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Verfahren zum Herstellen von Rahmen und nach dem Verfahren hergestellte
Rahmen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Rahmen, insbesondere
aus Stahlbeton oder Spannbeton, deren Riegelachse von der Stützlinie für Eigengewicht
oder ständige Last stark abweicht, und auf einen nach diesem Verfahren hergestellten
Rahmen. Bei bekannten Rahmen, deren Riegelachse von der Stützlinie für Eigengewicht
oder ständige Last stark abweicht, treten im Scheitel verhältnismäßig große Biegemomente
auf, wodurch einerseits ein ziemlich hoher Materialaufwand für die im Scheitel erforderliche
Materialanhäufung zur Aufnahme dieser Biegemomente erforderlich wird und andererseits
auch die lichte Höhe der Konstruktion gerade im Scheitel verringert wird. Dies hat
insbesondere im Brückenbau wesentliche Nachteile.
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Das erfindungsgemäße Verfahren besteht nun im wesentlichen darin,
daß in an sich bekannter Weise im Bereiche zwischen den Kämpfern ein provisorisches
Gelenk, insbesondere ein provisorisches Scheitelgelenk, eingebaut und nach dem Freisetzen
bzw. Ausrüsten des Rahmens blockiert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht
somit eine wesentliche Materialersparnis insbesondere im Mittelbereich des Riegels
und wesentlich günstigere Beanspruchungen der gesamten Rahmenkonstruktion. Auch
eine Verschiebung der Widerlager, welche gegebenenfalls eintritt, solange das Scheitelgelenk
noch wirksam ist, wird durch dieses Scheitelgelenk unschädlich gemacht, da das Scheitelgelenk
dieser Widerlagerverschiebung Rechnung tragen kann.
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Bei Stabtragwerken auf unverschieblichen Auflagern, deren Stabachsen
nahe einer möglichen Stützlinie für ständige Last liegen oder mit einer solchen
zusammenfallen (im allgemeinen als Bögen und Gewölbe bezeichnet), ist es bekannt,
provisorische Scheitelgelenke vorzusehen. Bei solchen Stabtragwerken entstehen aus
ständiger Last, auch wenn kein provisorisches Scheitelgelenk vorgesehen ist, nur
verhältnismäßig kleine Biegemomente, deren Ursache die Längenänderung der Stäbe
infolge der Normalkräfte ist. Durch die Anordnung eines provisorischen Scheitelgelenkes,
welches nach dem Ausrüsten blokkiert wird, werden bei Stabtragwerken, deren Stabachsen
nahe einer möglichen Stützlinie für ständige Last liegen, solche Längenänderungen
unschädlich gemacht, und es können die Biegungsmomente infolge ständiger Last auf
diese Weise ganz oder teilweise beseitigt werden. Es können sich dann die beiden
Bogenhälften etwas gegeneinander verdrehen und damit die ursprüngliche Länge der
Kämpfersehne wiederherstellen. Bei solchen Stabtragwerken, deren Stabachsen nahe
einer möglichen Stützlinie für ständige Last liegen, ist es bekannt, das Scheitelgelenk,
welches bei Verkehrslasten nachteilig ist, nach Aufbringen der ständigen Last, das
heißt also nach dem Ausrüsten, zu blockieren.
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Bei Stabtragwerken, deren Riegelachse von der Stützlinie für Eigengewicht
oder ständige Last stark abweicht, das ist also bei Rahmen, auf welche sich die
Erfindung bezieht, ist der Einfluß der Stabverkürzung auf die Biegungsmomente ohne
Bedeutung, da infolge der Abweichung der Stabachsen von der Stützlinie an sich bereits
viel größere Biegungsmomente entstehen. Bei solchen Rahmen ist die Anbringung eines
provisorischen Scheitelgelenkes nicht bekanntgeworden, und die erfindungsgemäße
Maßnahme, bei solchen Rahmen, deren Riegelachse von der Stützlinie für Eigengewicht
oder ständige Last stark abweicht, ein provisorisches Scheitelgelenk vorzusehen,
welches nach dem Ausrüsten blockiert wird, bringt einen völligen anderen Effekt
mit sich als die Anbringung eines provisorischen Scheitelgelenkes bei Stabtragwerken,
deren Stabachsen nahe einer möglichen Stützlinie für ständige Last liegen. Es ist
auch bekannt, Dreigelenkrahmen mit einem Dauergelenk im Scheitel auszustatten, jedoch
erfolgt dies aus anderen konstruktiven und statischen Überlegungen, und es kann
mit einem solchen Dauergelenk im Scheitel auch nicht der durch die Erfindung erzielte
Effekt erreicht werden, da ein solcher Rahmen dauernd ein Dreigelenkrahmen bleibt.
Der erfindungsgemäß
hergestellte Rahmen hingegen ist nach der Fertigstellung
ein Zweigelenkrahmen, beispielsweise ein Zweigelenkrechteckrahmen, in welchem die
Spannungen durch das provisorische Scheitelgelenk herabgesetzt sind und welcher
jedoch alle Vorteile eines Zweigelenkrahmens aufweist.
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Die Schließung der Gelenkfuge kann auf verschiedene Weise vorgenommen
werden. Es ist zweckmäßig, die Fuge nach dem Ausrüsten mit Beton zu füllen, der
gleichzeitig die aus den beiden Riegelenden herausstehenden Bewehrungsstähle verbindet.
Wird das Gelenk erst nach dem Aufbringen aller ständigen Lasten geschlossen. so
ist der eingebrachte Gelenkbeton unter ständiger Last spannungslos und wird erst
unter den zusätzlichen Lasten (z. B. Schnee, Fahrzeuge, Nutzlasten usw.) in Spannung
gesetzt. Das ist insbesondere an der Gelenkoberseite nachteilig, da infolge des
Schwindens zwischen dem Gelenkbeton und dem älteren Beton des Riegels feine Spalten
entstehen werden, die unerwünscht sind.
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Um diesen Nachteil zu vermeiden, kann nun gemäß der Erfindung der
Rahmen bereits nach Aufbringen nur eines Teiles der ständigen Last freigesetzt bzw.
ausgerüstet werden, hierauf das provisorische Gelenk blockiert werden und dann erst
der Rest der ständigen Lasten, wie beispielsweise Dachhaut, Isolierungen, Fahrbahnbeläge
usw., aufgebracht werden. Durch das Aufbringen der Restlast wird die Oberseite des
Riegels unter Druck gesetzt, so daß eine Spaltbildung an der Oberseite vermieden
wird.
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Die Erfindung ist beispielsweise für Massiv-(Beton-) Tragwerke mit
schlaffer Bewehrung anwendbar, jedoch bietet die Erfindung bei Spannbetontragwerken
noch weitere wesentliche Vorteile. Bei statisch unbestimmten Spannbetontragwerken
besteht eine große Schwierigkeit darin, die Spannstränge so anzuordnen. daß die
durch diese beim Spannen verursachten Biegungsmomente (induzierte Biegungsmomente)
keine überzähligen Kraftwirkungen hervorrufen, die den Zustand der Vorspannung im
ungünstigen Sinne beeinflussen. Da es meist nicht möglich ist, die Spannstränge
so zu führen, daß der Verlauf der induzierten Momente genau gleich groß, jedoch
entgegengesetzt, z. B. den Biegungsmomenten infolge Eigengewicht, wirkt, entstehen
immer statisch unbestimmte Kräfte, die den Effekt der Vorspannung beeinträchtigen.
So ist z. B. bei einem Zweigelenkrahmen das Auftreten eines dem Horizontalschub
H aus ständiger Last entgegenwirkenden Schubes il H infolge der Vorspannung
kaum zu vermeiden. Dieser Schub -,1 H vergrößert jedoch die positiven Biegungsmomente
im Scheitel um A H - f (f = Pfeilhöhe des Rahmens) in ungünstigster Weise.
Gemäß der Erfindung wird daher bei der Herstellung von Rahmen mit vorgespannter
Bewehrung diese Bewehrung vorzugsweise vor dem Blockieren des provisorischen Gelenkes
vorgespannt. Auf diese Weise entsteht infolge der induzierten Momente, da an einem
statisch bestimmten System angebracht, keine statisch unbestimmte Kraftwirkung,
und die Vorspannung kann voll zur Wirkung gebracht werden. Bei einem solchen Rahmen
mit vorgespannter Bewehrung ist gemäß der Erfindung vorzugsweise zumindest ein Teil
der vorgespannten Bewehrung für jeden der beiden durch den Gelenkspalt getrennten
Rahmenteile gesondert. Eskönnensomit beide Rahmenteile vorBlockierungdes Scheitelgelenkes
unabhängig voneinander vorgespannt werden und sich unabhängig voneinander unter
der Wirkungder Vorspannkräfte frei deformieren. Gemäß der Erfindung können hierbei
die unteren Spannstränge im Rahmenriegel durch den unterhalb der Achse des Riegels
angeordneten Gelenkkörper des provisorischen Scheitelgelenkes hindurchgeführt sein,
wobei die Summe der Vorspannkräfte dieser Spannstränge die sich bei Vollbelastung
ergebenden Zugkräfte im Gelenk übersteigt. Dadurch, daß die Summe der Vorspannkräfte
dieser Spannstränge die Zugkräfte übersteigt, welche sich bei Vollbelastung ergeben,
verbleiben nach Blockierung des Scheitelgelenkes auch bei endgültiger Vollast im
Gelenkkörper noch Druckkräfte. Es werden hierbei beide Rahmenteile miteinander sicher
verspannt.
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Der erfindungsgemäße Rühmen ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet,
daß er ein provisorisches Scheitelgelenk aufweist, welches, insbesondere durch in
den Gelenkspalt eingebrachten Ortbeton, blockiert wird, wobei die Bewehrungen der
Rahmenhälften sich im Gelenkspalt übergreifen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung liegt hierbei das provisorische Scheitelgelenk unterhalb der Achse
des Rahmenriegels, insbesondere nahe dem unteren Rande desselben. Bei Anordnung
des Scheitelgelenkes in der Achse des Riegels verbleibt nämlich im Gelenksquerschnitt
und beidseitig davon ein Bereich, in dem die dort vorhandenen Druckspannungen des
Ausrüstungszustandes zu klein sind, um die Zugspannungen infolge zusätzlicher Lasten
zu überdrükken. Durch die Maßnahme, das provisorische Scheitelgelenk unterhalb der
Achse des Riegels anzuordnen, wird dieser Nachteil beseitigt oder zumindest abgeschwächt.
In diesem Falle entstehen schon im Gelenkquerschnitt selbst negative Biegungsmomente,
die dort Druckspannungen unten erzeugen. Die Überlagerung von aus nach Gelenkschließung
hinzukommender positiver Biegungsmomente und den dadurch verursachten Zugspannungen
unten mit den bereits dort vorhandenen Druckspannungen ergibt dann je nach dem Verhältnis
der beiden Lastzustände im Mittelbereich des Riegels entweder gar keine oder nur
kleine Zugspannungen unten und daher keine oder nur unbedeutende Bewehrungen am
unteren Rand. Besonders vorteilhaft ist dies bei Ausbildung dieses Riegels mit Hohlquerschnitt
oder Kastenquerschnitt, wobei gemäß der Erfindung das provisorische Scheitelgelenk
die unteren Platten des Riegelquerschnittes verbindet. Hierbei wird die Gelenkkraft
unmittelbar auf die unteren Platten wirksam gemacht.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen
schematisch erläutert.
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F i g. 1 zeigt den Spannungsverlauf in einem nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellten Rechteckrahmen mit in der Achse des Riegels angeordnetem
provisorischem Scheitelgelenk; F i g. 2 zeigt den Spannungsverlauf in einem nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Rechteckrahmen mit unterhalb der Achse
des Riegels angeordnetem provisorischem Scheitelgelenk; F i g. 3 und 4 zeigen Details
verschiedener Ausbildungen des Scheitelgelenkes; F i g. 5 zeigt die Führung der
Spannstränge in einem Rahmen mit vorgespannter Bewehrung; F i g. 6 und 7 zeigen
in größerem Maßstab das Scheitelgelenk des Rahmens nach F i g. 5, wobei F i g. 6
einen Längsschnitt nach Linie VI-VI der F i g. 7 und F i g. 7 einen Ouerschnitt
nach Linie VII-VII der F i g. 6 darstellt.
Bei dem Rahmen nach F
i g. 1 ist das provisorische Scheitelgelenk 1, welches nach Ausrüsten des aus den
Stielen 2 und dein Riegel 3 bestehenden Zweigelenkrechteckrahmens geschlossen wird,
in der Achse 6 des Riegels 3 angeordnet. Die Kämpfergelenke sind mit 4 bezeichnet.
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Beim Ausrüsten entstehen infolge des Eigengewichtes nur negative Momente,
welche durch die Linie a bezeichnet sind: Wie das Diagramm zeigt, erreichen die
Biegemomente an den Rahmenecken 5 einen Höchstwert. Dieser ist jedoch unschädlich,
da dort der Querschnitt des Riegels am größten ist. Im Mittelbereich des Riegels
3 treten nur kleine Biegemomente auf. Nach Blockierung des Scheitelgelenkes 1 entstehen
bei weiterer Belastung zusätzliche Momente, welche durch die Linie b angedeutet
sind. Diese zusätzlichen Momente sind in Gelenknähe positiv und rufen an der Unterseite
des Riegels Zugspannungen hervor, die nun aber zum größten Teil durch Druckspannungen
infolge des Ausrüstungszustandes überdruckt und damit unschädlich gemacht werden.
Im belasteten Zustand ergeben sich durch Addition der Kurven a und
b die Kurven a i- b, welche die Vollbelastung charakterisieren.
Im Bereich c zu beiden Seiten des Scheitelgelenkes, in dem die vom Ausrüstungszustand
herrührenden Druckspannungen zu klein sind, um die Zugspannungen infolge zusätzlicher
Lasten zu überdrucken, ergibt sich ein Bereich mit positiven Momenten.
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F i g. 2 unterscheidet sich von F i g. 1 .dadurch, daß das provisorische
Scheitelgelenk 1' unterhalb der Achse 6 des Riegels 3, und zwar nahe dem unteren
Rand des Riegelquerschnittes, angeordnet ist. Es sind wieder die vom Ausrüstungszustand
herrührenden Momente durch die Kurven a angedeutet, während die Kurven b die durch
die zusätzliche Belastung entstehenden zusätzlichen Momente anzeigen. Bei Vollbelastung
ergeben sich wieder durch Addition die Kurven a+b. Durch die Anordnung des Scheitelgelenkes
1' unterhalb der Achse 6 des Riegels 3 wird nun der Nachteil, welcher sich bei der
Anordnung nach F i g. 1 durch das Entstehen der positiven Momente im Bereich c ergibt,
vermieden. Es entstehen nun schon im Gelenkquerschnitt selbst negative Biegemomente,
die an der Unterseite des Riegels Druckspannungen erzeugen. Je nach dem Verhältnis
-der Lastzustände ergeben sich somit im Mittelbereich des Riegels entweder gar keine
oder nur kleine Zugspannungen an der Unterseite desselben, und es wird daher nur
eine unbedeutende Bewehrung am unteren Rand erforderlich.
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F i g. 3 zeigt nun den Bereich des Gelenkes 1 bei der Ausbildung nach
F i g. 1. Der Gelenkspalt ist durch Ortbeton 7 unterhalb und oberhalb des Gelenkes
ausgefüllt, und durch einander übergreifende Bewehrungen 8 wird eine Verankerung
erzielt. Bei diesen Beispielen sind Schlaffbewehrungen angenommen.
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F i g. 4 zeigt den Bereich des Scheitelgelenkes 1' bei einer Anordnung
nach F i g. 2. Es ist hier ein Kastenquerschnitt für den Riegel 3 gewählt. Der Gelenkspalt
ist wieder nach Ausrüsten durch Ortbeton angefüllt. 10 zeigt eine vorgespannte Bewehrung,
welche durch das provisorische Scheitelgelenk 1' hindurchgeführt ist. Bei dieser
Anordnung ergibt sich der Vorteil, daß das Scheitelgelenk 1' die Kräfte unmittelbar
in die unteren Platten 11 des Kastenquerschnittes des Riegels 3 einleitet. F i g.
5 sowie die F i g. 6 und 7 zeigen die Führung der vorgespannten Bewehrungen im Rahmen.
Die Stiele 2 weisen Spannstränge 12 auf. Der Riegel 3 weist wieder, wie in F i g.
4 dargestellt, einen Kastenquerschnitt auf, wobei in den Seitenwänden 13 (s. F i
g. 7) die Spannstränge 14 geführt sind. In der Oberplatte 15 sind Spannstränge 16
geführt. Diese Spannstränge 12, 14 und 16 sind für die beiden durch das provisorische
Scheitelgelenk 1' getrennten Rahmenteile gesondert. Durch diese Stränge werden somit
beide Rahmenteile unabhängig voneinander vorgespannt und können sich, da das Vorspannen
vor Blockierung des Scheitelgelenkes 1' erfolgt, unabhängig voneinander unter der
Wirkung der Vorspannkräfte deformieren. In der Unterplatte 11 sind Spannstränge
17 geführt, welche durch das Scheitelgelenk 1' hindurchgehen und beide durch das
Scheitelgelenk 1' getrennten Rahmenteile miteinander verbinden. Das Scheitelgelenk
1' ist in der einfachsten Weise durch Bleiplatten 1.8 gebildet, so daß das Hindurchführen
der Spannstränge 17 durch das Scheitelgelenk 1' ohne Schwierigkeiten erfolgen kann.
Wie F i g. 7 zeigt, können noch zusätzliche schlaffe Bewehrungen 19 vorgesehen sein,
welche gleichfalls durch das Scheitelgelenk 1' hindurchgeführt sind. Nach dem Ausrüsten
wird nun wieder der Gelenkspalt 20 durch Ortbeton 21. geschlossen, wobei eine Verankerung
durch einander übergreifende schlaffe Bewehrungen 22 erfolgen kann.
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Der in F i g. 5, 6 und 7 dargestellte Rahmen ist als Brücke gedacht,
wobei die Fahrbahn auf die Oberplatte 15 des Kastenquerschnittes des Riegels 3 aufgebracht
wird.