Mensch, Natur und Kultur Thema: Brücken - Pädagogische ...
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Pädagogische Hochschule Weingarten - Sommer Semester 2007 Mensch, Natur und Kultur Thema: Brücken Von René Brix Datum: 1.6.2007
- Seite 2 und 3: 1 Inhaltsverzeichnis 1 Inhaltsverze
- Seite 4 und 5: 2.2 Geschichte des Brückenbaus Die
- Seite 6 und 7: Ein Meilenstein im Brückenbau stel
- Seite 8 und 9: eanspruchbaren künstlichen Stein e
- Seite 10 und 11: Als fest bezeichnet man ein Auflage
- Seite 12 und 13: Spannbandbrücke ein schlangenlinie
- Seite 14 und 15: […] die Erscheinungen der belebte
- Seite 16 und 17: 4 Brückenbauen im Unterricht 4.2 B
- Seite 18 und 19: Um eine Brücke zu bauen die stabil
- Seite 20 und 21: 4.2 Brücke in Fachwerkkonstruktion
- Seite 22 und 23: Eine viele Bilder von Brücken aus
- Seite 24: Südwestingenieurkammern aus Baden-
<strong>Pädagogische</strong> Hochschule Weingarten - Sommer Semester 2007<br />
<strong>Mensch</strong>, <strong>Natur</strong> <strong>und</strong> <strong>Kultur</strong><br />
<strong>Thema</strong>: <strong>Brücken</strong><br />
Von René Brix<br />
Datum: 1.6.2007
1 Inhaltsverzeichnis<br />
1 Inhaltsverzeichnis .................................................................................................... 1<br />
1 Einleitung ................................................................................................................ 2<br />
2 Sachanalyse............................................................................................................ 2<br />
2.1 <strong>Brücken</strong> als Symbol ..........................................................................................2<br />
2.2 Geschichte des <strong>Brücken</strong>baus ...........................................................................3<br />
2.3 <strong>Brücken</strong> können nach mehreren Kriterien eingeteilt werden: ............................5<br />
2.3.1 Feste <strong>und</strong> bewegliche <strong>Brücken</strong>...................................................................5<br />
2.3.2 Nach dem Material .....................................................................................5<br />
2.3.3 Nach dem statischen System .....................................................................8<br />
2.3.4 Nach Bestimmungszweck.........................................................................11<br />
2.3.5. Nach der Gr<strong>und</strong>rissgestaltung .................................................................12<br />
2.3.6. Gesetzliche Definition ..............................................................................12<br />
3 Didaktische Analyse .............................................................................................. 12<br />
3.1 Bezug zum Bildungsplan .................................................................................12<br />
3.2 Exemplarische Gegenwartsbedeutung ...........................................................14<br />
3.3 Zukunftsbedeutung .........................................................................................14<br />
4 <strong>Brücken</strong>bauen im Unterricht .................................................................................. 15<br />
4.2 Bogenbrücke aus Holzern ohne Verbindungsmaterial ....................................15<br />
4.2 Brücke in Fachwerkkonstruktion .....................................................................19<br />
5 Links zu <strong>Brücken</strong> ................................................................................................... 20<br />
5.1 Informationen für Lehrer ..............................................................................20<br />
5.2 Kindgerechte Seiten Zum <strong>Thema</strong> ................................................................21<br />
5.3 Allgemeine Informationen zu <strong>Brücken</strong>: ........................................................22<br />
7 Literatur zu <strong>Brücken</strong> ...........................................................................................23<br />
1
1 Einleitung<br />
Kinder haben in ihrer Umgebung, sicher schon vielfältige Kontakte mit <strong>Brücken</strong> als<br />
Bauwerken gehabt. <strong>Brücken</strong> haben darüber hinaus noch vielfältige andere Aspekte.<br />
Dadurch eignet sich das <strong>Thema</strong> <strong>Brücken</strong> sehr gut für fächerverbindenden Unterricht.<br />
Im Folgenden soll das <strong>Thema</strong> <strong>Brücken</strong> aus fachlicher Sicht beleuchtet werden <strong>und</strong><br />
Experimente zum <strong>Thema</strong> zum <strong>Thema</strong> <strong>Brücken</strong> vorgestellt werden. Durch die<br />
handelnde Beschäftigung mit dem <strong>Thema</strong> können speziell auch die schwächeren<br />
Kinder der Klasse angesprochen werden. Gerade diese Kinder können in solchen<br />
Lernsituationen entscheidende Impulse für Partner- bzw. Gruppenarbeit liefern.<br />
2 Sachanalyse<br />
„Bei allen technischen Leistungen die <strong>Mensch</strong>en immer wieder vollbringen, geht von<br />
<strong>Brücken</strong> eine ganz besondere Faszination aus. Das liegt zum einen natürlich an der<br />
verbindenden Funktion die <strong>Brücken</strong> haben <strong>und</strong> wegen der sie ja schließlich auch<br />
gebaut werden. Denken sie an <strong>Brücken</strong> über reißende Ströme oder tiefe Schluchten,<br />
ohne die ein Ziel auf der anderen Seite entweder gar nicht oder nur mit wesentlich<br />
größerem Aufwand zu erreichen wäre.<br />
Manche <strong>Brücken</strong> verbinden aber nicht nur Örtlichkeiten miteinander, sondern sogar<br />
Völker oder <strong>Kultur</strong>en wie z.B. die beiden Bosporusbrücken in Istanbul, die Europa mit<br />
Asien verbinden oder anders gesagt, den Orient mit dem Okzident.“ 1<br />
2.1 <strong>Brücken</strong> als Symbol<br />
Durch die Funktion der Brücke als verbindendes <strong>und</strong> überbrückendes Bauwerk ist<br />
die Brücke auch ein Symbol für Volkerverständigung <strong>und</strong> Fre<strong>und</strong>schaft.<br />
1 Bernd Nebel, <strong>Brücken</strong><br />
2
2.2 Geschichte des <strong>Brücken</strong>baus<br />
Die ersten <strong>Brücken</strong> waren sicher hölzerne Planken, umgestürzte Bäume <strong>und</strong><br />
gelegentlich Steine, die mit nur geringer Spannweite nur kurze Distanzen wie Bäche<br />
überwanden.<br />
Die erste Eisenkettenhängebrücke entstand in China um 65 n.Chr. bei der Stadt<br />
King-tung-fu in der Provinz Yünnan.<br />
In Südamerika verlief eine 4.800 km lange Inkastraße auf Schwindel erregender<br />
Höhe über hohe Berggrate von bis zu 5.000 m Höhe, überwand tiefe Schluchten z.T.<br />
mit Hängebrücken keshwa chacas (quechua = <strong>Brücken</strong>) aus 7.000 m handgefertigter<br />
Seile, darunter die 60 m lange Hängebrücke über den Río Apurímac, an anderen<br />
werden Holz- <strong>und</strong> Steinbrücken auf steinernen Stützpfeilern errichtet. Ihre<br />
Hängebrücken bestanden aus Seilen <strong>und</strong> Schilfmatten, deren Spannbreite auch<br />
schon einmal 30 Meter betragen konnte. Einzelne waren eher für die Schnellläufer,<br />
die Chasquis gedacht <strong>und</strong> bestanden aus nur wenigen Seilen, andere mussten die<br />
Überquerung einer Lamaherde ermöglichen, was bei einer Brücke, durch die Tiere<br />
nach unten in die Schlucht sehen können, ausgeschlossen ist. In der Umgebung der<br />
legendären Inkastadt Machu Picchu ist an einem schmalen Inkatrail sogar noch eine<br />
Klappbrücke erhalten.<br />
Die Etrusker <strong>und</strong> Römer waren in Europa die Ersten, die <strong>Brücken</strong> <strong>und</strong> Aquädukte<br />
bauten, von denen heute noch einige zeugen, weil sie bereits Beton benutzten, um<br />
<strong>Natur</strong>steine in Bogenbrücken zusammenzufügen. Durch Beton konnten sie die<br />
unterschiedliche Belastbarkeit verschiedener <strong>Natur</strong>steine erhöhen.<br />
Nachdem im Mittelalter die <strong>Brücken</strong>zölle als Einnahmequelle <strong>und</strong> die Bedeutung von<br />
Verkehrswegen für den Handel auf Märkten erkannt worden war, ließen Fürsten,<br />
Bischöfen <strong>und</strong> Äbten an Straßen vielfach Holzbrücken errichten, die teilweise als<br />
gedeckte <strong>Brücken</strong> ausgeführt wurden. Der bayrische <strong>Brücken</strong>frevel, bei dem 1158<br />
der bayerische Herzog Heinrich der Löwe die zu Freising gehörende Zollbrücke bei<br />
Föhring abreißen ließ, um die Salzstraße durch sein Besitztum, die neu gegründete<br />
Stadt München, verlaufen zu lassen <strong>und</strong> damit Geld zu verdienen, zeigt das<br />
finanzwirtschaftliche Interesse mancher Landesherren, das zum <strong>Brücken</strong>bau führte.<br />
So wurde die Steinerne Brücke 1135 bis 1146 in Regensburg errichtet, die über 16<br />
Bögen über die Donau führt.<br />
Die 1325 errichtete originelle Krämerbrücke in Erfurt über die Gera weist erstmals<br />
Ladenzeilen auf einer Brücke nördlich der Alpen auf, ein Konzept, das 1333 in<br />
3
Florenz Nachahmung fand, als anstelle einer durch Hochwasser zerstörten<br />
Holzbrücke eine steinerne mit einer Ladenzeile gebaut wurde, die den Namen Ponte<br />
Vecchio trägt <strong>und</strong> anfangs von den Metzgern für Schlachtungen benutzt wurde, von<br />
wo sie ihre Abfälle in den Arno entsorgen konnten.<br />
Die älteste erhaltene Steinbogenbrücke der Welt mit einer Spannweite von nahezu<br />
516 m <strong>und</strong> einer Breite von 9,5 m ist die 17 Bögen umfassende Karlsbrücke in Prag<br />
über die Moldau, die 1357 unter Kaiser Karl IV. in Auftrag gegeben wurde. Diese<br />
Brücke erhielt durch ihre <strong>Brücken</strong>türme <strong>und</strong> ihre Statuen ihr unverwechselbares<br />
Aussehen.<br />
Der osmanische Architekt Mimar Hajrudin baute 1566 bis 1567 in Mostar die Stari<br />
Most, die alte Brücke, als Einbogenbrücke über die Neretwa.<br />
Während des 18. Jahrh<strong>und</strong>erts wurden einige Innovationen in der Konstruktion von<br />
Plankenbrücken entwickelt.<br />
Die Ironbridge über den Severn zwischen England <strong>und</strong> Wales markiert ein neues<br />
Zeitalter im <strong>Brücken</strong>bau. Sie wurde 1779 aus Gusseisen errichtet. 1796 folgte in<br />
Laasan in Schlesien die erste deutsche Gusseisenbrücke.<br />
Ein weiterer Meilenstein im <strong>Brücken</strong>bau stellt die Göltzschtalbrücke als die größte<br />
Ziegelbrücke der Welt dar, die die Sächsisch-Bayrische Eisenbahn im Elstertal 1846<br />
bis 1851 bauen ließ. Sie wendete noch die Technik der Bogenbrücke an, bei der im<br />
Laufe des Baus die Spannweite der Bögen variiert wurde <strong>und</strong> erinnert ein wenig an<br />
römische Aquädukte.<br />
Während der Industriellen Revolution im 19. Jahrh<strong>und</strong>ert trug geschmiedetes Eisen<br />
zur Entwicklung von Kettenbrücken größerer Spannweite bei, aber Eisen hat keine<br />
so große Zugfestigkeit, um sehr viel größere <strong>Brücken</strong> zu tragen.<br />
Mit dem Aufkommen von Stahl, der höhere Zug- <strong>und</strong> Druckfestigkeit besitzt, wurden<br />
größere <strong>Brücken</strong> gebaut, wovon viele die Ideen von Gustave Eiffel aufgreifen. 1871<br />
bis 1877 entstand die Fith-of-Tay-Brücke, mit der erstmals im Eisengussbau in einer<br />
Höhe von 30 m über der Hochwassermarke als Fachwerkbrücke gebaut, die<br />
allerdings bereits 2 Jahre nach der Einweihung bei einem Sturm zusammenbrach<br />
<strong>und</strong> 76 <strong>Mensch</strong>en das Leben kostete.<br />
1867 plante John August Roebling die Brooklyn Bridge, als zu ihrer Zeit längste<br />
Stahlbrücke. Mit einer Gesamtlänge von 1.091 m <strong>und</strong> einer Spannweite von 486 m<br />
verband sie erstmals Brooklyn mit Manhattan.<br />
4
Ein Meilenstein im <strong>Brücken</strong>bau stellte die Golden Gate Bridge dar, mit deren Planung<br />
bereits 1872 begonnen wurde. In den 1920er Jahren entwickelte der Ingenieur Josef<br />
B. Strauss den Plan, den Eingang der Bucht von San Francisco, Kalifornien mit einer<br />
Kombination aus Fachwerk-, Bogen- <strong>und</strong> Hängebrücke zu überspannen. Dieser Plan<br />
wird bis zu seiner Realisierung 1938 mehrfach heftig überarbeitet. Heute überspannt<br />
die 2,73 km lange <strong>und</strong> bis zu 235 m hohe Hängebrücke in ihrem markanten<br />
Rostschutzrot die Bucht.<br />
Das Wahrzeichen von Sydney, die Harbour-Bridge wurde 1932 als<br />
Bogenfachwerkbrücke mit einer Spannweite von 495,6 m eingeweiht.<br />
Im November 1962 begann in Lissabon der Bau einer 2.278 m langen Hängebrücke<br />
über den Tejo, die an zwei 190 m hohen Pylonen aufgehängt im August 1966 als<br />
längstes hängendes Bauwerk unter dem Namen Salazar-Brücke eingeweiht <strong>und</strong> bei<br />
der Nelkenrevolution in Ponte 25 de Abril umbenannt wurde.<br />
2.3 <strong>Brücken</strong> können nach mehreren Kriterien eingeteilt werden:<br />
2.3.1 Feste <strong>und</strong> bewegliche <strong>Brücken</strong><br />
Feste <strong>Brücken</strong> sind <strong>Brücken</strong>, die sich nicht bewegen lassen. Sie stellen einen<br />
Großteil der <strong>Brücken</strong> dar.<br />
Bewegliche <strong>Brücken</strong> werden eingesetzt, wenn sich aus den örtlichen Gegebenheiten<br />
ergibt, dass sich eine feste Brücke nicht einsetzen lässt. Dies kann sein, wenn zum<br />
Beispiel in flachen Gebieten eine Anrampung zu teuer wäre <strong>und</strong> ohne Anrampung<br />
eine zu geringe Durchfahrtshöhe für die untenliegende Verkehrslinie bliebe.<br />
Dabei wird die Brücke durch die Art der Bewegung genauer beschrieben. Man<br />
unterscheidet dabei: Klappbrücken, Drehbrücken, Hubbrücken, Zugbrücken.<br />
2.3.2 Nach dem Material<br />
Holz<br />
Holz ist in Form von einem über ein Tal oder Gewässer gefallenen Baumstamm das<br />
älteste <strong>Brücken</strong>baumaterial. Größere Holzbrücken wurden häufig mit einer<br />
Verkleidung <strong>und</strong> einem Dach gegen Witterungseinflüsse geschützt (gedeckte<br />
Brücke).<br />
5
Auch heute verwendet man noch Holz bei:<br />
Fußgängerbrücken<br />
untergeordneten <strong>Brücken</strong> wie Güterwegbrücken oder Hauszufahrten<br />
Stegen<br />
als Geländer<br />
Selten wird Holz auch für größere <strong>Brücken</strong> verwendet. In der Nähe des finnischen<br />
Mäntyharju wurde 1999 die höchste für den Straßenverkehr zugelassene Holzbrücke<br />
der Welt fertig gestellt.<br />
Stein<br />
Ebenfalls schon früh wurde Stein als <strong>Brücken</strong>baumaterial eingesetzt <strong>und</strong> zwar in<br />
Form von <strong>Natur</strong>brücken (Steinbögen) oder auch später in bearbeiteter Form<br />
(Bogenbrücken, Viadukte). Heute ist Stein beim <strong>Brücken</strong>bau nur noch von<br />
untergeordneter Bedeutung in Form von Verkleidungen.<br />
Seil<br />
Mehrere Arten der Verwendung von Seilen:<br />
2-Seilbrücke: besteht aus einem Tragseil (unten) <strong>und</strong> einem Halteseil (oben). Dies ist<br />
eine sehr wackelige Angelegenheit, weil sich Trag- <strong>und</strong> Halteseil horizontal<br />
zueinander verschieben können.<br />
3-Seilbrücke: Verbesserung der 2-Seilbrücke durch ein weiteres Halteseil <strong>und</strong><br />
Verbindungen zwischen Halteseilen <strong>und</strong> Tragseil. Dadurch erreicht man eine höhere<br />
Stabilität <strong>und</strong> das Benutzen der Brücke wird sicherer.<br />
4-Seilbrücke: Verbesserung gegenüber der 3-Seilbrücke durch ein weiteres Tragseil.<br />
Dabei wird zwischen den beiden Tragseilen ein Belag (meistens aus Holz) befestigt.<br />
Dies erhöht den Komfort bei Benutzung.<br />
<strong>Brücken</strong> aus Seil sind heute in Europa nur mehr als Hängebrücke oder<br />
Schrägseilbrücke in Verwendung. Reine Seilbrücken findet man bei Völkern in Afrika,<br />
Südamerika <strong>und</strong> Mikronesien noch heute in Verwendung.<br />
Das Seil besteht meistens aus <strong>Natur</strong>fasern, manchmal auch aus Stahl.<br />
Beton<br />
Beton ist ein Gemisch aus Zement, Gesteinskörnung (Sand <strong>und</strong> Kies) <strong>und</strong> Wasser.<br />
Er kann außerdem Betonzusatzstoffe <strong>und</strong> Zusatzmittel enthalten. Dieses Material<br />
eignet sich hervorragend, um <strong>Brücken</strong> zu bauen, weil er sich flüssig in jede Form<br />
gießen lässt <strong>und</strong> nach Aushärtung (ca. 24 Tage) einen gut auf Druck<br />
6
eanspruchbaren künstlichen Stein ergibt. Leider ist Beton (wie auch Stein) in der<br />
Lage, große Druckkräfte <strong>und</strong> nur sehr geringe Zugkräfte aufzunehmen.<br />
Gusseisen<br />
Gusseisen ist eine Eisen-Legierung mit niedrigerem Schmelzpunkt als Stahl <strong>und</strong> ist<br />
daher leichter verarbeitbar. Aufgr<strong>und</strong> der geringeren Stabilität hat Gusseisen bei<br />
Konstruktionsbauten keine Bedeutung mehr <strong>und</strong> wurde von Stahl abgelöst. Viele<br />
<strong>Brücken</strong> wurden früher aus Gusseisen gebaut, zum Beispiel die Gußeisenbrücke<br />
über den Severn.<br />
Die meisten der Gusseisenbrücken waren der steigenden Belastung nicht<br />
gewachsen <strong>und</strong> wurden daher durch Stahlbrücken ersetzt.<br />
Stahl<br />
Stahl ist eine Veredelung des Roheisens in Form von Legierungen. Dabei weist er<br />
eine sehr gute Aufnahmefähigkeit gegenüber Druck- sowie Zugkräften auf. Ein<br />
entscheidender Nachteil ist jedoch das Rosten (Korrosion), was zu einem hohen<br />
Wartungsaufwand führt.<br />
Stahlbeton<br />
Stahlbeton vereint in sich die Vorteile von Beton <strong>und</strong> Stahl. Dabei umschließt der<br />
Beton den Stahl normalerweise (außer bei einigen Spannbetonsystemen) <strong>und</strong><br />
schützt ihn so vor Korrosion. Der Stahl bringt seine Zugfestigkeit in diese Verbindung<br />
mit ein. Sie ist nur möglich, weil beide Stoffe einen sehr ähnlichen<br />
Wärmeausdehnungskoeffizienten haben.<br />
Es gibt mehrere Arten von Stahlbeton:<br />
Stahlbeton: In eine Schalung wird die Bewehrung gelegt <strong>und</strong> diese dann mit Beton<br />
ausgegossen. Diese Stahlbetonart wird auch als schlaff-bewehrt bezeichnet.<br />
Spannbeton: Hier wird ein Teil der Bewehrung vorbelastet (gezogen). Dadurch ergibt<br />
sich eine Entlastungsreaktion.<br />
Interne Vorspannung: Die interne Vorspannung wird im Betonquerschnitt geführt. Sie<br />
ist nicht auswechselbar.<br />
Externe Vorspannung: Die externe Vorspannung wird außerhalb des<br />
Betonquerschnittes geführt. Sie ist auswechselbar.<br />
7
Verb<strong>und</strong>tragwerk<br />
Bestehen aus mehreren Baustoffen, die räumlich getrennt sind (vergleiche<br />
Stahlbeton).<br />
Zum Beispiel:<br />
Stahlträger, auf denen eine Stahlbetonplatte liegt. Der Verb<strong>und</strong> zwischen den<br />
Stahlträgern <strong>und</strong> der Stahlbetonplatte wird über Dübel gewährleistet. Dadurch kommt<br />
es zu einer kraftschlüssigen Verbindung.<br />
Pontonbrücken<br />
Ein Ponton ist ein Schwimmkörper, der über keinen eigenen Antrieb verfügt. Da bei<br />
einer solchen Brücke die Pontons sehr eng beieinander stehen müssen, ist kein<br />
Verkehr auf dem Wasser mehr möglich. Daher werden sie im Notfall eingesetzt, um<br />
eine zerstörte Verkehrsverbindung, wie durch ein Hochwasser, schnell wieder<br />
herzustellen.<br />
2.3.3 Nach dem statischen System<br />
Das statische System beschreibt, wie eine Brücke zu berechnen ist <strong>und</strong> davon<br />
abhängig zum Beispiel, welche Materialen in Frage kommen.<br />
Balken<br />
Statisch bestimmte Balkenbrücke<br />
Statisch unbestimmte Balkenbrücke<br />
Der Balken, der eine Sonderform der Platte mit einer sehr geringen Breite darstellt,<br />
ist eine der einfachsten <strong>Brücken</strong>. Um eine entsprechende Breite zu erreichen, muss<br />
man mehrere Balken nebeneinander legen. Dabei überträgt sich die Belastung nur<br />
auf dem Balken, der gerade belastet wird.<br />
Je nach Auflageranzahl <strong>und</strong> -art unterscheidet man zwischen statisch bestimmten<br />
Balken <strong>und</strong> statisch unbestimmten Balken. Statisch bestimmte Balken besitzen 1<br />
festes Auflager <strong>und</strong> beliebig viele bewegliche Auflager. Statisch unbestimmte Balken<br />
besitzen beliebig viele feste <strong>und</strong> bewegliche Auflager.<br />
8
Als fest bezeichnet man ein Auflager dann, wenn es horizontal gehalten wird, es sich<br />
also nicht bewegen kann. Ein bewegliches Auflager hingegen kann sich horizontal<br />
bewegen. Diese Bewegungsmöglichkeit ist nötig, da sich sonst die Ausdehnung<br />
einer Brücke durch Wärmeeinfluss nicht abbauen kann. Diese Bewegung wirkt dann<br />
als zusätzliche Belastung auf die Brücke <strong>und</strong> es kann im schlimmsten Fall zum<br />
Einsturz der Brücke kommen.<br />
Platte<br />
Die Platte ist vom statischen System her ähnlich einem Balken. Der Vorteil<br />
gegenüber dem Balken ist jedoch, dass sich die auftretenden Kräfte über eine<br />
größere Fläche verteilen (Verteilungswirkung). Daher kann die Platte im Regelfall<br />
dünner ausgeführt werden. Dabei muss jedoch auf die Ecken besondere Rücksicht<br />
genommen werden, da dort stärkere Belastungen auftreten.<br />
Plattenbalken<br />
Der Plattenbalken ist eine Verbindung von den positiven Eigenschaften einer Platte<br />
<strong>und</strong> denen des Balkens. Da bei <strong>Brücken</strong> mit großer Länge eine Platte sehr dick wird,<br />
werden unter die Platte ein oder mehrere Balken eingefügt. Dadurch leitet die Platte<br />
die Belastungen nur die kurze Strecke zu den Balken (anders als alleine, die weite<br />
Strecke zum Auflager). Dadurch kann die Platte wiederum dünner ausgeführt<br />
werden. Die Balken leiten dann die Belastungen zu den Auflagern.<br />
Hohlkasten<br />
Ergänzt man den Plattenbalken mit einer unteren Platte, so hat man einen<br />
geschlossenen Querschnitt, den Hohlkasten. Insbesondere bei Balkenbrücken mit<br />
mittleren <strong>und</strong> größeren Spannweiten oder bei gekrümmter Linienführung werden<br />
Hohlkastenquerschnitte eingesetzt. Diese zeichnen sich durch eine große Biege- <strong>und</strong><br />
Torsionssteifigkeit aus, wodurch große Schlankheiten <strong>und</strong> rationelle Bauverfahren<br />
wie das Taktschiebeverfahren möglich sind.<br />
Rahmen<br />
Ein Rahmen ist eine Brücke, die keine bauliche Trennung zwischen dem Tragwerk<br />
<strong>und</strong> den Widerlagern (siehe Punkt C) vorsieht. Daher ist sie sehr wartungsarm.<br />
9
Fachwerke<br />
Fachwerke sind aufgelöste Tragwerke. Diese weisen den Vorteil auf, dass sie einen<br />
geringeren Materialverbrauch haben, als vergleichbare <strong>Brücken</strong> aus Platten oder<br />
Balken. Dabei werden die Stäbe des Fachwerks vorwiegend auf Zug <strong>und</strong> Druck<br />
belastet.<br />
Ein Fachwerk verbirgt sich in der Regel auch unter der Verkleidung von gedeckten<br />
Holzbrücken.<br />
Es gibt mehrere Arten von Fachwerken (auf den <strong>Brücken</strong>bau bezogen):<br />
parallelgurtiges Fachwerk<br />
Fachwerk mit untenliegender Fahrbahn<br />
nicht parallelgurtiges Fachwerk<br />
pfostenloses Fachwerk<br />
Fachwerk mit oben liegender Fahrbahn<br />
Ein berühmtes Beispiel einer großen Fachwerkbrücke, das zudem ohne Strompfeiler<br />
auskommt, ist das 1893 fertig gestellte Blaue W<strong>und</strong>er in Dresden.<br />
Bogenbrücken<br />
Eine Bogenbrücke besteht aus einem Bogen, der Fahrbahn <strong>und</strong> den Hängern bzw.<br />
Stehern. Ein Bogen hat den Vorteil, dass er nur durch Druckkräfte belastet wird.<br />
Daher kann man Materialen verwenden, die keine Zugkräfte aufnehmen können, wie<br />
Stein <strong>und</strong> Beton. Daher ist diese Art der Konstruktion bei vielen alten <strong>Brücken</strong> zu<br />
sehen.<br />
Spannbandbrücke<br />
Das tragende Element einer Spannbandbrücke sind mehrere Spannbänder, die eine<br />
Fahrbahn tragen <strong>und</strong> an den Auflagern auf Zug befestigt sind. Charakteristisch ist<br />
das konkave Durchhängen, denn je größer der Krümmungsradius ist, desto stärker<br />
wird die Zugspannung aufgr<strong>und</strong> des (Eigen-) Gewichts. Zur Begrenzung der<br />
Durchhängetiefe können Zwischenpfeiler eingefügt werden, wobei dann die<br />
10
Spannbandbrücke ein schlangenlinienförmiges Höhenprofil einnimmt. Ein bekannter<br />
Vertreter dieser <strong>Brücken</strong>gattung ist die Holzbrücke bei Essing über den Rhein-Main-<br />
Donau-Kanal, die neben der ungewöhnlichen Verwendung von verleimten Holzlatten<br />
als Spannband mit 193 m zugleich die längste Holzbrücke Europas ist.<br />
Schrägseilbrücken<br />
Eine Schrägseilbrücke aus den Pylonen, der Fahrbahn <strong>und</strong> den Seilen. Sie eignet<br />
sich gut, um weite Strecken freitragend zu überwinden. Alle Kräfte der Brücke<br />
werden über die Seile in den Pylon eingebracht, der diese dann senkrecht als reine<br />
Druckkräfte in den Untergr<strong>und</strong> ableitet. Da die Seile im Pylon umgelenkt werden,<br />
entsteht ein Gleichgewicht, dass die Fahrbahn trägt.<br />
Sie sind jedoch bei weiten Spannweiten sehr gegen Windschwingungen anfällig.<br />
Hängebrücke<br />
Die Hängebrücke ist ähnlich der Schrägseilbrücke <strong>und</strong> der Bogenbrücke mit<br />
untenliegender Fahrbahn. Bei der Hängebrücke wird zwischen Pylonen ein Tragseil<br />
aufgehängt. An diesem Tragseil werden Hänger befestigt, senkrechte Seile, welche<br />
die Fahrbahn tragen.<br />
Berühmtes Beispiel einer Hängebrücke ist die Golden Gate Bridge in San Franzisko<br />
USA.<br />
Sie sind jedoch bei weiten Spannweiten sehr gegen Windschwingungen anfällig, wie<br />
es der Einsturz der Tacoma-Narrows-Brücke in den USA am 1. Juli 1940 gezeigt hat.<br />
2.3.4 Nach Bestimmungszweck<br />
Verkehrsmittel<br />
<strong>Brücken</strong> werden nach der wichtigsten Verkehrs- oder Transportlast unterteilt, z.B.<br />
Straßenbrücken<br />
Autobahnbrücke<br />
Hangbrücke<br />
Behelfsbrücke<br />
Pionierbrücke<br />
Eisenbahnbrücken<br />
Radwegbrücken<br />
Fußgängerbrücken<br />
Förderbandbrücken<br />
11
Leitungsbrücken<br />
Trogbrücke - ein Brücke für Schiffe (Flussbrücke)<br />
2.3.5. Nach der Gr<strong>und</strong>rissgestaltung<br />
Da sich bei einer Straßenbrücke die Straße <strong>und</strong> das Gewässer unter verschiedenen<br />
Winkel kreuzen, wird unterschieden in:<br />
gerade <strong>Brücken</strong><br />
schiefe <strong>Brücken</strong><br />
Weites ist es auch möglich, dass sich die Straße in einer Kurve befindet, man spricht<br />
dann von einer gekrümmten Brücke.<br />
2.3.6. Gesetzliche Definition<br />
"Als <strong>Brücken</strong> gelten alle Überführungen eines Verkehrsweges über einen anderen<br />
Verkehrsweg, über ein Gewässer oder über tiefer liegendes Gelände, wenn ihre<br />
lichte Weite zwischen den Widerlagern 2,00 m oder mehr beträgt. (...)"<br />
(Definition nach DIN1076 aus Verkehrsblatt-Dokument Nr. B 5276 Vers. 07/97)<br />
(vgl. www.wikipedia.de Stand 8.7.2005)<br />
3 Didaktische Analyse<br />
3.1 Bezug zum Bildungsplan<br />
„II. Kompetenzen <strong>und</strong> Inhalte<br />
Klasse 2“ 2<br />
„7. NATUR MACHT NEUGIERIG: FORSCHEN, EXPERIMENTIEREN,<br />
DOKUMENTIEREN, GESTALTEN<br />
Die Schülerinnen <strong>und</strong> Schüler können<br />
über <strong>Natur</strong>phänomene staunen;<br />
2 Ebenda, S.100<br />
12
[…]<br />
die Erscheinungen der belebten <strong>und</strong> unbelebten <strong>Natur</strong> gezielt wahrnehmen;<br />
Fragen zu <strong>Natur</strong>phänomenen stellen; einfache Experimente mit <strong>und</strong> ohne<br />
durchführen, beobachten <strong>und</strong> dokumentieren; <strong>Natur</strong>erfahrungen miteinander<br />
vergleichen ordnen, Regelmäßigkeiten aufspüren;<br />
[…]<br />
Gegenstände aus dem Alltag, spielerischer experimenteller Umgang mit<br />
<strong>Natur</strong>materialien, Vergleich nach Ordnungsgesichtspunkten der Kinder <strong>und</strong><br />
Materialeigenschaften.<br />
<strong>Natur</strong> <strong>und</strong> <strong>Natur</strong>phänomene aus dem Erfahrungsbereich der Kinder“ 3<br />
„8. ERFINDERINNEN, ERFINDER, KÜNSTLERINNEN, KÜNSTLER,<br />
KOMPONISTINNEN UND KOMPONISTEN ENTDECKEN, ENTWERFEN UND<br />
BAUEN, STELLEN DAR<br />
Die Schülerinnen <strong>und</strong> Schüler<br />
[…]<br />
kennen Beispiele wichtiger technischer Erfindungen aus ihrem Alltag.<br />
[…]<br />
einfache Gegenstände selbst herstellen <strong>und</strong> Werkzeuge sachgerecht benutzen;<br />
einfache technische Funktionszusammenhänge erkennen;<br />
[…]<br />
Vorbilder für Erfindungen in der <strong>Natur</strong> entdecken <strong>und</strong> beschreiben.<br />
Inhalte<br />
[…]<br />
• Künstlerinnen, Künstler, Handwerkerinnen <strong>und</strong> Handwerker als Tüftlerinnen, Tüftler,<br />
Erfinderinnen <strong>und</strong> Erfinder<br />
[…]<br />
• einfache Modelle mit Materialien <strong>und</strong> <strong>Natur</strong>materialien<br />
• <strong>Brücken</strong>, Türme, Bauwerke<br />
• Hebel als Helfer, bei Wartung <strong>und</strong> Reparatur, bei Balance<br />
<strong>und</strong> Gleichgewicht.“ 4<br />
3 Ebenda, S.102<br />
4 Bildungsplan, S.100-103<br />
13
3.2 Exemplarische Gegenwartsbedeutung<br />
<strong>Brücken</strong> begegnen den Schülern im Alltag häufig, ohne dass sie es bewusst<br />
wahrnehmen. Anhand von <strong>Brücken</strong> lassen sich elementare Bedingungen für die<br />
Stabilität von Bauwerken besonders anschaulich darstellen. Je nach <strong>Brücken</strong>art<br />
müssen unterschiedliche Dinge berücksichtigt werden.<br />
Die Kenntnisse über <strong>Brücken</strong> stellen also für die Kinder eine entscheidende<br />
Gr<strong>und</strong>lage dar, um sich viele Alltagsvorgänge erklären zu können.<br />
Besonders wichtig ist, dass die Kinder erkennen welche Vorteile <strong>und</strong> Nachteile eine<br />
Brücke im Vergleich zu Transportsystemen z.B. Fähren Seilbahnen,… hat, um sich<br />
erklären zu können warum an die verschiedenen Stellen die jeweiligen Systeme<br />
eingesetzt werden.<br />
3.3 Zukunftsbedeutung<br />
Gr<strong>und</strong>legende Kenntnisse, die mit der Beschäftigung mit <strong>Brücken</strong> erworben werden<br />
können, können den Schülern helfen sich in ihrer Umwelt besser zurechtzufinden<br />
bzw. sie sich zu erklären. Besonders auch in Bezug auf die spätere Schulzeit können<br />
diese Erkenntnisse den Kindern helfen. So sind zum Beispiel die Kenntnisse über<br />
Statik für die Fächer Technik <strong>und</strong> Physik von gr<strong>und</strong>legender Bedeutung.<br />
14
4 <strong>Brücken</strong>bauen im Unterricht<br />
4.2 Bogenbrücke aus Holzern ohne Verbindungsmaterial<br />
Mit dieser Konstruktion ist es möglich eine beeindruckende Bogenbrücke, aus<br />
einfachen Holzbrettchen nur einer Sorte, zu bauen. Besonders schon ist, dass diese<br />
Art der Konstruktion ohne weitere Verbindungselemente (Nagel, Klebstoff, …) erstellt<br />
wird <strong>und</strong> trotzdem sehr stabil ist. Konstruktionsart ist oft unter dem Namen<br />
Leonardo-Brücke zu finden <strong>und</strong> soll auf den Erfinder Leonardo da Vinci zurückgehen.<br />
Allerdings ist sie vermutlich schon viel älter. So gibt es in China Zeichnungen aus der<br />
Sung-Dynastie, von <strong>Brücken</strong> dieses Typs, die über 900 Jahre alt sind. Erst vor<br />
wenigen Jahren wurde in der Nähe von Shanghai eine Brücke diesen Typs als<br />
Fußgängerbrücke über einen Vielbefahrenen Kanal gebaut <strong>und</strong> wird bis heute<br />
benützt. Über den Bau dieser Brücke gibt es auch einen sehenswerten<br />
Dokumentarfilm aus der Reihe: „Rätsel der Vergangenheit“ mit dem Titel: „Die<br />
chinesische Brücke“.<br />
Das Verhältnis von Länge <strong>und</strong> Hohe der verwendeten Hölzer ist ausschlaggebend<br />
wie stark gebogen die Brücke ist.<br />
In der Schule lassen sich beispielsweise Hölzer mit 30cm länge <strong>und</strong> 0,5cm Höhe<br />
sehr gut einsetzen um einen flachen Bogen zu erstellen, der trotz der filigranen<br />
Brettchen schon eine erstaunlich tragfähige Brücke ergibt. Für weitere Experimente<br />
mit der Brücke lassen sich sehr gut Hölzer mit 40cm Länge <strong>und</strong> 1cm Höhe einsetzen.<br />
Die Breite der Hölzer kann dabei jeweils ca. 2cm betragen.<br />
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� Für eine stärker gebogene Brücke muss man die Höhen der Hölzer größer<br />
oder die Länge kleiner machen.<br />
Um die Tragkraft der Brücke zu erhöhen, können die Brettchen auch „hochkant“<br />
verwendet werden (dazu eignen sich die Hölzer mit 40cm auf 1cm besser). Diese<br />
Veränderung erhöht die Tragkraft der Brücke sehr stark, da die Hölzer so viel stabiler<br />
sind. Dies kann man an jedem Haus beobachten, dass die Hölzer in Dachstuhl<br />
„Hochkant“ verwendet werden.<br />
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Um eine Brücke zu bauen die stabil <strong>und</strong> groß genug ist um über sie laufen zu können<br />
kann man eine Brücke aus Latten abschnitten <strong>und</strong> Brettchen nach demselben Prinzip<br />
bauen.<br />
Um die Gefahr, dass die Brücke durch Verschieben der Hölzer einstürzen könnte<br />
kann man die Hölzer durch Metallstifte, die in vorbereitete Börungen in den Hölzern<br />
gesteckt werden verhindern. Diese Metallstifte (z.b. größere Nägel) sicher die Brücke<br />
aber nur ab <strong>und</strong> haben nichts mit der eigentlichen Tragkraft der Brücke zu tun.<br />
Für diese Brücke lassen sich gehobelte Dachlatten (mit ca. 4cm auf 2cm) aus dem<br />
Baumarkt sehr gut verwenden. Die jeweils auf ca. einem Viertel der Gesamtlänge der<br />
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Latten gebohrt werden (ca. 2-3mm Luft lassen) der Durchmesser der Bohrung sollte<br />
so gewählt werden das die Metallstifte leicht einzustecken sind <strong>und</strong> gut halten.<br />
Die Querstreben lassen sich aus Brettchen oder Lattenstückchen mit ca. 40-50cm<br />
länge verwenden.<br />
Zur Sicherheit können auf beiden Seiten der Brücke jeweils die Hölzer doppelt<br />
verwendet werden. Schwachstellen im Holz wie Astlöcher können so überbrückt<br />
werden.<br />
20 cm 20 cm<br />
81 cm<br />
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4.2 Brücke in Fachwerkkonstruktion<br />
<strong>Brücken</strong> aus Fachwerkträger lassen sich aus Holzstäbchen <strong>und</strong> R<strong>und</strong>stäben (z.B.<br />
Abschnitte von Schaschlikstäbchen mit der Länge von 12cm) herstellen.<br />
Die Holzstäbe können ca. 10 cm lang, 1cm Hoch <strong>und</strong> 0,5cm breit sein. Sie müssen<br />
ca. 0.5cm von den Enden entfernt mit einer Bohrung in stärke der R<strong>und</strong>stäbe<br />
versehen werden.<br />
10 cm<br />
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5 Links zu <strong>Brücken</strong><br />
5.1 Informationen für Lehrer<br />
Eine fächerübergreifenden Unterrichtseinheit zum <strong>Thema</strong> <strong>Brücken</strong> in der es um die<br />
Gr<strong>und</strong>begriffe der Statik geht finden sie unter:<br />
http://www.lehrer-online.de/dyn/9.asp?url=594886.htm<br />
Die Klasse 4b der "Gr<strong>und</strong>schule im Einrich" stellt hier eine Auswahl ihrer selbst<br />
gebastelten <strong>Brücken</strong> vor.<br />
http://gs-katzenelnbogen.bildung-rp.de/bruecken.htm<br />
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Eine viele Bilder von <strong>Brücken</strong> aus Baden-Württemberg <strong>und</strong> eine Übersicht zur<br />
Berliner Luftbrücke finden sie auf:<br />
http://sesam.lmz-bw.de/start.php<br />
5.2 Kindgerechte Seiten Zum <strong>Thema</strong><br />
Wie überquert man einen Fluss?<br />
Hier zeigt Christoph von "Die Sendung mit der Maus" mehr oder weniger<br />
erfolgversprechende Varianten der Flussüberquerung.<br />
http://www.wdrmaus.de/sachgeschichten/flussueberquerung/index.phtml?Seite=alle<br />
Die Geschichte einer der berühmtesten <strong>Brücken</strong> der Welt können Sie auf dieser<br />
Seite nachlesen:<br />
http://www.medienwerkstatt-online.de/lws_wissen/vorlagen/showcard.php?id=627<br />
Wissenswerte Fakten über den Bau <strong>und</strong> die Instandhaltung der Golden Gate Bridge<br />
finden Sie auf dieser Website:<br />
http://www.medienwerkstatt-online.de/lws_wissen/vorlagen/showcard.php?id=523<br />
Diese Brücke hat alle Rekorde gebrochen. Zahlen <strong>und</strong> Fakten zum Bau der<br />
Rekordbrücke finden Sie hier:<br />
http://www.wasistwas.de/technik/alle-<br />
artikel/artikel.html?tx_ttnews%5Bpointer%5D=2&tx_ttnews%5Btt_news%5D=5196&t<br />
x_ttnews%5BbackPid%5D=58&cHash=3a9e31fb3b<br />
Was im Löwenzahn-Lexikon zum <strong>Thema</strong> "<strong>Brücken</strong>" verzeichnet ist, können Sie auf<br />
dieser Seite nachlesen:<br />
http://www.affenterz.de/loewenzahn/starter.asp?page=http://www.affenterz.de/loewe<br />
nzahn/thema/ausgabe18/home.asp<br />
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5.3 Allgemeine Informationen zu <strong>Brücken</strong>:<br />
Eine private Homepage welche, die größten <strong>und</strong> bekanntesten <strong>Brücken</strong> auflistet <strong>und</strong><br />
um die Storys <strong>und</strong> die Hintergründe, die mit dem Bau oder dem Betrieb der<br />
Bauwerke verb<strong>und</strong>en sind enthält:<br />
http://www.bernd-nebel.de/bruecken/<br />
Umfassende Informationen zu <strong>Brücken</strong> finden sie unter:<br />
http://de.wikipedia.org/wiki/Br%C3%BCcke<br />
Das RDZ Gossau der <strong>Pädagogische</strong>n Hochschule St. Gallen bietet zum <strong>Thema</strong><br />
<strong>Brücken</strong> eine Lerngarten an. Weitere Informationen dazu finden sie unter:<br />
http://www.phs.unisg.ch/org/phs/phsweb.nsf/f7a7e7f55334dc39c1256d0b003c3cae/c<br />
a5381e20e37b38bc12572a6004809b8?OpenDocument&Highlight=2,br%C3%BCcke<br />
n<br />
Seite mit sehr viele Informationen, einem Online-Shop <strong>und</strong> sehr umfangreicher<br />
Linkliste zum <strong>Thema</strong> <strong>Brücken</strong>. Leider ist die Seite etwas unübersichtlich:<br />
http://www.brueckenweb.de/homepage.php<br />
Eine schöne Seite mit <strong>Brücken</strong> Lexikon <strong>und</strong> Bildergalerie von <strong>Brücken</strong>:<br />
http://www.karl-gotsch.de/<br />
Webseite mit Informationen zu Ingenieurbauwerken <strong>und</strong> anderen Bauwerken des<br />
Bauingenieurwesen oder der Architektur aus aller Welt <strong>und</strong> im Verlauf der<br />
Geschichte.<br />
www.structurae.de<br />
Umfangreiche Site zum <strong>Thema</strong> <strong>Brücken</strong>. Für die Schule ist vor allem das<br />
<strong>Brücken</strong>verzeichnis interessant um <strong>Brücken</strong> einer bestimmten Region zu finden:<br />
www.brueckenbau-links.de<br />
<strong>Brücken</strong> verbinden 2007. Nach den großen Erfolgen der Schülerwettbewerbe<br />
„<strong>Brücken</strong> verbinden“ aus den letzten beiden Jahren laden die<br />
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Südwestingenieurkammern aus Baden-Württemberg, Hessen, Rheinland-Pfalz <strong>und</strong><br />
Saarland, zur Teilnahme an einem Wettbewerb unter Realschulen, Gymnasien <strong>und</strong><br />
Berufsschulen in den o.g. B<strong>und</strong>esländern ein:<br />
http://www.ingkbw.de/dateien/bruecken_verbinden_2007.asp<br />
http://www.deutsche-bruecken.de/<br />
7 Literatur zu <strong>Brücken</strong><br />
Lüftner, Werner: Handelndes Lernen im Sachunterricht. Beispiele <strong>und</strong> Anregungen.<br />
Diesterweg (Broschiert - 1983), ISBN: 3425014978<br />
Michalski, Tilman & Ute: Werkbuch Papier. Ravensburger Buchverlag; Auflage: 2<br />
(Februar 2001) ISBN: 3473378046<br />
Weidig, Ingo: Bogenbrücken - ein Beispiel zu Parabeln in der Technik<br />
In: Mathematik Lehren, Dezember 1989 Nr.37 S.11-16; ISSN 0175-2235<br />
Ingo Weidig schildert vielschichtige, unterrichtliche Möglichkeiten, die in<br />
parabolischen Bogenbrücken stecken. An einer Brücke der Superlative, der<br />
Müngstener Brücke bei Remscheid, werden diese exemplarisch erörtert.<br />
Buerger, W.: Die Leonardo-Brücke. Ein Universalgenie als <strong>Brücken</strong>bauer.<br />
In: Bild Wissenschaft, Mai 1990 Nr.5 S. 136-137; ISSN 0006-2375<br />
Eine Brücke ist über einen Fluss zu bauen, mit Brettern, die zu kurz sind, einzeln den<br />
Fluss zu überspannen - ohne Holzleim, Nägel <strong>und</strong> Werkzeug. Diese schier unlösbar<br />
erscheinende Aufgabe lässt sich aber doch lösen.<br />
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