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Materialien für den Brückenbau

Materialien für den Brückenbau

Steine, Holz, Beton und Stahl sind die traditionellen Materialien, die für den Brückenbau verwendet werden. In der Anfangszeit wurden Holz und Steine für den Bau verwendet, da sie direkt aus der Natur stammen und leicht verfügbar sind.

Ziegel wurde als Untergruppenbaumaterial zusammen mit Steinbau verwendet. Steine als Baumaterialien waren wegen ihrer dauerhaften Eigenschaften sehr beliebt. Viele historische Brücken aus Steinen sind noch heute als Symbol vergangener Baukultur präsent.

Aber einige der Holzbrücke wurden weggespült oder sind in der Phase der Degradation aufgrund ihrer Exposition gegenüber den Umweltbedingungen.

Im Laufe der Zeit hat sich die Brückenkonstruktion in Bezug auf die für den Bau verwendeten Materialien stärker entwickelt als auf der Grundlage der Brückentechnologie.

Beton und Stahl sind künstliche Veredelungsmaterialien. Die Brückenkonstruktion mit diesen künstlichen Materialien kann als zweite Periode des Brückenbaus bezeichnet werden. Dies war somit der Beginn der modernen Brückenbautechnik.

Moderne Brücken bestehen aus Beton oder Stahl oder in Kombination. Verschiedene andere innovative Materialien werden entwickelt, damit sie gut zu den Brückenterminologien passen.

Die Einarbeitung von Fasern, die in die Kategorie der hochfesten Verstärkungsmaterialien fallen, wird jetzt für den Bau von Brücken eingearbeitet. Diese Materialien werden auch verwendet, um die bestehenden Brücken zu verstärken.

Steine für den Brückenbau

Lange Zeit in der Geschichte wurde der Stein in und als eine einzige Form verwendet. Sie werden hauptsächlich in Form von Bögen verwendet. Dies liegt daran, dass sie eine höhere Druckfestigkeit besitzen.

Die Verwendung von Steinen ermöglichte es den Ingenieuren, Brücken zu bauen, die ästhetisch ansprechend und langlebig sind.

Wenn man die Geschichte des Brückenbaus mit Steinen betrachtet, waren die Römer die größten Brückenbauer mit Steinen. Sie hatten eine klare Vorstellung und ein klares Verständnis der Brückenlast, der Geometrie sowie der Materialeigenschaften. Dies führte dazu, dass sie im Vergleich zu anderen Brückenkonstruktionen in dieser Zeit sehr große Spannweiten bauten.

Der Zeitraum war auch für Chinesen wettbewerbsfähig. China hatte auch eine große Brücke namens berühmte Zhuzhou-Brücke entwickelt. Die Zhuzhou-Brücke ist die weltweit bekannte älteste offene Zwickel-, Stein- und Segmentbogenbrücke. Nihonbashi ist die berühmteste Steinbrücke in Japan. Dies wird als Japan-Brücke bezeichnet.

Zhuzhou-Brücke, China

 Zhuzhou-Brücke, China

Abb.1: Die Zhuzhou-Brücke, China

Mit der Zeit haben sich die Steinbrücken aufgrund der Haltbarkeit und der geringen Wartungsgarantie, die sie während ihrer gesamten Lebensdauer bieten, als am effizientesten und wirtschaftlichsten erwiesen.

Holz oder Holz für den Brückenbau

Das Holzmaterial wurde im Gegensatz zu heute, wo es für den Bau von Bauwerken und verwandten verwendet wird, stark im Brückenbau verwendet. Heutzutage gewähren Stahl und Beton eine höhere Arbeitsflexibilität, die die Verwendung von Holz und Holz für Mega-Arbeiten verringert.

Es gibt jedoch Innovationen im Zusammenhang mit der Konservierung von Holz, die dazu beigetragen haben, die Nachfrage nach Holz in Bauwerken zu erhöhen.

Holz als technischer Werkstoff hat den Vorteil hoher Zähigkeit und erneuerbarer Natur. Sie werden direkt aus der Natur gewonnen und sind daher umweltfreundlich.

Durch die geringe Dichte des Holzes erhält es eine hohe spezifische Festigkeit. Sie haben einen nennenswerten Festigkeitswert mit einem niedrigeren Dichtewert. Diese Eigenschaft macht sie leicht zu transportieren.

Einige der Nachteile von Holz als Baumaterial sind, dass es:

  • Sehr anisotrop in der Natur
  • Anfällig für Termiten, Befall und Holzwurm
  • Leicht brennbar
  • Anfällig für Fäulnis und Krankheit
  • Kann nicht für hohe Temperaturen verwendet werden

Es gibt eine Vielzahl von Holzbrücken auf der ganzen Welt. Abbildung 2 zeigt die Mathematische Brücke in Cambridge. Eine weitere Brücke ist die Togetsu-Kyo-Brücke über den Katsura-Fluss in Kyoto.

Mathematische Brücke, Cambridge

 Mathematical Bridge, Cambridge

Abb.2: Die mathematische Brücke, Cambridge

togetsu-kyo-bridge-japan

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Abb.3. Die Togetsu-Kyo-Brücke, Japan

Stahl für den Brückenbau

Stahl gewinnt im Vergleich zu jedem anderen Material eine hohe Festigkeit. Dies macht es für den Bau von Brücken mit längerer Spannweite geeignet. Wir wissen, dass Stahl eine Kombination aus Eisenlegierungen und anderen Elementen, hauptsächlich Kohlenstoff, ist.

Basierend auf der Menge und Variation der Elemente werden die Eigenschaften derselben entsprechend geändert. Die Eigenschaften der Zugfestigkeit, Duktilität und Härte werden durch die Veränderung ihrer Konstitution beeinflusst.

Der für die normale Konstruktion verwendete Stahl hat eine Festigkeit von mehreren hundert Megapascal. Diese Festigkeit ist fast 10-mal größer als die Druck- und Zugfestigkeit einer normalen Betonmischung.

Die wichtigste eingebaute Eigenschaft von Stahl ist die Duktilitätseigenschaft. Dies ist die Verformungsfähigkeit, bevor der endgültige Bruch tendenziell auftritt. Diese Eigenschaft von Stahl ist ein wichtiges Kriterium bei der Konstruktion von Strukturen.

Hachimanbashi-Brücke

 Hachimanbashi-Brücke

Abb.4. Die Hachimanbashi-Brücke

Die erste Eisenbrücke, die Danjobashi-Brücke, wurde 1878 in Japan gebaut. Die Abbildung-4 unten zeigt die Danjobashi-Brücke. Die Danjobashi-Brücke wurde an den heutigen Standort verlegt und 1929 in Hachimanbashi-Brücke umbenannt.

Es hat einen großen historischen und technischen Wert als moderne Brücke. Die Brücke wurde 1989 von der American Society of Civil Engineers ausgezeichnet.

Die chemische Zusammensetzung und das Herstellungsverfahren bestimmen die Eigenschaften von Baustahl. Die Haupteigenschaften, die von den Brückendesignern angegeben werden müssen, wenn die Produkte angegeben werden müssen, sind:

  • Festigkeit
  • Zähigkeit
  • Duktilität
  • Haltbarkeit
  • Schweißbarkeit

Wenn wir die Stahlfestigkeit erwähnen, bedeutet dies sowohl die Ausbeute als auch die Zugfestigkeit. Da die Strukturen eher im elastischen Stadium entworfen werden, ist es sehr wichtig, den Wert der Streckgrenze zu kennen.

Die Streckgrenze wird hauptsächlich verwendet, da sie in den Konstruktionscodes näher spezifiziert ist. In Japan ist der empfohlene Code auf Endfestigkeit ausgelegt. Zum Beispiel SS400 gekennzeichnet durch die Bruchfestigkeit von 400MPa. Dies ist eine Ausnahme.

Die Eigenschaft der Duktilität wird von Designern und Ingenieuren für die Designaspekte im Zusammenhang mit den Bolzengruppenkonstruktionen und der Spannungsverteilung unter den ultimativen Grenzzustandsbedingungen sehr geschätzt. Eine weitere wichtige Eigenschaft ist die Korrosionsbeständigkeit durch den Einsatz von witterungsbeständigem Stahl.

Beton für den Brückenbau

Der größte Teil des modernen Brückenbaus verwendet Beton als Hauptmaterial. Der Beton ist gut in der Kompression und schwach in der Zugfestigkeit. Die Stahlbetonkonstruktionen sind das Mittel für dieses Problem.

Der Beton neigt dazu, einen konstanten Wert des Elastizitätsmoduls bei niedrigeren Spannungsniveaus zu haben. Dieser Wert nimmt jedoch bei einem höheren Spannungszustand ab. Dies verhindert die Bildung von Rissen und später deren Ausbreitung.

Andere Faktoren, für die Beton anfällig ist, sind die thermischen Ausdehnungs- und Schrumpfeffekte. Kriechen wird in Beton durch lange Zeit Stress auf sie gebildet.

Die mechanischen Eigenschaften von Beton werden durch die Druckfestigkeit von Beton bestimmt.

Der bewehrte oder der vorgespannte Beton wird für den Bau der Brücken verwendet. Die Verstärkung in R.C.C stellt die Duktilitätseigenschaft zur Struktur zur Verfügung. Heutzutage wird Duktilitätsverstärkung als zusätzliche Anforderung hauptsächlich in der erdbebensicheren Konstruktion bereitgestellt.

RCC wird heutzutage aus Stahl, Polymer oder einer anderen Kombination von Verbundwerkstoffen hergestellt. Es stehen viele nachhaltige Materialien zur Verfügung, die die Rolle von Zement übernehmen können. Dies ist eine neue Innovation im nachhaltigen Brückenbau.

Im Vergleich zum RCC-Brückenbau wird Spannbeton am meisten bevorzugt und eingesetzt. Vor der eigentlichen Nutzlast wird mit Hilfe von hochfesten Spanngliedern aus Stahl eine Vordruckkraft in den Beton eingeleitet.

Daher widersteht diese Druckspannung der Zugspannung, die während der tatsächlichen Lastbedingungen auftritt. Die Vorspannung wird in Beton entweder durch Vorspannung oder durch Vorspannung der Stahlbewehrung induziert.

Viele Nachteile von normalem Stahlbeton wie Festigkeitsbeschränkungen, schwere Strukturen, Bauschwierigkeiten werden mit Spannbeton gelöst.

Lesen Sie auch: Was sind die Arten von Beton? Was sind ihre Anwendungen?

Verbundwerkstoffe im Brückenbau

Verbundwerkstoffe werden sowohl für den Brückenneubau als auch für die Sanierung entwickelt und eingesetzt.

Faserverstärkter Kunststoff ist ein solches Material, das eine Polymermatrix ist. Dies wird mit Fasern verstärkt, die entweder Glas oder Kohlenstoff sein können. Diese Materialien sind leicht, langlebig, hochfest und duktil in der Natur.

Neue Lösungen und Materialien werden aufgrund der Probleme der Verschlechterung der Stahl- und Betonbrücken gefördert.

Ein weiteres Material ist der in Korea entwickelte reaktive Pulverbeton (RPC ). Dieses Material ist eine Form von Hochleistungsbeton, der mit Stahlfasern verstärkt ist. Diese Mischung wird dazu beitragen, schlanke Säulen für Brücken mit einer längeren Spannweite herzustellen. Dies garantiert auch eine lange Lebensdauer.

Verbundwerkstoffe werden bei der Reparatur von Brückensäulen und anderen tragenden Elementen verwendet, um die Duktilität und den Widerstand gegen die seismische Kraft zu verbessern.

Epoxy imprägniertes Fiberglas werden verwendet, um die Säule abzudecken (Säulen, die nicht duktil sind). Dies ist eine Alternative zur Stahlmantel-Technik.

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