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Insofern Brücken als schlanke Bauwerke mit großen Stützweiten berechnet werden, sind genaue Berechnungen der Lagerungsbedingungen unverzichtbar. Brückenlager werden im Stahlbrückenbau von Anfang an eingesetzt.

Die unterschiedlichen Brückenarten werfen unterschiedliche Anforderungen an die Lagerung auf:

• Bei Hängebrücken sind zumeist große Spannweiten gegeben, die Brückenkonstruktionen sind starr und die Pfeiler starr. Durch einseitige Erwärmung oder durch einseitige Belastungen ergeben sich komplexe Lagerbedingungen, bei denen die erforderliche Verdrehbarkeit konstruktiv nicht einfach herzustellen ist. Gleiches gilt für Bogenbrücken großer Stützweite.
• Bohenbrücken mit Stützweiten unter 50 Metern werden im Bereich der Kämpfergelenke häufig durch unbewehrte Betongelenke ausgeführt, die auf Eugène Freyssinet beruhen.
• Weitere Möglichkeiten stellen Elastomerlager mit mittig angeordneten Festhaltedollen dar.
• Insofern die Korrosion nicht zu befürchten ist, werden Gelenke als Stahlkipplager ausgeführt.

Auf ein Bauwerk wirken äußere ständige Lasten, äußere nicht ständige Lasten sowie Zwänge, die daraus resultieren, dass Bewegungen und Verformungen behindert werden.

Auf den Überbau wirken als Zwängungen Temperatur, Schwinden, Vorspannen, Kriechen und Stützensenkungen. Auf den Unterbau wirken Temperatur und Baugrundbewegungen.

Linienlager oder Rollenlager sind in modernen Brückenkonstruktionen weitgehend undenkbar, weil es unzutreffend ist, dass die Verdrehung um die jeweils andere Achse null sei und sich Schäden folglich schnell ergeben. Daraus folgend können sich durch die aktivierten Kräfte in hohen Stützen erhebliche Drehmomente einstellen.

Die Hauptaufgabe einer Brückenkonstruktion stellt die vertikale Lastabtragung dar. Diese wird durch die Lagerart nur bedingt beeinflusst. Wird von einem Pfeiler ausgegangen, der 100 Meter hoch ist bei einer maximalen lotrechten Pressung von 4,5 N/mm2 und einem Elastizitätsmodul von 30000 N/mm2, beträgt die Stauchung des Pfeilers rund 1,5 cm und unter Berücksichtigung des Kriechens rund 4 cm. Ein bewehrtes Elastomerlager müsste eine Dicke von 1,5 Metern haben, um auf ein derartiges Stauchmaß zu kommen, was unrealistisch ist [1].

Hinzu kommt, dass die Verteilung der Stützmomente häufig durch die ständigen Lasten und nicht durch die Verkehrslasten dominiert wird, sodass sich eine Berücksichtigung der Lagerbedingungen nicht auszahlt. Diese zahlt sich aus, wenn sich die Auflagerkräfte wesentlich aus den Verkehrslasten ergeben und die Nachgiebigkeit folglich die Stützmomente reduziert und die Feldmomente erhöht.

Setzungsdifferenzen werden im Bauwesen häufig nicht berücksichtigt, obwohl diese erheblicher sind als Stauchungen von Elastomerlagern.

Wichtig sind im Bereich von Brückenbauwerken die horizontalen Lasten. Horizontalkräfte ergeben sich aus Brems- und Beschleunigungskräften, aus Zwängungen sowie aus horizontalen Komponenten, die die lotrechte Last durch Schiefstellungen oder Verdrehungen des Überbaus bewirkt.

Besonders das Thema Zwängungen ist alles andere als einfach lösbar. Bei Stahlkonstruktionen können Verformungen aus Schrumpfspannungen infolge des Schweißens oder Montageungenauigkeiten zwar abgeschätzt, dann aber auch gemessen werden. Bei Stahlbetonbauten stellen sich die Verformungen aus Schwinden und Kriechen erst allmählich nach 1 bis 2 Jahren ein.

Elementare Grundsätze zur Wahl der Lagerung sind [1]:

• Die Lagerung eines Bauwerks sollte zwängungsarm sein: „Eine zwängungsarme Lagerung eines Bauwerks wird erreicht, wenn nur ein festes Lager, ein einseitig bewegliches Lager mit Bewegungsrichtung zum festen Lager und im Übrigen nur allseitig bewegliche Lager vorgesehen werden“ [1].
• Statische Berechnungen sollten stets auf der sicheren Seite liegen: Dies betrifft die Beurteilung der statistischen Verteilung der Widerstandswerte.
• Die geometrischen und kinematischen Gegebenheiten müssen berücksichtigt werden.
• Die rechnerischen Bauwerksverformungen bei einfachen Einwirkungen können in voller Größe auftreten: „Werden Schnittgrößen aufgrund von Bauwerksverformungen unter einfachen Lasten ermittelt, so ist die Sicherheit durch den Abstand zu den Widerstandsschnittgrößen gegeben. Ist die Verformung selbst Bemessungsgröße, wie beim Verschiebeweg von beweglichen Lagern und beim Kippwinkel von Topflagern, so müssten konsequenterweise Sicherheitszuschläge zu diesen Verformungswerten berücksichtigt werden“ [1].
• Hochwertige Lager funktionieren nur bei ordnungsgemäßem Einbau. Lager sind Bauteile, die einer Kontrolle und Wartung bedürfen. Moderne Lager sind in der Folge als Verschleißteile zu betrachten.

Dynamische Einwirkungen, also Schwingungen, können bei Brückenkonstruktionen erhebliche Ausmaße ausmachen. Federelemente bewirken die Reduzierung von mechanischen Erschütterungen, die Reduzierung von Körperschallübertragungen sowie den Ausgleich von Baugrundsetzungen. Eingesetzt werden Stahlfederelemente, Dämpfer oder Schwingungstilger.

Lager und Auflager im Bauwesen

Elastomerlager im Bauwesen

Literatur:

[1] Tobias Block, Helmut Eggert, Wolfgang Kauschke: „Lager im Bauwesen“, Ernst und Sohn Verlag, Hoboken 2013