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Balken und Bögen sind zwei der ältesten und einfachsten Brücken der Geschichte und werden noch heute gebaut. Die Stile lassen sich leicht durch die Form des Trägers unterscheiden. Balkenbrücken verwenden einfache vertikale Pfosten, um eine gerade horizontale Brücke aufzuhängen, während Bogenbrücken eine gekrümmte Stützstruktur verwenden.
Gewichtsverteilung der Balkenbrücke
Balken sind in ihrer Grundform die einfachste Brückenkonstruktion. Sie erstrecken sich über einen Teil einer Hochstraße bis hin zu Holzbrettern über einen kleinen Graben, der eine Balkenbrücke bildet. Das auf eine Balkenbrücke gelegte Gewicht wird direkt nach unten in Richtung einer darunter liegenden Stütze gedrückt, wodurch der mittlere Teil der Brücke am schwächsten wird. Balkenbrücken verwenden vertikale Stützen, um das Gewicht über größere Entfernungen zu sichern. Unabhängig von der Anzahl und dem Abstand der Stützen befindet sich der schwächste Punkt immer direkt in der Mitte, am entferntesten Punkt zwischen den einzelnen Stützen.
Bogenbrücke Gewichtsverteilung
Bogenbrücken, die von den Römern für Aquädukte und Gehwege verwendet wurden, nutzen eine abgerundete Struktur, um das Gewicht von der Mitte nach außen zu jedem Ende hin zu verlagern. Die Bögen haben keinen Punkt auf dem Brückenstützgewicht und drücken das Gewicht gleichmäßig auf die Stützen. Von Natur aus ist kein Punkt eines Bogens schwächer als jeder andere, wobei der Bogen tatsächlich daran arbeitet, sich selbst zu halten. Dieses Modell mit gleichmäßiger Gewichtsverteilung prägt die Konstruktion der Brücke, wobei der Mittelpunkt der Brücke im Vergleich zu jedem anderen Punkt ziemlich dünn ist. Dies macht sich vor allem bei gerundeten Brücken mit einem einzigen Bogen bemerkbar, bei denen die Mitte die höchste und dünnste Stelle in der Struktur ist.
Stärke
Eine Bogenbrücke ist stärker als eine Balkenbrücke, weil der Balken in der Mitte eine Schwachstelle hat, an der es keine vertikale Abstützung gibt, während Bögen das Gewicht nach außen in Richtung der Abstützung drücken. Dies ist ein Grund, warum Balkenbrücken typischerweise auf kurze Spannweiten beschränkt sind, selten mehr als 250 Fuß, obwohl häufig eine Reihe von Balkenbrücken, die als "durchgehende Spannweite" bezeichnet werden, verwendet werden, um die Brückenlänge zu verlängern. Bogenbrücken wurden inzwischen verwendet, um sehr lange Strecken mit bis zu 800 Fuß für einen einzelnen Bogen zu überbrücken. Die längste Einzelbogenbrücke (Stand Mai 2011), die Chaotianmen-Brücke in China, hat eine Hauptspannweite von mehr als 1.800 Fuß und eine Gesamtlänge von mehr als 5.700 Fuß. Die längste durchgehende Brücke der Welt, der Ponchartrain Causeway in Louisiana, erstreckt sich über eine Länge von 40 Kilometern. Die beiden Strecken des Damms umfassen jedoch 2.243 und 1.500 einzelne Balkenbrücken.
Vorteile und Nachteile
Während beide Arten von Brücken gebaut werden können, um über große Entfernungen hinweg solide Unterstützung zu bieten, sind es oft Ästhetik, Materialien und Freiräume, die den Unterschied ausmachen. Wie der Ponchartrian Causeway zeigt, müssen viele Stützen verwendet werden, um eine Balkenbrücke über eine lange Strecke zu spannen. Balkenbrücken sind niedrig gebaut, um weniger Material zu verbrauchen, was es für Boote sehr schwierig macht, unter der Brücke hindurchzukommen. Die erforderliche Anzahl von Balken kann die Brücke auch unansehnlich machen. In der Zwischenzeit können Bögen mit weniger Stützbalken höher gebaut werden, wodurch der Freiraum unter der Brücke ein großer Vorteil ist. Die große Spannweite des Bogens und die freie Sicht darunter machen Bogenbrücken zu einem spektakulären Anblick. Die Möglichkeit, eine Bogenbrücke zu bauen, die an beiden Enden beginnt und sich nach außen erstreckt, bis sie sich in der Mitte trifft, macht den Bau jedoch komplizierter und teurer.