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Anwendungsgebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer
neuen formschlüssigen
Verankerung an jeder beliebigen Stelle eines sich bereits im Bauwerk
befindlichen, im Verbund liegenden Spanngliedes. Es eignet sich
insbesondere für
die temporäre
Verankerung von Spanngliedern im Zuge von Baumaßnahmen im Bestand auf dem
Gebiet des Brücken-,
Hoch- und Industriebaus.
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Stand der Technik
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Grundsätzlich können zwei
Herstellungsverfahren für
vorgespannte Tragwerke unterschieden werden. Zum einen die Vorspannung
mit sofortigem Verbund und zum anderen jene mit nachträglichem Verbund.
Beide Verfahren unterscheiden sich u. a. grundlegend in der Form
der Spannglieder, dem Zeitpunkt der Vorspannung sowie der Art der
Einleitung der Spannkräfte
in das die Spannglieder umgebende Betonbauteil.
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Bei
der Vorspannung mit sofortigem Verbund kommen Spannglieder in Form
von profilierten Einzeldrähten
oder Litzen zum Einsatz. Die Spannkraft pro Spannglied ist gering
und das Verhältnis
zwischen Umfang und Fläche
günstig.
Konstruktionsbedingt ist hier nur ein gerader Verlauf der Spannglieder möglich. Die
Spannglieder werden im Spannbett vorgespannt. Anschließend erfolgt
das Einbringen des Betons. Nach Erreichen einer von der vom verwendeten
Beton abhängigen
Druckfestigkeit wird die Vorspannkraft durch Trennen der Spannglieder
vom Spannbett auf das Bauteil abgesetzt. Die Vorspannkraft wird
hierbei über
die Aktivierung des Verbunds zwischen Spannstahl und dem umgebenden
Beton in das Bauteil eingeleitet. Diese Herstellungsvariante wird
vor allem für
die Produktion vorgespannter Fertigteile eingesetzt. Typische Anwendungen
im Hochbau und Industriebau sind vorgefertigte Binder in I-Form,
Hohlplatten und sog. π-Platten.
Im Brückenbau
kommen in der Regel Träger
mit T-Form zur Anwendung.
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Bei
der Vorspannung mit nachträglichem Verbund
liegen die Spannglieder in einem sog. Hüllrohr. Jede beliebige Form
des Spanngliedverlaufs kann prinzipiell realisiert werden. Die Spannglieder setzen
sich aus mehreren Einzeldrähten
bzw. Litzen zusammen, so dass die Vorspannkraft pro Spannglied groß und das
Verhältnis
zwischen Umfang und Fläche
ungünstig
ist. Nach Erreichen der erforderlichen Betondruckfestigkeit werden
die Spannglieder vorgespannt und anschließend die Hüllrohre mit Mörtel (fc ≈ 30
N/mm2) verpresst. Der Mörtel dient dabei primär dem Korrosionsschutz
der Spannglieder. Die Spannkraft wird am sog. Spannanker über Teilflächenpressung
unter den flächenförmigen Plattenankern
in das Betonbauteil eingeleitet. Im Gegensatz zur Spannbettvorspannung
führt ein
Versagen des Ankerkörpers,
z. B. durch Korrosion, zum Verlust der Tragfähigkeit des Bauteils, da über den
Verbund zwischen Spannstahl und Verpressmörtel die Vorspannkraft nicht,
bzw. erst über
eine sehr große
Länge übertragen
werden kann. Die Vorspannung mit nachträglichem Verbund wird häufig im
Brückenbau
verwendet, da hier die Wirtschaftlichkeit dieser Bauweise wesentlich
von der Flexibilität
der Spanngliedführung
bestimmt wird. Im Hochbau ist diese Form der Vorspannung dagegen
seltener anzutreffen.
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Aufgabenstellung
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Zahlreiche
Brücken
aus Spannbeton wurden in den 60-iger Jahren des letzten Jahrhunderts
gebaut. Hierbei wurde überwiegend
die Vorspannung mit nachtäglichem
Verbund eingesetzt. Dabei wurden breite Brückenbauwerke, z. B. Autobahnbrücken, häufig nicht
nur Längs-
sondern auch in Querrichtung vorgespannt. Die Zunahme des schweren Verkehrs
einerseits und die fortschreitende Alterung anderseits machen es
notwendig, in naher Zukunft zumindest einen Teil dieses Brückenbestands
durch Neubauten zu ersetzen. Bei einer Ersatzmaßnahme ist eine Vollsperrung über die
gesamte Bauzeit aus volkswirtschaftlicher Sicht keine akzeptable
Lösung. Zur
Sicherstellung des laufenden Verkehrs für die Bauzeit müssen dem
Verkehrsaufkommen entsprechend ausgelegte Umfahrungsmöglichkeiten
bis hin zu kostenintensiven temporären Brückenbauwerken, sog. Hilfsbrücken, geschaffen
werden. Eine wesentlich wirtschaftlichere Alternative wäre die Nutzung
eines Teils des vorhandenen Überbaus
zur Aufnahme der bauzeitlichen Verkehresführung. Der nicht genutzte Teil
des Überbaus
wird abgebrochen und an gleicher Stelle der Neubau er richtet. Bei
Bauwerken mit Querspanngliedern im nachträglichen Verbund, bedeutet jedoch
das Abtragen eines Teils der Brücke die
Ausschaltung eines der beiden Ankerkörper jedes Spannglieds und
somit auch den Verlust der Spannkraft in Querrichtung. Die Tragfähigkeit
des verbleibenden Überbaus
ist somit nicht mehr sichergestellt. Um dies zu verhindern müssen neue
Ankerkörper
im Bereich der projektierten Abbruchkante geschaffen werden.
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Aufgabe
ist es, ein Verfahren für
die Herstellung von variablen und sicheren Ankerkörpern unter Verwendung
eines Ultrahochleistungsmörtels
zu erfinden, das a) eine einfache Anpassung an beliebige Geometrien
der vorhandenen Konstruktionen erlaubt, b) kostenoptimiert und qualitätsgesichert
auf der Baustelle realisiert werden kann und c) einen schnellen
Baufortschritt erlaubt.
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Die
Aufgabe wird durch eine Verankerungskonstruktion mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Mit
Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zur
Herstellung einer Verankerungskonstruktion lassen sich die in profilierten
Spannstäben
oder Bündelspanngliedern,
bestehend aus runden, rechteckigen oder ovalen Litzen oder Drähten, vorhandenen Spannkräfte an jeder
beliebigen Stelle innerhalb einer kurzen Lasteinleitungslänge vollständig verankern.
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Der
Ankerkörper
muss zum einen die in den Spanngliedern vorhandenen Spannkräfte aufnehmen
und zum anderen die Einleitung dieser Kräfte in das vorhandene Tragwerk
sicherstellen können.
Die Verwendung von fließfähigem ultrahochfesten
Feinmörtel
(UHFM) für
die Ankerkörper
führt dazu,
dass einerseits der Aufwand der Herstellung minimiert und andererseits
die Flexibilität
für eine
möglichst
breite Anwendung des Verfahrens gewährleistet werden kann.
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Durch
die im Vergleich zu herkömmlichen Vergussmörteln deutlich
gesteigerten Festigkeitseigenschaften des zum Einsatz kommenden
UHFM können
die in den Spannglied vorhandenen Kräfte innerhalb kurzer Lasteinleitungslängen in
den neuen Ankerkörper übertragen
werden.
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Der
große
Festigkeitsunterschied zwischen dem vorhandenen Bauwerksbeton und
dem UHFM erlaubt die Anpassung der Ankergröße im Hinblick auf die Einhaltung
der zulässigen
Flächenpressung und
somit dem Verzicht auf Zulagebewehrung im Lasteinleitungsbereich.
Hierdurch kann die neue Verankerung an jeder beliebigen Stelle des
Tragwerkes angeordnet werden.
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Das
erfindungsgemäße Verankerungsprinzip vereinigt
die Vorteile der Verbundverankerung mit denen einer Plattenverankerung
in einem einfachen und praxisorientierten Verfahren. Es bietet somit
insbesondere für
die temporäre
Verankerung von Spanngliedern im Zuge von Baumaßnahmen im Bestand ein hohes
wirtschaftliches Potential.
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Ausführungsbeispiel
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der nachfolgenden
Ausführungsvarianten
beispielhaft erläutert.
Es zeigt:
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1 als
typische Anwendung für
die erfindungsgemäße Verankerungskonstruktion
einen Brückenüberbau im
Querschnitt in zwei Bauphasen.
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2 als
typische Anwendung für
die erfindungsgemäße Verankerungskonstruktion
die Seitenansicht eines Brückenüberbaus.
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3 einen
Querschnitt durch ein Bündelspannglied.
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4 den
ersten Schritt des Verfahrens zur Herstellung der erfindungsgemäßen Verankerungskonstruktion
am Beispiel eines Querspanngliedes in einer Fahrbahnplatte.
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5 den zweiten Schritt des Verfahrens zur Herstellung
der erfindungsgemäßen Verankerungskonstruktion
am Beispiel eines Querspanngliedes in einer Fahrbahnplatte.
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6 den
dritten Schritt des Verfahrens zur Herstellung der erfindungsgemäßen Verankerungskonstruktion
am Beispiel eines Querspanngliedes in einer Fahrbahnplatte.
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7 den
vierten Schritt des Verfahrens zur Herstellung der erfindungsgemäßen Verankerungskonstruktion
am Beispiel eines Querspanngliedes in einer Fahrbahnplatte.
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8 den
fünften
Schritt des Verfahrens zur Herstellung der erfindungsgemäßen Verankerungskonstruktion
am Beispiel eines Querspanngliedes in einer Fahrbahnplatte.
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9 den
sechsten und letzten Schritt des Verfahrens zur Herstellung der
erfindungsgemäßen Verankerungskonstruktion
am Beispiel eines Querspanngliedes in einer Fahrbahnplatte.
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10 eine
alternative Verankerungskonstruktion unter Zuhilfenahme eines Stahleinbauteils
mit UHFM-Füllung.
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11 eine
alternative Verankerungskonstruktion für die stufenweise Verankerung
großer Spannstahlquerschnitte.
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In
den Darstellungen 1 und 2 wird die
grundsätzliche
Problematik die der Entwicklung der erfindungsgemäßen Verankerung
zugrunde lag aufgezeigt. Bauwerke des dargestellten Typs weisen einen
einzigen Überbau
für beide
Richtungsfahrbahnen auf. Die Fahrbahnplatte ist über die gesamte Breite mit
im Verbund liegenden Spanngliedern 1 ohne Zwischenverankerungen
vorgespannt. An den Kragarmenden befinden sich je ein Fest- 2 und
ein Spannanker 3. In der Haupttragrichtung wurde der Überbau gleichfalls
mit im Verbund liegenden Spanngliedern 4 vorgespannt. Bei
einem teilweisen Rückbau
zur Herstellung eines neuen Überbaus
wären die Querspannglieder
in der Fahrbahnplatte ohne Endverankerung. Die erfindungsgemäße Verankerungskonstruktion 5,
angeordnet an der Abruchkante 6, sichert diese Spannglieder
und ermöglicht
somit die Befahrbarkeit des verbliebenen Überbaus bis zur Fertigstellung
des neuen Teilbauwerkes. Zum kontrollierten Rückbau eines Tragwerkes können in
gleicher Weise auch die Stegspannglieder neu verankert werden.
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3 zeigt
einen Querschnitt durch ein Bündelspannglied
mit 16 Drähten 7 in
einem mörtelverpressten
Hüllrohr 8.
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4.
Im Rahmen von Voruntersuchungen am Bauwerk müssen die zu verankernden Spannglieder 1 auf
ihre Eignung für
die Maßnahme
geprüft werden.
Hier sind insbesondere die Größe der vorhandenen
Vorspannkraft, die Lage der Spannglieder 1 im Bauwerk sowie
der allgemeine Zustand des Spanngliedes, z. B. Korrosionsschäden, zu
ermitteln. Anschließend
erfolgt die Festlegung von Lage und Größe der zukünftigen Verankerungsstellen 9 entlang
der späteren
Abbruchkante 6.
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5. Der die Spannglieder umgebende Beton
wird anschließend
mit Hochdruckwasserstrahlen (HDW) entfernt. Die Anwendung von HDW
erlaubt ein schonendes und maßgenaues
Herstellen der erforderlichen Aussparung 9. Die Bewehrung 10 und vor
allem die freigelegten Spannglieder 7/8 werden hierbei
nicht beschädigt,
so dass ihre weitere Verwendung möglich ist.
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6.
Liegt die vorhandene Bewehrung 10 frei, wird sie mittig über dem
Spannglied getrennt und vorsichtig aufgebogen. Das Hüllrohr 8 wird
nun mit Hilfe eines gezielten Schnittes, der den bzw. die im inneren
des Spanngliedes befindlichen Stab bzw. Litzen oder Drähte 7 nicht
beschädigen
darf, in Längsrichtung
aufgetrennt. Durch HDW wird nun der das Spannglied umgebende Zementmörtel restlos
entfernt. Anschließend
erfolgt die Trocknung und ggf. das Aufbringen eines Korrosionsschutzes
der Spanndrähte.
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7.
Um sicherzustellen, dass der UHFM 5 die Spanndrähte 7 vollständig umschließt, kann
je nach Zugänglichkeit
und Korrosionszustand ein vorsichtiges auseinanderkeilen der Drähte erfolgen.
Anschließend
wird die Spaltzugbewehrung in Form einer Wendel oder durch U-förmige Bügel 11 um
das vorbereitete Spannglied 7 herum eingebaut.
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8.
Im nächsten
Schritt erfolgen das Rückbiegen
der Bewehrung 10 und die Verlegung der Stoßzulagen 12.
Es folgen der Einbau eines Schalbodens 13, wobei auf eine
gute Abdichtung zu den Betonkanten geachtet werden muss, sowie die Befüllung der
Aussparung mit fließfähigem UHFM 5.
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9.
Nach Erreichen einer bestimmten Mindestdruckfestigkeit des UHFM,
erfolgt die Trennung der Spannglieder 1 direkt am Ankerkörper 6. Die
Spannkraft wird dann infolge der aktivierten Verbundspannungen in
den Ankerkörper
eingeleitet.
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10 zeigt
eine alternative Form der Einleitung der im Spannglied 1 befindlichen
Kräfte über ein zweiteiliges,
stählernes
Einbauteil 14. Die Herstellung der Aussparung sowie das
Freilegen der Bewehrung und des Spanngliedes erfolgt dabei nach 4, 5 und 6. Um einen
direkten Kontakt zwischen den einzelnen Drähten und dem Stahleinbauteil
zu verhindern, verbleibt ein konusförmiger Zwischenraum der mit
UHFM gefüllt
wird 15. Anschließend
werden die beiden Teile der Stahlkonstruktion 14 mit den
dafür vorgesehenen
hochfesten Schrauben gegen die UHFM- Füllung 15 verspannt. Alle
weiteren Arbeitsschritte erfolgen dann analog den 8 und 9.
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11 zeigt
eine weitere alternative Form der Verankerung. Hierbei kann, insbesondere
bei großen
Spanngliedquerschnitten 7, die Spannkraft stufenweise in
den neuen UHFM-Ankerkörper 5 abgegeben
werden. In einem Abschnitt werden dabei jeweils nur die außenliegenden
Drähte
des Bündelspanngliedes
verankert. Im folgenden Abschnitt werden diese dann durchtrennt
und die nächstliegenden Drähte über die
UHFM-Umhüllung
verankert. Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis alle Drähte verankert
sind. Die Arbeitsschritte zur Herstellung des Stufenankers entsprechen
grundsätzlich
den in 4 bis 9 dargestellten.
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Die
Beurteilungsgrundlage für
die Tragfähigkeit
der Verankerung ergibt sich aus der Durchführung von Druckschwellversuchen
in Anlehnung an die bei Zulassungsversuchen für Spannverfahren nach EC 2 üblichen
Regelung der ETAG 013.