DE19829796A1 - Verbundtragwerk mit räumlichem Strebenwerk - Google Patents

Abstract

Verbundtragwerk mit räumlichen Strebenwerk, bestehend aus einem flächigen Stahlbetongurt, einem gegenüberliegenden Gurt aus Profilstäben sowie einem die beiden Gurte verbindenden räumlichen Strebenwerk, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragwerk aus vorgefertigten Segmenten (2/3) und Gurtprofilen (1) zusammengesetzt ist, wobei die vorgefertigten Segmente so gewählt sind, daß sie jeweils einen polygonalen Ausschnitt des flächigen Stahlbetongurtes (3) und die darunter liegenden räumlich gerichteten Streben (2) beinhalten, wobei die freien Strebenenden benachbarter Segmente sich jeweils in einem Punkt am gegenüberliegenden Profilstahlgurt (1) treffen.

Description

Ebene oder gekrümmte Verbundtragwerke mit räumlichen Strebenwerk sind bekannt. Hierbei handelt es sich meist um eine Stahlbetonplatte die als Obergurt dient und einem darunter angeordneten Stahlstrebenwerk mit in einer Richtung durchgehenden Untergurt aus Stahlprofilen. Solche Tragwerke werden im Brückenbau eingesetzt (vergl. Viadukt von Lully, Autobahnbrücke Kanton Freiburg Schweiz). Für Streben und Untergurte werden dabei häufig Stahlrohre oder andere Profilstähle verwandt. Tragwerke solcher Art haben bei großer Tragkapazität einen günstigen Materialverbrauch und ein geringes Eigengewicht. Solche Tragwerke, auch mit unten oder innen liegendem Stahlbetongurt, lassen sich auch als Flächentragwerke in gekrümmter Form als Tonnengewölbe, als Kalottengewölbe oder sonstigen Schalenformen herstellen.

Allerdings verursacht das Lehrgerüst unter dem Strebenwerk und die Schalung der Betonplatte zwischen den Streben hohe Kosten. Bei hohen Talbrücken z. B. oder Brücken über Gewässern, sind Lehrgerüste gar nicht möglich oder derart aufwendig, daß eine solche Bauart wirtschaftlich nicht in Frage kommt. Verschiedentlich wird deshalb das Stahlfachwerk als selbsttragender Träger ausgebildet worauf sich die Schalung der Stahlbetonplatte abstützt. Hierbei muß freilich ein vorübergehender Stahlobergurt geschaffen werden, der die Gurtkräfte aus der Biegung des Stahlfachwerks übernimmt. Dieser Stahlobergurt ist nach der Herstellung des endgültigen Tragwerks überflüssig, da die Gurtkräfte (meist Druck) durch den Stahlbetonobergurt übernommen werden.

Bekannt ist ferner im Spannbetonbau die Segmentbauweise (vergl. DIN 4227 T3 Bauteile in Segmentbauart oder Patentschrift DE 42 03 881 C2. Hierbei werden in der meist geklebten Segmentfugen nicht nur die Momente übertragen, sondern auch die Querkräfte. Deshalb muß entweder eine Verzahnung der Segmentstirnflächen vorhanden sein, oder eine hohe Vorspannkraft, quer zur Fuge aufgebracht werden, die ein Abgleiten des Segments durch die so erzeugte Reibungskraft verhindert.

Die Herstellung der Verzahnung oder die Erzeugung der Vorspannung für die erforderlichen Reibungskräfte stellen auch bei der Segmentbauart einen beachtlichen Kostenfaktor dar.

Der Erfindung nach Patentanspruch 1 liegt das Problem zugrunde, ein Tragwerk zu schaffen, das weder Lehrgerüst noch Schalung auf der Baustelle benötigt und die Übertragung der primären Querkräfte des Tragwerks (Querkräfte des Haupttragwerks) am Stahluntergurt ohne Materialmehrverbrauch oder Zusatzkosten erlaubt.

Dieses Problem wird mit einem Tragwerk mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.

Der erste wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, daß mittels Vorfertigung des Stahlbetongurtes in Segmenten die Schalung auf der Baustelle entfällt und durch eine Vorfertigung in Umkehrlage die Schalung sehr einfach wird und für die einzelnen Segmente gleich ist. Hierbei kommt die spätere Oberseite des Segmentes auf den Schalungsboden zu liegen. Die untereinander bereits verbundenen Streben werden von oben in den Beton eingesetzt. Danach wird der Beton abgezogen oder eben gerüttelt.

Der zweite wesentliche Vorteil besteht im Wegfall des Lehrgerüstes. Die Stahluntergurte werden verlegt und können vermöge ihrer I- oder - Ausbildung und nur der Eigengewichts­ belastung über große Spannweiten verlegt werden. Bei größeren Spannweiten werden diese Untergurte zwischengestützt durch Abstützungen vom Baugrund aus oder durch Schrägabspannungen. Ein Segment oder eine Segmentreihe kann nun auf dem Untergurt verlegt und mit diesem sofort verschweißt oder verschraubt werden. Wird auch der Stahlbetonobergurt durch Einschubbewehrung, Vorspannung oder Verschraubung mit dem Obergurt des vorangehenden Segments kraftschlüssig verbunden, entsteht die beabsichtigte Gesamttragwirkung die bei Mehrfeldsystemen den freien Vorbau erlaubt. Die bei freiem Vorbau fortschreitende Gesamttragwirkung verstärkt jeweils den biegeweichen noch unverbundenen Untergurt. Durch diesen Effekt bedarf der Untergurt keiner Überbemessung für den Montagelastfall.

Der dritte Vorteil besteht darin, daß die Querkräfte des Haupttragwerkes am unteren Fachwerkknoten des Untergurtes übertragen werden. Die Segmentfuge des Obergurtes liegt nicht im Fachwerkknoten, sondern dazwischen und muß daher keine Querkräfte des Haupttragwerkes übertragen.

Weitere Vorteile sind das geringe Montagegewicht der Einzelsegmente das bei herkömmlicher Segmentbauweise wesentlich höher ist, die hohe Betonqualität der Segmente und ihre große Präzision durch die Werksfertigung.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung z. B. für eine Brücke ist im Patentanspruch 2 erfaßt und in den Zeichnungen Fig. 1, 2, 3 und 4 dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 Brückenquerschnitt
aus drei Segmenten zusammengesetzt mit drei Profilstahluntergurten (1). Jedes Segment (2/3) besteht aus einer werksgefertigten Stahlbetonplatte (3) mit Bewehrungskanälen (6) und 4 Streben bzw. einer Strebenraute (2). Die Strebenrauten sind oben durch eine Stahlplatte (5) mit aufgeschweißten Stegen verbunden. Auf den Stahlbetonplatten der Segmente befindet sich eine durchgehende Ortbetonschicht (4). Der Untergurt in Brückenquerrichtung besteht aus aufgeschweißten Profilstählen (7).

Fig. 2 Brückenlängsschnitt, Teilausschnitt
mit Untergurt (1), drei Segmenten in Längsrichtung (2/3), Ortbetonschicht (4), Verbindungsplatten (5) und Untergurtprofilen in Querrichtung (7).

Fig. 3 Strebenraute vor dem Einbau in perspektivischer Ansicht,
mit vier zu einer Raute zusammengeschweißten Streben (2) und den Verbindungsplatten (5) am Obergurt.

Fig. 4 Freier Vorbau
mit Widerlager (8), Pfeilern (7), Zwischenabstützung des ersten Feldes (13) Verlegekran (12), teilweise verlegtem Untergurt (1), bereits mehreren verlegten Segmenten (2/3), Montagepylon (10) und Abspannseilen (11).

Hierbei sind je Segment vier Rohrstreben (2) serienmäßig so verschweißt, daß sie in der Draufsicht eine Raute bilden, die jeweils gegenüberliegenden Knoten aber in verschiedenen Ebenen liegen (Fig. 3). Eine Strebenraute (2) bildet mit der vorgefertigten Stahlbetonplatte (3) jeweils ein Segment. Die Segmente werden werksmäßig in Umkehrlage hergestellt, so daß die Plattenoberseite auf dem Schalungsboden liegt und die Unterseite frei abgezogen oder eben gerüttelt werden kann.

Die Strebenrauten können für ein Brückenbauwerk völlig gleich, lediglich mit unterschiedlichen Wanddicken der Rohre ausgebildet werden. Sie sind nach dem Einbau dicht verschweißt und bedürfen deshalb nur eines äußeren Korrosionsschutzes. Die Strebenknoten werden am Stahlbetongurt mit Knotenplatten (5) versehen, die auf die schräg geschnittenen Streben aufgeschweißt sind. Diese Knotenplatten haben zu Kraftübertragung Verstärkungsstege und sind in die Stahlbetonplatte (3) einbetoniert. Der Untergurt im Beispiel besteht aus selbsttragenden geschweißten Kastenprofilen (1). Er kann auch aus anderen geschweißten Profilen oder aus Walzprofilen bestehen. Er wird vorher verlegt.

Die Segmente mit dem Strebenwerk werden vor Ort auf die Untergurtprofile (1) gesetzt und mit diesen verschweißt.

Der Obergurt wird mit Spannstählen, die in Bewehrungskanälen (6) verlegt sind an die benachbarten Segmente angepresst und verklebt. Weitere Bewehrungskanäle erhalten eine schlaffe oder vorgespannte Bewehrung mit einer nachträglichen Auspressung mit Zementmörtel. Der Untergurt in Querrichtung (7) wird in Form einzelner Profilstäbe zwischen die Längsuntergurte (1) geschweißt oder geschraubt.

Nach der Montage der Segmente auf den Pfeilern (9) und den Widerlagern (8) mittels Abspannpylon (10), Abspannseilen (11) und Montagekran (12), wird in diesem Beispiel eine durchgehende ergänzende Ortbetonplatte (4) mit entsprechender Bewehrung aufbetoniert. Die Segmente können aber auch die gesamte Dicke der Stahlbetonplatte, ohne Ortbetonergänzung enthalten.

Mittels einer Zwischenunterstützung (13) wird das erste Feld montiert. Dabei wird der Untergurt vom Widerlager (8) über die Zwischenunterstützung (13) verlegt. Sodann werden die Segmente vom Widerlager aus montiert, wobei die Segmente voranschreitend jeweils fest mit den Untergurtprofilen (1) und untereinander verbunden werden. Diese feste Verbindung ergibt jeweils eine Gesamttragwirkung. Sie wirkt sich für den restlichen freien Untergurt (1) verstärkend aus, da am letzten montierten Segment (2/3) für den Untergurt (1) statisch eine Einspannung entsteht. Hierdurch wird der Untergurt befähigt, die Belastung durch das aufgelegte Folgesegment besser aufnehmen zu können.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Verbundtragwerke mit räumlichen Strebenwerk, nach Anspruch 3 oder 4 bei denen die Streben alle an einem Punkt verschweißt und dort im Feldbereich des Segmentes einbetoniert sind. Das können bei Brücken mit nur einem Untergurt und zwei Segmenten in Querrichtung jeweils zwei Streben sein, oder bei Sechs­ eck-Segmenten mit Untergurten in drei Richtungen jeweils drei Streben.

Claims (4)

1. Verbundtragwerk mit räumlichen Strebenwerk, bestehend aus einem flächigen Stahlbetongurt, einem gegenüberliegenden Gurt aus Profilstäben sowie einem die beiden Gurte verbindenden räumlichen Strebenwerk, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragwerk aus vorgefertigten Segmenten (2/3) und Gurtprofilen (1) zusammengesetzt ist, wobei die vorgefertigten Segmente (2/ 3) so gewählt sind, daß sie jeweils einen polygonalen Ausschnitt des flächigen Stahlbetongurtes (3) und die darunter liegenden räumlich gerichteten Streben (2) beinhalten, wobei die freien Strebenenden benachbarter Segmente sich jeweils in einem Punkt am gegenüberliegenden Profilstahlgurt (1) treffen.

2. Tragwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente jeweils vier Streben enthalten die ein geschlossenes Viereck mit vier Knoten bilden wobei jeweils zwei gegenüberliegende Knoten in den beiden Gurtebenen liegen.

3. Tragwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente jeweils vier Streben enthalten, wobei die vier Streben an einem einzigen Knoten untereinander verschweißt und dort im Feldbereich der Segmentplatte einbetoniert sind (pyramidenförmige Anordnung).

4. Tragwerk nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß Segmente nur zwei oder drei Streben enthalten, die in einem Knoten untereinander verschweißt und dort im Feldbereich der Segmentplatte einbetoniert sind.