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Verfahren zum Herstellen eines mehrfeldrigen vorgespannten Brückentragwerks
aus Spannbetonfertigbalken Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines
mehrfeldrigen vorgespannten Brückentrab werks aus Spannbetonfertigbalken, die beim
Verlegen derart nebeneinander angeordnet werden, daß ihre jeweils einander zugewendeten,
in Brückenlängsrichtung verlaufenden und beim Betonieren der Balken durch ein planparelleles
Blech voneinander getrennten Flächen sich flächig berühren und die dann in Querrichtung
zusammengespannt werden.
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Bei einem bekannten Verfahren zum Herstellen mehrfeldriaer Brückentragwerke
wird die Brückentafel aus lamellenartia angeordneten, jeweils ein Feld überspannenden
Spannbetonfertigbalken hergestellt, die jeweils über einer Zwischenstütze gestoßen
und in Querrichtung zusammengespannt werden. Um das Ausbetonieren der Längsfugen
zwischen den Fertigbalken zu vermeiden, das bei bekannten Trägern von T-förmigem
Querschnitt zum Herbeiführen der Quersteifigkeit der Fahrbahnplatte notwendig war,
werden Träger mit rechteckigem Kastenprofil verwendet, die im Betonwerk auf einer
Schalungsform zwischen lotrechten, planparallelen Stahlblechen gleichzeitig betoniert
werden.
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Durch die Verwendung von planparallelen Blechen als Schalung für die
einander zugekehrten Flächen benachbarter Fertigbalken ist es möglich, deren nebeneinanderliegende
Flächen so auszubilden, daß sie genau aufeinanderpassen. Selbst wenn sich durch
Beulverformungen des Blechs hervorgerufene Unebenheiten in der einen Seitenfläche
nicht vermeiden lassen, wird in der ihr jeweils zugeordneten Seitenfläche des angrenzenden
Balkens ein Negativ dieser Seitenfläche ausgebildet, so daß bei der Montage beide
Seitenflächen genau aufeinanderpassen und sich flächig berühren. Damit entfällt
das Ausbetonieren der Stoßfugen auf der Baustelle.
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Durch dieses Brückenherstellungsverfahren wird die Errichtung von
größeren Serien gleichartiger Brücken, wie sie beispielsweise bei der überbrückung
von Eisenbahnstrecken vorkommen, dadurch vereinfacht, daß die Brücken in einzelnen
Teilen vorgefertigt und an der Baustelle im Baukastenprinzip zusammengesetzt werden
können, ohne das Erhärten von Fugenmörtel abwarten zu müssen. Nachteilig an diesem
Bauverfahren ist es aber, daß mit den kastenförmigen Spannbetonträgern keine Durchlaufwirkung
erzielt werden kann, weil man die Träger über der Stütze nicht zu einem Durchlaufträger
verbinden kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses bekannte Bauverfahren
so weiterzuentwickeln, daß auch die Erstellung von über mehrere Felder durchlaufenden
Brückentragwerken ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß im Querschnitt
T-förmige Spannbetonfertigbalken mit beiderseitigen Stegverbreiterungen an den Enden
verwendet werden und zum Herbeiführen einer Durchlaufwirkung die Zwischenräume zwischen
den mit den Stegverbreiterungen versehenen Stirnwänden der in Brückenlängsrichtung
aufeinanderfolgenden, formtreu vorgespannten Fertigbalken mit Ortbeton ausgefüllt
werden, der mit nachträglich in entsprechende Aussparungen in den beiden Stegverbreiterungen
jeweils zweier aufeinanderfolgender Fertigbalken und dem dazwischenliegenden Ortbeton
in Tragwerkslängsrichtung eingeführten Spanngliedern zentrisch vorgespannt wird.
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Das Verfahren nach der Erfindung hat den Vorteil, daß unter voller
Ausnutzung der Vorteile, welche die gleichzeitige Herstellung von Fertigteilträgern
auf einer Schalung zwischen planparallelen Blechen im Hinblick auf die Fugenausbildung
mit sich bringt, auch die Herstellung von mehrfeldrigen Durchlaufträgern ermöglicht
wird. Das gelingt durch die Ausbildung der Fertigteilträger mit im Querschnitt T-förmiger
Gestalt und stirnseitigen Stegverbreiterungen. Die Träger werden formtreu vorgespannt
an die Einbaustelle geliefert und verlegt, und die Durchlaufwirkung wird durch zentrische
Vorspannung der durch den Ortbeton verbundenen stirnseitigen Stegverbreiterungen
herbeigeführt. Die Vorteile des bekannten Verfahrens bleiben im Bereich der Längsfugen
in der Fahrbahnplatte voll erhalten. Weitere Vorteile ergeben sich aus der größeren
Anpassungsfähigkeit der als Plattenbalken ausgebildeten Fertig teilträger gegenüber
den bekannten Kastenquerschnitten.
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Die Stoßstellen der Einfeldträger brauchen nicht unbedingt über den
Stützen angeordnet zu werden,
sondern es können auch nach Art eines
Gerberträgers ausgebildete Tragwerke ausgeführt werden, bei denen die Stoßstellen
der Spannbetonfertigbalken etwa in den Momentennullpunkten eines Gerberträgers liegen.
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Beim Zusammenbau solcher Brücken werden die Einhängeträger zweckmäßig
auf der Oberseite der auskragenden Fertigbalken mit einer an ihrer Oberseite angeordneten,
nur der Montage dienenden Konsole abgestützt. Diese hat den Zweck, sicherzustellen,
daß die einzelnen Einhängeträger, die sich nach dem Herstellen und beim Vorspannen
geringfügig verziehen können, genau auf den ihnen zugeordneten Kragträgern abgestützt
sind.
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Zum Herstellen T-förmi.ger Fertigbalken ist besonders folgende Arbeitsweise
geeignet: Jeweils .mindestens zwei Balken werden nacheinander in von nebeneinander
angeordneten Schalungskörpern gebildeten Schalungsformen hergestellt, die mit Stahlblechen
zum Trennen der Balken im Bereich ihrer Flansche versehen sind; nach dem Erhärten
der Fertigbalken wird der jeweils letzte Balken in eine solche Lage zu der einen
Schalungsform gebracht, d.aß die eine in Balkenlängsrichtung verlaufende Fläche
seines Flansches als Seitenschalung für die in Brückenlängsrichtung verlaufende
außenliegende Fläche des ersten Fertigbalkens der nächsten Serie dient.
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Es können aber auch zunächst nur die Stege der Fertigbalken hergestellt
und die Flansche zwischen den sie voneinander trennenden planparallelen Blechen
erst nachträglich auf die vorgefertigten Stege aufbetoniert werden.
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Diese Herstellungsweise hat den Vorteil, daß mit einem geringstmöglichen
Aufwand an Schalung gearbeitet werden kann, der sich noch dadurch verringern läßt,
daß die Trägerstege vorgefertigt werden und die Platte in Verbundbauweise später
aufbetoniert wird. Auf diese Weise lassen sich sowohl die vorgefertigten Trägerstege
als auch die für die zwischenliegenden Flansche erforderlichen Schalungsteile so
ausrichten, daß praktisch beliebige Grundrißformen von Brücken und Neigungsverhältnisse
befolgt werden können.
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Das Verfahren nach der Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert.
Es zeigt F i g. 1 einen Querschnitt durch ein nach dem Verfahren hergestelltes Brücktragwerk
im Feld, F i g. 2 einen Querschnitt über der Stütze, F i g. 3 die Untersicht im
Bereich der Stütze, F i g. 4 einen Längssehnitt in der Ebene IV-IV der F i g. 3,
F i g. 5 die Ausbildung eines Stoßes zwischen einem Kragträger und Einhängeträger
und F i g. 6 bis 8 Einzelheiten der Herstellung der Träger.
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Das Brückentragwerk besteht, wie F i g. 1 erkennen läßt, aus einer
Anzahl Spannbetonfertigbalken 1 mit Plattenbalkenquerschnitt, die formtreu vorgespannt
sind. Durch die Ausbildung der Fugen 2 als sogenannte Kontaktflächen ist es möglich,
die Träger im Bereich der Druckplatten unmittelbar aneinanderstoßen zu lassen und
sie durch quer durch die Platte hindurchgeführte Spannglieder 3 zusammenzuspannen.
Auf die Trägeroberseite kann dadurch unmittelbar eine Isolierung 4 und darauf der
Fahrbahnbelag 5 aufgebracht werden. An den Längsrändern sind Gesimse 6 und Geländer
7 angeordnet. F i g. 2, die im Zusammenhang mit den F i g. 3 und 4 zu betrachten
ist, gibt die Ausbildung der Spannbetonfertigbalken 1 im Bereich der Mittelstützen
wieder. Die Stege der Balken sind dort zu vollen Rechteckquerschnitten 8 verbreitert,
die Fugen 2' erstrecken sich also über die volle Höhe des Querschnitts. Durch das
Zusammenspannen der Spannbetonfertigbalken nach dem Zusammenbau in Querrichtung
mit den Spanngliedern 3 entstehen so am Ende eines jeden Felds massive Querträger,
die in den Fugen 2' befähigt sind, Querkräfte zu übertragen. Um diese Fähigkeit
noch zu steigern, können gegebenenfalls in den Stoßflächen schon beim Betonieren
,der Balken Aussparungen 9 angeordnet werden, in welche nachträglich Dübel eingebracht
werden. Solche Dübel werden immer dann anzuwenden sein, wenn die für die Übertragung
der Momente im Querträger benötigte Spannbewehrung für die Übertragung der Querkräfte
durch Reibungsverbund nicht ausreicht und so für diesen Lastfall Spannglieder zugelegt
werden müßten.
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Die Aussparungen 9 werden zweckmäßig durch das Einlegen von Rohren
hergestellt, durch welche zugleich Stöße der Schalungsbleche überbrückt werden können.
Das geschieht einfach .dadurch, daß man die Schalungsbleche auf gegenüberliegenden
Seiten an die Rohre heranführt und gegebenenfalls in der Mantellinie Nuten zum Einführen
der Bleche anordnet. In gleicher Weise erfolgt auch der Stoß der Bleche in lotrechter
Richtung.
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Durch die im Querschnitt rechteckige Kopfausbildung der Spannbetonfertigbalken
wird die Querkraftübertragung im Aufiagerbereich so gut, daß auf durchgehende Unterstützungen,
wie Querträger, verzichtet werden kann, die das Aussehen beeinträchtigen können.
Die Überbauabschnitte liegen unmittelbar auf Einzelstützen 11 auf.
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Die Montage und Auflagerung der Balken im Widerlager- und Pfeilerbereich
erfolgt auf Stahlprofilträgern, die an den Wänden dieser Bauwerksteile befestigt
werden. Nach dem Aufbringen der Quervorspannung und dem Herstellen der Durchlaufwirkung
:durch Verbinden der Balken benachbarter Felder kann die Hilfskonstruktion wieder
entfernt werden. Der Überbau liegt dann auf den Lagern auf.
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Da die Stirnflächen 14 der Spannbetonfertigbalken nicht als
Kontaktflächen ausgebildet sind, muß zwischen diese Flächen ein Ortbetonstreifen
15 eingebracht werden. Theoretisch wäre es zwar möglich, auch die Stirnflächen
als Kontaktflächen auszubilden, jedoch müßten dann die Trägerstirnseiten unmittelbar
aneinander betoniert oder Abgüsse davon hergestellt werden. Ein solches Verfahren
dürfte aber unwirtschaftlich sein. Durch eine zentrische Längsvorspannung des aus
den beiderseitigen Querträgern mit Ortbetonzwischenstück bestehenden Stützenabschnitts
mit Spanngliedern 16 ist dieser in der Lage, die auftretenden Stützenmomente aufzunehmen.
Zum Einführen und Spannen der Spannglieder 16 sind in den Stegverbreiterungen 8
parallel zur Balkenachse gerade Spannkanäle angeordnet.
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Die einzelnen Spannbetonfertigbalken 1 werden in bekannter
Weise in Längsrichtung forrntreu für das Trägereigengewicht vorgespannt, das Vorspannmoment
wird also gleich dem Moment aus Eigengewicht für den frei aufliegenden Träger gewählt.
Die Träger haben daher auf ihrer ganzen Länge nur zentrische Druckspannungen aus
der Vorspannkraft;
sie werden somit durch die Vorspannung nur verkürzt
und nicht verbogen, was für die Verlegegenauigkeit von Vorteil ist. Außerdem ist
es durch diese Maßnahme möglich, die Stützenmomente sehr klein zu halten. Vor dem
Kriechen und Schwinden treten im Tragwerk an der Stütze nur Momente aus den nachträglich
aufgebrachten Eigengewichtslasten (Belag, Gesimsbeton und Geländer) sowie Verkehr
auf. Nach dem Kriechen und Schwinden kommt noch ein Stützenmoment aus der Umlagerung
hinzu. Beträgt der Abfall der Spannkraft aus Kriechen und Schwinden beispielsweise
1504, so tritt ein Stützenmoment im gleichen Prozentsatz vom Stützenmoment aus reinem
Ei-eng, ewicht für den Zweifeldträaer auf; somit beträgt das Stützenmoment nur etwa
600,10 des '%,toments bei herkömmlicher Vorspannung. Die gewählte Vorspannung ermöglicht
außerdem eine genaue Einhaltung der Gradrente nach Kriechen und Schwinden.
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Bei Durchlaufträgern braucht der Stoß nicht über einer Stütze zu liegen,
wie in der F i g. 4 dargestellt, sondern es kann insbesondere bei dreifeldrigen
Brücken mit Größeren Spannweiten des Mittelfelds zweckmäßig sein. den Trägerstoß
in die Momentennullpunkte aus Eigengewicht des Durchlaufträgers zu legen. In diesen
Punkten treten nämlich fast gleich große positive und negative Verkehrslastmomente
sowie Umlagerungsmomente infolge Kriechens und Schwindens aus dem Lastfall Vorspannung
auf. Diese Momente können in bekannter Weise durch formtreue Vorspannung auf ein
Minimum beschränkt werden.
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Die Anordnung des Stoßes im Momentennullpunkt hat gegenüber dem Stoß
an der Stütze noch den Vorteil, daß die Fertigteilträger des Mittelfelds kürzer
und dadurch auch besonders leicht sind. Dadurch wird nicht nur die im Mittelfeld
erreichbare Spannweite vergrößert, sondern auch die Montage erleichtert.
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Eine solche Stoßausbildung im Momentennullpunkt zeigt die F i g. 5.
Die Einhängeträger 17 werden mit einer Konsole 18 aus Stahlprofilträgern
auf der Oberseite der auskragenden Fertigbalken 19 abgestützt; die Konsole
18 ist dabei an dem Einhängeträger 17 mit einer Verschraubung
20 befestigt. Die Stirnseiten 21 der Einhängeträger 17 und Fertigbalken 19
sind gezahnt. Weiterhin können aus den Stirnflächen in an sich bekannter Weise Bewehrunasschlaufen
hervorstehen, die eine gute und biegesteife Verbindung über den Ortbetonstreifen
22 bewirken.
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Zum Herstellen der Spannbetonfertigbalken bestehen mehrere Möglichkeiten.
Bei der in den F i g. 6 und 7 dargestellten Fertigung von Balken in einem Stück
werden diese in einer Zwillingsform, gegebenenfalls aber auch in einer Drillings-
oder Vierlingsform, hergestellt. Die Formen, die aus Schalungskörpern 23 zusammengesetzt
sind, sollen so ausgebildet sein, daß sie in ihrer Länge aus Schüssen von etwa 2
bis 3 m zusammengebaut werden können. Im Mittelteil haben die einzelnen Schüsse
gleichen Querschnitt, der etwa einem umgekehrten Plattenbalken entspricht; nur die
Endteile sind den Stegverbreiterungen entsprechend ausgebildet. Die Formen sollen
ferner auch so beschaffen sein, daß sie bei Bedarf leicht von einer Zwillings- in
eine Drillings- oder Vierlingsform usw. umgebaut werden können. Das kann man dadurch
erreichen, daß man die einzelnen Schalungskörper 23 auf eine entsprechend breite
Unterlage 24 auflegt und in dem Bereich unterhalb der Schalungshohlräume durch Anker
25 zusammenhält.
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In den F i g. 6 und 7 ist angedeutet, wie die Fertigung in einer Zwillingsform
vor sich geht. Nach dem Betonieren und Vorspannen der Träger und dem Injizieren
der Spannkanäle werden die Träger I und II abgehoben, der Träger I wird auf Stapel
gelegt und der Träger 1I in eine Halterung der Zwillingsform in Stellung Null abgesetzt.
Beim Betonieren des Trägers I war die linke Abschlußschalung 26 der Platte in Holz
oder Stahl so ausgebildet, daß entsprechende Aussparungen für die Verankerungen
27 der Querspannalieder entstehen. Die Schalung 29 der Platte zwischen
Träger I und 1I sowie der rechte Plattenabschluß des Trägers 1I bestehen aus kalt
gewalztem Blech. Zugleich müssen Vorkehrungen zum Herstellen von Aussparungen 30
für das nachträgliche Einfädeln der Spannglieder 3 getroffen werden. Nach dem Absetzen
des Trägers 1I in die Halterung wird die Platte des Trägers III gegen die Platte
des Trägers 1I betoniert, die einen entsprechenden Anstrich zum Vermeiden der Haftung
erhält. Die Trennung zwischen Träger III und IV und der rechte Abschluß erfolgen
dann wieder in der gleichen Weise wie beim Betonieren der Träger II und III. Die
Schalungen können aus Stahl, Holz oder Kunststoff bestehen.
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Die Längsunterteilung der Schalung in Abschnitte ermöglicht einerseits
die Anpassung an die verschiedenen Spannweiten, andererseits bietet sich hierbei
noch der Vorteil, daß jede gewünschte Überhöhung oder Gradrente der Brücke durch
entsprechende Ausbildung der Unterlage 24 einstellbar ist. Etwa notwendige Verdrehungen
der einzelnen Schalungsschüsse werden durch entsprechende Gummidichtungen gewährleistet.
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Nach F i g. 8 ist es aber auch möglich, den Querschnitt des Bauwerks
bereits in der Fertigung in einen Spannbetonteil und in einen der Querübertragung
der Kräfte dienenden Stahlbetonteil zu unterteilen. Die Fertigteilbalken werden
dabei in vorgespannte, vorgefertigte Stege 31 und die in einem zweiten Arbeitsgang
hergestellten Flansche 32 aufgelöst. Die Stegfertigteile können ohne Kenntnis
der jeweils verlangten Bauwerksbreiten im Werk auf Vorrat gefertigt werden.
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Diese Auflösung hat den Vorteil, daß die Trägerstege von praktisch
allen Betonwerken mit den dort vorhandenen Hochbauträgerschalungen ohne Schwierigkeiten
hergestellt und dann nach Bekanntwerden der Einzelheiten eines zu errichtenden Brückenbauwerks
oder einer Serie von Brücken mit den darauf abgestimmten Flanschen versehen werden
können. Bei der Herstellung der Flansche werden verhältnismäßig leichte Zwischenschalungen
verwendet, die aus Hölzern 33 mit eingearbeiteten Stahlblechen 34 bestehen, die
leicht innerhalb der einzelnen Betonwerke ausgetauscht werden können. Nach Vorliegen
genauer Grundrißabmessungen des Bauwerks werden die vorgefertigten und gestapelten
Stege 31 im Werk ausgelegt, und die Platte wird unter Einschaltung der Stahlbleche
34 betoniert. Hat ein Bauwerk keine gleichbleibende Breite, so können die Stege
31 entsprechend verlegt werden.
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Die Stege 31 können gerade oder mit entsprechender Überhöhung hergestellt
werden, ohne daß die endgültige Brückengradiente hierbei berücksichtigt werden muß.
Deren Berücksichtigung wird erst bei
Auslegen der Träger und Einschalen
der Platte notwendig. Ebenso läßt sich auf diese Weise jedes Quergefälle, selbst
Gefälleverwindungen, ausbilden.
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Die Vorfertigung der Stege hat weiterhin den Vorteil, daß mit einer
beschränkten Zahl Trägerformen, die mit Außenrüttlern versehen sind, gearbeitet
werden kann. Durch Unterteilung des Querschnitts ist es weiter möglich, Stege im
Spannbett zu fertigen.