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.
Process for strengthening the load-bearing capacity of a girder, as well as girder reinforcement produced using this process
The invention relates to a method for strengthening the load-bearing capacity of a girder built into an existing structure, as well as a girder reinforcement produced by this method.
In buildings, bridges, elevated railways and the like, trusses and girders are often provided for carrying a load between two locations which are spaced apart from one another by such structural elements. Such girders are designed to carry previously calculated or specified loads.
Typical of such constructions are girder and truss arrangements that support ceilings made of concrete or another building material.
It is often the case that the girders or trusses need to be modified so that they can carry loads greater than those for which they were originally intended, or to distribute the loads differently than originally intended. The known method for increasing the load-bearing capacity consists in increasing the cross-sectional load-bearing capacity of the tie or the girder by riveting, screwing or welding steel plates, angle iron or the like on the upper and lower flange of the component.
If the load is directly on the upper flange, this method involves removing, removing or lifting the structure on it, while in some cases there is enough room to, albeit with difficulty, attach a suitable die to the lower flange.
Accordingly, it is often necessary to remove part of an existing ceiling in order to attach the required form iron or iron or the like to the upper flange. Furthermore, if the girder or the like tie has been deformed and tensioned by carrying the load, it is often necessary to jack up the girder at one or more points in order to release it from the stresses before the new molding on the upper or lower flange is attached. The parts of the structure that were removed to gain access to the girder or truss must then be rebuilt at considerable expense.
The aim of the invention is to create a method by which the load-bearing capacity of a beam is increased without it being necessary to increase its load-bearing cross-sectional area and to attach a die or the like to the flanges of the component.
Furthermore, the invention is intended to enable a redistribution of the load on a girder, in which it is no longer necessary to remove and temporarily remove overlying components, and also not to jack up the girder in order to relieve stress.
The method according to the invention is also intended to eliminate bending and tension in the girders without the need for vertical lifting.
It has been found that this is achieved according to the invention in that one arranges an elongated pressure member next to the carrier so that it rests in several places on lateral projections of the carrier and is mounted compressible in the longitudinal direction independently of the carrier, and that the ends a flexible elongate tension member is attached under tension to the compression member, the tension member vertically engaging one or more intermediate locations of the carrier to exert a force counteracting the load on the carrier.
In the drawing, the invention is illustrated by way of example, namely show:
Fig. 1 is a side view of a carrier reinforced in its load-bearing capacity according to the invention,
FIG. 2 shows, on an enlarged scale, an end section of the bracing unit according to FIG. 1,
3 and 4 sections at line III and IV-IV according to FIG. 1,
5 shows a side view similar to FIG. 1 of another embodiment of the invention,
6 shows a section at line V1-VI in FIG. 5,
7, 8 and 9 are side views of further embodiments and
10 is a schematic illustration to explain the principle of the invention.
Fig. 10 shows an I-beam with a lower and an upper flange which is supported at S 'and S "near its ends. When a load L is applied to this beam, both the dead weight of the beam (by a Arrow W) as well as the load L downwards, and the forces acting downwards are transmitted to the supports S 'and S ". If, according to the invention, all or part of the load resting on the carrier in the area of the load L is to be compensated for, a flexible chord T is stretched between the points P 'and P "which transmit the forces and which are preferably located exactly above the supports S' and S "lie in order to transfer the downward-acting force component which is absorbed by the tendon T, as shown by the arrows F 'and F", directly to the supports.
The tension member consisting of a tensioning cable is fastened to the support at its apex V by means which will be described later and indicated by a pin P. Since the tendon T is under high tension, an upward force component, which is indicated by an arrow F, acts on the wearer and counteracts the downward forces. The axial pressure components C 'and C "of the tensioning cable are taken up by a compression member M provided for this purpose, which is free and independent of the carrier, so that they are not transferred to the carrier I. The tension acting on the tendon T is indicated by arrows T. 'and T ".
The pressure member M is slidably disposed and is only held on the support to prevent bending.
To transmit the downwardly acting forces F 'and F "to the supports S' and S", stiffeners are provided on the carrier, which form the force transmission parts described later. These stiffeners can be formed by the existing stiffeners of known supports or by plates or angle irons provided for this purpose and these stiffening parts can be reinforced in the areas through which the tendon T runs.
1 to 4 show a support 1 made of iron, which rests on supports 11 and 12 arranged at a distance from one another and bears a rest load formed by a concrete ceiling 10. Of course, the construction can also have other supports, not shown, which extend parallel to the support 1.
The carrier 1 has the usual I-profile with a web 13, an upper flange 14 and a lower flange 15. The flanges are braced on one or both sides of the web 13 by stiffeners 16 through which a pressure member 3 can run or to which it can be fastened so that its ends are a smaller distance from the supports 11 and 12 than from its own center to have. As can be seen from FIG. 2, the pressure member forms an angle open to the bottom and is connected to the ends of a tensioning cable or other tension member 2 by screw nuts 4 with beveled washers 4 'or other means customary as anchors. When the tension member 2 is tensioned, axial pressure forces act on the pressure member in the longitudinal direction.
This pressure is not transmitted to the carrier 1, since the pressure member 3 is freely movable along the carrier and only negligible frictional forces are transmitted in the longitudinal direction between these parts. The tension member 2 and the pressure member attached to it are held by brackets 5 or stiffeners which are similar or identical to the stiffeners 16 bracing the flanges; the bracket 5 receive the rod-shaped pressure member so that it can move freely. Other brackets 6 with recesses open at the bottom encompass the tension member 2 from above and serve to transfer the upward force component of the tension member to the carrier 1 at the vertices of a polygon, the points between the reinforcements 16 carrying the pressure member and the nuts serving as anchoring means 4 correspond.
The brackets 6 form suitable means for transmitting the upward force to the component. As FIG. 4 shows, cross members 7 in contact with the carrier 1 can be provided with lugs 7 ′ and have openings for guiding the pressure member 3 and the tension member 2.
In order to compensate for a weakness of the cross members 7 or the stiffeners 16 through the openings required for the passage of the tension member 2 and the pressure member 3, the area surrounding these openings can be reinforced with plates, angle iron or the like. FIG. 4 shows that the pressure member 3 can be attached along and on the outside of connecting angles 8, while in the arrangement according to FIG. 3 the brackets serve this purpose.
The contact points between the tension member 2 and the girder 1 lie along a polygonal line which essentially coincides with the line of moments of the supported component under the rest load, so that due to the arrangement of the tension member 2 the load can be distributed essentially evenly over the girder itself if there was originally an uneven distribution of stress. Of course, any other support of the construction that extends parallel to the support 1 can be reinforced in a sliding manner with corresponding bracing devices, which are preferably arranged symmetrically, for example, on the sides of adjacent supports that are connected to one another.
If cross members are not present, reinforcement devices can be attached symmetrically to the opposite sides of the web 13 of an individual carrier.
Known means, e.g. B. hydraulic cylinder devices can be used for tensioning the tension member 2 and for anchoring the ends to the compression member to keep the cable in sufficient tension, whereby the carrier 1 is kept under the rest load substantially horizontal or even slightly arched upwards without him to subject a pressure in the longitudinal direction. The pressure member 3 can remain free from the carrier after tensioning or can be attached by welding at the points at which it is held; such an attachment does not change the fact that the axial tension is taken up by the pressure member.
5 and 6 show an essentially identical arrangement in which the carrier 1 is replaced by a composite tie 1a, the upper and lower flange of which has cover plates 18 and 19, respectively. Stiffeners 8a carry brackets 6a, 5a through which a pressure member 3a and a tension member 2a pass through. The pressure member 3a shown here has an H-profile.
With this arrangement, too, the force-transmitting carrier plates for the tension member 2a and the pressure member 3a and the means for fastening the tension member to the carrier at the vertices of the polygon can be at least partially formed by cross members or brackets, as shown in FIGS. 1 to 4 , or the components 2a and 3a can pass through the stiffeners directly without the need for angle irons or the like to be attached to them, as shown on the left in FIG. 6.
7 shows a conventional continuous carrier 1b which, in addition to the two supports 11, 12 at the end, rests in the middle on a support 20. A tensioning cable or tension member 2b extends as a polygon along the moment line and rests only with its ends on a pressure member 3b, while it is anchored on the carrier at points in between (which correspond to the vertices of the polygon). In the arrangement according to FIG. 8, a carrier 1c protrudes over the supports 11 and 12, while the cable also extends over these supports. In contrast to the previous exemplary embodiments, in this embodiment a pressure member 3c extends below the associated tension member 2c.
9 finally shows the possibility of subdividing a reinforcement device according to the invention into a plurality of tension members 2d, 2d ', 2d "with corresponding pressure members 3d, 3d', 3d", which are all held by a carrier 1d; the smaller tension members 2d ', 2d "delimit a triangle whose vertices lie above the supports 11, 12 near the ends of the main tension member 2d. The longitudinal mobility and attachment of the compression member and the means by which the cables are anchored to the carrier are essentially the same as in the previously described embodiments, instead of the nuts shown for the sake of simplicity, known clamping devices can also be used for anchoring the cable ends.