die Brücke nicht durch einen möglichen Aufprall eines entgleisten Zuges oder eines irren Fahrzeugs beeinträchtigt wird.

Wenn wir speziell über Fahrbahnen sprechen, dann sollte der Abstand zwischen dem Rand der Fahrbahn und dem Beginn der Tragkonstruktion einer Brücke mindestens 4,5 Meter betragen. Der Grund dafür ist ein ähnlicher wie der vorhergehende – damit die Stützen der Brücke nicht durch die Aufprallkraft eines möglicherweise auffahrenden Fahrzeugs beeinträchtigt werden. Es wird auch nicht empfohlen, Stützen zwischen den Fahrbahnen zu errichten.

Einige Bauwerke gehen sogar noch weiter als diese Sicherheitsvorkehrungen. Wenn die betreffende Brücke beispielsweise über Eisenbahnschienen gebaut wird und die Stützen der Brücke näher als 4,5 Meter an der nächstgelegenen Schiene platziert sind, muss die Brücke selbst in der Lage sein, den Verlust einer ihrer Stützen zu verkraften, ohne einzustürzen.

Durchfahrtshöhe

Die minimale Durchgangshöhe für eine Fußgängerbrücke hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab. Die minimale Durchfahrtshöhe von 5,7 Metern wird allgemein als Standard für Fußgängerbrücken über Autobahnen akzeptiert. Für Eisenbahnen gibt es jedoch keine vergleichbare Norm, da sie je nach Art des Zuges, der die besagte Bahnstrecke benutzt, und der „Kategorie“ der betreffenden Strecke stark variieren kann.

Wenn der Zugang zur Fußgängerbrücke von der Gleisebene, dem so genannten Bodenniveau, aus erfolgt, muss die betreffende Brücke noch höher sein, wobei die lichte Höhe mit der Tiefe des Überbaus kombiniert wird. Dadurch entstehen längere Rampen und größere, tiefe Blechträger oder andere tragende Elemente der Brücken – was insgesamt zu viel längeren und höheren Bauwerken führt. Deshalb ist die Halbdurchgangskonstruktion mit geringer Tiefe die bevorzugte Methode, um diese Art von Fußgänger-Stahlbrücken zu bauen.

Dienstleistungen

Es ist nicht ungewöhnlich, dass auf einer Brücke Versorgungsleitungen verlegt werden – Stromkabel und Wasserleitungen sind zwei der bekanntesten Beispiele. Diese Leitungen sollten für das bloße Auge unsichtbar verlegt werden – zum Beispiel zwischen den Hauptbalken. Aus Sicherheitsgründen wird dringend davon abgeraten, Wasser- oder Gasleitungen innerhalb eines Hohlkastens zu verlegen. Andere Arten von Leitungen müssen in einer Art Kanal verlegt werden, damit es einfacher ist, Wartungsarbeiten an diesen speziellen Kabeln oder anderen Elementen durchzuführen, ohne den Hohlkastenträger selbst zu betreten.

Bautypen

Brückenkonstruktionen können sehr unterschiedlich sein, und die Bautiefe ist einer von vielen Parametern, die von der gewählten Fußgängerbrücken-Konstruktion beeinflusst werden. Es ist ziemlich schwierig, eine spezifische Kennzahl zur Unterscheidung der verschiedenen Konstruktionsarten zu finden, und die nächstliegende Kennzahl, die wir nehmen können, ist die Spannweite der Brücke.

Hier sind einige Beispiele für ungefähre Brückenspannweiten, die für jede Brückenvariante geeignet sind:

• Warren-Fachwerk – von 15 bis 60 Meter
• Zusammengesetzter Strahl – von 10 bis 50 Meter
• Schrägseilbahn – ab 40 Meter und höher
• Vierendeel-Träger – von 15 bis 45 Meter
• Aufhängung – ab 70 Meter und höher
• Bögen – ab 25 Meter und höher
• Stahlkastenträger – von 20 bis 60 Meter
• Zwillingsstahlträger – von 10 bis 25 Metern
• Stahlträger mit Stahlbodenplatten – von 10 bis 30 Metern

Normen und Konstruktionsvorschriften für Fußgängerbrücken

Wie jedes andere Bauwerk dieser Größenordnung wird auch der Bau von Fußgängerbrücken durch eine Reihe von Normen geregelt, die von der geografischen Lage des Bauwerks abhängen. In der Europäischen Union gibt es zum Beispiel eine Reihe von Normen, die sogenannten Eurocodes, die für die Planung und den Bau vieler verschiedener Bauwerke gelten.

Für Fußgängerbrücken gelten daher die folgenden Vorschriften (Teile):

• BS EN 1990 Eurocode
• BS EN 1991 Eurocode 1: Actions on structures
• BS EN 1992 Eurocode 2: Design of concrete structures
• BS EN 1993 Eurocode 3: Design of steel structures
• BS EN 1994 Eurocode 4: Design of composite steel and concrete structures

Es gibt auch Vorschriften, die sich oft überschneiden oder sich gegenseitig ergänzen. So gibt es z.B. eine Reihe von Sicherheitsvorschriften, die BS 5395-1, aber diese Anforderungen werden bis zu einem gewissen Grad durch die Normen der einzelnen Ministerien für Fußgängerbrücken modifiziert – DMRB CD 353 und 377 für allgemeine Entwurfskriterien, CD 127 für Durchfahrtshöhen und Straßenabschnitte und so weiter.

Für Eisenbahnbrücken gelten ebenfalls eigene Normen, wie z.B. die vom Rail Safety and Standards Board veröffentlichte GCGN5612. Auch für Hohlprofilverbindungen gibt es eigene Normen – Eurocode 3, Teile 1 bis 8. Zwei der wichtigsten Prüfungen für Hohlprofile sind die Biegung der Wände und die Angemessenheit der Schweißnähte in den Verbindungen.

Ein großer Teil des Eurocode 3 befasst sich auch damit, wie Schrägseilbrücken erstellt und genormt werden, z. B. die Konstruktion von Zugkomponenten – Stäbe, Drahtseile usw. Es gibt auch Bereiche wie Verankerungen, die nicht speziell erwähnt werden, aber dennoch von den allgemeinen Eurocode 3-Regeln abgedeckt werden.

Die gleiche Logik gilt für Verbundträgerbrücken – sie werden nicht als eigene Brückenvariante behandelt, aber es gibt eine Menge Material über Autobahnbrücken aus Verbundwerkstoffen und deren Entwurf, das vom Steel Construction Institute veröffentlicht wurde, Teile 356, 357 und 393.

Es gibt auch einige andere Praktiken, die auf den Stahlbrückenbau als Oberbegriff angewandt werden, wie z.B. die Guidance Notes, die als SCI-Veröffentlichung mit der Nummer P185 herausgegeben werden.

Fazit

Der Entwurf von Fußgängerbrücken aus Stahl ist oft recht kompliziert, da es viele verschiedene Faktoren zu berücksichtigen gilt, von gesetzlichen Vorschriften bis hin zu Sicherheits- und Effizienzfaktoren. Dieser Artikel behandelte eine Vielzahl verschiedener Ansätze für die Gestaltung von Fußgänger-Stahlbrücken sowie eine Vielzahl von Vorschriften, die diesen speziellen Zweig des Brückenbaus als Markt abdecken.