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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Brücke,
insbesondere einer Stahl-Beton-Verbundbrücke für
den Straßen- und Schienenverkehr. Sie umfasst in Brückenlängsrichtung
verlaufende Längsträger und in Brückenquerrichtung
verlaufende Quertragelemente, die zu einem Trägerrost verbunden
werden. Der Trägerrost umfasst von den Längs-
und Querträgern umschlossene Freiflächen, die
mit Fahrbahnplattenelementen abgedeckt werden, so dass sich eine
durchgehende Brückentafel ergibt. Die Erfindung betrifft
außerdem ein System zur Erstellung einer derartigen Brücke
und eine derartige Brücke aus Längs- und Querträgern
und Fahrbahnplattenelementen selbst.
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Obwohl
Brückenbauten in der Regel Einzelanfertigungen sind, unterliegt
ihre Bauweise einem starken Rationalisierungsdruck. Die vorgeschlagenen
Konstruktionen bemühen sich daher besonders darum, die
im Brückenbau üblicher Weise verwendeten Materialen
Beton und Stahl unter Ausnutzung ihrer jeweiligen Eigenschaften
möglichst effektiv einzusetzen und den Herstellungsaufwand
der Brücke möglichst gering zu halten. Vor allem
die Aspekte einer günstigen Herstellung führt
auch im Brückenbau zu einem hohen Vorfertigungsgrad der
Brückenbestandteile. Einen weiteren wesentlichen Aspekt
stellt der Wunsch nach einer möglichst geringen Beeinträchtigung
des überbrückten Verkehrswegs dar. Eine konkurrenzfähige
Bauweise für mittlere Brückenspannweiten stellt
der Verbundbrückenbau dar, bei denen zwischen dem Überbau
aus einer Stahlkonstruktion und Fahrbahnvollfertigteilplatten ein Verbund
hergestellt wird.
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Unter www.stahlbau.uni-hannover.de/Publizierungen/Kaiserslautern.pdf ist
eine Verbundbrücke mit Fahrbahnplatte in Fertigteilausführung
beschrieben. Zwei Hauptträger, die als stählerne
Doppel-T- Träger ausgebildet sind und in Brückenlängsrichtung
verlaufen, werden durch quer dazu verlaufende Aussteifungen gehalten.
Auf den Hauptträgern wird unmittelbar die Fahrbahnplatte
aus Stahlbetonfertigteilen gebildet. Die Fertigteile überspannen
die gesamte Querrichtung der Brücke. Sie bilden bereits die
in Querrichtung variierenden Querneigungen der Fahrbahn und der
Randwege aus und sind daher mit einer variierenden Dicke ausgestattet.
Die Fertigteilplatten stoßen an Querfugen aneinander, an
denen sie durch eine Art Betonergänzung miteinander verbunden
werden. Werden die Fertigteilplatten auch im Montagezustand schubfest
miteinander verbunden, so kann unter Umständen auf die
Querträger zur Stabilisierung der Hauptträger
im Montagezustand verzichtet werden. Die für diese Bauweise
erforderlichen Strahlbetonfertigteile mit einerseits großen
Abmessungen und andererseits einer aufwändigen Profilierung
erschweren die Erstellung der Brücke.
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In der
Zeitschrift „Bautechnik 75, Heft 7 (Verlag Ernst und Sohn,
Berlin, 1998) beschreibt Michel Virlogeux unter dem Titel „Verbundbrücken"
eine Alternative zu dieser Bauweise für eine Verbundbrücke.
Demnach wird der Überbau zunächst aus einem stählernen
Trägerrost aus Hauptträgern mit großem Doppel-T-Querschnitt
und dazwischen eingeschweißten Querträgern gebildet.
Auf die verbleibenden Freiflächen des Trägerrosts,
die von den Trägern umrahmt werden, werden Plattenelemente
eingebaut. Hier bereitet die Herstellung des stählernen Trägerrosts
erhebliche Umstände. Wird er erst auf der Baustelle aus
Quer- und Längsträgern verschweißt, so
ist ein hoher Aufwand für die Erzielung der erforderlichen
Qualität sowohl der Schweißnähte als
auch des Korrosionsschutzes erforderlich. Wird er dagegen im Werk
gefertigt, so entsteht ein erheblicher Aufwand durch den Transport
des fertigen Trägerrosts auf die Baustelle, der die Abmessungen
des zukünftigen Überbaus der Brücke besitzt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, die Herstellung einer derartigen Brücke
aus einem Trägerrost und Fahrbahnplattenelementen zu vereinfachen.
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Die
Erfindung schlägt dazu ein Bauverfahren vor, bei dem zunächst
ebenfalls ein Trägerrost aus Längs- und Querträgern
gebildet wird. Die Herstellung des Trägerrosts findet aber
auf der Baustelle statt. In einem ersten Schritt a) werden dazu
die Längsträger und die Querträger durch
Verguss zu einem Trägerrost montiert. Als Verguss eignet
sich ein solcher auf Zementbasis, der nicht eigens verdichtet werden
muss. Nach Aushärten des Vergusses werden in einem weiteren
Schritt b) die Plattenelemente auf den Freiflächen des
Trägerrosts positioniert. In einem letzten Schritt c) werden
die Plattenelemente untereinander und auf dem Trägerrost
befestigt, indem Ortbeton im Wesentlichen zwischen den Plattenelementen
ergänzt wird. Zugleich entsteht dadurch eine durchgehende
ebene Brückentafel. Die Erfindung wendet sich also ab von
Bauteilen, die gleich in zwei Richtungen große Abmessungen
aufweisen, wie z. B. ein kompletter Trägerrost oder große
Fertigteilplatten. Ihr gelingt es vielmehr, den Überbau
aus leicht transportablen Trägern und Plattenelementen
mit relativ geringen, aber immer gleichen Abmessungen herzustellen.
Sowohl die Träger als auch insbesondere die Plattenelemente
lassen sich als Fertigteile vorfertigen. Aufgrund ihrer im Wesentlichen
identischen Abmessungen kann ihre Herstellung sehr wirtschaftlich
erfolgen. Der ebenfalls erforderliche Trägerrost wird erfindungsgemäß jedoch nicht
in einem witterungsanfälligen und aufwändigen Schweißverfahren
erstellt, das eines gründlichen Korrosionsschutzes bedarf,
sondern durch einen Verguss, vorzugsweise auf Zementbasis. Diese Technologie
wird im Allgemeinen auch bei widrigen Witterungsverhältnissen
gut beherrscht. Die Verbindung der Längs- und Querträger
an den Knotenpunkten des Trägerrosts durch Verguss ermöglicht
daher die Erstellung des Trägerrosts erst auf der Baustelle. Damit
müssen keine großen und sperrigen Bauteile unter
erheblichem Aufwand für Transport und Verkehrssicherung
zur Baustelle gebracht werden. Daher bietet dieses Bauverfahren
einen erheblichen Kostenvorteil.
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Weil
bei dem erfindungsgemäßen Bauverfahren der Trägerrost
erst auf der Baustelle erstellt wird, werden in einer ersten Durchführungsform
des Verfahrens die Längsträger vor der Montage
des Trägerrosts in ihre Einbaulage verbracht. Die Längsträger
als größte Bauteile können also unmittelbar
nach ihrer Anlieferung auf der Baustelle auf den Widerlagern montiert
werden, so dass sie im Folgenden keine wesentlichen Ortsveränderungen
mehr erfahren. Alle folgenden Bestandteile der Brücke haben
deutlich geringere Abmessungen und sind daher leicht zu positionieren
und zu montieren. Längsträger größerer
Spannweiten können auch im Taktschiebeverfahren eingebaut
werden.
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Sind
die Längsträger bereits in ihrer Endlage montiert,
so müssen für die weiteren Montageschritte der
Querträger und der Plattenelemente Sicherungsmaßnahmen
zur Absicherung der Baustelle über dem überbrückten
Verkehrsweg getroffen werden. Auch sie bedeuten einen gewissen Aufwand.
Nach einer alternativen Durchführungsform des erfinderischen
Verfahrens wird daher der Trägerrost aus Längs-
und Querträgern außerhalb seiner Einbaulage erstellt
und erst anschließend in seine Einbaulage verbracht. So
kann der Trägerrost beispielsweise auf einer Widerlagerseite
ebenerdig und damit unter Entfall von Absturzsicherungen hergestellt
werden. Dieses Vorgehen ermöglicht erst die Montage der Längs-
und Querträgern an ihren Knotenpunkten durch Verguss, weil
sie in hoher Qualität auch auf der Baustelle vorgenommen
werden kann. Der fertige Trägerrost erhält eine
hohe Biegesteifigkeit, so dass er nach Aushärten des Vergusses
in seine Einbau- bzw. Endlage verschoben werden kann. Damit lassen
sich die Beeinträchtigungen auf den überbrückten
Verkehrsweg durch die Erstellung der Brücke noch einmal
reduzieren. Denn die Montage einer die Längsträger
flankierenden und unterspannenden Absturzsicherung über
den überbrückten Verkehrsweg und die damit zusammenhängenden
Kosten können entfallen. Die auch in dieser Durchführungsvariante erforderlichen
Baustellensicherungen lassen sich zum großen Teil bereits
mit dem und an dem Trägerrost montieren und erfordern daher
keinen eigenen Montageschritt.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Durchführungsform der Erfindung
kann der Trägerrost eines längeren Brückenüberbaus
aus einzelnen Rostabschnitten ausgebildet werden, die beispielsweise
im Taktschiebeverfahren in die Endlage eingeschoben werden. Dadurch
lassen sich auch Brückenüberbauten mit Zwischenstützen
oder -pfeilern und mittleren Spannweiten bis zu etwa 50 Metern nach
dem erfinderischen Prinzip herstellen. Zur Verbindung von Längsträgern
aus Stahl können dann zwar Schweiß- und Korrosionsschutzarbeiten
erforderlich werden. Sie können aber, obwohl auf der Baustelle,
in hoher Qualität durchgeführt werden. Denn insbesondere beim Taktschiebeverfahren
können sie an immer derselben Stelle stattfinden, beispielsweise
an einem Montageplatz an einem Widerlager. Sie können daher
im Schutz einer temporären Einhausung weitgehend witterungsunabhängig
ausgeführt werden.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Durchführungsform werden die
Querträger in Schritt a) bei der Montage des Trägerrosts
auf den Oberseiten der Längsteile montiert. Die Quertragelemente
des erfindungsgemäßen Trägerrosts sind
also nicht durch die Längsträger unterbrochen,
sondern können einstückig verlegt und montiert
werden. Der Trägerrost unterteilt sich dadurch in zwei
Ebenen, nämlich einerseits die Ebene der Längsträger
und andererseits die darüber liegende Ebene der Querträger.
Der durchgehende Verlauf der Querträger über die
gesamte Brückenbreite ermöglicht die einfache
und kostengünstige Kopplung der Längs- und Querträger
an ihren Kopplungspunkten durch den Verguss.
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Je
nach gewähltem Material für die Längs- und
Querträger sollte an den Kontaktflächen der Träger
an den Knotenpunkten für eine gleichmäßige gute
Auflagerung gesorgt werden. Dies sollte insbesondere bei Stahlträgern
in Längs- und Betonträgern in Querrichtung beachtet
werden. Nach einer weiteren vorteilhaften Durchführungsform
werden daher die Querträger im Schritt a) bei der Montage
des Trägerrosts an ihren Kontaktflächen auf den
Längsträgern mit einem Mörtel untergossen.
Der Mörtel sollte besonders fließfähig
sein, keine Verdichtung erfordern, nicht schwinden und von hoher
Festigkeit sein. Geeignete Mörtel werden unter der Bezeichnung „Pagel®" vertrieben und sind kunststoffmodifiziert. Aufgrund
ihrer hohen Fließfähigkeit füllen sie
den Zwischenraum zwischen Länger- und Querträger vollständig
aus, um einen möglichst vollständigen Kontakt
zwischen beiden Trägern zu erreichen. Da der Mörtel
nicht schwindet, bleibt die vollflächige Auflagerung auch
nach seinem Aushärten erhalten. Dadurch können
Spannungsspitzen an den Kontaktflächen vermieden und Risse
in den Trägern verhindert werden.
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Der
Unterguss kann vorbereitet werden, in dem vor dem Verlegen der Querträger
auf den Längsträgern zunächst die Kontaktfläche
auf der Oberseite des Längsträgers mit aufgeklebten
Elastomerstreifen umrahmt wird. Die Elastomerstreifen dienen einerseits
als Dichtungen zwischen Längs- und Querträgern
für den anschließenden Unterguss. Andererseits
stellen sie geeignete Auflageflächen der Querträger
auf den Längsträgern im Montagezustand zur Verfügung.
Beim anschließenden Unterguss der Querträger durch
gesonderte Vergussöffnungen im Querträger stellen
sie quasi die seitliche Schalung des Vergusses dar und verhindern
ein seitliches Entweichen des Vergussmörtels. Gegebenfalls kann
an einem in Brückenlängs- oder Querrichtung oberen
Rand der Auflagefläche der Dichtstreifen fehlen oder unterbrochen
sein, um ein Entweichen von Luft zu ermöglichen und eine
Hohlraumbildung im Bereich des Untergusses auszuschließen.
Da die Elastomerstreifen bereits im Montagezustand durch die Querträger
belastet und komprimiert und durch den Unterguss in diesen Zustand
fixiert werden, können sie nach Aushärten des
Untergusses am Trägerrost verbleiben. Aufgrund ihres Belastungszustandes besteht
nämlich keine Gefahr, dass sie etwa durch Alterung aus
den Fugen freikommen und den optischen Eindruck des Bauwerks beeinträchtigen.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Durchführungsform wird nach
dem Verbinden der Längs- und Querträger in Schritt
a) auf der Oberseite der Längsträger Ortbeton
bis auf eine Höhe der Oberkante der Querträger
aufgebracht. Die freibleibenden Oberseiten der Längsträger
zwischen den Querträgern werden also mit einer ersten Ortbetonergänzung
auf das Niveau der Oberseiten der Querträger aufgefüllt.
Die erste Ortbetonergänzung sorgt für einen Zwischenverbund
und stellt eine ebene Oberfläche auf dem Trägerrost
her, auf dem die Plattenelemente verlegt werden können.
Vor allem aber steigert die erste Ortbetonergänzung die
Steifigkeit des Trägerrosts, insbesondere die der Längsträger.
Damit können die Längsträger auf die
Belastungen in den ersten Montageschritten bemessen, also zunächst
geringer dimensioniert werden, da sie ja zu einem späteren
Zeitpunkt durch die erste Ortbetonergänzung in ihrer Druckzone
verstärkt werden. Dadurch kann Material für die
Längsträger eingespart und folglich deren und das
Gewicht des Trägerrosts insgesamt reduziert werden. Bei
Längsträgern aus Stahl macht sich die Einsparung
durch die Reduzierung des teuren Konstruktionsstahls besonders bemerkbar.
Jedenfalls ergeben sich Kosteneinsparungen für Herstellung, Transport
und Einbau der Längsträger.
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Für
die erste Ortbetonergänzung muss eine Schalung auf der
Baustelle montiert werden. Nach einer weiteren vorteilhaften Durchführungsform
der Erfindung werden nach dem Verbinden der Träger zu einem
Trägerrost in Schritt a) auf den Oberseiten der Längsträger
und in deren Längsrichtung verlorene Schalungselemente
befestigt. Als Schalungselemente können beispielsweise
vorgefertigte Glasfaserbetonelemente verwendet werden, die als L-Profil
oder mit einem L-Profil auf der Oberseite des Längsträgers
befestigt werden. Als industriell hergestellte und standardisierte
Fertigteile sind sie einerseits kostengünstig und bieten
andererseits eine hohe Oberflächenqualität, so
dass eine ansprechende Ansicht der Brückenkonstruktion
gewährleistet ist. Die Ortbetonergänzungen ist
als solche nach außen hin nicht erkennbar, erhält
aber einen guten Verbund zu den Schalungselementen. Dadurch lässt
sich der für die Ortbetonergänzung erforderliche
Schalungsaufwand erheblich reduzieren.
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Vor
dem Einbringen der Ortbetonergänzung in die verlorene Schalung
werden die Fugen der Schalung gegenüber den Querträgern
abgedichtet, beispielsweise durch Moosgummistreifen. Damit wird ein
Austreten von Betonschlempe durch diese Fugen und eine optische
Beeinträchtigung der Ansicht der Brücke vermieden.
Die Dichtstreifen, die sich mit der Ortbetonergänzung nicht
verbinden, werden nach Aushärten der Ortbetonergänzung
wieder entfernt.
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Nach
dem Verfüllen der verlorenen Schalung und dem Herstellen
des Zwischenverbunds durch Aushärten der ersten Ortbetonergänzung
kann mit der Montage der Plattenelemente auf dem Trägerrost begonnen
werden. Sobald also der ergänzte erste Ortbeton ausreichend
ausgehärtet ist, können die Plattenelemente auf
dem Trägerrost verlegt werden. Nach einer weiteren vorteilhaften
Durchführungsform des erfinderischen Verfahrens werden
sie vor dem Befestigen in Schritt c) insbesondere ihrer Höhe
nach gegenüber den Querträgern justiert. Da die
Plattenelemente sich in einer Ebene oberhalb der durch die Querträger
bestimmten Ebene befinden, brauchen die Plattenelemente nur gegeneinander
und nicht bezüglich unveränderbarer Festpunkte
wie z. B. der Querträger ausgerichtet zu werden. Durch
die genaue Einstellmöglichkeit der Höhenlage der
Plattenelemente zueinander kann eine weitgehend plane Oberfläche
der Brückentafel erzeugt werden, was anschließende
Ausgleichsarbeiten erübrigt und das spätere Aufbringen
eines Fahrbahnbelags erleichtert und verbilligt.
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Nach
dem Verlegen der Plattenelemente zeichnet sich der Trägerrost
durch Vertiefungen zwischen den Plattenelementen ab. In diesen Vertiefungen
werden vorgefertigte Bewehrungselemente montiert und eine weitere,
zweite Ortbetonergänzung eingefüllt. Sie wird
in Querrichtung über den Querträgern und in Brückenlängsrichtung über
eine erste Ortbetonergänzung auf den Längsträgern
aufgebracht. Durch diese zweite Ortbetonergänzung werden
die Plattenelemente dauerhaft auf dem Trägerrost befestigt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Durchführungsform werden
dazu vorgefertigte Bewehrungselemente in den Vertiefungen zwischen den
Plattenelementen montiert. Die Bewehrungselemente werden sowohl
mit denen aus der ersten Ortbetonergänzung, als auch mit
den aus den Plattenelementen allseitig seitlich herausstehenden
Anschlussbewehrungen verrödelt. Gegen ein Austreten von
Betonschlempe sowohl zwischen den Plattenelementen und den Querträgern
als auch durch eine Fuge zwischen den Plattenelementen und den Schalungselementen
der ersten Ortbetonergänzung wird ein Fugendichtstreifen
aufgebracht, z. B. ein Putzgitter („Gittex"). Mit dem Einbringen
der zweiten Ortbetonergänzung ist die Oberfläche
der Brückentafel geschlossen.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein System zur Erstellung
einer Betonbrücke, insbesondere einer Stahl-Beton-Verbundbrücke
gelöst, das Längsträger, die im Einbauzustand
in Brückenlängsrichtung verlaufen, und Querträger,
die montiert quer zu den Längsträgern und über
die Brückenbreite durchgehend verlaufen, umfasst und die
an Knotenpunkten auf den Oberseiten der Längsträger
biegesteif zu einem Trägerrost koppelbar sind, und das Fahrbahnplattenelemente
umfasst, die auf freien Flächen des Trägerrosts,
die die Träger umschließen, montierbar sind. Die
Erfindung stellt also gleichsam ein Baukastensystem aus vorgefertigten
Längs-, Querträgern und Fahrbahnplattenelementen
zur Verfügung, aus dem mit geringen Aufwand und den auf einer
Baustelle üblicher Weise vorhandenen Geräten,
Fähigkeiten und Kenntnissen eine Brücke errichtet
werden kann. Die Grundbestandteile dieses Systems haben Abmessungen,
die ihren Transport zur Baustelle verhältnismäßig
kostengünstig ermöglichen.
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Der
Längsträger kann aus allen dafür gängigen
Materialen hergestellt sein, insbesondere aus Spannbeton oder Stahl.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltungsform des erfinderischen Systems
besteht der Längsträger aus Stahl, weil er damit
für Brücken mit mittleren Spannweiten sehr wirtschaftlich herstellbar
ist. Günstigerweise weist der Längsträger ein
T-Profil, ein U-Profil oder ein geschlossenes, luftdicht verschweißtes
Kastenprofil auf. Damit lassen sich wartungsarme Träger
einsetzen, die gut von ihrer Außenseite her überprüft
werden können. Als T-Träger machen sie einen optisch
leichten Eindruck und werden häufig bei mehrstegigen Plattenbalken eingesetzt.
U-förmige und Träger mit Kastenprofil dagegen
weisen eine besonders hohe Tragfähigkeit auf und kommen überwiegend
bei zweistegigen Plattenbalken zum Einsatz.
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Die
Längs- und Querträger werden zu einem Trägerrost
als dem zentralen Tragelement des Brückenüberbaus
montiert. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht
die Koppelung der Träger an den Knotenpunkten des Trägerrosts aus
einem zementbasierten Verguss. Dabei kann es sich um einen kunststoffmodifizierten
Vergussbeton, zum Beispiel der Firma PAGEL®,
oder einen selbstverdichtenden Beton handeln. Diese Koppelungstechnologie
wird auf der Baustelle im Allgemeinen gut beherrscht und ist weitgehend
witterungsunabhängig. Sie ermöglicht es, dass
der Trägerrost erst auf der Baustelle gefertigt werden
kann, so dass nur seine relativ leicht transportablen Einzelbestandteile und
nicht er selbst mit großem Aufwand auf die Baustelle transportiert
werden muss. Die Verbindung der Längs- und Querträger
durch Verguss stellt damit ein wesentliches Merkmal dar, das die
Einfachheit der Verarbeitung des erfinderischen Systems bedingt.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform des Systems weisen
die Querträger an den Knotenpunkten Durchbrechungen für
den Verguss auf. Die Durchbrechungen sind günstiger Weise als
rechteckige und in Trägerlängsrichtung orientierte Vergusstaschen
ausgebildet, deren sie begrenzenden Seitenwände sich konisch
nach oben hin öffnen. Für eine besonders gute
Verbindung des Vergusses mit dem Querträgermaterial sind
die Seitenflächen der Vergusstaschen profiliert ausgebildet.
Die Durchbrechungen sind an denjenigen Stellen angeordnet, an denen
die Querträger im Einbauzustand auf den Längsträgern
zu liegen kommen. Sie durchbrechen also die Auflagerfläche
des Querträgers an den Knotenpunkten. In der Einbaulage
bleibt damit nur eine Oberseite als Einfüllöffnung
für den Verguss offen, während die Vergusstaschen
im Übrigen durch die vier Seitenflächen im Querträger
und nach unten hin durch die Oberseite des Längsträgers
gebildet werden. Von der Oberseite des Längsträgers
aus ragen Koppelungselemente in die Vergusstaschen hinein, so dass
der Verguss einen kraftschlüssigen Verbund zwischen den
Kopplungselementen und den Seitenflächen der Vergusstaschen
herstellt.
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Auch
das Material der Querträger ist nahezu beliebig. Stahl
und Beton bieten sich dafür besonders an. Nach einer vorteilhaften
Ausgestaltung der Erfindung sind die Querträger aus Beton,
weil sie damit besonders wirtschaftlich in großen Stückzahlen
als standardisierte Fertigteile herstellbar sind. In Beton lassen
sich vor allem die Vergusstaschen mit ihren profilierten Seitenflächen
leicht herstellen. Mit einem zementbasierten Verguss ist außerdem
ein guter Verbund zwischen dem Verguss und dem Material der Querträger
sichergestellt.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die
Querträger zentrisch vorgespannt. Damit lässt
sich ihre Stabilität und Tragfähigkeit weiter
erhöhen. Ihre Herstellung in großen Stückzahlen
im Spannbett ist aus der Produktion von Schwellen für den
Eisenbahnoberbau geläufig.
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Auf
der freien Oberseite der Längsträger zwischen
den Querträgern wird eine Ortbetonergänzung angebracht.
Für einen guten Verbund zwischen der Ortbetonergänzung
und dem Längsträger, insbesondere wenn er aus
Stahl besteht, sind auf der Oberseite Schubbewehrungsanschlüsse, beispielsweise Kopfbolzendübel
aufgebracht. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des
Systems sind auf der Oberseite an den zukünftigen Knotenpunkten,
also an den Auflageflächen für die Querträger
auf den Längsträger, Bereiche ohne Bewehrungsanschlüsse und
Bereiche mit einer höheren Dichte von Anschlüssen
ausgebildet. Die dichteren Bereiche fallen im Montage- und Endzustand
mit den Durchbrechungen in den Querträgern zusammen. Die
dicht angeordneten Anschlüsse ragen also in die Vergusstaschen
in den Querträgern hinein. Diejenigen Bereiche ohne Anschlüsse
sind mindestens so groß wie die verbleibende Auflagefläche
des Querträgers auf dem Längsträger.
Auf der Oberseite des Längsträgers ist damit in
den Anschlüssen bereits das Raster für die Querträgermontage
abgebildet, so dass auf der Baustelle kein zusätzlicher
Aufwand für die Vorbereitung und Anpassung der Auflageflächen
der Querträger auf den Längsträgern anfällt.
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Für
eine Ortbetonergänzung auf den freien Oberseiten der Längsträger
zwischen den Querträgern muss eine Schalung angebracht
werden. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Systems
sind dafür vorgefertigte Schalungselemente vorgesehen,
deren Länge auf den Querträgerabstand im Trägerrost
und deren Höhe auf die Querträgerhöhe
abgestimmt ist. Sie weisen außerdem Befestigungsmittel
auf, mit denen sie an den Rändern der Oberseiten der Längsträger
als verlorene Schalung befestigt werden können. Damit wird
einerseits eine insbesondere optisch hohe Qualität der
sichtbaren Flächen der Ortbetonergänzung erzielt
und andererseits der Schalungsaufwand dafür erheblich reduziert.
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Diese
erste Ortbetonergänzung erhält auch eine Längs-
und Querbewehrung. Günstigerweise umfasst das System vorgefertigte
Bewehrungskragen, die auf der Baustelle nur noch zwischen die Schalungselemente
eingesetzt werden müssen. Auch dadurch lässt sich
der Montageaufwand auf der Baustelle reduzieren. Weil die Bewehrungskragen
im Werk vorgefertigt werden können, weisen sie in der Regel
auch eine höhere Qualität auf. Da in einem späteren
Bauzustand auf der ersten Ortbetonergänzung eine zweite
aufgebracht wird, die ebenfalls bewehrt ist, können die
vorgefertigten Bewehrungskragen bereits entsprechende Anschlusseisen
für die Verbindung mit der Bewehrung der zweiten Ortbetonergänzung
aufweisen.
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Nach
dem Einbringen der ersten Ortbetonergänzung werden die
Fahrbahnplattenelemente auf dem Trägerrost montiert. Sie
sind günstiger Weise als standardisierte Fertigteilplatten
bereits im Werk hergestellt worden, wodurch sie insbesondere eine hohe
Oberflächenqualität und Gleichmäßigkeit
erhalten. Da Schalungsaufwand für ihre Herstellung auf der
Baustelle entfällt, ermöglichen sie einen zügigen Baufortschritt.
Sie stützen sich auf der Oberseite des Trägerrosts
ab. Grundsätzlich können die Plattenelemente für
einen mittleren Bereich des Trägerrosts an allen ihren
vier Schmalseiten Abstützungselemente bzw. eine Anschlussbewehrung
dafür aufweisen. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung weisen sie zumindest an ihren drei Schmalseiten eine
Anschlussbewehrung auf. Mit ihr binden sie in die zweite Ortbetonergänzung
ein, womit sie untereinander und auf dem Trägerrost zuverlässig
befestigt werden. Da zumindest die Abstützungselemente
an zwei einander gegenüberliegenden Seiten der Plattenelemente
für ihre zuverlässige Montage und Befestigung
auf dem Trägerrost ausreichen, kragen an zwei Seitenrändern der
Fahrbahnplattenelemente Traversen mit daran angebrachten Spindeln
als Abstützungselemente aus. Sie ermöglichen das
Auflegen der Fahrbahnplattenelemente auf dem Trägerrost
und das anschließende Justieren der Elemente ihrer Höhe
nach. Durch die Justagemöglichkeit der Plattenelemente
kann eine weitgehend ebene und plane Brückentafel vorbereitet
werden, so dass nach Aufbringen der zweiten Ortbetonergänzung
keine nennenswerten Ausgleichsmaßnahmen zur Erzielung einer
guten Oberflächenebenheit mehr erforderlich sind.
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Die
in der Erfindung genannte Aufgabe wird außerdem durch eine
fertige Beton-Verbundbrücke mit einer Brückentafel
gelöst, die aus dem oben geschilderten System aufgebaut
wurde. Sie umfasst demnach einen Trägerrost aus in Brückenlängsrichtung
verlaufenden Längsträgern und quer dazu und über
die gesamte Brückenbreite verlaufende Querträger.
Die Querträger sind auf der Oberseite der Längsträger
befestigt, so dass sie sich in einer anderen Ebene als die Längsträger
befinden. Die Träger umschließen Freiflächen
im Trägerrost, auf denen in einer weiteren, dritten Ebene
Fahrbahnplattenelemente befestigt sind. Zumindest die Längsträger
und die Querträger sind durch einen zementbasierten Verguss
miteinander verbunden. Zusätzlich können auch
die Plattenelemente durch einen Verguss bzw. eine Ortbetonergänzung
auf dem Trägerrost befestigt sein. Wie oben dargelegt,
lässt sich die Verbundbrücke dadurch besonders
wirtschaftlich herstellen. Sie kann bzw. ihre Bestandteile können
im Sinne der oben erläuterten Ausführungsformen
des Bausystems weitergebildet werden. Insbesondere kann ihr Trägerrost
aus einzelnen Abschnitten bestehen, die beispielsweise im Taktschiebeverfahren
erstellt und bauseits miteinander verbunden wurden.
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Das
Prinzip der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielshalber
noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1:
eine Untersicht einer erfindungsgemäßen Brücke,
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2a, 2b:
Querschnittansichten einer Brücke im Bereich der Querträger,
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3:
Draufsicht auf einen vormontierten Trägerrost aus Längs-
und Querträgern,
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4a:
Querschnitt durch einen Längsträger im Bereich
eines Querträgers,
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4b:
Querschnitt durch einen Längsträger im Feldbereich,
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5:
Draufsicht auf einen fertig montierten Trägerrost,
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6:
Draufsicht auf den Trägerrost nach Verlegen der Fahrplattenelemente,
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7a:
Teillängsschnitt im Bereich eines Querträgers,
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7b:
Querschnitt eines Montagezustands im Feldbereich,
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7c:
Ausschnittsvergrößerung gemäß 7b,
und
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8:
Draufsicht im Endzustand.
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1 stellt
eine Untersicht einer erfindungsgemäßen Brücke
dar. Darin sind bereits die wesentlichen Bestandteil des Bauwerks
zu erkennen: Die Brücke setzt sich aus zwei zwischen Widerlagern oder
Pfeilern in Brückenlängsrichtung gespannten Längsträgern 1 und
darauf in Querrichtung angebrachten Querträgern 2 zusammen.
Die Längsträger 1 und die Querträger 2 bilden
nach ihrer Montage einen Trägerrost 3. Er umfasst
zwei Ebenen, nämlich eine erste Ebene, in der die Längsträger 1,
und eine zweite Ebene, in der die Querträger 2 verlaufen.
Die Träger 1, 2 befinden sich damit also
in unterschiedlichen Ebene. Der Trägerrost 3 wird
in einer weiteren dritten Ebene durch regelmäßig
angeordnete Fertigteilplatten 4 und dazwischen eingebrachte
Ortbetonergänzungen 5 zu einer Brückentafel
verbunden. Die erfinderische Brücke wird also nach Art
eines Baukastensystems aus Längsträgern 1,
Querträgern 2 und Fertigteilplatten 4 aufgebaut,
die jeweils eine eigene Ebene beanspruchen. Die Verbindung dieser Bestandteile
untereinander geschieht in mehreren Schritten im Wesentlichen durch
zwei Ortbetonergänzungen 5, 22. Die Montage
mittels Ortbeton ermöglicht eine besonders einfache Herstellungsweise,
weil seine Verarbeitung auch auf der Baustelle unter nahezu allen
Witterungsbedingungen beherrschbar und geläufig ist.
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Die 2a und 2b zeigen
Querschnitte eines Fertigzustandes zweier unterschiedlicher Konstruktionsmöglichkeiten.
In 2a umfasst der Trägerrost 3 drei
parallel nebeneinander liegende Längsträger 1 mit
Doppel-T-Profil zur Ausbildung eines mehrstegigen Plattenbalkens.
Sie weisen zueinander und zum Brückenrand einen nahezu
identischen Abstand auf und stellen eine erste Ebene dar. Darauf
sind in einer zweiten Ebene die Querträger 2 in
der Länge der Brückenbreite befestigt. Bei besonders
breiten Brücken können sie auch mehrteilig ausgebildet
sein und vorzugsweise über einem Längsträger 1 gestoßen
werden. In der dritten Ebene sind die Fertigteilplatten 4 angeordnet,
die die Freiflächen des Trägerrosts 3 abdecken.
Wegen des gleichen Abstandes der Längsträger 1 untereinander
und zum Brückenrand haben die alle Fertigteilplatten 4 untereinander
identische Abmessungen. Dadurch sind sie als Fertigteile besonders
wirtschaftlich herstellbar. Über den Querträgern 2 und
den Längsträgern 1 befinden sich zwischen
den Fertigteilplatten 4 zweite Ortbetonergänzungen 5,
die zugleich die Fertigteilplatten 4 auf dem Trägerrost 3 befestigen.
Damit sind die wesentlichen Bestandteile der Brückenkonstruktion
montiert. Die dadurch gebildete Brückentafel wird ergänzt
durch Brückenkappen 6. Sie tragen in bekannter
Weise Befestigungsanschlüsse für Brückengeländer,
Leitplanken etc. Dazwischen erstreckt sich über einer Abdichtung
ein Fahrbahnbelag 7 aus Asphalt oder Ortbeton.
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2b zeigt
eine Variante dieser Bauweise. Sie unterscheidet sich zum einen
durch die hohlen Kastenquerschnitte der Längsträger 1'.
Sie kommen bei zweistegigen Plattenbalken zum Einsatz. Bei gleicher
Brückenbreite wie in 2a sind
nur zwei Längsträger 1' vorgesehen. Dies
hat zur Folge, dass der Trägerrost 3' in einem
mittleren Bereich, in dem in 2a ein
mittlerer Längsträger 1 verläuft,
keine Unterstützung aufweist. Bei gleichen Querträgern 2, die
sich ebenfalls über die gesamte Brückenbreite
erstrecken, ergeben sich so zwischen den beiden Längsträgern 1' größere
Freiflächen des Trägerrosts 3. Dementsprechend
sind in einem mittleren Bereich der Brücke größere
Fertigteilplatten 4' montiert, als an ihren Rändern.
Die Fertigteilplatten 4, 4' sind wie im obigen
Beispiel mit Ortbetonergänzungen 5 befestigt.
Der übrige Brückenaufbau entspricht dem des obigen
Beispiels.
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3 zeigt
den Trägerrost in einem Vormontagezustand. Auf den Oberseiten 11 dreier
in Endlage montierter Längsträger 1 sind
drei Querträger 2 in einem gleichmäßigen
Achsabstand A von etwa fünf Metern aufgelegt. Auf den freien
Oberseiten 11 dazwischen sind Kopfbolzendübel 8 in
einer durchschnittlichen Dichte aufgeschweißt. In dem freien und
nicht von Querträgern 2 abgedeckten Bereich der
Längsträger 1 sind entlang deren Ränder
Schalungselemente 14 befestigt. Sie bestehen aus Glasfaserbeton
und werden bereits im Werk auf den Längsträgern 1 befestigt.
Sie stellen eine verlorene Schalung für eine spätere
erste Ortbetonergänzung dar. Zwischen den Schalungselementen 14 werden nach
dem Verlegen der Querträger 2 Bewehrungskörbe 18 als
vorgefertigte Bewehrungselemente montiert. Um ausreichend Platz
dafür zu bieten, sind die Oberseiten 11 der Längsträger 1 etwa
1,2 Meter breit.
-
Eine
Schnittansicht durch einen Längsträger 1 im
querträgerfreien Bereich zeigt 4b. Die Schalungselemente 14 sind
mittels eines auf der Oberseite 11 aufgeschweißten
L-Profils 16 auf dem Längsträger 1 befestigt.
Sie sind etwa 30 cm hoch und entsprechen damit in ihrer Höhe
den Querträgern 2, so dass sie mit deren Oberseite 17 bündig
abschließen. Dazwischen sind die Bewehrungskörbe 18 für
eine erste Ortbetonergänzung vormontiert, die Anschlusseisen 19 für
die zweite Ortbetonergänzung 5 aufweisen.
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Die
Querträger 2 bestehen aus zentrisch vorgespanntem
Beton und sind etwa einen Meter breit und 30 cm hoch. Sie weisen
an Knotenpunkten 15 der Träger 1, 2 (3)
rechteckige Aussparungen 9 von etwa 30 cm auf 100 cm Seitenlänge
auf, in die Kopfbolzendübel 8 hineinragen. Eine
Schnittansicht durch eine Aussparung 9 in einem Querträger 2 und einen
darunter befindlichen Längsträger 1' zeigt
die 4a in ihrer rechten Hälfte. Der Querträger 2 liegt nicht
unmittelbar auf dem Längsträger 1' auf.
Seine Auflage- oder Kontaktfläche 13 auf dem Längsträger 1' ist
umrahmt von einem Elastomerstreifen 10, der etwa 20 mm
breit ist. Er umgrenzt die rechteckige Auflagefläche 13 des
Querträgers 2 auf dem Längsträger 1.
Auf ihm liegt der Querträger 2 mit einem geringen
Abstand von etwa 20 mm gegenüber dem Längsträger 1' auf.
Weil die vom Querträger 2 auf dem Längsträger 1' abgedeckte
und vom Elastomerstreifen 10 umgrenzte Fläche
größer ist als die der Aussparung 9,
entsteht zwischen dem Querträger 2 und dem Längsträger 1' ein
Ringspalt 12. Er ist im Wesentlichen durch die Aussparung 9 zugänglich. Nur
auf dem durch die Aussparung 9 unmittelbar zugänglichen
Bereich der durch den Querträger 2 auf dem Längsträger 1 abgedeckten
Auflagefläche 13 sind die Kopfbolzendübel 8 aufgeschweißt,
und zwar in höherer Dichte als im übrigen Bereich.
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Der
Trägerrost 3 ist damit soweit vormontiert, dass
jetzt seine Bestandteile, nämlich die Längsträger 1, 1' und
die Querträger 2, miteinander verbunden werden
können. Dazu wird zunächst jeder Querträger 2 durch
die Aussparung 9 hindurch im Ringspalt 12 an seiner
Auflagefläche auf dem Längsträger 1 mit
einem hochfließfähigen und selbst verdichtenden
kunststoffmodifizierten Mörtel 20 in einer Schichtdicke
von etwa 30 mm untergossen. Damit der Ringspalt 12 vollständig
ausgefüllt wird, kann der in der geneigten Brückenlängsrichtung
oberste Elastomerstreifen 10 unterbrochen oder weggelassen werden.
Dadurch kann beim Einfüllen des Mörtels 20 die
Luft aus dem Ringspalt 12 entweichen, um eine überall
gleichmäßige und satte Auflage des Querträgers 2 auf
dem Längsträger 1 zu gewährleisten.
Der fertige Unterguss mit dem Mörtel 20 steht
etwa 10 mm in die Aussparung 9 hinein. Der verbleibende Raum
der Aussparung 9 wird anschließend mit selbstverdichtendem
Beton 21 der Betonklasse C 45/55 ausgefüllt. Nach
Aushärten des Mörtels 20 und des Betons 21 entsteht
so ein biegesteifer Anschluss zwischen den Querträgern 2 und
den Längsträgern 1 (vgl. 4a,
linke Hälfte). Anschließend wird die erste Ortbetonergänzung 22 in
den freien Bereichen auf der Oberseite 11 zwischen den
Querträgern 2 eingebracht. Sie sorgt für
einen Zwischenverbund der Längsträger 1 und
der Querträger 2. Da die Betonergänzung 22 über
den Längsträgern 1 bis auf die Höhe
der Oberkante 17 der Querträger 2 erfolgt,
erhält der Trägerrost 3 eine im Wesentlichen
plane Oberfläche mit dazwischen liegenden Freiflächen 23. Diesen
Zustand zeigt 5.
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Die
Freiflächen 23 des Trägerrosts 3 werden anschließend
mit den Fertigteilplatten 4 abgedeckt (siehe 6).
Sie haben alle ein identisches Maß, weshalb sie wirtschaftlich
als standardisierte Fertigteile produziert werden können.
Die Abmessungen der Fertigteilplatten 4 entsprechen im
Wesentlichen den Abmessungen der Freiflächen 23 des
Trägerrosts 3. Sie stützen sich mit Traversen 24 auf
den Querträgern 2 ab.
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Um
sich auf den Querträgern 2 abzustützen, sind
in den Fertigteilplatten 4 in 7a gezeigte
Traversen 24 einbetoniert, die an zwei einander gegenüberliegenden
Seitenflächen 25 der Fertigteilplatten 4 überstehen.
Sie bestehen aus einem in die Fertigteilplatte 4 einbetonierten
U-Profil. An ihnen ist eine Spindel 26 angebracht, mit
denen die Fertigteilplatten 4 auf der Oberseite 17 der
Querträger 2 abgesetzt und der Höhe nach
justiert werden können.
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Zumindest
an den mit Traversen 24 ausgerüsteten Seitenflächen 25 der
Fertigteilplatten 4 ragen Bewehrungseisen als Anschlussbewehrung 27 heraus.
Die Anschlussbewehrungen 27 einander benachbarter Fertigteilplatten 4 überlappen
sich über dem Querträger 2 und werden
noch durch eine Längsbewehrung 28 ergänzt.
Sie wird nicht vormontiert, um die Justierung der Fertigteilplatten 4 nicht
zu erschweren.
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Durch
die Justage der Fertigteilplatten 4 auf den Querträgern 2 kann
sich zwischen ihnen eine Fuge 29 bilden, bei der beim anschließenden
Betonieren Betonschlempe austreten kann. Um eine optische Beeinträchtigung
zu vermeiden, wird die Fuge 29 mit einem abdichtenden Fugenstreifen 30,
beispielsweise einem Unterputzgitter, verschlossen.
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Eine ähnliche
Fuge 31 bildet sich in denjenigen Bereichen, in denen die
Fertigteilplatten 4 an die Längsträger 1 anschließen,
also an ihrer in Brückenrichtung verlaufenden Längskante 32.
Hier entsteht die Fuge 24 zwischen den Schalungselementen 14 und
der Längsseite 30 der Fertigteilplatte 4.
Auch sie wird mit einem Fugenstreifen 30 abgedichtet, damit keine
Betonschlempe austreten kann.
-
Über
der bereits eingebrachten ersten Ortbetonergänzung 22 wird
ein weiterer Bewehrungskorb 34 angebracht, der mit den
Anschlusseisen 19 des Bewehrungskorbs 18 verbunden
wird. Anschließend wird die zweite Ortbetonergänzung 5 eingebracht, die
bis auf die Höhen einer Oberseite 36 der Fertigteilplatte 4 sowohl über
den Längsträgern 1 als auch über
den Querträgern 2 ergänzt wird. Damit
ergibt sich eine vollständige plane und geschlossene Brückentafel,
wie sie 8 in einer Draufsicht zeigt.
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- 1
- Längsträger
- 2
- Querträger
- 3
- Trägerrost
- 4
- Fertigteilplatte
- 5
- zweite
Ortbetonergänzung
- 6
- Brückenkappe
- 7
- Fahrbahnbelag
- 8
- Stahldübel
- 9
- Durchbrechung,
Aussparung
- 10
- Elastomerstreifen
- 11
- Oberseite
des Längsträgers 1
- 12
- Ringspalt
- 13
- Auflage-,
Kontaktfläche
- 14
- Schalungselement
- 15
- Knotenpunkt
- 16
- L-Winkel
- 17
- Oberseite
der Querträger 2
- 18
- Bewehrungskorb
- 19
- Anschlusseisen
- 20
- Mörtel
- 21
- Beton
- 22
- erste
Ortbetonergänzung
- 23
- Freiflächen
- 24
- Traverse
- 25
- Seitenfläche
der Fertigteilplatte 4
- 26
- Spindel
- 27
- Anschlussbewehrung
- 28
- Längsbewehrung
- 29
- Fuge
- 30
- Fugenstreifen
- 31
- Fuge
- 32
- Längsseite
der Fahrbahnplatte 4
- 34
- Bewehrungskorb
- 36
- Oberseite
der Fahrbahnplatte 4
- A
- Abstand
der Querträger 2
- H
- Höhe
der Querträger 2
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - www.stahlbau.uni-hannover.de/Publizierungen/Kaiserslautern.pdf [0003]
- - der Zeitschrift „Bautechnik 75, Heft 7 (Verlag Ernst
und Sohn, Berlin, 1998) [0004]