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Verfahren zur Herstellung einer vorgespannten Stahlbetonfahrbahndecke
mit sofortigem Verbund Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
Spannbetondecken für Fahrbahnen, das von der Aufgabenstellung ausgeht, die Anzahl
der Fugen erheblich zu vermindern.
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Die herkömmliche Bauweise bei der Herstellung von Fahrbahndecken aus
Beton mit schlaffer Bewehrung sieht Plattenlängen von jeweils etwa 10m vor. Bei
Verwendung einer schlaffen Bewehrung, auch wenn sie im Querschnitt erheblich verstärkt
wird, können Platten von wesentlich größerer Länge als 10 m vor Rissebildung nicht
geschützt werden. Die Rissebildung kann höchstens durch Scheinfugen in ihrem Verlauf
bestimmt werden. Auch hierbei können Gesamtlängen von 50 m kaum überschritten werden.
Später wurde erkannt, daß die Anzahl und die Art der Ausbildung der Fugen ffir die
Lebensdauer der Fahrbahnplatten mit entscheidend ist und daß der Einfluß einer großen
Anzahl von Fugen mit kleinen Abständen auf die am Verkehr teilnehmenden Fahrzeuge
ungünstig einwirkt. Es wurde erkannt, daß es erforderlich ist, die störende Wirkung
zahlreicher Querfugen zwischen den einzelnen Betonplatten durch Verlängerung der
Platten und damit entsprechende Herabsetzung der Anzahl der Fugen zu beheben. Es
wurde auch erkannt, daß es erforderlich ist, die wenigen dann verbleibenden Fugen
sorgfältiger und selbst unter erheblichem Kostenaufwand derart auszubilden, daß
die mit ihnen verbundenen Nachteile, die allgemein bekannt sind, beseitigt oder
zumindest verringert werden. Bei einer geringeren Anzahl von Fugen ist der damit
verbundene höhere Kostenaufwand auch wirtschaftlich vertretbar.
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Bei der Herstellung von Stahlbetonfahrbahndecken ist auch der
Einbau einer vorgespannten Bewehrung mit nachträglichem Verbund bekannt. Das Verfahren
mit nachträglichem Verbund ermöglicht die Herstellung von fugenlosen Platten in
Längen von etwa 50 bis 60m. Größere Längen sind deshalb nicht herstellbar, weil
bei zunehmender Länge die erforderliche Vorspannung auch größer wird und damit die
Kosten zunehmen. Fugenentfernungen von 50 bis 60 m stellen zwar gegenüber der herkömmlichen
Bauweise einen Fortschritt dar, den Anforderungen des Straßenbaues genügt jedoch
auch dieser Fugenabstand noch nicht.
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Darüber hinaus treten bei Anwendung des nachträglichen Verbundes Nachteile
auf, die die Anwendung dieses Verfahrens im Straßenbau problematisch erscheinen
lassen. Diese Nachteile werden ohne weiteres offenbar, wenn man den Ablauf des Verfahrens
im Straßenbau kritisch betrachtet. Bei Anwendung des nachträglichen Verbundes können
die Spannglieder mit dein Beton erst verbunden werden, wenn er erhärtet ist. Das
Vorspannglied wird zunächst mit einem die Haftung des Betons verhindernden Hüllrohr
ummantelt, damit es seine freie Beweglichkeit im sich erhärtenden Beton aufrechterhält
und nach dessen Erhärtung angespannt werden kann. Beim Anspannen der Spannglieder
nach dem Erhärten wird der Beton als Druckglied benutzt. Nach dem Spannen wird der
Hohlraum zwischen Hüllrohrwandung und Spannglied mit Zementmörtel ausgepreßt und
damit nachträglich die Verbindung zwischen Spannglied und Beton hergestellt.
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Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß sich die infolge
des Schwindens des Betons entstehenden Zugspannungen während der Anfangserhärtung
des Betons mangels seines Verbundes mit den Spanngliedern wie bei unbewehrtem Beton
voll auswirken. Es können daher zunächst klaffende Risse entstehen. Sie lassen sich
bei genügender Vorspannung durch den Spanndruck wieder schließen. Es kann ihrer
Entstehung nur dadurch wenigstens schon in einem frühen Erhärtungszeitpunkt des
Betons entgegengewirkt werden, daß die Spannglieder, sobald es der Erhärtungszustand
des Betons erlaubt, fortschreitend mehr und mehr gespannt werden.
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Durch die Übertragung der Reaktionskräfte aus der Vorspannung auf
den Beton werden die für die Bildung der Risse verantwortlichen Schwindspannungen
aufgehoben Die Betonplatte wird zusammengedrückt, wobei die Verkürzung infolge Schwindens
und statischer Belastung durch das Kriechen des Betons zusätzlich vergrößert wird.
Die Betonplatte gleitet hierbei über die Bettung. Be@. dieser Gleitbewegung hat
die Platte den Reibungswiderstand zu überwinden. Sie gleitet also nur, wenn der
Spanndruck größer ist als der Reibungswiderstand. Kleine Vorspannungen reichen dazu
nicht aus. Aber nur kleine Vorspannungen können auf den noch nicht weitgehend erhärteten
Beton übertragen
werden. Mit kleinen Vorspannungen können mit Sicherheit
nur Plattenlängen von etwa 20 bis 60 m zum Gleiten gebracht werden.
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Bei längeren, in einem Stück hergestellten Platten wird der Spanndruck
durch den Reibungswiderstand aufgezehrt. Die Platte gleitet nicht mehr. Die Schwindspannungen
in Plattenmitte bewirken dann die Bildung von Rissen wie bei nicht vorgespannten
Betonplatten.
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Bekannt ist auch eine Vorrichtung zum Herstellen von Betonplatten
aller Art in einem Spannbett, bei der über der Bettung längsgerichtete Spannstähle
verlegt und die Enden dieser Spannstähle am Anfang und am Ende des Spannbettes an
Querträgern lösbar befestigt sind. Die Spanndrähte werden mittels Pressen gespannt
und an den Querträgern verankert. Von dem bei dieser Vorrichtung bekanntgewordenen
Verfahren geht die Erfindung aus. Die Aufgabe bestand hierbei darin, die Herstellung
möglichst langer, in einem Stück hergestellter Platten zu ermöglichen, so daß Querfugen
höchstens alle 100 bis 300 m erscheinen. Der Lösung dieser Aufgabe standen jedoch
grundsätzliche Schwierigkeiten im Wege, weil verhältnismäßig große Kräfte aufgenommen
werden müssen, die erforderlich sind, um die Querträger beim Vorspannen und während
der Zeit der aufrechterhaltenen Vorspannung unverrückbar festzuhalten. Bei Betonplatten
in der erstrebten Länge entstehen hierbei Kräfte in der Größenordnung von 100 bis
200 t. Die Aufnahme derart großer Kräfte wird durch die Erfindung dadurch ermöglicht,
daß die beim Spannen auftretenden Reaktionskräfte durch die Querträger auf seitlich
der Fahrbahn angeordnete Baukörper abgegeben werden.
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Bei einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung finden
als seitliche Baukörper Betonrandstreifen Verwendung, die durch zwischen den Querträgern
angeordnete, in der Betonplatte verbleibende zusätzliche Querträger knickfest ausgebildet
sind. Auf die Versteifung der Betonrandstreifen durch zusätzliche Querträger könnte
nur dann verzichtet werden, wenn dieBetonrandstreifen selbst eine verhältnismäßig
große Breite erhalten. Eine derartige Bauweise dürfte aber unwirtschaftlich sein.
Die Verbindung zwischen den zusätzlichen Querträgern und den Betonrandstreifen kann
nach dem Lösen der Spannglieder von den Endquerträgern durch Abbrennen unterbrochen
werden.
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Die knickfest ausgebildeten Betonrandstreifen können zusätzlich der
Aufgabe dienen, ein Herauspumpen des Bettungsmaterials zu verhindern, das sehr oft
den Beginn der Zerstörung der Fahrbahnplatten einleitet. Es kann deshalb auch zweckmäßig
sein, die Dicke der Betonrandstreifen größer als die Dicke der Fahrbahnplatte zu
wählen. Im Bereich der Knicklänge müssen selbstverständlich dieBetonrandstreifen
fugenlos ausgebildet sein.
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Es kann vorteilhaft sein, zunächst lediglich einen Teil der Spannstähle
von den Endquerträgern zu lösen. Erst nach erfolgtem Kriechen und Schwinden der
Betonplatte erfolgt dann das Lösen der restlichen Spannstähle. Hierbei wird also
die Vorspannung im wesentlichen allein von derjenigen Gruppe der Spannstähle erzeugt,
die zuletzt von den Querträgern gelöst wird.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß als
seitliche Baukörper in den Baugrund eingelassene Betonklötze Verwendung finden.
Diese Bauweise setzt selbstverständlich voraus, daß es sich um ein Gelände mit festem
Baugrund handelt. Derartige Betonklötze dienen übrigens auch der zusätzlichen Aufgabe,
seitlich von den Querfugen ein Herauspumpen des Bettungsmaterials zu verhindern.
Als seitliche Baukörper können schließlich auch die knicksicheren Druckglieder eines
v erfahrbaren und fachwerkartig ausgebildeten Spannrahmens Verwendung finden. Ein
derartiger Spannrahmen gibt eine sehr große Sicherheit bei der Übertragung der Reaktionskräfte.
Er ist besonders wirtschaftlich bei Fahrbahnen über lange Strecken. Für den Rahmen
werden zweckmäßig Stahlbauteile verwendet, die in geeigneter Weise zusammenkuppelbar
sind. An der Kupplungsstelle kann auch der Querträger einmünden und angeschlossen
werden.
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Es ist auch möglich, den Spannrahmen über die Plattenlängen hinaus
zu vergrößern, etwa bis zur Ausnützung der handelsüblichen Spanndrahtlängen, um
dadurch arbeitstechnisch günstige Gesamtflächen für das Betonieren zu gewinnen.
Die Einteilung auf die vorgesehenen Plattenlängen wird dann nachträglich durch Aufteilung
der Gesamtlänge erreicht. Sei es, daß zu diesem Zweck die Spanndrähte nach Übertragung
der Spannung an den vorgesehenen Fugen durchschnitten werden, sei es, daß vor dem
Spannen der Spanndrähte Zwischenquerträger in den Spannrahmen eingebracht werden,
die so ausgebildet sind, daß sie zugleich Endquerträger für das an der Fuge endende
Feld und Anfangsqüerträger für das an ihr beginnende neue Feld sind.
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In der Zeichnung ist die Erfindung durch die schematische Darstellung
eines Ausführungsbeispieles erläutert, bei dem die Reaktionskräfte an knickfest
ausgebildete Betonrandstreifen abgegeben werden. Es zeigt Abb.1 den Beginn eines
Bauabschnittes vor dem Betonieren der ersten Platte und Abb. 2 die Herstellung einer
zweiten Platte, die an die erste Platte anschließt.
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In Abb. 1 ist mit 1 das Spannbett bezeichnet, das seitlich von Betonrandstreifen
2 begrenzt ist, welche die Reaktionskräfte während des Spannvorganges aufnehmen.
Beim PunktA ist ein Querträger 3 als Kopfstück angeordnet, an dem die Enden der
Spannstähle 5 befestigt sind. Mit 6 sind die zusätzlichen Querträger bezeichnet,
die zur Versteifung der Randstreifen 2 dienen und die in der Betonplatte verbleiben
können. An dem einen Ende der Randstreifen 2 sind hydraulisch betriebene Pressen
7 angeordnet. Diese Pressen wirken gegen einen Querträger 4, an dem ebenfalls die
Spannstähle 5 befestigt sind. Hierbei handelt es sich um an sich bekannte lösbare
Befestigungen, wie sie im Spannbetonverfahren üblich sind. Nach Betätigung der hydraulischen
Pressen 7 und Erzeugung der gewünschten Vorspannung in den Spannstählen 5 kann der
Beton in das Spannbett 1 eingebracht werden. Nach genügender Erhärtung des Betons
werden die Pressen 7 entspannt, und es wird der Querträger 4 von den Spannstählen
gelöst.
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In Abb.2 ist ein Bauzustand schematisch dargestellt, der die erhärtete
Betonplatte 10 zwischen den Betonrandstreifen 2 zeigt. Die Randstreifen 2 sind von
dem Punkt B nach dem Punkt C weitergeführt worden. Zwischen den Randstreifen 2 sind
wiederum zusätzliche Querträger 6 angeordnet. Die Spannstähle 5 sind bei dem Punkt
C an dem Endquerträger 4 befestigt, so daß mittels der Pressen 7 das Vorspannen
der Stähle erfolgen kann.