DE202017000831U1 - Bridge reinforcement - Google Patents
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Abstract
Anordnung zur Verstärkung eines Betonbauteils, zum Beispiel für eine Brücke, wenigstens bestehend aus einem Verstärkungsbauteil 1, zwei Ankern A und dem zu verstärkenden Betonbauteil 3, wobei die Anker für eine mechanische Zusammenpressung von Verstärkungsbauteil und Betonbauteil in der gemeinsamen Kontaktfläche ausgestaltet und angeordnet sind und wobei wenigstens ein Abschnitt des Verstärkungs-Bauteils 1 mit wenigstens einem Teil der Kontaktfläche eine voreingeprägte Krümmung derart aufweist, dass mit der Kraftwirkung der Anker die Krümmung wenigstens teilweise federelastisch zurücknehmbar und eine flächige Zusammenpressung des Verstärkungs-Bauteils mit dem Betonbauteil 3 bewirkbar ist.Arrangement for reinforcing a concrete component, for example for a bridge, at least consisting of a reinforcing member 1, two anchors A and the reinforcing member 3 to be reinforced, wherein the anchors are designed and arranged for a mechanical compression of reinforcing member and concrete component in the common contact surface and at least a portion of the reinforcing member 1 having at least a portion of the contact surface has a pre-embossed curvature such that with the force of the armature, the curvature at least partially resiliently retractable and a flat compression of the reinforcing member with the concrete component 3 is effected.
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur nachträglichen Verstärkung von Betonbauteilen, insbesondere zur Verstärkung von Trägern oder Platten aus Stahl- oder Spannbeton, zum Beispiel bei Straßen- oder Eisenbahnbrücken.The invention relates to an arrangement for the subsequent reinforcement of concrete components, in particular for reinforcing beams or plates made of steel or prestressed concrete, for example in road or railway bridges.
Viele Straßen- und Eisenbahnbrücken, die vor 40 bis 60 Jahren in Deutschland gebaut wurden, müssen aus unterschiedlichen Gründen saniert, neu gebaut oder nachträglich verstärkt werden. Besonders betroffen sind relativ schlanke, biegebeanspruchte Betonbrücken, die durch Schwingungen oder Zusatzbelastungen aus unvorhersehbar angestiegenem Schwerlastverkehr ihre vorgesehene sichere Betriebsdauer vorzeitig erreichen oder bereits überschritten haben.Many road and rail bridges that were built in Germany between 40 and 60 years ago have to be redeveloped, rebuilt or later reinforced for various reasons. Particularly affected are relatively slender, bending-stressed concrete bridges that reach their intended safe operating time due to vibrations or additional loads from unpredictably increased heavy traffic prematurely or have already exceeded.
Eine bekannte Möglichkeit zur Verstärkung von schwingungsbelasteten vorhandenen Betonbrücken besteht darin, die Querschnitte der biegebeanspruchten Bauteile und damit die Biegesteifigkeit des Tragwerks nachträglich zu vergrößern. Eine Versteifung des Trägerquerschnitts bewirkt eine vorteilhafte Verkleinerung der Amplituden von verkehrslastinduzierten Schwingungen und begrenzt die Biegeverformungen auf ein kleineres Maß. Die somit günstigeren Spannungs-Dehnungs-Zustände in den Bauteilen vergrößern die werkstoffabhängige Lebensdauer der Tragelemente.A known way to reinforce existing bridges loaded with vibration is to subsequently increase the cross sections of the bending-stressed components and thus the bending stiffness of the structure. A stiffening of the carrier cross-section causes an advantageous reduction of the amplitudes of traffic-load-induced vibrations and limits the bending deformations to a smaller extent. The thus more favorable stress-strain states in the components increase the material-dependent life of the support elements.
Voraussetzung für eine nachträglich wirksame Verstärkung von Betonbauteilen zu Verbundtragwerken, zum Beispiel mit nachträglich angeordneten Verstärkungsbauteilen aus Flach- oder Profilstählen, ist eine hinreichend scherfeste und weitgehend schlupf- bzw. verschiebungsfreie Verbundwirkung zwischen Bauteil und Verstärkungselement. Die Ausbildung einer robusten und schersteifen Verbundfuge zwischen einem Beton- und einem Verstärkungs-Bauteil, zum Beispiel aus Stahl, ist bisher aber nicht bekannt.Prerequisite for a subsequent effective reinforcement of concrete components to composite structures, for example, with subsequently arranged reinforcing components made of flat or sectional steel, is a sufficiently shear-resistant and largely slip or displacement-free composite effect between the component and reinforcing element. The formation of a robust and shear-resistant composite joint between a concrete and a reinforcing member, for example made of steel, but is not yet known.
Mit
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Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren insbesondere zur Verstärkung von Brückenbauteilen anzugeben, bei dem eine nachträgliche Querschnittsvergrößerung von vorhandenen Betonbauteilen durch sofort wirksamen Verbund mit einem Verstärkungsbauteil bewirkt wird.The invention is therefore an object of the invention to provide a method in particular for reinforcing bridge components, in which a subsequent increase in cross-section of existing concrete components is effected by immediately effective association with a reinforcing member.
Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, eine Verstärkung insbesondere für Brückenbauteile anzugeben, bei der eine nachträgliche Querschnittsvergrößerung von vorhandenen Betonbauteilen mit einem Verstärkungsbauteil und sofort wirksamem Verbund bewirkt wird.The invention is also based on the object to provide a gain in particular for bridge components, in which a subsequent increase in cross-section of existing concrete components with a reinforcing member and immediately effective composite is effected.
Die Aufgaben werden durch ein Bauverfahren und eine Anordnung zu einer Brückenverstärkung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.The objects are achieved by a construction method and a bridge reinforcement arrangement according to the independent claims.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Darin bedeuten:The invention will be further explained with reference to the drawings. In this mean:
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Verstärkungsbauteil, Biegeverbund-BauteilReinforcement component, bending composite component
- 22
- Verbundfuge, Verbundfugen-Element,Compound joint, compound joint element,
- 33
- Betonbauteil, Träger, Plattenbauteil,Concrete component, support, panel component,
- AA
- Ankerstab, Schraubanker,Anchor rod, screw anchor,
- AiAi
- (i = 1, 2, ...) Achsen der Anker, Ankerkräfte, Wirkungslinien der Ankerkräfte(i = 1, 2, ...) axes of the anchors, anchor forces, lines of action of the anchor forces
- VV
- Vorspannwirkung, Unterstützungs-Kraftwirkung,Biasing action, supporting force action,
Aus der Balkentheorie ist nämlich bekannt, dass sich ein auf zwei Lagerpunkten aufgestützter oder an zwei Ankern aufgehängter Balken durchbiegt, wenn er durch Auflast quer zu seiner Balkenachse belastet wird. Je nach Form und Größe der Auflast und entsprechend der Biegesteifigkeit des Balkens stellt sich ein ortsabhängiges Maß der Balkenbiegung als sogenannte Biegelinie (der Balkenachse) ein. Die Auflagerkräfte (Ankerkräfte) korrespondieren mit Auflast und gegebenenfalls Eigengewicht des Balkens zum Kräftegleichgewicht.For it is known from the beam theory that a beam supported by two bearing points or suspended by two anchors deflects when it is loaded by load across its beam axis. Depending on the shape and size of the ballast and according to the flexural rigidity of the beam, a location-dependent measure of the beam bending arises as a so-called bending line (the beam axis). The bearing forces (anchor forces) correspond to the load and possibly the weight of the beam itself to balance of power.
Unter der Annahme elastischer Verformungen gilt bekanntlich das Superpositionsprinzip für Kräfte, Spannungen und Verformungen. Ist ein Biegebalken also entsprechend einer definierten Biegelinie vorgekrümmt und im Wesentlichen oder im Mittel spannungsfrei und wird er mit der zur gewählten Biegelinie passenden Auflast – aber in umgekehrter Richtung – belastet, so wird der Biegebalken elastisch gerade gebogen, also die Balkenachse zu einer Geraden verformt. Der Betrag der Auflagerkräfte bleibt gleich.Assuming elastic deformations, the superposition principle applies to forces, stresses and deformations. Thus, if a bending beam is pre-curved in accordance with a defined bending line and free of tension and is loaded with the load corresponding to the selected bending line, but in the opposite direction, then the bending beam is bent elastically straight, ie the beam axis is deformed into a straight line. The amount of support forces remains the same.
Es gilt auch: Wird ein entsprechend einer definierten Biegelinie vorgekrümmter und im Wesentlichen oder im Mittel spannungsfreier Biegebalken mittels Anker- oder Vorspannkräften in seinen Auflagerpunkten gegen eine plan ebene Oberfläche eines im Wesentlichen oder relativ starren Bauteils gepresst, dann wird der Biegebalken auf diese Weise gerade gedrückt. Der Betrag der Anker- oder Vorspannkräfte entspricht dem der Auflagerkräfte. Die Pressungen zwischen Biegebalken und Bauteiloberfläche in den Kontaktflächen entsprechen in lokaler Größe und Verlauf einer zur Erzeugung der definierten Biegelinie komplementären Auflast. Ankerkräfte und korrespondierende Pressungen sind dann in das so entstandene Verbundtragwerk eingeprägt.It also applies: If a according to a defined bending line pre-curved and substantially tensioned or stress-free bending beam by means of anchor or biasing forces in its support points against a flat surface of a substantially or relatively rigid component, then the bending beam is pressed straight in this way , The amount of anchor or preload forces corresponds to the bearing forces. The pressures between the bending beam and component surface in the contact surfaces correspond in local size and course of a complementary for generating the defined bending line ballast. Anchoring forces and corresponding pressing are then imprinted into the resulting composite structure.
Eine Verstärkungswirkung erhält man mit dem vorgeschlagenen Bauverfahren zur Brücken-Verstärkung und in Anlehnung an
Zur Montage von einem relativ steifen oder relativ kurzen Verstärkungs-Bauteil mit relativ geringer Vorkrümmung genügt in der Regel die Anordnung von zwei Ankern A1 und A2 entsprechend
Zur Montage von relativ langen Verstärkungsbauteilen mit relativ großer Vorkrümmung, insbesondere als Biegeverbund-Bauteile, wird in Anlehnung an die Darstellung in
Je nach Baustellenpraxis kann es vorteilhaft sein, das Verstärkungsbauteil zunächst mit wenigstens einem Anker in einer beliebigen Achse, zum Beispiel in der Mitte des Verstärkungsbauteils, am Betonbauteil zu fixieren und dann beide Enden des Verstärkungsbauteils, entweder gleichzeitig oder nacheinander, mit Vorspannkräften oder Ankern gegen das Betonbauteil zu spannen oder gerade zu biegen und mit Ankern zu fixieren. Als Verstärkungsbauteile können zum Beispiel bekannte Profilstähle oder Walzprofile dienen, die bereits bei der Herstellung eine geeignete Vorkrümmung erhalten.Depending on the construction site practice, it may be advantageous first to fix the reinforcing member with at least one anchor in any axis, for example in the middle of the reinforcing member, the concrete component and then both ends of the reinforcing member, either simultaneously or sequentially, with biasing forces or anchors against the Clamp concrete component or bend straight and fix with anchors. As reinforcing components, for example, known profiled steels or rolled sections can be used, which already receive a suitable pre-curvature during production.
Mit den vorgeschlagenen Verfahrensvarianten kann bereits eine Biegeverbund-Verstärkung im Sinne der
Eine weitere Verbesserung der Verbundwirkung ergibt sich in Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens, wenn in Anlehnung an die Darstellung in
Auf erforderliche genaue Pass-Bohrungen kann bei vorgeschlagenem Bauverfahren vorteilhaft verzichtet werden, wenn die Verbundkräfte zwischen Biegeverbund-Bauteil
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, das oder die Verbundfugen-Elemente
Um die Verankerungen gegen Stoßeinwirkung zu schützen und um ein günstiges Verhältnis von Querschnittsfläche zu Biegesteifigkeit zu erzielen, werden bekannte U-Profile zur Verwendung als Biegeverbund-Bauteil
Zur Verbesserung der Verbundeigenschaften zwischen Biegeverbund-Bauteil
Das vorgeschlagene Brücken-Verstärkungsverfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass bei dauerhafter elastischer Federwirkung des Verstärkungsbauteils die Ankerwirkung der Schraubanker oder Dübel durch Inaugenscheinnahme geprüft und durch Anordnung von Verbundfugen-Elementen ein beständig vorhandener Scherwiderstand in den Kontaktflächen zwischen Verstärkungsbauteil und Oberfläche des Betonbauteils sicher angenommen werden kann.The proposed bridge reinforcing method is characterized in particular by the fact that with permanent elastic spring action of the reinforcing member, the anchor effect of the screw anchors or dowels tested by visual inspection and by arranging composite joint elements a consistently existing shear resistance in the contact surfaces between the reinforcing member and the surface of the concrete component safely accepted can.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 1199471 [0005, 0023] DE 1199471 [0005, 0023]
- DE 3942945 A1 [0006] DE 3942945 A1 [0006]
- DE 102014214473 A1 [0007] DE 102014214473 A1 [0007]
- EP 2977528 A1 [0007] EP 2977528 A1 [0007]
- DE 10209873 A1 [0008] DE 10209873 A1 [0008]
- DE 102004037170 B4 [0008] DE 102004037170 B4 [0008]
- DE 102005003997 B3 [0008] DE 102005003997 B3 [0008]
- EP 1686271 B1 [0008] EP 1686271 B1 [0008]
- DE 202015003072 U1 [0008] DE 202015003072 U1 [0008]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- DIN 571 bzw. DIN 7998 [0008] DIN 571 or DIN 7998 [0008]
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