DE102006060695A1

DE102006060695A1 - Verfahren zur Herstellung von zwei- oder mehrfeldrigen Stahlverbundbrücken

Info

Publication number: DE102006060695A1
Application number: DE200610060695
Authority: DE
Inventors: Kersten Prof. Dr.-Ing. Latz; Thomas Dipl.-Ing. Bittermann
Original assignee: HOCHSCHULE WISMAR UNIVERSITY O; HOCHSCHULE WISMAR UNIVERSITY OF TECHNOLOGY BUSINESS AND DESIGN
Current assignee: HOCHSCHULE WISMAR UNIVERSITY O; HOCHSCHULE WISMAR UNIVERSITY OF TECHNOLOGY BUSINESS AND DESIGN
Priority date: 2006-12-18
Filing date: 2006-12-18
Publication date: 2008-06-26
Anticipated expiration: 2026-12-19
Also published as: DE102006060695B4

Abstract

Bei ganz oder teilweise in Ortbetonbauweise hergestellten zwei- oder mehrfeldrigen Stahlverbundbrücken wird der Stahlträger-Beton-Verbund vor einer messtechnisch und rechnerisch festgestellten Rissbildung während des Abbindens und Aushärtens des Betons durch Verstellen der Mittelunterstützung aus einer erhöhten Position abgesenkt, um dabei vorzeitig eine Druckspannung in den Beton und eine Zugspannung in den/die Stahlträger einzuprägen, die der während des Aushärtens infolge Dehnung und Verformung wirksamen Beanspruchung entgegenwirken und die Ausbildung von Trennrissen und daraus resultierende Folgeschäden verhindern.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von zwei- oder mehrfeldrigen Stahlverbundbrücken, bei dem mindestens ein in Längsrichtung orientierter, mit Kopfbolzendübeln oder anderen Verbundelementen versehener Stahlträger auf mindestens einer verstellbaren Mittelunterstützung einer Mittelstütze und an den Enden auf Widerlagern abgestützt wird und auf dem Stahlträger in Ortbetonbauweise oder in gemischter Bauweise mit Fertigteilen und Ortbeton eine Fahrbahnplatte hergestellt wird.
Stahlverbundbrücken bestehen im sogenannten Überbau aus mindestens einem sich in Längsrichtung der Brücke erstreckenden, als Hohlprofil oder offenes Profil ausgebildeten Stahlträger und einer mit diesem über am Stahlträger angeformte Verbundelemente, insbesondere Kopfbolzendübel, kraftschlüssig verbundenen Fahrbahnplatte aus Stahlbeton. Durch den Verbund aus Stahlträger(n) und Betonplatte wird eine gemeinsame Tragwirkung erreicht. Die Festigkeitseigenschaften beider Baustoffe werden optimal genutzt, denn der Stahlträger ist für die Übertragung von Zugkräften und der Beton für die Aufnahme von Druckkräften hervorragend geeignet. Der Unterbau der Stahlverbundbrücke besteht aus an den Enden der Stahlträger angeordneten Widerlagern, die bei Zweifeldbrücken durch mindestens eine Mittelstütze oder bei mehrfeldrigen Stahlverbundbrücken auch durch mindestens zwei oder mehrere Mittelstützen ergänzt sind.
Die Herstellung von zwei- oder mehrfeldrigen Stahlverbundbrücken bereitet jedoch insofern Schwierigkeiten, als während des Abbindens des Betons infolge meteorologischer Einflüsse sowie insbesondere der Hydratationswärmeentwicklung und der damit verbundenen Dehnung und späteren Schrumpfung des Betons Trennrisse entstehen, die zu einer Schädigung des Bauwerks führen. Es ist zwar möglich, den durch Risse beschädigten Beton nachzubehandeln, jedoch ist diese Nachbehandlung nicht immer ausreichend, so dass, insbesondere bei klimatisch ungünstigen Bedingungen, Schadensfälle an derartigen Bauwerken auftreten.
Es ist bekannt, dass bei der Biegebeanspruchung eines Einfeldträgers, bei der in der Betonplatte nur Druckspannungen und in dem Stahlträger nur Zugspannungen auftreten, die Eigenschaften der beiden Baustoffe optimal genutzt werden, während bei Zwei- oder Mehrfeld-Stahlbetonbrücken die Beanspruchung und die Spannungsverhältnisse im Bereich der Mittelstütze(n) umgedreht werden und somit der Beton in diesem Bereich auf Zug beansprucht wird. Um das Tragverhalten der Brücke unter diesen Voraussetzungen zu verbessern, ist es bekannt, eine verstellbare Abstützung zwischen den Mittelstützen und dem Stahlträger nach Fertigstellung der Betonplatte der Brücke, das heißt, wenn der Beton der Fahrbahnplatte vollständig ausgehärtet ist und die Trennrisse bereits gebildet sind, bis in die Endlage auf dem Brückenlager abzusenken. Das heißt, das Problem der Rissbildung während der Aushärtung des Betons mit den daraus resultierenden Folgeschäden besteht hier weiterhin.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von zwei- oder mehrfeldrigen Stahlverbundbrücken mit einer in Ortbetonbauweise gefertigten Fahrbahnplatte anzugeben, das die Ausbildung von Trennrissen in der Fahrbahnplatte aus Beton während des Aushärtens verhindert.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Kern der Erfindung besteht darin, bei einer zwei- oder mehrfeldrigen Verbundbrücke nach dem Schütten des Betons im Falle einer festgestellten Rissgefahr schon während des Abbindens und Aushärtens des nicht mehr viskosen Betons eine temporäre verstellbare Unterstützung zwischen Mittelstütze und Träger und damit den Stahlträger mit dem eingeschalten Beton aus einer mittig erhöhten Position in einem oder mehreren Schritten teilweise oder sie in die Endlage abzusenken und damit entgegen der beim Abbinden und Aushärten aufgrund des Verbundes zwischen dem Beton und dem Stahl zu verzeichnenden Druckbeanspruchung des Stahlträgers bzw. Zugbeanspruchung der Betonplatte eine Druckspannung in den Beton und eine Zugspannung in den Stahlträger einzuprägen und dadurch die beim Aushärten infolge der Volumenänderung zu erwartende Ausbildung von Trennrissen zu verhindern.
Erfindungsgemäß werden der Beginn, die Geschwindigkeit und die Dauer des Absenkens werden auf der Grundlage der Verformungen, Dehnungen und Temperaturen sowie Spannungen des Betons, die während des Aushärtens gemessen bzw. berechnet werden, festgelegt, jedoch in Abhängigkeit von zusätzlich erfassten meteorologischen Messwerten und auf das Bauwerk bezogenen Daten wie Betonrezeptur, Bauwerks- und Bauwerksumgebungsgeometrie, Betonschalung und -nachbehandlung sowie Betonierverlauf. Unter Einbeziehung aller erfassten Daten und Berechnungs- bzw. Messergebnisse erfolgt bei einer daraus gefolgerten Rissgefahr computergestützt die Absenkung der Mittelunterstützung und damit die mittige Absenkung des Beton-Stahl-Verbunds noch während des Abbindens und Aushärtens des Betons. Die aus al len ermittelten Daten gebildeten Simulationsergebnisse ermöglichen dem Fachmann die Entscheidung zur vorzeitigen Absenkung der Verbundbrücke.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Zweifeld-Stahlverbundbrücke zum Zeitpunkt der Herstellung der Fahrbahnplatte aus Beton; und
2 die Stahlverbundbrücke nach 1 nach dem Absenken.
Die Stahlverbundbrücke besteht aus einem Stahlträger 1, der an den Enden jeweils auf einem Widerlager 2, 3 und in einer mittig erhöhten Position auf einer absenkbaren Mittelstütze 4 abgestützt ist, sowie einer mit dem Stahlträger verbundenen Fahrbahnplatte 5 aus Stahlbeton. Der Verbund zwischen dem Stahlträger 1 und der Fahrbahnplatte 5 erfolgt über an der oberen Seite des Stahlträgers 1 angeformte Kopfbolzendübel 6. Nach dem Vergießen des Betons der Fahrbahnplatte 5 in einer Schalung mit in diese eingelegter Bewehrung (nicht dargestellt) befindet sich der Stahlträger 1 samt Fahrbahnplatte 5 in einer in 1 schematisch angedeuteten Position, in der der Stahlträger-Beton-Verbund im Zeitpunkt des noch frischen, nicht abgebundenen Betons spannungsfrei ist. Während des anschließenden Abbindens des Betons steigt – aufgrund der Hydratationswärme – die Temperatur des Betons, der sich mit steigender Temperatur zunächst ausdehnt, um dann während des Aushärtens und beim Absinken der Temperatur sowie in Abhängigkeit von den jeweiligen meteorologischen Bedingungen zu schrumpfen. Da die Fahrbahnplatte 5 über die Kopfbolzendübel 6 bereits mit dem Stahlträger 5 verbunden ist, wird dem Gesamtquerschnitt eine Zwängungsbe anspruchung eingeprägt, aus der Zugbeanspruchungen im Beton und Druckbeanspruchungen im Stahlträger resultieren. In Abhängigkeit von der Betonrezeptur, dem zeitlichen Betonierverlauf, der Schalung und Nachbehandlung des Betons sowie der Geometrie des Bauwerks und der Bauwerksumgebung sowie den klimatischen Gegebenheiten würden die unter den oben genannten Bedingungen auftretenden Spannungen zu Trennrissen im Beton und zu einer Schädigung des Bauwerks führen.
Nach dem Schütten des Betons zur Herstellung der Fahrbahnplatte 5 wird ab einem bestimmten Zeitpunkt des Abbindens während des Versteifens, wenn der Beton nicht mehr viskos ist, aber die Erhärtung noch nicht soweit fortgeschritten ist, dass bereits eine Rissbildung eintritt, etwa mit dem Einsetzen der Schrumpfung die Mittelstütze 4 entsprechend der fortschreitenden Festigkeitsentwicklung des Betons abgesenkt und dabei, wie aus einem Vergleich der 1 und 2 deutlich wird, in den Beton der Fahrbahnplatte 5 eine Druckspannung und in den Stahlträger 1 eine Zugspannung eingeprägt. Die mit dem Absenken der Mittelunterstützung eingeprägten Druckspannungen wirken den mit dem Aushärten des Betons auftretenden Zugspannungen entgegen und verhindern die Ausbildung von Trennrissen. Das Absenken der Mittelunterstützung 4 – nach Zeitpunkt, Geschwindigkeit, Absenkweg – erfolgt auf Basis der Ergebnisse einer Computerberechnung unter Berücksichtigung der jeweiligen feststehenden bauwerksspezifischen Daten, nämlich Betonrezeptur, Bauwerksgeometrie und Umgebungsgeometrie, des zeitlichen Betonierverlaufs, der Art der Schalung und der Nachbehandlung des Betons nach dem Betonieren, der im Zeitraum des Betonierens und Aushärtens herrschenden meteorologischen Daten wie Richtung und Dauer der Sonneneinstrahlung, Bewölkung, Luftfeuchtigkeit, Lufttemperatur und Windverhältnisse sowie einer am Beton während des Abbindens und Aushärtens durchgeführten Messung der Dehnung, der Verformung und der Temperatur. Das heißt, auf der Basis all dieser feststehenden und fortlaufend gemessenen und von einer Software verarbeiteten Daten wird eine gegebenenfalls bestehende Rissgefahr signalisiert und daraufhin wird die Mittelunterstützung 4 in einer bestimmten Zeit um einen bestimmten Wert abgesenkt, um so entgegen der beim Aushärten des Betons auftretenden Beanspruchung wirkende Spannungen in den Stahlträger und die Betonplatte einzuprägen und eine Rissbildung zu verhindern.

1: Stahlträger
2: Widerlager
3: Widerlager
4: Mittelunterstützung
5: Fahrbahnplatte
6: Kopfbolzendübel

Claims

Verfahren zur Herstellung von zwei- oder mehrfeldrigen Stahlverbundbrücken, bei dem mindestens ein in Längsrichtung orientierter, mit Kopfbolzendübeln (6) oder anderen Stahlelementen versehener Stahlträger (1) auf mindestens einer verstellbaren Mittelunterstützung (4) einer Mittelstütze und an den Enden auf Widerlagern (2, 3) abgestützt wird und auf dem Stahlträger (1) in Betonbauweise eine Fahrbahnplatte (5) hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass während des Abbindens und Aushärtens des Betons in nicht mehr viskosem Zustand bei Erreichen einer bestimmten Anfangsfestigkeit und Feststellung einer Rissgefahr die Mittelunterstützung (4) allmählich aus einer erhöhten Position abgesenkt wird und dabei entgegen der beim Aushärten auftretenden Beanspruchung bei einer messtechnisch und rechnerisch ermittelten Rissbildungsgefahr in den Beton der Fahrbahnplatte (5) eine Druckspannung und in den Stahlträger (1) eine Zugspannung eingeprägt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das während des Abbindens und Aushärtens des Betons dessen Temperaturen, Verformungen und Dehnungs- bzw. Schrumpfungsspannungen gemessen und/oder berechnet werden und das Absenken der Mittelunterstützung (4) in Bezug auf den Zeitpunkt und die Geschwindigkeit entsprechend den ermittelten Messwerten und Berechnungsergebnissen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Betonrezeptur, die Geometrie des Bauwerks und der Bauwerksumgebung, der Betonierverlauf sowie die Bauwerksabdeckung und -nachbehandlung und die meteorologischen Daten während des Abbindens und Aushärtens des Betons erfasst und zusammen mit den Verformungs-, Spannungs- und Temperaturdaten in einer an einen Computer angeschlossenen Auswerteeinheit verarbeitet und das Absenken der Mittelunterstützung unter Berücksichtung der mit einer speziellen Software ermittelten Berechnungsergebnisse durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach Auswertung der Messdaten eine Rissgefahr signalisiert und daraufhin die Mittelunterstützung abgesenkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Absenken der Mittelunterstützung während des Abbindens des Betons entsprechend der Rissgefahr teilweise oder bis in die Endlage des Stahlträgers auf dem Lager der Mittelstütze erfolgt.