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Die
Erfindung betrifft einen im Zuge von Verkehrswegen zur Überbrückung von
Tälern,
Flüssen oder
anderen Hindernissen eingefügten
Brückenüberbau,
der auf Pfeilern und Widerlagern aufliegt und aus einem stählernen
Hauptträger
vorzugsweise mit trapezförmigem
Querschnitt und einer auf dessen Obergurt aufgelagerten und nach
beiden Seiten über den
Hauptträger
auskragenden Fahrbahnplatte aus Stahl, Stahlbeton oder Spannbeton
besteht, wobei in den Stützbereichen
des Überbaus
zu beiden in Brückenlängsrichtung
verlaufenden Seiten der den Überbau
abstützenden
Pfeiler zusätzlich
tragende Stahlbetonkonstruktionen an den Untergurtbereich des stählernen
Hauptträgers
kraftschlüssig
angeschlossen werden.
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Stand der Technik
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Brücken
mit "Doppelverbund"
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Es
sind Brückentragwerke
in Verbundbauweise, bestehend aus nur einem rechteckigen oder auch
trapezförmigen,
oben offenen Stahlquerschnitt mit darauf abgestützter und beidseitig auskragender Fahrbahnplatte
aus Stahlbeton oder auch Spannbeton bekannt, bei welchen im sogenannten
Stützbereich
des Überbaus,
also im Bereich der negativen Biegemomente, zu beiden in Brückenlängsrichtung verlaufenden
Seiten der Stützpfeiler
innerhalb der Stahlkonstruktion über
dem Bodenblech eine bewehrte Betonplatte angeordnet und mit Hilfe
von Kopfbolzendübeln
mit dem Bodenblech schubfest verbunden ist. Aufgabe der unteren
Betonplatte ist es hierbei, einen Teil der in diesem Bereich auftretenden Gesamtdruckkraft
im Betonquerschnitt aufzunehmen. Für derartige bekannte Lösungen wurde
in Fachkreisen der Begriff "Doppelverbund" geprägt.
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Ein
statischer Nachteil dieser Doppelverbundlösungen besteht hierbei darin,
dass die absolute Große
sowohl der im Obergurt auftretenden Zugkräfte als auch der im Untergurt
aufzunehmenden Druckkräfte
gegenüber
einer von den äußeren Abmessungen
gleichartigen Lösung
ohne Doppelverbund zunimmt, da sich der innere Hebelarm zwischen
den Schwerlinien von Ober- und Untergurt bedingt durch die bis zu
einem Meter und mehr betragende Dicke der unteren Betonplatte deutlich
verringert. Als Folge davon werden größere Tragquerschnitte in beiden
Gurten erforderlich, was wiederum zu einem erhöhten Materialaufwand führt.
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Ebenso
nachteilig in statischer Hinsicht wirkt sich bei diesen Lösungen auch
die Tatsache aus, dass durch die Betonplatte im Untergurt zwar die
Biegesteifigkeit des Verbundquerschnittes erhöht wird, jedoch der Zuwachs
an Torsionssteifigkeit relativ gering bleibt. Eine erhöhte Torsionssteifigkeit
wäre aber wünschenswert,
um die Verdrehungen des Brückenquerschnittes
um seine Längsachse
aus halbseitiger Verkehrsbelastung möglichst gering zu halten.
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Ein
weiterer Nachteil dieser bekannten Lösung besteht darin, dass der
Stahluntergurt im Bereich der unteren Betonplatte in erheblich stärkeren Umfang
längs-
und querausgesteift werden muss, um die aus dem hohen Eigengewicht
der Betonplatte resultierenden zusätzlichen Vertikallasten aufnehmen
zu können.
Dies führt
einerseits zu einem höheren
Fertigungsaufwand bei der Stahlkonstruktion und hat andererseits
zur Folge, dass die durch den Doppelverbund angestrebte Materialersparnis
im Untergurt des Stahlquerschnittes zu einem großen Teil wieder verloren geht.
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Auf
Grund der vorerwähnten
beträchtlichen technisch-wirtschaftlichen
Nachteile konnten sich diese bekannten Doppelverbund-Lösungen im
Brückenbau
nicht allgemein durchsetzen.
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Brückentragwerke
mit unteren Beton-Halbbögen
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Aufgrund
der Nachteile von reinen Doppelverbund-Lösungen sind in jüngster Zeit
zwei Brückentragwerke
bekannt geworden, bei denen der – für sich gesehen – Kosten
reduzierende Grundgedanke des Ersatzes der Stahlkonstruktion im
Druckbereich durch eine kostengünstigere
Betonkonstruktion auf andere Weise umgesetzt wurde. Bei diesen bekannten
Lösungen
besteht das Brückentragwerk durchgehend
aus nur einem trapezförmigen,
oben offenem Stahlquerschnitt mit darüber angeordneter Fahrbahnplatte
aus Stahlbeton, der im Bereich der größten Stützmomente zusätzlich durch
getrennt vom Verbundquerschnitt angeordnete Halbbögen aus
Stahlbeton abgestützt
wird, die sich jeweils vom Stützpfeiler
ausgehend nach beiden in Brückenlängsrichtung
verlaufenden Seiten erstrecken und nur an den Enden des Stützbereiches
schubfest mit dem Verbundquerschnitt verbunden sind.
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Der
statische Haupteffekt dieser beiden bekannten Lösungen besteht nunmehr darin,
dass der Verbundquerschnitt im Bereich der Halbbögen durch sogenannte Bogenständer zusätzlich unterstützt wird,
wodurch sich die effektiven Stützweiten
verringern. Als Folge davon reduzieren sich auch die Biegemomente
in diesem Bereich deutlich, sodass Materialeinsparungen bei der
Stahlkonstruktion erzielt werden können.
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Diesem
statischen Vorteil steht jedoch der Nachteil gegenüber, dass
sich zwischen den Halbbögen
aus Beton und der Stahlkonstruktion über den gesamten Stützbereich
keine Verbundwirkung einstellen kann, sodass sich beide Tragwerke
wie separate Systeme verhalten, die lediglich an den jeweiligen
Bogenenden zur Einleitung des Bogenschubes miteinander verbunden
sind. Als Folge der fehlenden Verbundwirkung kann sich auch der
für den
Grad der Torsionssteifigkeit verantwortliche Schubfluss zwischen
Halbbögen
und Verbundquerschnitt in der Ebene senkrecht zur Brückenlängsachse
nicht entwickeln, sodass sich die Torsionssteifigkeit ähnlich wie bei
den bekannten Doppelverbund-Lösungen
nicht im gewünschten
Umfang erhöht.
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Ein
weiterer Nachteil dieser bekannten Lösungen besteht darin, dass
die Herstellung der Halbbögen
technisch schwierig und sehr kostspielig ist, da die Schalung dieser
exakt in Brückenlängsachse unterhalb
der Stahlkonstruktion verlaufenden Betonbögen nur von dem bereits montierten
Stahlüberbau abgehängt werden
kann. Dies bedeutet, dass die Halbbögen für die reine Stahlbaumontage
nicht genutzt werden können,
sodass hierfür
andere, in der Regel sehr aufwändige
Montagemaßnahmen
zur Überbrückung der
vollen Stützweite
zwischen den Pfeilern erforderlich werden. Bei den bekannten Lösungen musste
somit in einem Falle der Stahlüberbau
mit Hilfe von Pylonen und Litzenabspannungen montiert werden, während im
zweiten Fall mehrere aufwändige
Hilfsstützen
zur Überbrückung der
vollen Stützweiten
erforderlich wurden.
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Damit
wird deutlich, dass bei den beiden bekannten Lösungen der mit der Anordnung
der Halbbögen
aus Stahlbeton erzielte statische Vorteil nur mit einem erheblichen
zusätzlichen
Zeit- und Kostenaufwand sowohl bei der reinen Stahlbaumontage als auch
bei der Herstellung der Halbbögen
erkauft werden kann, sodass in Summe keine echten technisch-wirtschaftlichen
Vorteile gegenüber
der klassischen Verbundbauweise erreicht werden.
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Brückentragwerk
mit Vouten aus Vollbeton
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Aktuell
ist eine Lösung
bekannt geworden, bei welcher die Verbundwirkung zwischen dem Stahltragwerk
und Betontragelementen durch die Ausbildung einer Voute aus Vollbeton
im Stützbereich
aktiviert werden soll. Bei dieser Lösung besteht der Überbau aus
einem mit konstanter Bauhöhe
durchlaufendem geschlossenen Trapezkasten aus Stahl mit darüber liegender
Stahlbetonplatte, wobei der einzellige Stahlhohlkasten jeweils im
Stützbereich etwa
in den beiden Drittelspunkten seiner Breite zwei zusätzliche
längs-
und querausgesteifte Stegbleche und entsprechende Ausschnitte in
den Ober- und Untergurten aufweist. Der so entstehende Hohlraum wird
nach der Montage der Stahlkonstruktion durch eine monolithische
Vollscheibe aus Stahlbeton geschlossen, die oben unmittelbar an
die Fahrbahnplatte anschließt
und im unteren Bereich voutenförmig aus
dem Trapezkasten nach unten herausragt.
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Die
so gebildete Vollscheibe aus Stahlbeton wird an der Stelle ihrer
größten Höhe mit dem
Stützpfeiler
biegesteif verbunden und verjüngt
sich voutenförmig
in Richtung der jeweiligen Enden der Stützbereiche. Damit erhält man im
Stützbereich
einen Verbundquerschnitt mit in Richtung Pfeiler zunehmender Bauhöhe, was
zu einer Reduzierung der Ober- und Untergurtkräfte führt und zudem die Biegesteifigkeit
in vertikaler Richtung deutlich erhöht. Der Zuwachs an Biegesteifigkeit
in horizontaler Richtung und an Torsionssteifigkeit fällt dagegen
deutlich geringer aus, da die eingefügte Vollscheibe in Querrichtung
eine nur geringe Breite aufweist.
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Ein
Nachteil dieser bekannten Lösung
besteht außerdem
darin, dass die Kraftübertragung
zwischen Stahl- und Betonquerschnitt ausschließlich über die beiden zusätzlichen
inneren Stegbleche mit Hilfe von dort in großer Zahl angeordneten Kopfbolzendübeln erfolgt.
Dieser – bezogen
auf die beiden äußeren Hohlkastenbereiche – exzentrische
Anschluss der in Brückenlängsrichtung
angreifenden Verdübelungskräfte bewirkt
zum einen Querbiegemomente in den zusätzlichen Innenstegen, die nur durch
umfangreiche Längsaussteifungen
aufgenommen werden können.
Zum zweiten entstehen dadurch in den horizontal angeordneten Kopfbolzendübeln Zugkräfte, welche
entsprechend den gültigen Regelwerken
nur in begrenztem Umfang aufgenommen werden können, was eine unverhältnismäßig hohe
Anzahl von derartigen Verbundmitteln zur Folge hat.
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Ein
weiterer Nachteil dieser bekannten Lösung ist darin zu sehen, dass
die Vollscheibe aus Beton nicht nur im Druckbereich angeordnet ist,
sondern sich auch auf den kompletten Zugbereich oberhalb der Schwerlinie
erstreckt, sodass hier auf Grund der für Betonquerschnitte geltenden
niedrigen zulässigen
Zugspannungen eine wirtschaftliche Ausnutzung der wesentlich höheren Zugfestigkeit
des Stahlquerschnittes ausgeschlossen ist. Im gesamten Bereich nahe
der Schwerlinie, wo naturgemäß nur geringfügige Längsspannungen
auftreten, erzeugt die Beton-Vollscheibe darüber hinaus nur "toten Ballast".
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Die
Ausbildung einer monolithischen Voute aus Vollbeton weist außerdem den
Nachteil auf, dass damit beträchtliche
Mehrgewichte verbunden sind, die auf die Stützpfeiler und deren Gründungen
einwirken und auch dort zu Mehrmassen und damit auch Mehrkosten
führen.
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Aufgabenstellung
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, das eingangs beschriebene Brückentragwerk
so zu gestalten, dass durch geeignete Wahl eines konstant über die
gesamte Brückenlänge durchlaufenden Stahlquerschnittes
in den Bereichen mit vorwiegend negativen Biegemomenten, den sogenannten
Stützbereichen,
außerhalb
des Untergurtes dieses besonderen Stahlquerschnittes ein Betontragwerk
angeordnet werden kann, das über
den gesamten Stützbereich
kraftschlüssig
mit dem stählernen
Hauptträger
verbunden ist, wodurch die Nachteile der bekannten Lösungen vermieden
werden. Im Einzelnen ist die Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung durch
folgende Ziele definiert:
- – Nutzung des kostengünstigen
Baustoffes Beton in jenen Untergurtbereichen der Tragkonstruktion, in
welchen überwiegend
Druckkräfte
aufzunehmen sind.
- – Aktivierung
eines durchgehenden und generellen kraftschlüssigen Verbundes zwischen Stahlkonstruktion
und Betontragwerk in diesen Bereichen.
- – Erhöhung der
Biegesteifigkeiten in beiden Achsen und der Torsionssteifigkeit
und dadurch Minimierung der Biege- und Torsionsdeformationen des
Brückentragwerkes.
- – Vermeidung
von Exzentrizitäten
des Lastangriffs in der Verbundfuge zwischen Stahlkonstruktion und
Betontragwerk.
- – Nutzung
von Teilen des Betontragwerkes im Untergurtbereich für die Montage
der Stahlkonstruktion.
- – Reduzierung
von Material- und Fertigungsaufwand mit dem Ziel einer Minimierung
der gesamten Baukosten
- – Verbesserung
des ästhetischen
Gesamteindruckes in der Brückenansicht
und in der Perspektive von unten.
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Diese
Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
an Stelle eines alleinigen Stahlkasten-Hauptträgers wie bei allen bekannten Lösungen nunmehr
mindestens zwei Stahlhohlkästen
für den
Stahlquerschnitt ausgebildet werden und im Stützbereich unter den Untergurten
der Stahlhohlkästen
eine biegesteife und torsionssteife Tragkonstruktion aus Stahlbeton
angeordnet wird, die mit Hilfe von Kopfbolzendübeln oder anderen geeigneten Verbundmitteln
durchgehend kraftschlüssig
mit den Untergurten der Hohlkastenträger verbunden ist und sich
in Form eines U-Querschnittes jeweils von der Mittelachse eines
Hohlkastenträgers
bis zur Mittelachse des benachbarten Hohlkastenträgers erstreckt,
wobei deren Bauhöhe
vom Beginn des Stützbereiches
voutenförmig
bis zur Einmündung
in den Stützpfeiler
anwächst.
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Vorzugsweise
Ausgestaltungen des Brückentragwerkes
gemäß Anspruch
1 sind in den Ansprüchen
2 bis 9 wiedergegeben.
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Ausführungsbeispiel
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den Figuren dargestellt. Es zeigen:
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1 Querschnitt
eines Brückentragwerks im
Stützbereich
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2 Ansicht
eines Brückentragwerks
im Stützbereich
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3 Standardquerschnitt
mit zwei Hohlkästen
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4 Querschnitt
mit zwei Hohlkästen
und Schrägstreben
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5 Querschnitt
mit drei Hohlkästen.
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Der Überbau (1)
des Brückentragwerkes
im Stützbereich über dem
Pfeiler besteht aus den beiden, vorzugsweise mit konstanter Bauhöhe ausgebildeten,
stählernen
Hohlkastenträgern
(3, 4), die im gleichen Abstand von der mittelsenkrechten
Ebene (2) angeordnet sind und zwei eigene senkrechte Tragebenen
(17, 18) bilden, der auf den Obergurten (19, 20)
der Stahlkästen
(3, 4) aufgelagerten und mittels Kopfbolzendübeln (7, 8)
mit diesen schubfest verbundenen Fahrbahnplatte (5) aus
Stahl- oder Spannbeton und dem unterhalb der Untergurte (21, 22)
der beiden Stahlhohlkästen
(3, 4) angeordneten Stahlbetontragwerk (6).
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Das
Stahlbetontragwerk (6) ist symmetrisch zur mittelsenkrechten
Ebene (2) angeordnet und weist einen U-förmigen Querschnitt
auf, der aus den beiden Obergurten (12, 13), dem
sich von der Tragebene (17) bis zur Tragebene (18)
erstreckenden Untergurt (11) und den beiden Stegen (9, 10)
gebildet wird. Die beiden Stege (9, 10) weisen
hierbei eine veränderliche
Höhe auf
und sind vorzugsweise voutenförmig
ausgebildet, wobei die Voute jeweils an den Enden des Stützbereiches
beginnt und an der Einmündungsstelle
in den Stützpfeiler
(16) ihre größte Höhe erreicht.
Die beiden Obergurte (12, 13) des Stahlbetontragwerkes
(6) sind direkt unter den Untergurten (21, 22)
der Stahlhohlkästen
(3, 4) jeweils symmetrisch zu den Tragebenen (17, 18)
angeordnet, wobei sie vorzugsweise eine geringere Breite als die
Untergurte (21, 22) der Stahlhohlkästen aufweisen,
d.h. dass sie gegenüber
den Stegblechen der Stahlhohlkästen
um ein gewisses Maß zurückspringen,
was sich vorteilhaft auf die Montage der Stahlhohlkästen (3, 4)
und auf den optischen Effekt in der Brückenansicht auswirkt.
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Die
Kraftübertragung
zwischen den beiden Stahlhohlkästen
(3, 4) und dem Stahlbetontragwerk (6)
erfolgt in der Verbundfuge zwischen den Untergurten (21, 22)
der Stahlhohlkästen
und den Obergurten (12, 13) des Stahlbetontragwerkes
(6) vorzugsweise mit Hilfe von senkrecht auf die Untergurte (21, 22)
aufgeschweißten
Kopfbolzendübeln
(14, 15).
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In
diesen beiden Verbundfugen werden mit Hilfe der Kopfbolzendübel (14, 15)
zum einen die zur Aktivierung der Biegesteifigkeiten in und senkrecht zur
mittelsenkrechten Ebene (2) des gesamten Verbundquerschnittes
erforderlichen Schubkräfte übertragen.
Zum zweiten erfolgt in der jeweils zur mittelsenkrechten Ebene (2)
gerichteten Hälfte
dieser Verbundfugen die Übertragung
der Kräfte
aus dem sogenannten Schubfluss im Falle von Torsionsbeanspruchungen
des gesamten Verbundquerschnittes.
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Zur
Aufnahme von Torsionsbeanspruchungen steht – als besonders vorteilhafte
Eigenschaft des erfindungsgemäßen Verbundquerschnittes – in diesem
Beispiel ein dreizelliger Hohlkasten zur Verfügung. Zwei Zellen werden hierbei
von den beiden Stahlhohlkästen
(3, 4) gebildet, während die dritte und insgesamt
wichtigste Zelle vom Untergurt (11), den beiden Stegen
(9, 10) und den inneren Hälften der Obergurte (12, 13)
des Stahlbetontragwerkes (6) einerseits, den beiden inneren
Stegblechen der Stahlhohlkästen
(3, 4) andererseits und schließlich von der Fahrbahnplatte
(5) zwischen den beiden Innenstegen der Stahlhohlkästen (3, 4)
umschrieben wird. Da die Torsionssteifigkeit nach dem bekannten Bredt'schen Gesetz quadratisch
mit den, umschriebenen Flächen
des dreizelligen Hohlkastens anwächst,
wird an diesem Beispiel deutlich, welch enormer Zuwachs an Torsionssteifigkeit
durch die erfindungsgemäße Gestaltung
des Verbundquerschnittes im Stützbereich
eintritt. De facto kommt dies einer Torsionseinspannung über dem
gesamten Stützbereich
gleich, so dass sich die Verdrehungen des Brückenquerschnittes infolge halbseitiger
Verkehrsbelastung auch in den Feldbereichen ganz erheblich reduzieren.
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Die
erfindungsgemäß für das Betontragwerk (6)
gewählte
und vorstehend beschriebene Querschnittsform erlaubt eine besonders
gewichtssparende Bauweise, da für
die Obergurte (21, 22), die Stege (9, 19)
und der Untergurt (11) jeweils die statisch erforderlichen
Mindestdicken ausgeführt
werden können.
Damit wird das für
das gesamte Betontragwerk erforderliche Gewicht minimiert, sodass
sich im Vergleich zu der bekannten Lösung entsprechend Pkt. 3.3
eine wesentlich vorteilhaftere, weil deutlich geringere zusätzliche
Eigengewichtsbelastung für
die Stützpfeiler
(16) und deren Gründungen
ergibt.
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Die
beiden Stahlhohlkästen
(3, 4) werden in regelmäßigen Abständen durch Schotte (17, 18)
oder Querrahmen in Querrichtung ausgesteift. Im Stützbereich
werden in den gleichen senkrecht zur Brückenlängsachse verlaufenden Ebenen
vorzugsweise Betonscheiben (23) innerhalb des Betontragwerkes
(6) angeordnet. Das kraftschlüssige Zusammenwirken der Querschotte
(17, 18) innerhalb der Stahlhohlkästen (3, 4)
und der Betonscheiben (23) stellt hierbei die Unverformbarkeit
des gesamten Verbundquerschnitts sicher.
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Im
Falle der Ausbildung einer orthotropen (orthogonal anisotropen)
Fahrbahnplatte aus Stahl wird lediglich die Fahrbahnplatte (5)
des Ausführungsbeispiels
durch entsprechende Stahlkonstruktionen zwischen den beiden Stahlhohlkästen (3, 4) und
von diesen nach beiden Seiten nach außen auskragend ersetzt, ohne
dass es zu sonstigen Änderungen
im Verbundquerschnitt und in seiner statischen Wirkungsweise kommt.
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Die
erfindungsgemäße Ausbildung
von mindestens zwei Stahlhohlkastenträgern (3, 4)
im Brückenquerschnitt
hat gegenüber
der Anordnung von nur einem stählernen
Hohlkasten, wie bei allen bekannten Lösungen ausgeführt, den
entscheidenden Vorteil, dass man nunmehr im Gegensatz zu den bekannten
Lösungen
nicht nur eine einzige vertikale Tragebene für Stahlhohlkasten und Betontragwerk erhält, sondern
mindestens drei geometrisch versetzt angeordnete vertikale Ebenen:
Je eine Tragebene (17, 18) in der Achse der Stahlhohlkästen und
eine weitere Tragebene (2) zwischen zwei benachbarten Stahlhohlkästen in
der Achse des U-förmigen
Stahlbetontragwerks (6).
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Mit
dieser so gewonnenen Aufgliederung des Gesamtsystems in drei verschiedene
vertikale Tragebenen (2, 17, 18) erhält man die
Möglichkeit, die
stählernen
Hohlkastenträger
(3, 4) und den Betonquerschnitt (6) an
unterschiedlichen Stellen in Querrichtung gesehen aufzulagern. Damit
ergeben sich sowohl für
die Montage der Stahlhohlkästen
(3, 4) als auch für die Herstellung des U-förmigen Betontragwerkes
(6) eine Reihe von vorteilhaften Optionen.
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Die
erfindungsgemäße Ausbildung
des Gesamtquerschnitts im Stützbereich
zeichnet sich des weiteren durch den Vorteil aus, dass statisch
gesehen an Stelle eines einzelligen Stahlhohlkastens ohne Mitwirkung
eines Betonhohlkastens, wie bei allen bekannten Lösungen gegeben,
nunmehr ein dreizelliger Hohlkasten entsteht. Wie allgemein bekannt ist,
zeichnet sich die Hohlkastenbauweise durch die höchste Wirtschaftlichkeit und
Effizienz bei der Erzielung von möglichst hohen Biegesteifigkeiten
in beiden Achsen und extrem hoher Torsionssteifigkeit aus. Mit der
erfindungsgemäßen Querschnittausbildung
wird somit bei geringstem Materialaufwand ein Maximum an Biege-
und Torsionssteifigkeit erreicht.
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Mit
der ausschließlichen
Anordnung des Betontragwerkes (6) unterhalb der Stahlhohlkästen (3, 4)
gemäß dieser
Erfindung, ist der weitere große
Vorteil verbunden, dass der Betonquerschnitt überwiegend Druckkräfte aufzunehmen
hat, wozu Betontragteile im allgemeinen prädestiniert sind und wobei sich bekanntermaßen die
größten wirtschaftlichen
Vorteile der Betonbauweise ergeben. Dies bedeutet, dass weder im
Bereich der Schwerlinie noch im zugbeanspruchten Bereich des Gesamtquerschnittes,
mit Ausnahme der Fahrbahnplatte, andere Betontragteile vorhanden
sind, wie dies beispielsweise bei der bekannten Lösung nach
Pkt. 3.3 der Fall ist. Als Folge davon kann erfindungsgemäß auch das
zusätzliche
Gewicht des U-förmigen
Betontragwerkes (6) minimiert werden, was sich zusätzlich positiv
auf die Dimensionierung der Stützpfeiler
(16) und deren Gründungen
auswirkt.
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Entsprechend
dem Erfindungsgedanken erfolgt die kraftschlüssige Verbindung zwischen den Stahlhohlkästen (3, 4)
und dem U-förmigen
Betontragwerk (6) vorzugsweise nach Abschluss der Montage
der Stahlhohlkästen
(3, 4). Dies hat den großen Vorteil, dass bereits das
Gros der Eigengewichtslasten, nämlich
das Gewicht der Fahrbahnplatte (5) aus Beton im Falle einer
Betonfahrbahn bzw. das Gewicht der zwischen und außerhalb
der Stahlhohlkästen-Obergurte
anzuschließenden
Stahlelemente im Falle einer orthotropen Stahlfahrbahn, auf den
wesentlich tragfähigeren
Teilverbundquerschnitt, bestehend aus den Stahlhohlkästen (3, 4)
und dem U-förmigen
Betontragwerk (6) wirkt. Alle weiteren Eigengewichtslasten
wie Kappen, Fahrbahnbelag, Geländer,
Leitplanken etc. sowie sämtliche
Gebrauchslasten wirken sodann bereits auf den Gesamtquerschnitt,
der sich erfindungsgemäß im Stützbereich durch
eine extrem hohe Biege- und Torsionssteifigkeit auszeichnet. Als
Folge dieser Eigenschaften sind Brückentragwerke (1),
die gemäß der vorstehenden Erfindung
ausgeführt
werden, als besonders vorteilhaft hinsichtlich geringst möglicher
Durchbiegungen und Querschnittsverdrehungen einzuschätzen und erzielen
damit ein Höchstmaß an Gebrauchstauglichkeit.
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Wie
bereits aufgeführt,
eröffnet
die erfindungsgemäße Querschnittsgestaltung
verschiedene sehr vorteilhafte Montage- und Herstellungsoptionen. Bei
sehr langen Brücken
beispielsweise und bei behinderter Zugänglichkeit von unten, bietet
sich bevorzugt das Taktschiebeverfahren als Montagemethode für die Stahlhohlkästen an.
Dieses Verfahren kann gemäß der vorliegenden
Erfindung sehr vorteilhaft eingesetzt werden, da die Bereiche der
Untergurte (21, 22) der Stahlhohlkästen (3, 4)
direkt unterhalb der Stegbleche, die für die Anordnung der Verschublager
und Seitenführungen
vorgesehen sind, über
die gesamte Brückenlänge von
störenden
Elementen freigehalten werden können.
Dadurch dass die Obergurte (12, 13) des U-förmigen Betontragwerkes
(6) gegenüber
den Stegblechen der Stahlhohlkästen
um ein bestimmtes Maß zurückspringen,
werden in den Bereichen der Verschublager keine Kopfbolzendübel oder
andere geeignete Verbundmittel erforderlich. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung
des Brückenüberbaus
kann auch eine vorteilhafte Variante beim Taktschiebeverfahren realisiert
werden, indem die unteren Bereiche des U-förmigen
Betontragwerkes (6), bestehend aus den Stegen (9, 10)
und dem Untergurt (11), bereits vor dem Taktschiebevorgang auskragend
zu beiden Seiten von Stützpfeiler
hergestellt und als Unterstützungskonstruktion
für die
Anordnung der Verschublager genutzt werden. Je nach vorliegender
Tragfähigkeit
der Stützpfeiler
können die
Verschublager damit – in
Verschubrichtung gesehen – in
einem bestimmten Abstand vor und hinter dem Stützpfeiler (16) angeordnet
werden, womit sich die maximale Kraglänge der Stahlhohlkästen (3, 4) entsprechend
reduziert. Da erfahrungsgemäß der Montagezustand
mit der größten freien
Kraglänge
dimensionierend für
bestimmte Bereiche der Stahlhohlkästen (3, 4)
ist, führt
die damit erzielbare Verkürzung
der maximalen Kraglänge
zu Material- und damit Kosteneinsparungen bei der Stahlkonstruktion.
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Auch
bei den sogenannten Hubmontageverfahren für die Stahlhohlkästen (3, 4),
bei denen einzelne Hohlkastenschüsse
von unten mit Mobilkranen in die Einbauposition gehoben werden,
ermöglicht die
vorliegende Erfindung eine vorteilhafte Variante. Diese Verfahrensvariante
ist dadurch gekennzeichnet, dass zunächst, wie im vorhergehenden
Beispiel beschrieben, der untere Teil des U-förmigen Betontragwerkes (6)
in symmetrischer Vorgehensweise vom Stützpfeiler (16) ausgehend
nach beiden Seiten im Freivorbau hergestellt wird. Im zweiten Schritt werden
die ersten beiden Stahlhohlkastenschüsse ebenfalls in symmetrischer
Vorgehensweise, bezogen auf die Achse des Stützpfeilers (16), eingehoben,
ausgerichtet und mit dem Betontragwerk (6) durch Anbetonieren
der Obergurte (12, 13) kraftschlüssig verbunden.
Dieses Verfahren kann bis zu den beiden Enden des Stützbereiches
fortgesetzt werden und bietet damit den großen Vorteil, dass für die weitere
Stahlbaumontage, das heißt
also für
einen nicht unerheblichen Anteil des Stahleigengewichts bereits
der Teilverbundquerschnitt bestehend aus den beiden Stahlhohlkästen (3, 4)
und dem U-förmigen
Betontragwerk (6) zur Verfügung steht, sodass die Spannungen
infolge Stahleigengewicht deutlich reduziert werden. Dies hat weitere
Kosteneinsparungen zur Folge.
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Ein
weiterer Vorzug der erfindungsgemäßen Gestaltung des Brückentragwerkes
(1) ergibt sich hinsichtlich des ästhetischen Gesamteindrucks.
Bedingt durch die hohe Tragfähigkeit
des Verbundquerschnittes (1) im Stützbereich kann für die Stahlhohlkastenträger (3, 4)
eine entsprechend niedrige Bauhöhe über die
gesamte Brückenlänge durchlaufend gewählt werden.
Das schlanke, mit konstanter Bauhöhe durchlaufende Band der Stahlhohlkastenträger (3, 4),
das auch farblich besonders hervorgehoben werden kann, vermittelt
zusammen mit den deutlich zurückgesetzten
Vouten des Betontragwerkes (6) eine ästhetisch besonders reizvolle,
leichte und spannungsgeladene Brückenansicht.
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Mögliche weitere
Querschnittsausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den 4 und 5 schematisch
wiedergegeben. In der 3 ist der besseren Übersicht
halber das Ausführungsbeispiel
entsprechend den 1 und 2 im Schnitt
neben dem Stützpfeiler
(16) dargestellt.
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Im
Falle größerer Brückenbreiten
können zwei
vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Erfindung angewendet werden.
In 4 ist ein Überbau
(32) im Querschnitt des Stützbereiches dargestellt, bei
welchem die Stahlhohlkästen
(3, 4) und das Betontragwerk (6) prinzipiell,
wie im Ausführungsbeispiel
nach den 1 und 2 im Detail
dargestellt, ausgeführt werden.
Zur Realisierung der größeren Brückenbreite
werden zusätzlich
zur Abstützung
der auskragenden Fahrbahnbereiche der Fahrbahn (5) die
beiden Längsträger (24, 25)
angeordnet, die in regelmäßigen Abständen durch
Schrägstreben
(26, 27) gegen den Untergurt der Stahlhohlkästen (3, 4)
abgestützt werden.
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Zur
Aufnahme und direkten Durchleitung der horizontalen Druckkraftkomponenten,
die aus den Schrägstreben
(26, 27) in die Untergurte der Stahlhohlkästen (3, 4)
eingeleitet werden, wird das Querschott (29) des Betontragwerkes
(6), das jeweils in der senkrecht zur Brückenlängsachse
verlaufenden Ebene der Schrägstreben
(26, 27) angeordnet ist, bis etwa zur Höhe der unteren
Anschlusspunkte der Druckstreben (26, 27) nach
oben verlängert
und kraftschlüssig
mit dem unteren Bereich der Innenstege (34, 35)
der Stahlhohlkästen
(3, 4) verbunden.
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In
der gleichen Tragebene senkrecht zur Brückenlängsachse muss zur Aufrechterhaltung
des Kräftegleichgewichts
zwischen den beiden Längsträgern (24, 25)
ein Zugband (29) vorzugsweise in der Höhe der Mittellinie der Fahrbahnplatte
(5) verlegt werden. Für
das vorbeschriebene Querschnittsprinzip ohne die Verbundwirkung
mit dem darunter liegenden Betontragwerk (6) existiert
bereits unter der Nummer 103 15 156 ein deutsches Patent desselben Erfinders,
sodass diese erfindungsgemäße Ausgestaltung
immer in Verbindung mit dem Patent Nr. 103 15 156 steht.
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In 5 ist
eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung dieser Erfindung für den Fall
größerer Brückenbreiten
wiedergegeben. Hierbei besteht der Überbau (33) im Stützbereich
aus 3 Stahlhohlkästen (3, 4, 30),
wobei den beiden äußeren Stahlhohlkästen (3, 4)
ein dritter Stahlhohlkasten (30) hinzugefügt wird,
der genau in der mittelsenkrechten Ebene (2) angeordnet
ist. Des weiteren wird nunmehr das unter den Stahlhohlkästen (3, 4, 30)
angeordnete Betontragwerk aus einem dreistegigen Querschnitt (31)
gebildet, wobei die kraftschlüssige
Verbindung zwischen den Stahlhohlkästen (3, 4, 30)
und dem Betontragwerk (31) wieder, wie bereits ausführlich beschrieben,
in der Verbundfuge zwischen den Untergurten der drei Stahlhohlkästen (3, 4, 30)
und den drei Obergurten (12, 13, 36)
des Betontragwerkes (31) mit Hilfe von Kopfbolzendübeln oder
anderen geeigneten Verbundmitteln hergestellt wird.
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Gegenüber der
Lösung
entsprechend 4 zeichnet sich diese erfindungsgemäße Ausgestaltung
dadurch aus, dass sowohl die Biegesteifigkeit in horizontaler Richtung
als auch die Torsionssteifigkeit des Verbundquerschnittes deutlich
zunehmen. Der Zuwachs an Torsionssteifigkeit ist hierbei besonders ausgeprägt, da nunmehr
ein fünfzelliger
Hohlkastenquerschnitt zur Aufnahme der Torsionsbeanspruchungen zur
Verfügung
steht.