Hohlkasten
Als Hohlkasten oder Hohlkastenträger wird im Bauwesen ein Träger bezeichnet, dessen Querschnittsform einen Hohlraum umschließt. Die Querschnittsform verleiht dem Träger eine große Stabilität, ähnlich einem Rohr. Hohlkastenträger werden für den Überbau von Balkenbrücken, wie auch für den Bogen von Bogenbrücken verwendet, können aber auch für andere Tragwerke genutzt werden.
Eigenschaften
Aufbau
Ein Hohlkasten besteht in seiner einfachsten Form aus einer Bodenplatte, zwei Längsträgern und einer Deckplatte, welche den Hohlraum umschließen. Der Hohlraum hat meist eine rechteckigen oder trapezförmigen Form, kann aber auch dreieckig sein wenn keine Bodenplatte verwendet wird. Boden- und Deckplatte werden auch als Gurte bezeichnet, die Längsträger als Stege. Neben den beiden Stegen, die den Hohlraum nach außen begrenzen, kann der Hohlraum durch zusätzliche innen liegende Stege unterteilt sein. Die einzelnen Hohlräume werden als Zellen bezeichnet. Dementsprechend wird ein Hohlkasten ohne zusätzliche innere Stege als einzellig bezeichnet, ein solcher mit einer Unterteilung als zweizellig und so weiter. Die Innenräume von Hohlkasten sind meistens zu Kontroll- und Wartungszwecken begehbar.
Mechanische Eigenschaften
Die mechanischen Eingeschaften sind vergleichbar mit denen von Rohren. Die Querschnittsform verleiht Hohlkastenträgern eine hohe Steifigkeit, sowohl die Biegung, als auch die Torsion betreffend. Durch die vergleichsweise weit vom Schwerpunkt entfernt liegenden Wände eines Hohlkastens ergibt sich ein großes Biegewiderstandsmoment. Die ringsum geschlossene Wandung ermöglicht zudem ein großes Torsionswiderstandsmoment.
Des weiteren knicken Träger dieser Bauform unter Längsdruck nicht so schnell wie Stäbe mit gleicher Querschnittsfläche, aber kompakterer Querschnittsgeometrie, was auf die geringere Schlankheit bei gleichem Materialeinsatz zurückzuführen ist.
Werkstoffe
Im Brückenbau bestehen heute die meisten Hohlkästen aus Stahlbeton oder Spannbeton, es kommt aber auch geschweißter Baustahl zum Einsatz. Bei Balkenbrücken mit Hohlkasten in Stahlverbundbauweise besteht dieser aus einer Bodenplatte und Stegen aus Baustahl, die mit einer Fahrbahnplatte aus Stahlbeton abgedeckt sind. Die Verbindung der Betonplatte mit den Stahlteilen erfolgt durch Kopfbolzen.
Verwendung
Bei Balkenbrücken kommen ein oder mehrzellige Hohlkastenträger zum Einsatz. Die Deckplatte dient meist als Fahrbahnplatte und kragt oft über die Längsträger hinaus. Der Hohlraum weist oft eine Trapezform auf. Die Auskragung kann durch zusätzliche Druckstreben zwischen Bodenplatte und Auskragung abgestützt sein.
Bei Bogenbrücken kommen häufig Hohlkastenträger aus Stahlbeton für den Bogen zum Einsatz, auf den sich der Fahrbahnträger durch schlanke Säulen abstützt.
Als Beispiel für die Verwendung außerhalb des Brückenbaus sei das Moses-Mabhida-Stadion in Durban genannt, dessen Dach von einem als Bogen gestalteten Hohlkastenträger getragen wird.
Geschichte und Entwicklung
Die ersten Hohlkastenbrücken waren die 1849 gebaute Conwy Railway Bridge und die 1850 gebaute Britanniabrücke in Wales. Bei diesen Brücken verlief die Fahrbahn innerhalb des aus Schmiedeeisenplatten zusammen genieteten Trägers, weshalb die Bauwerke Röhrenbrücken genannt wurden. Der britische Ingenieur Robert Stephenson war mit dem Bau der Brücken beauftragt und zog den Mathematiker Eaton Hodgkinson und den schottischen Schiffsbauingenieur William Fairbairn hinzu. Fairbairn hatte sich bereits zuvor mit dem Tragverhalten und der Optimierung von Querschnitten beschäftigt. Die für die Britanniabrücke gewählte Hohlkastenkonstruktion war deutlich tragfähiger als erwartet, sodass eine zuvor eingeplante Aufhängung des Trägers an Ketten gar nicht notwendig wurde.[1]
Ebenfalls 1850 verwendete Fairbairn erstmalig einen Hohlkastenquerschnitt für einen dampfbetriebenen Hafenkran.[2] Der Hohlkastenträger für den bogenförmigen Kranausleger wurde aus schmiedeeisernen Platten zusammengenietet.
Als erste Brücke der Welt mit Hohlkasten aus Stahl gilt die 1948 fertiggestellte Deutzer Brücke in Köln.[3]
Literatur
- William Fairbairn: Useful information for engineers: Second series. Longman, Green, Longman, and Roberts, 1860 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- Jörg Schlaich, Hartmut Scheef: Beton-Hohlkastenbrücken. IABSE, 1982, ISBN 978-3-85748-032-4 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
Weblinks
Einzelnachweise
- ↑ Bernd Nebel: Die Britannia Brücke. Abgerufen am 10. September 2013.
- ↑ William Fairbairn: Useful Information for Engineers – Second Series. Longmans, London 1860, S. 282 ff.
- ↑ Deutzer Brücke. koeln-magazin.info, abgerufen am 10. September 2013.