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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schrägseil-Brücke. bestehend aus mindestens einem Haupt- feld, einem Randfeld und einem im Bereich des Überganges vom Hauptfeld zum Randfeld angeordne- ten Pylon, von dem aus mindestens das Hauptfeld durch mit dem Hauptfeld und dem Pylon starr verbundene Überspannungen unterstützt wird.
Die schräg liegenden Zugglieder werden überwiegend als Seile ausgeführt, weshalb diese nachfolgend unabhängig von ihrer tatsächlichen Materialbeschaffenheit Schrägseile genannt werden.
Diese Schrägseile sind dabei am Brückenträger fix abgespannt und werden von dort über die Pylo- ne zu Rückverankerungeli geführt. u. zw. entweder zu Rückverankerungen am Brückenträger des damit ebenfalls überspannten Nachbarfeldes oder zu eigenen Verankerungspunkten, wie Zugpfeilern u. dgl. Die Pylonen haben dabei die Summe der Vertikalkomponenten der an sie anschliessenden oder über sie geführten Seilkräfte zu übernehmen und für eine entsprechende Aufnahme der auf die Überspannung quer zur Brücke wirkenden Lasten. wie Windlast und Erdbebenlast zu sorgen.
Sie werden dabei bisher vornehmlich in sehr schlanker und damit in Brückenlängsrichtung nach- giebiger Form gebaut, um das Spiel der Seilkräfte möglichst wenig zu stören. Der Einfluss ihrer
Eigensteifigkeit in Brückenlängsrichtung auf die Steifigkeit des gesamten Brückensystems ist dabei gering. Der Pylon nimmt bei bekannten Schrägseil-Brücken im wesentlichen nur die vertikalen Kräfte auf. Die horizontalen Kräfte werden über die Seile ausgeglichen. Zu diesem Zweck sind im wesentlichen drei Konstruktionsprinzipien bekannt :
1. Die Seile sind an der Oberseite des Pylons gleitend geführt ;
2. der Pylon ist an der Unterseite pendelnd gelagert und
3. der Pylon ist sehr schlank ausgeführt, d. h. er besitzt einen geringen Biegewiderstand. so dass der Ausgleich der horizontalen Kräfte über die Seile erfolgen kann.
Die statische Wirkungsweise der Schrägseile beruht also darauf, den Brückenträger zu entlasten und die in ihm wirkenden Biegemomente herabzusetzen. Die entlastende Wirkung ist umso grösser. je kleiner die Nachgiebigkeit der Abspannung ist. Da aber die Abspannungen schon durch die Dehnung der Schrägseile nachgiebig sind. verhält sich der Brückenträger wie ein punktweise federnd gestützter Balken, der umso wirtschaftlicher ausgeführt werden kann. je steifer die Abspannungen sind. In der bisherigen Entwicklung der Schrägseil-Brücken besteht daher die Tendenz. die Nachgiebigkeit der Seilspannungen möglichst zu verringern.
Diese Nachgiebigkeit resultiert vornehmlich aus der Dehnung der Seile und aus etwaiger Nachgiebigkeit der Rückverankerungen. Der auch noch vorhandene Einfluss der Verkürzung des Brückenträgers unter den aus den Seilabspannungen entstehenden Druckkräften auf die Nachgiebigkeit ist dagegen gering. Werden wie häufig ausgeführt die Seile. die das Hauptfeld überspannen. in den Randfeldern gegen den Brückenträger rückgespannt. so verformt sich auch der Brückenträger des Randfeldes, was eine Nachgiebigkeit der Rückverankerung bewirkt. Um diesen Nachteil auszuschalten, wurden bei einigen Ausführungen die Rückverankerungen auf sogenannten Spannpfeilern angeordnet, auf die die Seile über den Pylon abgespannt werden oder es werden alle Seile auf einen Ankerblock zurückgespannt.
In diesen Fällen resultiert dann die Nachgiebigkeit im wesentlichen nur mehr aus der Dehnung der Seile. wobei als Dehnweg die jeweilige gesamte Länge des Seiles von der Abspannung am Brückenträger über den Pylon bis zu dem Punkt der Rückverankerung wirksam ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, die vorstehend angeführten Nachteile bekannter Brückenkonstruktionen zu vermeiden. Insbesondere soll die Nachgiebigkeit der Überspannung verringert werden.
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Brückenlängsachse liegt und auf zwei. am Anfang und am Ende dieser Grundlinie und somit im Abstand von einander liegenden Auflagern vertikal unverschieblich abgestützt ist und dass der Pylon über mindestens ein mit dem Pylon starr verbundenes Rückhalteelement eine von den vertikalen Verformungen des Brückenträgers unabhängige, als Zugkraft wirkende Rückhaltekraft erhält. wobei am äusseren Ende des Randfeldes eine Umlenkkonstruktion vorgesehen ist. welche die Rückhaltekraft in eine Vertikal-und eine Horizontalkomponente zerlegt, und die Horizontalkomponente der Rückhaltekraft in Brückenlängsrichtung in das Randfeld eingeleitet ist.
Erfindungsgemäss werpen die Schrägseile sowohl des Hauptfeldes wie auch gegebenenfalls der
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Randfelder fix gegen diesen starren Pylon abgespannt. Unter einem starren Pylon sei dabei ein solcher verstanden, welcher sich unter der resultierenden Kraft aus den Seilkräften aus der Wirkung der Nutzlast ohne der entlastenden Wirkung der Rückhaltekraft im Schnittpunkt der resultierenden Kraft mit der vertikalen Achse des Pylons weniger in horizontaler Richtung verschiebt als eine Promille der massgeblichen Pylonenhöhe, das ist der Abstand zwischen Pylonfuss und dem obgenannten Schnittpunkt. Die Dehnwege der Seile reduzieren sich damit auf das Minimum, u. zw. den jeweiligen Abstand zwischen Abspannpunkt am Brückenträger und am Pylon.
Gegen die dabei entstehenden. am Oberteil des Pylons wirkende resultierende Kraft aus den Schrägseilen erhält der in sich starre Pylon eine Rückhaltung mit möglichst konstanter Rückhaltekraft. Der Pylon wird zum Ausgleich der im Brückenträger wirkenden Längskräfte mit dem Brückenträger verbunden und vorzugsweise auf zwei in Längsrichtung der Brücke im Abstand voneinander befindlichen Auflagern in vertikaler Richtung unverschieblich aufgestützt. In der Längsrichtung der Brücke können die Auflager verschieblich ausgebildet werden, soferne sie nicht als feste Lager die auf die Brücke wirkenden Längskräfte. wie Bremskräfte und Lagerreibungskräfte zu übertragen haben. In der Querrichtung der Brücke ist die Funktion des Pylons gleich wie bisher und können alle bisherigen Ausführungsformen benutzt werden.
Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen Fig. 1 eine Ansicht einer erfindungsgemässen Brücke. die Fig. 2 und 3 je eine Ansicht eines Pylons mit den bei verschiedenen Belastungen auftretenden Kräften. und die Fig. 4 und 5 zwei veschiedene Ausführungsformen von Spannvorrichtungen für den Rückhaltestab.
Fig. l zeigt die Ansicht einer erfindungsgemässen Schrägseil-Brücke. bestehend aus dem Brückenträger --1-- im Hauptfeld. gespannt zwischen den inneren Pylonenpfeilern --3-- und den Brückenträgern --2-- in den beiden Randfeldern, die sich jeweils vom inneren Pylonenpfeiler --3-- über den äusseren Pylonenpfeiler --4-- zum Rückhaltepfeiler --5-- erstrecken. Die in diesem Fall als starre, gleichschenkelige Dreiecke angegebenen starren Pylone --6-- sind auf den Pylonenpfei-
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--3 und 4-- aufgelagert.ist. sind ebenso wie die etwaigen Schrägseile --8-- des Brückenträgers --2-- an das obere Ende des starren Pylons geführt und dort verankert.
Die Rückhaltung erfolgt jeweils durch den Rückhaltestab --9--. der im angeführten Beispiel durch das Spanngewicht --10-- über die Umlenkung --11-- gespannt wird.
Fig. 2 zeigt die Wirkung der resultierenden Kraft --12-- der Schrägseile --7-- auf den Pylon - für die im Hauptfeld auf den Brückenträger --1-- wirkenden Lasten. die in Richtung zum Hauptfeld wirkt. Die horizontale Komponente --13-- der resultierenden Kraft --12-- aus den Schrägseilen --7-- ist dabei gleich gross wie die im Brückenträger auftretende Druckkraft --15-- als Summe der Horizontalkomponenten der Schrägseilkräfte auf den Brückenträger --1--. Die vertikale Komponente --14-- entspricht dabei der gesamten, vom Schrägseilsystem übertragenen Last. Das statische System ist in horizontaler Richtung in sich geschlossen. es treten also keine Horizontalbelastungen auf die Pfeiler --3 und 4-- auf. die daher nur vertikale Lasten erhalten.
Bei den angenommenen geometrischen Verhältnissen (Abstand zwischen den Pylonenpfeilern = a. Höhe der horizontalen Komponente der Resultierenden aus den Seilkräften über der Wirkungslinie der Druckkraft im Brückenträger = h) wirkt auf den Pfeiler --3-- eine nach unten gerichtete Kraft --16-- in der Grösse
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und auf Pfeiler --4-- eine nach oben wirkende, also im negativen Sinne wirkende Kraft --17-in der Grösse
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In Fig. 3 ist die Wirkung der Rückhaltekraft --18-- auf den Pylon --6-- dargestellt. die in
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die Pylonenpfeiler entgegengerichtet sind zu den Kräften --16 und 17-- aus den Resultierenden - der Kräfte der Schrägseile --7--. Weiters sieht man.
dass wieder das statische System in horizontaler Richtung durch die Druckkraft --22-- im Brückenträger --2--, die durch die Umlenkung des Rückhalteseiles --9-- im Umlenkpunkt --11-- entsteht, in sich geschlossen ist. Es entstehen also wieder an den Pfeilern --3 und 4-- nur vertikale Kräfte. Es ist aus dem Vergleich von Fig. 2 mit Fig. 3 erkennbar, dass durch die Wahl der Grösse der Rückhaltekraft und der geometrischen Verhältnisse am Pylon das innere Kräftespiel im Pylon --6-- sowie die Kräfte auf den Pylonenpfeilern-3 und 4-so beeinflusst werden können. dass damit eine Optimierung der Kosten des Pylons - und seiner Pfeiler --3 und 4-- möglich ist.
Weiters ist erkennbar, dass die Grösse der Rück- haltekraft --18-- keinen Einfluss auf die Kräfteverteilung in den Schrägseilen --7 und 8-hat.
Für die Nachgiebigkeit der Abstützungen der Brückenträger --1 und 2-- durch die Schrägseile --7 und 8-- sind im wesentlichen nur mehr die Dehnungen der Seile zwischen den Abspannpunkten an den Brückenträgern und den Abspannpunkten am Pylon von Einfluss. Es sind dies die kürzestmöglichen Dehnwege und ist daher die grösstmögliche Steifigkeit der ganzen Überspannung der Brückenträger erreicht. Auch der Einfluss der Temperaturdifferenzen zwischen Brückenträger und Überspannung wird damit so weit als möglich reduziert.
Insgesamt wird damit eine weitgehende Reduktion der Biegemomente in den Brückenträgern erreicht, insbesonders dann. wenn auch die sekundären Biegungen in den Brückenträgern durch Reduktion der Abstände zwischen den Abspannpunkten der Schrägseile an den Brückenträgern verringert werden.
Je nach den geometrischen Verhältnissen zwischen Hauptfeld und Randfeld können die sich aus der wirtschaftlichen Optimierung ergebenden Rückhaltekräfte eine bedeutende Grösse erreichen.
Soferne nicht die Gefahr von Setzungsdifferenzen zwischen den Pfeilern --3 und 4-besteht, ist es möglich, die Rückhaltekraft --18-- durch Verspannung des Räckhaltestabes --9-- z.B. zwischen Pylon --6-- und Pfeiler --5-- zu erzeugen. wobei dieser Rückhaltestab --9-- dann jedenfalls aus einem elastisch gut dehnfähigen und hochbelastbaren Material wie etwa aus Stahlseilen mit hoher
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bzw. Längenänderungen des die Kraft --22-- übertragenden Konstruktionsgliedes. welches vorzugsweise gleich der Brückenträger --2-- ist. möglichst wenig ändert. Dabei müssen in diesem Fall gegenüber dem aus der Optimierung von Pylon --6-- und Pfeilern --3 und 4-- resultierenden Wert entsprechende Zuschläge zur Vorspannkraft des Rückhaltestabes --9-- gemacht werden. um diese Einflüsse abzudecken.
Die Rückhaltekraft --18-- kann hingegen nach dem Optimum ausgelegt werden. wenn sie über ein Spanngewicht --10-- erzeugt wird. Dann sind weder die Dehnungen des Rückhaltestabes --9-noch die Setzungsdifferenzen der Pfeiler noch die Einflüsse aus Temperaturdifferenzen. Längenänderungen des Bräckenträgers --2-- usw. von Einfluss.
Eine bevorzugte Ausführungsform besteht dann wie Fig. 1 zeigt darin. dass der Rückhaltestab --9-- am Oberteil des Pylons --6-- fix angeschlossen und nach unten über eine Umlenkung - 11-- geführt wird und durch ein die Rückhaltekraft --18-- erzeugendes Spanngewicht --10-- gespannt wird. Da aber die auftretenden Bewegungen des Spanngewichtes --10- relativ klein sind. kann das Spanngewicht --10-- durch Benutzung des Flaschenprinzips. z. B. zwischen Pylon --6-und Aussenfundament --5-. verringert werden. wodurch sich lediglich im gegenläufigen Sinn vergrösserte Bewegungen des Spanngewichtes --10-- ergeben. In Fig. 4 ist als Beispiel die prinzipielle Anordnung mit einfacher Einscherung mit einer Reduktion der Grösse des Spanngewichtes --10-auf die Hälfte der Rückhaltekraft --18-- angegeben.
Die Rückhalteseile --9a bzw. 9b-- sind jeweils fix am Aussenpfeiler --5-- befestigt und laufen über eine Umlenkscheibe --23-- zum Spannge- wicht --10- zurück. An der Umlenkscheibe --23-- tritt dann als Resultierende der Kräfte in den Seilen --9a und 9b-- die Rückhaltekraft --18 auf.
Es ist auch möglich, die Grösse des Spanngewichtes durch eine Hebelübersetzung zu reduzieren. In Fig. 5 ist eine prinzipielle Anordnung dafür angegeben. Die Rückhalteseile --9a bzw. 9b-sind an Hebeln --24a bzw. 24b-- befestigt. die ihrerseits gelenkig am Aussenpfeiler --5-- ange- schlossen sind und an ihrem freien Ende durch das Spanngewicht --10-- belastet sind. Entsprechend
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--9a9b-- wirkenden Rückhaltekraft --18-- erforderlich.
Es ist aber nach dem erfindungsgemässen System auch möglich, die Rückhaltung des Pylons - durch mehrere Rückhaltestäbe --9--, die jeweils vom oberen Bereich des Pylons --6-- zu mehreren Verankerungspunkten bzw. Spanngewichten führen, zu bewirken.
Weiters entspricht es auch der Erfindung, wenn die Überspannung des Hauptfeldes nicht aus einzelnen geradlinig geführten Seilen besteht. sondern dafür gekrümmte Seile mit Hängestangen. wie z. B. bei Hängebrücken und Zügelgurtbrücken angeordnet sind und wenn an Stelle von Seilen andere zugübertragende Bauglieder. wie z. B. vorgespannte Betonstäbe für die Überspannung benutzt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schrägseil-Brücke. bestehend aus mindestens einem Hauptfeld, einem Randfeld und einem im Bereich des Überganges vom Hauptfeld zum Randfeld angeordneten Pylon. von dem aus mindestens das Hauptfeld durch mit dem Hauptfeld und dem Pylon starr verbundene Überspannungen unterstützt wird. dadurch gekennzeichnet, dass der Pylon (6) durch ein in sich starres Dreiecksystem gebildet ist. dessen Grundlinie etwa parallel zur Brückenlängsachse liegt und auf zwei, am Anfang und am Ende dieser Grundlinie und somit im Abstand von einander liegenden Auflagern (3. 4) vertikal unverschieblich abgestützt ist und dass der Pylon über mindestens ein mit dem Pylon starr verbundenes Rückhalteelement (9) eine von den vertikalen Verformungen des Brückenträgers (1. 2) unabhängige.
als Zugkraft wirkende Rückhaltekraft (18) erhält, wobei am äusseren Ende des Randfeldes eine Umlenkkonstruktion vorgesehen ist. welche die Rückhaltekraft in eine Vertikal- und in eine Horizontalkomponente zerlegt, und die Horizontalkornponente der Rückhaltekraft in Brückenlängsrichtung in das Randfeld (2) eingeleitet ist.