Verfahren zur Verstärkung der Tragfähigkeit eines Trägers, sowie nach diesem Verfahren hergestellte Trägerverstärkung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verstärken der Tragfähigkeit eines in einem bestehenden Bauwerk eingebauten Trägers, sowie eine nach diesem Verfahren hergestellte Trägerverstärkung.
Bei Gebäuden, Brücken, Hochbahnen und dergleichen sind häufig Binder und Träger zum Tragen einer Last zwischen zwei Stellen vorgesehen, die in einem durch solche Bauelemente überspannten Abstand voneinander liegen. Derartige Träger sind dazu bestimmt, vorab berechnete oder festgesetzte Lasten zu tragen.
Typisch für solche Konstruktionen sind Träger- und Binderanordnungen, die Decken aus Beton oder einem anderen Baumaterial tragen.
Es kommt häufig vor, dass die Träger oder Binder geändert werden müssen, damit sie grössere Lasten tragen können als die, für die sie ursprünglich bestimmt worden sind, oder um die Lasten anders als ursprünglich vorgesehen zu verteilen. Das bekannte Verfahren zum Verstärken der Tragfähigkeit besteht darin, die Querschnittsbelastbarkeit des Binders oder des Trägers durch Vernieten, Verschrauben oder Verschweissen von Stahlplatten, Winkeleisen oder dergleichen am oberen und unteren Flansch des Bauteils zu erhöhen.
Falls die Last direkt auf dem oberen Flansch aufliegt, muss bei diesem Verfahren die darauf lastende Konstruktion abgetragen, entfernt oder angehoben werden, während in manchen Fällen genügend Raum vorhanden ist, um ein geeignetes Formeisen, wenn auch mit Schwierigkeiten, am unteren Flansch zu befestigen.
Demnach ist es häufig notwendig, einen Teil einer vorhandenen Decke abzutragen, um das oder die erforderlichen Fonneisen oder dergleichen am oberen Flansch zu befestigen. Wenn ferner der Träger oder dergleichen Binder durch das Tragen der Last verformt und ge spannt worden ist, ist es häufig nötig, den Träger an einer oder mehreren Stellen aufzubocken, um ihn von den Belastungsspannungen zu befreien, bevor das neue Formteil am oberen oder unteren Flansch befestigt wird. Die Teile der Konstruktion, die entfernt worden sind, um Zugang zum Träger oder Binder zu bekommen, müssen dann mit beträchtlichen Kosten wiederhergestellt werden.
Durch die Erfindung soll nun ein Verfahren geschaffen werden, durch das die Tragfähigkeit eines Trägers verstärkt wird, ohne dass es notwendig wäre, seine tragende Querschnittsfläche zu erhöhen und dafür ein Formeisen oder dergleichen an den Flanschen des Bauelements zu befestigen.
Ferner soll durch die Erfindung eine Neuverteilung der Belastung eines Trägers ermöglicht werden, bei dem es nicht mehr notwendig ist, darüberliegende Bauteile abzutragen und vorübergehend zu entfernen, und auch nicht den Träger zur Befreiung von Belastungs- spannungen aufzubocken.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren sollen ferner Verbiegungen und Spannungen in den Trägern ohne die Notwendigkeit des vertikalen Anhebens ausgeschaltet werden.
Es wurde festgestellt, dass dies gemäss der Erfindung dadurch erreicht wird, dass man ein langgestrecktes Druckglied neben dem Träger so anordnet, dass dieses an mehreren Stellen auf seitlichen Vorsprüngen des Trägers aufliegt und unabhängig vom Träger in Längsrichtung zusammendrückbar gelagert ist, und dass man die Enden eines biegsamen länglichen Zuggliedes unter Spannung am Druckglied befestigt, wobei das Zugglied an einer oder mehreren Zwischenstellen des Trägers zur Ausübung einer der Belastung des Trägers entgegenwirkenden Kraft vertikal angreift.
In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines in seiner Tragfähigkeit erfindungsgemäss verstärkten Trägers,
Fig. 2 in vergrössertem Masstab einen Endabschnitt der Verspannungseinheit nach Fig. 1,
Fig. 3 und 4 Schnitte bei Linie III bzw. IV-IV gemäss Fig. 1,
Fig. 5 eine Seitenansicht ähnlich der Fig. 1 einer anderen Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 6 einen Schnitt bei Linie V1-VI in Fig. 5,
Fig. 7, 8 und 9 Seitenansicht weiterer Ausführungsformen und
Fig. 10 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Prinzips der Erfindung.
Fig. 10 zeigt einen I-Träger mit einem unteren und einem oberen Flansch, der bei S' und S" in der Nähe seiner Enden unterstützt wird. Wenn eine Last L auf diesen Träger aufgebracht wird, drücken sowohl das Eigengewicht des Trägers (durch einen Pfeil W bezeichnet) als auch die Last L nach unten, und die nach unten wirkenden Kräfte werden auf die Stützen S' und S" übertragen. Wenn gemäss der Erfindung die ganze oder ein Teil der auf dem Träger im Bereich der Last L ruhenden Belastung ausgeglichen werden soll, wird eine flexible Sehne T zwischen den die Kräfte übertragenden Punkten P' und P" gespannt, die vorzugsweise genau über den Stützen S' und S" liegen, um die nach unten wirkende Kraftkomponente, die von der Sehne T aufgenommen wird, wie durch die Pfeile F' und F" dargestellt, direkt auf die Stützen zu übertragen.
Das aus einem Spannkabel bestehende Zugglied wird an seinem Scheitelpunkt V mit später beschriebenen und durch einen Stift P bezeichneten Mittel am Träger befestigt. Da die Sehne T unter hoher Spannung steht, wirkt eine nach oben gerichtete Kraftkomponente, die durch einen Pfeil F bezeichnet ist, auf den Träger und wirkt den nach unten gerichteten Kräften entgegen. Die Axialdruckkomponenten C' und C" des Spannkabels werden von einem für diesen Zweck vorgesehenen Druckglied M aufgenommen, das frei und unabhängig vom Träger ist, so dass sie nicht auf den Träger I übertragen werden. Die auf die Sehne T wirkende Spannung wird durch Pfeile T' und T" bezeichnet.
Das Druckglied M ist gleitbar angeordnet und wird nur zur Verhinderung des Verbiegens am Träger gehalten.
Zur Übertragung der nach unten wirkenden Kräfte F' und F" auf die Stützen S' und S" sind am Träger Versteifungen vorgesehen, die später beschriebene Kraft übertragungsteile bilden. Diese Versteifungen können durch die vorhandenen Versteifungen bekannter Träger oder durch für diesen Zweck vorgesehene Platten oder Winkeleisen gebildet werden und diese Versteifungsteile können in den Bereichen, durch die die Sehne T läuft, verstärkt werden.
Die Fig. 1 bis 4 zeigen einen Träger 1 aus Eisen, der auf in Abstand voneinander angeordneten Stützen 11 und 12 ruht und eine durch eine Betondecke 10 gebildete Ruhelast trägt. Selbstverständlich kann die Konstruktion auch andere, nicht dargestellte Träger aufweisen die sich parallel zum Träger 1 erstrecken.
Der Träger l weist das übliche I-Profil mit einem Steg 13, einem oberen Flansch 14 und einem unteren Flansch 15 auf. Die Flansche sind an einer oder an beiden Seiten des Stegs 13 durch Versteifungen 16 verspannt, durch die ein Druckglied 3 laufen kann oder an denen es so befestigt sein kann, dass seine Enden von den Stützen 11 und 12 einen kleineren Abstand als von seinem eigenen Mittelpunkt haben. Das Druckglied bildet, wie aus Fig. 2 ersichtlich, einen nach unten offenen Winkel und ist mit den Enden eines Spannkabels oder eines anderen Zuggliedes 2 durch Schraubmuttern 4 mit abgeschrägten Unterlagscheiben 4' oder andere als Verankerungen übliche Mittel verbunden. Wenn das Zugglied 2 gespannt wird, wirken auf das Druckglied in Längsrichtung Axialdruckkräfte ein.
Dieser Druck wird nicht auf den Träger 1 übertragen, da das Druckglied 3 längs des Trägers frei beweglich ist und nur vernachlässigbare Reibungskräfte in Längsrichtung zwischen diesen Teilen übertragen werden. Das Zugglied 2 und das an ihm befestigte Druckglied werden von Bügeln 5 oder Versteifungen gehalten, die ähnlich oder gleich mit den die Flansche verspannenden Versteifungen 16 sind; die Bügel 5 nehmen das stangenförmige Druckglied so auf, dass es sich frei verschieben kann. Andere Bügel 6 mit nach unten offenen Ausnehmungen umgreifen das Zugglied 2 von oben und dienen zur Übertragung der nach oben gerichteten Kraftkomponente des Zuggliedes auf den Träger 1 an den Scheitelpunkten eines Vielecks, die Punkten zwischen den das Druckglied tragenden Versteifungen 16 und den als Verankerungsmittel dienenden Muttern 4 entsprechen.
Die Bügel 6 bilden geeignete Mittel zum übertragen der nach oben wirkenden Kraft auf das Bauteil. Wie Fig. 4 zeigt, können am Träger 1 in Anlage befindliche Querträger 7 mit Ansätzen 7' versehen sein und Öffnungen zur Führung des Druckglieds 3 und des Zugglieds 2 aufweisen.
Um eine Schwäche der Querträger 7 oder der Versteifungen 16 durch die für den Durchtritt des Zugglieds 2 und des Druckglieds 3 erforderlichen Öffnungen auszugleichen, kann der diese Öffnungen umgebende Bereich mit Platten, Winkeleisen oder dergleichen verstärkt werden. Fig. 4 zeigt, dass das Druckglied 3 entlang und auf der Aussenseite von Verbindungswinkeln 8 befestigt werden kann, während in der Anordnung gemäss Fig. 3 die Bügel diesem Zweck dienen.
Die Anlagepunkte zwischen dem Zugglied 2 und dem Träger 1 liegen entlang eines Polygonzuges, der im wesentlichen mit der Momentenlinie des unterstützten Bauteils unter der Ruhelast übereinstimmt, so dass infolge der Anordnung des Zugglieds 2 die Last im wesentlichen gleichmässig über den Träger verteilt werden kann, selbst wenn ursprünglich eine ungleichmässige Spannungsverteilung vorhanden war. Selbstverständlich kann jeder andere Träger der Konstruktion, der sich parallel zum Träger 1 erstreckt, auf gleit ch e Weise mit entsprechenden Verspannungsvofricih- tungen verstärkt werden, die vorzugsweise symmetrisch beispielsweise an den einander zugekelirten Seiten benachbarter Träger angeordnet sind.
Falls Querträger nicht vorhanden sind, können Verstiirlcungsvorrichtun- gen symmetrisch an den entgegengesetzten Seiten des Stegs 13 eines Einzelträgers befestigt werden.
Bekannte Mittel, z. B. Hydraulikzylindervorrichtungen, können zum Spannen des Zugglieds 2 und zum Verankern der Enden am Druckglied verwendet werden, um das Kabel in genügender Spannung zu halten, wodurch der Träger 1 unter der Ruhelast im wesentlichen horizontal oder sogar leicht nach oben gewölbt gehalten wird, ohne ihn einem Druck in Längsrichtung zu unterwerfen. Das Druckglied 3 kann nach dem Spannen frei vom Träger bleiben oder durch Verschweissen an den Punkten, an denen es gehalten wird, befestigt werden; eine solche Befestigung ändert nichts an der Tatsache, dass die axiale Spannung vom Druckglied aufgenommen wird.
Die Fig. 5 und 6 zeigen eine im wesentlichen gleiche Anordnung, bei der der Träger 1 durch einen zusammengesetzten Binder 1a ersetzt ist, dessen oberer und unterer Flansch jeweils Abdeckplatten 18 bzw. 19 aufweist. Versteifungen 8a tragen Bügel 6a, 5a, die ein Druckglied 3a und ein Zugglied 2a durchsetzt. Das hier dargestellte Druckglied 3a weist ein H-Profil auf.
Auch bei dieser Anordnung können die kräfteübertragenden Trägerplatten für das Zugglied 2a und das Druckglied 3a und die Mittel zum Befestigen des Zugglieds am Träger an den Scheitelpunkten des Vielecks wenigstens teilweise durch Querträger oder Bügel gebildet werden, wie sie in den Fig. 1 bis 4 dargestellt sind, oder die Bauteile 2a und 3a können die Versteifungen direkt durchsetzen, ohne dass Winkeleisen oder dergleichen an ihnen befestigt zu werden brauchen, wie links in Fig. 6 dargestellt.
Fig. 7 zeigt einen herkömmlichen fortlaufenden Träger 1b, der zusätzlich zu den beiden Stützen 11, 12 am Ende in der Mitte auf einer Stütze 20 ruht. Ein Spannkabel oder Zugglied 2b erstreckt sich als Polygonzug längs der Momentlinie und liegt nur mit seinen Enden an einem Druckglied 3b an, während es an dazwischenliegenden Stellen (die den Scheitelpunkten des Polygons entsprechen) am Träger verankert ist. In der Anordnung gemäss Fig. 8 ragt ein Träger 1c über die Stützen 11 und 12 hinaus, während sich das Kabel ebenfalls über diese Stützen erstreckt. Zum Unterschied von den vorhergehenden Ausführungsbeispielen erstreckt sich in dieser Ausführungsform ein Druckglied 3c unterhalb des dazugehörigen Zugglieds 2c.
Fig. 9 zeigt schliesslich die Möglichkeit, eine Verstärkungsvorrichtung gemäss der Erfindung in eine Vielzahl von Zuggliedern 2d, 2d', 2d" mit entsprechenden Druckgliedern 3d, 3d', 3d" zu unterteilen, die alle von einem Träger 1d gehalten werden; die kleineren Zugglieder 2d', 2d" begrenzen ein Dreieck, dessen Scheitelpunkte über den Stützen 11, 12 nahe an den Enden des Hauptzuggliedes 2d liegen. Die Längsbeweglichkeit und die Befestigung des Druckglieds und die Mittel, durch die die Kabel am Träger verankert sind, sind im wesentlichen die gleichen wie in den vorher beschriebenen Ausführungsformen. Anstelle der der Einfachheit halber dargestellten Muttern können auch bekannte Ktemmvorrichtungen zum Verankern der Kabelenden verwendet werden.