DE2156017A1

DE2156017A1 - PRE-TENSIONED STEEL COMPOSITE BEAM

Info

Publication number: DE2156017A1
Application number: DE19712156017
Authority: DE
Inventors: auf Nichtnennung. P Antrag
Original assignee: Dyckerhoff and Widmann AG
Current assignee: Walter Bau AG
Priority date: 1971-11-11
Filing date: 1971-11-11
Publication date: 1973-05-17

Description

"Vorgespannter Stahlverbundträger"' Die Erfindung bezieht sich auf einen Stahlverbundträger mit Betondruckplatte und vorgespanntem Untergurt. "Prestressed composite steel beam" 'The invention relates to a composite steel girder with a concrete pressure plate and a prestressed lower chord.

Ein Stahlverbundträger der eingangs angegebenen Art ist alls der DT-PS 1 078 154 bekannt. Dieser Stahlverbundträger besitzt einen stählernen Trägersteg, eine in Querrichtung vorgespannte Betondruckplatte und einen in gleicher Weise wie die Druckplatte ausgebildeten Trägei'iIIitergttrt, der zusätzlich in Längsrichtung vorgespannt ist Abgesehen von der grundsätzlichen Anwendung einer Vorspannung in Längsrichtung bietet diese bekannte Ausführung keine mit wirtschaftlichen Mitteln praktisch durchführbare Lösung, well große Schwierigkeiten bestehen, um die dttrch die hohen Zug- bzw. Druckkräfte in den Gurten enststehenden Schubkräfte über den Steg in den jeweils anderen Gurt zu übertragen. A composite steel beam of the type specified is all of that DT-PS 1 078 154 known. This composite steel girder has a steel girder web, one transversely prestressed concrete pressure plate and one in the same way as the pressure plate formed Trägei'iIIitergttrt, the additional in the longitudinal direction Apart from the basic application of a prestress in This known design does not offer any economic means in the longitudinal direction practically feasible solution, because there are great difficulties to the dttrch the high tensile and compressive forces in the belts resulting from the shear forces Transfer the web to the other strap.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Möglichkeit zu finden, um eine statisch zweckmäßige und technisch realisierbare Art und Weise der Vor spannung von Stahlverbundträgern, insbesondere vorgefertigten Träger dieser Art, zu finden, Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einem Stahlverbundträger der eingangs angegebenen Art dadurch, daß der Untergurt etwa nach Art eines Fischbauchträgers parabolisch gekrümmt ausgebildet ist. The object of the invention is to find a way to achieve a statically appropriate and technically feasible way of pre-tensioning of composite steel girders, especially prefabricated girders of this type, The invention solves this problem with a composite steel beam of the type specified at the outset Kind in that the lower chord is parabolic in the manner of a fish belly girder is curved.

Besondere Vorteile werden dann erzielt, wenn die Vorspannung ftir den Lastfall "Ständige Lasten" so gewählt ist, daß die mittlere Druckspannung in der Betondruckplatte zu Null wird.Particular advantages are achieved if the preload for the load case "permanent loads" is selected so that the mean compressive stress in the concrete pressure plate becomes zero.

In konstruktiver Hinsicht besteht der Untergurt zweckmäßig aits einem geschlossenen Stahlrohr mit vorzugsweise kreisruncieni Querschnitt, das mit dem Trägersteg durch Schweißung verbunden ist und in dem die Spannglieder vom Beton eingehüllt angeordnet sind. Die Spannglieder sind zweckmäßig zum Zwecke des Spannens längsbeweglich gehalten und durch nachträgliche Injektion von Zementleim in Verbund mit dem Füllbeton gebracht. From a constructive point of view, the lower chord is suitably aits one closed steel tube with a preferably circular cross-section, which is connected to the Beam web is connected by welding and in which the tendons are made of concrete are arranged wrapped. The tendons are useful for tensioning purposes Maintained longitudinally movable and bonded by subsequent injection of cement paste brought with the filler concrete.

Die Seitenflächen der Druckplatte des Stahlverbundträgers sind zweckmäßig als Kontaktflächen Beton auf Beton ausgebildet. Dadurch wird die Möglichkeit geschaffen, die Verbundträger im Bereich der Druckplatte in Querrichtung trocken, d.h. ohne Fugenzwischenlage oder Betonausgleichstücke miteinander zusammenzuspannen. The side surfaces of the pressure plate of the composite steel beam are useful designed as contact surfaces concrete on concrete. This creates the possibility the composite beams in the area of the printing plate are dry in the transverse direction, i.e. without To clamp the joint spacer or concrete compensation pieces together.

Um auch eine Verbindung zweier Stahlverbundträger in Längsrichtung herstellen zu können, kann die Druckplatte an den Trägerenden bis zum Untergurt zu einem vollen Rechteckquerschnitt verst@rk@ und die Stirnfläche als Kontaktfläche Beton auf Beton ausgebildet sein. Zur stirnseitigell Verbindung zweier Träger können in Längsrichtung verlaufende Spannglieder zum zentrischen Zusammenspannen der Trigger im Bereich der endseitigen Verstärkungen vorgesehen sein. To also connect two steel composite beams in the longitudinal direction To be able to produce, the pressure plate can be attached to the ends of the girder up to the lower chord to a full rectangular cross-section reinfor @ rk @ and the Face be designed as a contact surface concrete on concrete. For frontal connection two girders can have tendons running in the longitudinal direction for centric clamping the trigger can be provided in the area of the end reinforcements.

Inl Bereich der Verstärkungen können zusätzliche Querspannglieder angeordnet sein.Inl area of the reinforcements can be additional transverse tendons be arranged.

Weiterhin kann am Ende des Stahlrohres am Trägerkopf ein Flansch zur Aufnahme der Zugkräfte des Stahlrohrs angeordnet sein. Dieser Flansch ist zweckmäßig mittels zusätzlicher Spannglieder im Trägerkopf verankert. Da die Ordinaten der Parabel, welcher der Untergurt folgt, so gewählt sind, daß unter den ständigen Lasten und ggf. auch den Verkehrsgleichlasten im oberen und unteren Trägerflansch über die gesamte Trägerlänge konstante Druck- bzw. Zugkräfte auftreten, wobei auch die Querkräfte für diesen Lastfall zu Null werden, entsteht der Vorteil, daß für diesen charakteristischen Lastfall keine Verbundspannungen auftreten. Querkräfte und damit Verbundspannungen zwischen Stahl und Beton werden lediglich durch Verkehrs-, Strecken- und Einzellasten erzeugt und können daher leicht in den zulässigen Grenzen gehalten werden. Durch den Abbau der Querkräfte und damit der Schubspannungen ergibt sich für das Stegblech auch eine Verbesserung hinsichtlich des Schubbeulens. Furthermore, a flange can be attached to the end of the steel pipe on the carrier head be arranged to absorb the tensile forces of the steel pipe. This flange is useful Anchored in the girder head by means of additional tendons. Since the ordinates of the Parabola, which the lower chord follows, are chosen so that under the permanent loads and, if necessary, also the equal traffic loads in the upper and lower girder flange constant compressive or tensile forces occur along the entire length of the beam, including the Transverse forces become zero for this load case, the advantage arises that for this characteristic load case no bond stresses occur. Lateral forces and thus Bond stresses between steel and concrete are only caused by traffic, route and concentrated loads and can therefore easily be kept within the permissible limits will. The reduction of the shear forces and thus the shear stresses result for the web plate also an improvement with regard to the shear buckling.

Der erfindungsgemäß ausgebildete Verbundträger hat gegenüber nicht vorgespannten Verbund-Fertigbauteilen den Vorteil, daß zwischen der Zeit t = 0 und t + oo keine Umlagerungen auftreten. Spannungsum -lagerungen treten nur durch Schwindverkürzungen der Betondruckplatte auf. Audi oese Schwindverkürznngen lassen sich aber noch vermeiden, wenn die Vorspannung so gewählt wird, daß in der oberen Betonplatte entsprechende Zugspannungen herrschen. Man erhält dann einen optimalen Trägerquerschnitt, dessen Spannungen sich in der Zeit t = O bis t 5 weder in der Betonplatte noch in der Stahlkonstruktion verändern. The composite girder designed according to the invention has no opposite prestressed composite prefabricated components have the advantage that between the time t = 0 and t + oo no rearrangements occur. Stress redistributions only occur as a result of shrinkage shortening the concrete pressure plate. Audi oese shrinkage reductions can still be avoided, if the prestress is chosen so that corresponding tensile stresses in the upper concrete slab to rule. An optimal beam cross-section and its stresses are then obtained in the time t = 0 to t 5 neither in the concrete slab nor in the steel structure change.

Gegenüber einem reinen Spannbetonquerschnitt hat ein nach dieser Überlegung konstruierter vorgespannter Verbundquerschn -itt den Vorteil, daß die überdrückte Stahlzugzone keinen Kriechverformungen unterworf en ist. Dadurch entfallen auch die bei freiaufliegenden Spannb etonfe rtigbauteilen oft unangenehmen Durchbiegungen infolge Kriechens. Die Vorspannung eines Stahlverbundträgers hat außerdem den Vorteil, daß schlanker konstruiert werden kann und zwar mit umso größerem Effekt, je größer die gewählten Spannweiten sind.Compared to a pure prestressed concrete cross-section, according to this consideration constructed prestressed composite cross-section the advantage that the overpressed Tensile steel zone is not subject to any creep deformations. This also eliminates the often unpleasant deflections in exposed pre-fabricated concrete components as a result of creeping. The prestressing of a composite steel beam also has the advantage of that it can be constructed slimmer and with the greater the effect, the larger are the selected spans.

Durch die besondere Ausbildung des erfindungsgemäßen Stahlverbundträgers wird das bei derartigen, insbesondere vorgefertigten, Verbundträgern immer schwierig zu lösende Problem der Aufnahme der Schubspannu-ng vereinfacht iind zwar für den Fertigteilträger allein, d. h. also zu einem Zeitpunkt: zu dem eine der Verbesserung der Schubübertragung zwischen Betondruc kplatte und Träger steg dienende Quervorspannung der Betondruckplatte mittels nachträglich eingefädelter Spannglieder noch nicht besteht. Dies führt zu einer wesentlichen Reduzierung der bei vergleichbaren nicht vorgespannten Trägern erforderlichen zusätzlichen Verankerungen und/oder Verdübelungen. Due to the special design of the composite steel beam according to the invention this is always difficult with such, in particular prefabricated, composite beams The problem to be solved, namely the absorption of the shear stress, is simplified for the Precast beam alone, d. H. so at one point in time: at the one of improvement transverse prestressing that serves to transfer the shear between the concrete pressure plate and the girder web of the concrete pressure plate by means of subsequently threaded tendons consists. This leads to a significant reduction in the comparable not prestressed beams require additional anchoring and / or dowelling.

Weitere Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Stahlverbundträgers ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung des in der beigegebenen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles. Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Stahlverbundträgers, Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Trägerkopf, Fig. 4 eine Stirnansicht des gemäß Fig. 3 ausgebildeten Trägerkopfes, Fig. 5 einen Längs schnitt durch zwei über einer Stütze miteinander verbundenen Träger und Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie IV - IV der Fig. 5. Further features and advantages of the composite steel beam according to the invention result from the description below in the accompanying drawing illustrated embodiment. 1 shows a side view of a composite steel beam according to the invention, Fig. 2 is a cross section along the line II-II, FIG. 3, a longitudinal section through a carrier head, FIG. 4 an end view of the carrier head designed according to FIG. 3, FIG. 5 a longitudinal view section through two beams connected to one another via a support, and FIG. 6 shows one Section along the line IV - IV in FIG. 5.

Der Stahlverbundträger 1 besteht im dargestellten Beispiel aus einem Stegblech 2, das am oberen Rand in eine Betondruckplatte 3 eingebettet ist und am unteren Rand einen Untergurt 4 aufweist. Der Untergurt 4 besteht aus einem Stahlrohr 5, das mit einer Schweißnaht 6 am Stegblech 2 befestigt ist. Der Untergurt 4 verläuft parabolisch gekrümmt entlang des in gleicher Weise ausgebildeten unteren Randes des Stegbleches 2, so daß der gesamte Träger 1 etwa das Aussehen eines FischbauchtGägers besitzt. The composite steel beam 1 consists of one in the example shown Web plate 2, which is embedded at the upper edge in a concrete pressure plate 3 and on has a lower flange 4 at the bottom. The lower chord 4 consists of a steel tube 5, which is fastened to the web plate 2 with a weld 6. The lower chord 4 runs parabolically curved along the lower edge formed in the same way of the web plate 2, so that the entire carrier 1 has approximately the appearance of a fish belly girder owns.

Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäß ausgebildeten Verbundträger im Querschnitt. Im Innern des Stahlrohres 5 sind eine Anzahl von Spanngliedern 7 in Hüllrohre angeordnet, die durch Abstandhalter 8 und eine Umsehnürung 9 in erforderlichem Abstand voneinander gehalten und zugleich zentriert sind. Der zwischen den Spanngliedern und dem Stahlrohr 5 verbliebene Zwischenraum ist durch Injektion von Zementmörtel 10 ausgefüllt. Die Spannglieder 7 sind weiterhin nach dem Spannen durch Injektion von Zementleim in Verbund mit dem Füllbeton 10 gebracht. Dadurch wird In einfacher Weise die korrosionsgeschützte Anordnung der Spannglieder und die Übertragung der Umlenkkräfte in den Trägersteg 2 gevrtährleistet. Es wird in der Regel, wegen des im Verhältnis zur Gesamtlast geringen Trägergewichts, immer möglich sein, den Stahlverbundträger nicht vorgespannt aus der Schalung herauszuheben, so daß die kontruktiven Vorteile durch Wahl einer Vorspannung nicht mit einer Verzögerung durch Abbinden der Injektion und der damit zeitlich unrationellen Nutzung der Schalungsform erkauft werden muß. Fig. 2 shows a composite carrier designed according to the invention in Cross-section. Inside the steel pipe 5 are a number of tendons 7 in Cladding tubes arranged by spacers 8 and a Umsehnürung 9 in required They are kept at a distance from one another and are centered at the same time. The one between the tendons and the steel pipe 5 remaining space is by injection of cement mortar 10 filled out. The tendons 7 are still after tensioning by injection brought by cement paste in composite with the filler concrete 10. This makes In easier Way the corrosion-protected arrangement of the tendons and the transfer of the Deflection forces in the carrier web 2 guaranteed. It is usually because of of In relation to the total load of the low girder weight, it will always be possible to use the composite steel girder not pretensioned to lift out of the formwork, so that the constructive advantages by choosing a bias, not with a delay due to the setting of the injection and the time-consuming unrational use of the formwork has to be bought.

Die Ausbildung eines erfindungsgemäßen Verbünd ----t rägers am Auflager ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Die im Stahlrohr 4 geführten Spannglieder 7 werden über das im Abstand vor dem Trägerauflager. endende Stahlrohr 4 weitergeführt und nach entsprechender Auffächerung im Trägerkopf verankert. Die im Stahlrohr 4 trotz der Vorspannung infolge der Verkehrslasten auftretenden Zugkräfte werden über zusätzliche kurze Spannglieder 13 mit Verankerungen 14 auf den Träger übertragen. Zur Überleitung der Spannkräfte vom Stahlrohr 4 auf den Beton und zur Verankerung der Spannglieder 13 ist am Ende des Stahlrohres ein Flansch 15 angeordnet, in dem Bohrungen 16 zur Verankerung der Spannglieder 13 vorgesehen sind. Das mit dem Rohr 4 endende Stegblech 1 ist zwecks Kraftübertragung auf den Beton ebenfalls mit einem Flansch 15a versehen. Für die Auffächerung der Spannglieder 7 und 13 wird die Betondruckplatte 3 zum Auflager hin zu einem Plattenbalkenquerschnitt 17 erweitert, der über dem Auflager 18 einen massiven Vollquerschnitt 19 bildet, welcher beim Nebeneinanderlegen mehrerer gleich ausgebildeter Träger und dem Aufbringen der Quervorspannung mit Hilfe von Spanngliedern 20 zu einem Querträger wird. The formation of an alliance according to the invention ---- t carrier on the support is shown in Figs. The tendons 7 guided in the steel tube 4 are about the in the distance in front of the girder support. ending steel tube 4 continued and anchored in the carrier head after fanning out accordingly. The one in the steel tube 4 in spite of the preload as a result of the traffic loads occurring tensile forces are over additional short tendons 13 with anchors 14 transferred to the carrier. For transferring the tension forces from the steel pipe 4 to the concrete and for anchoring the tendons 13 is arranged at the end of the steel pipe, a flange 15 in which Bores 16 for anchoring the tendons 13 are provided. The one with the pipe 4 ending web plate 1 is also with a for the purpose of power transmission to the concrete Flange 15a provided. The concrete pressure plate is used to fan out the tendons 7 and 13 3 extended towards the support to a T-beam cross-section 17, which is above the Support 18 forms a massive full cross-section 19, which when placed next to each other several identically designed carriers and the application of the transverse prestress With the help of tendons 20 becomes a cross member.

Der erfindungsgemäße Verbundträger bietet auch hinsichtlich der im allgemeinen problematischen Verbindung freiautliegender vorgespannter Fertigteilträger zu einem Durchlaufträger Vorteile. Der erfindungsgem äße Träger ist in Feldmitte sehr biegesteif und am Auflager biegeweich. Durch die gewählte Vorspannung wird, wie bereits oben erwäirnt, erzielt, daß sich der Träger in der Zeit t = 0 bis t nicht verformt, und demzufolge bei einer Verbindung am Auflager mit denjenigen der Nachbarfelder keine Umlagerungen, d. h. keine Stützenmomente aus den ständigen Lasten entstehen. Stützenmomente entstehen allenfalls aus den Lasten Verkehr. Diese sind jedoch infolge der geringen Biegesteifigkeit des Trägers im Auflagerbereich sehr klein. Sie können daher mit einer verhältnismäßig geringen zentrischen Vorspannung beherrscht werden. Diese zentrische Vorspannung erzeugt nur Verkürzungen und keine Verbiegungen, so daß auch keine Unilagerungsmomente entstehen, In den Fig. 5 und 6 ist eine solche Verbindung zweier Träger auf Auflager dargestellt. Es wird montagemäßig dabei so verfahren, daß zunächst die Träger eines Feldes montiert und die Querspannglieder il gespannt werden; sodann wird in gleicher Weise mit den Nachbarfeldern verfahren. Danach wird der zwischen den beiden Brückenfeldern entstehende Zwischenraum 21 ausbetoniert; nach Erhärten des Betons werden die Spanngleider 22, die aus Platzgründen z. T. kreisbogen förmig angeordnet sind, eingezogen und von den Verankerungen 23 aus gespannt. Im Anschluß daran können die Spannkanäle injiziert werden The composite beam according to the invention also offers in terms of the im general problematic connection of exposed prestressed Precast girders to a continuous beam advantages. The carrier according to the invention is in the center of the field very rigid and pliable on the support. The selected preload, as already mentioned above, achieved that the carrier is in the time t = 0 to t not deformed, and therefore with a connection on the support with those of the Neighboring fields no rearrangements, d. H. no column moments from permanent loads develop. At best, the pillar moments arise from the loads of traffic. These are however, due to the low flexural rigidity of the beam in the support area small. You can therefore with a relatively low central preload be mastered. This centric preload only produces shortenings and none Bends, so that no uni-mounting moments arise, In Figs. 5 and 6 shows such a connection between two beams on supports. It will be assembly-wise Proceed in such a way that the girders of a field and the transverse tendons are mounted first il be excited; then proceed in the same way with the neighboring fields. Then the space 21 between the two bridge fields is concreted; after the concrete has hardened, the tensioning members 22, which for reasons of space z. T. Are arranged in a circular arc, drawn in and stretched from the anchors 23 from. The clamping channels can then be injected

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e: Steel composite girder with concrete pressure plate and pre-tensioned belt, characterized in that the lower belt in the manner of a Fish belly support is formed approximately parabolically curved.

2.) composite steel beam according to claim l, characterized in that the prestress for the load case t 'permanent loads "is chosen so that the mean Compressive stress in the concrete pressure plate becomes zero.

3.) Steel composite girder according to claim 1 oF 2, characterized in that that the lower chord 14) consists of a closed steel tube (5) of preferably circular Cross-section exists, das'mit. the carrier web is connected by welding and in which the tendons (7) are arranged encased by concrete (10).

4.) composite steel beam according to claim 2, characterized in that that the tendons (7) held longitudinally movable for the purpose of tensioning and through Subsequent injection of cement paste in connection with the filler concrete (10) brought will.

5.) Steel composite beam according to one of claims 1 to 4, characterized characterized in that the side surfaces (24) of the pressure plate (3) act as contact surfaces Concrete are formed on concrete.

6.) Steel composite beam according to one of claims 1 to 5, characterized characterized in that the pressure plate (3) at the carrier ends up to the lower chord a full rectangular cross-section (19) is reinforced.

7.) composite steel beam according to claim 6, characterized in that for connecting two girders (1) on the end face with tendons running in the longitudinal direction (22) for the central clamping of the carrier (1) in the area of the reinforcement at the end (19) are provided.

8.) Steel composite beam according to claim 6 or 7, characterized in that that in the area of the reinforcement (19) additional transverse tension members (20) are arranged are.

9.) composite steel beam according to claim 8, characterized in that at the end of the steel pipe (4) on the carrier head a flange (15) to absorb the tensile forces of the steel pipe (4) is arranged.

10.) Composite steel beam according to claim 9, characterized in that that the flange (15) is anchored in the beam head by means of additional tendons (13) is.