DE2255412A1

DE2255412A1 - Bauteile aus bewehrtem beton

Info

Publication number: DE2255412A1
Application number: DE2255412A
Authority: DE
Inventors: Jun Benjamin Mckinley Givens
Original assignee: Battelle Development Corp
Current assignee: Battelle Development Corp
Priority date: 1971-11-11
Filing date: 1972-11-11
Publication date: 1973-05-17
Also published as: BE791262A; AU4815372A; IT970333B; DK139761C; US3808085A; DK139761B; CH564661A5; ES408324A1; NL172355B; NL7215281A; AU464147B2; TR17290A; JPS4858618A; GB1386135A; AR219684A1; BR7207919D0; JPS5221293B2; DE2255412B2; SE395166B; FR2160180A5

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein tragendes> aus bev/ohrtem Beton bestehendes Bauteil mit oberen und unteren, die Belastbarkeit erhöhenden Bewehrungen, Dieses Bauteil soll auch für Lasten oder Belastungen verwendbar sein, die an der oberen Fläche angreifen und nach unten gericlfet sind. Die Erfindung betrifft besonders die Anwendung eines speziellen Faser-Betonmaterials als obere Bewehrung. Genauer gesagt bezieht sich die Erfindung auf ein verbessertes tragendes Betonbauteil, das durch eine

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Kombination von zphlreichen Kotall-Bewehrungsstäben mit einem besonderen Fnser-Betonmaterial gekennzeichnet ist, wobei diese Stäbe in dem Beton im Bereich der Bodenfläche, des Bauteiles angeordnet sind und die unteren Bewehrungen darstellen, während das Faser-Betonmaterial in einer ziemlich dicken Schicht vorgesehen ist, die als bruch- oder rißfeste sowie abriebbeständige Oberfläche dient und ausserdem gleichzeitig mit dem speziellen Faser-Betonmaterial die obere Bewehrung versieht. Dieses Faser-Betonntaterial besteht im wesentlichen aus Beton, in dem gleichförmig verteilt, aber willkürlich verstreut und orientiert kurze Drahtstücke dicht beieinander mit einem durchschnittlichen Abstand von weniger als 7,6 mm angeordnet sind.

Im allgemeinen wird Beton durch Mischen von Sand und von groben Zuschlagstoffen mit Zement und Wasser zubereitet, um eine verarbeitbare Masse herzustellen, die beim Abbinden und Härten ein im Gewicht, in der Härte, in der Sprtfdigkeit und in der Festigkeit Stein ähnelndes Material ergibt. Eine einzigartige Eigenschaft von Beton ist dessen Hydraulizität oder Fähigkeit, sowohl unter Wasser zu härten, als auch in Luft abzubinden. Der am meisten verwendete Zement ist der Portland-Zement. Beton hat eine geringe Zugfestigkeit und man hat lange Zeit angenommen, daß dessen geringe Zugfestigkeit eine unüberwindbare Schranke darstellt, der bei verschiedenartigen Anwendungs-

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fällen des Betons Recknurtg getragen werden müßte. Die Verwendung von unbewehrtem Beton ist daher gewöhnlich auf Am/endungsfälle beschränkt, bei denen es hauptsächlich auf die Kasse und das Gewicht ankommt und bei denen Zug'-¹- - . und Biegespannungen nicht vorhanden sind oder nur mit einem begrenzten Wert zu erwarten sind. Typische Anwendungsfälle für■unkewehrtem Beton sind: Dicke Fundamentplatten mit begrenzter Ausdehnung, Wände, Dämme mid dergleichen.

In Auwei!dungsfallen, bei denen erhebliche Zug- und Biegespannungen erwartet werden, beispielsweise bei einem Bauteil,' an das eine nach unten gerichtete Kraft an der Oberfläche angreift, werden gewöhnlich wegen der relativ geringen Zugfestigkeit des Betons, Bewehrungen in den Beton eingefügt, um die geringe Zugfestigkeit des Betons zu kompensieren und dadurch solche Anwendungen zu ermöglichen. Beton, der üblicherweise verwendete Verstärkungseinlagerungen besitzt,' ist allgemein als bewehrter Beton bekannt. Die bisher verwendeten Verstärkungen "oder-Bewehrungen bestehen aus Stahl in Form von Stäben, Stangen, langen Drähten,. Gitter und dergleichen. Der Beton wird durch Gießen der Betonmasse um die Stahleinlagerungcn herum hergestellt, die derartig angeordnet und dimensioniert sind, daß sich die besonderen Eigenschaften ergeben, die für. den beabsichtigten Verwendungszweck erforderlich sind. Die verwen-

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detcn herkömmlichen Bewehrungen verleihen dem Bauteil keine Abriebfestigkeit und keine Festigkeit gegenüber Rißbildung auf der Oberfläche des bewehrten Betons. Die Verbesserung der Zugfestigkeit von bewehrtem Beton gegenüber unbewehrtem Beton beruht im wesentlichen darauf, daß die verwendeten Verstärkungseinlagerungen eine wesentlich größere'Zugfestigkeit als Beton besitzen.

Mit günstigen und geeigneten Materialien in richtigen Mengen und bei fachmännischer Handhabung kann man, \>ras das Vorstehende illustriert, bei Beton mit einer Druckfestigkeit von mindestens 140 kg/cm" in 7 Tagen und 210 kg/em⁴"

in 30 Tagen rechnen, während die Zugfestigkeit nur bei

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etwa 10 - 14 kg/cm nach 7 Tagen und 15-2.1 kg/cm nach 30 Tagen liegt. Wird nun solch unbewehrter Beton in Form eines Balkens oder dergleichen mit größerer Breite, Tiefe und Länge ausgebildet und an jedem Ende auf Stützen gelagert, dann läßt es sich mathematisch und experimentel zeigen, daß beim Ausüben einer nach unten gerichteten Kraft auf die Oberfläche des Bauteils die obere Seite in der Mitte der Spannweite Druckspannuig und die Bodenfläche in der Mitte der Spannweite Zugspannung aufnehmen muß, wobei diese beiden Spannungen et v/a gleich sind. Ist die auferlegte Last so groß, daß die Zugspannung auf der Unterseite des Balkons etwa 21 kg/cm übersteigt, dann bricht

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der 28 Tage alte Balken, auch dann, wenn die Oberseite des Balkens Druckspannungen von IQfacher Große widerstehen kann. Der Überschuß an Druckfestigkeit des Betons wird daher bei solchen Anwendungsfällen verschwendet, anstatt vollständig ausgenutzt zu werden, und zwar auf Grund der geringen Festigkeit des Betons gegenüber der Zugspannung an der Unterseite des Balkens. Bind bei einer solchen Anwendung als Balken außer au den Enden noch weitere^ Stützen oder gar eine Vielzahl von Stützen vorgesehen, ergibt sich dennoch zwischen den Stützen eine ähnliche Beanspruclimg,. wenn auf diesem Balken nach "unten gerichtete Belastungen auftreten. Dadurch ergeben sich Zugspannungen, die sich an der Unterseite im Mittelpunkt zwischen zwei Stützen konzentrieren. Wenn man nun Verstärkungen oder Bewehrungen verwendet, beispielsweise durch Einfügung vieler Stahlstäbe in den unteren Bereich des Balkens, läßt sich die Festigkeit des Balkens gegenüber Zugspannungen in dem Bodenbereich erhöhen. Auf diese Weise werden Anwendungen ermöglicht, bei denen Zugspannungen auftreten. Ein Grundgedanke bei der Herstellung von herkömmlichem bewehrten Beton liegt daher darin, den Bodenbereich des Balkons mit eingebetteten Stahlbewehrung gen zu verstärken, um die Festigkeit dieses Bereichs der Festigkeit des Betons im oberen Bereich, wo Druckspannungen auftreten, anzunähern,

- α - " 309820/0905 - _eAÖ

Wird unbewehrter Beton in Gestalt eines Bnlkens, einer Platte oder in ähnlicher Form mit erheblicher Breite oder Tiefe ausgebildet und der Balken an seinen Enden abgestützt, dann treten - wio bereits herausgestellt wurde - an der Überseite in der Mitte der Spannweite zwischen zwei Stützen unter Einwirkung einer nach unten gerichteten Last Druckkräfte und auf der Unterseite in der Mitte der Spannweite Zugspannungen auf. Wenn jedoch der Balken oder ein ähnliches Bauteil langgestreckt oder in einem Maße ausgedehnt ist, daß mindestens drei Stützen verwendet werden, treten im Verlauf der Druck- und Zugspannungen in dem Balken Umkehrstellen im Bereich der Abstützungen auf, allerdings nicht bei den End-Abstützungcn. Daher wird ein solcher Balken im Bereich seiner Abstützungen zwischen seinen Enden an seiner Oberfläche Zugspannungen und an seiner Bodenfläche Druckspannungen unterworfen. Diese Umkehrungen ira Spannungsverlauf in den abgestützten Bereichen wurden außerdem mathematisch und experimentell nachgewiesen. Demgemäß wird gewöhnlich in der Technik der Beton auch im oberen Bereich des Balkes bewehrt, beispielsweise durch Einbetten herkömmlicher Stahlstäbe, um auf diese Weise den oberen Bereich des Balkens bei dieser Zwischenabstützung zu verstärken und die Festigkeit in diesem Bereich bis nahezu auf die Werte des Betons in dem gestützten Bereich erhöhen, der sich unmittelbar unterhalb befindet und Druckspannungen ausgesetzt ist.

¹ 309820/0805 _8AD original " ^? "

Die vorliegende Erfindung betrifft diese zuletzt beschriebene Art von Bauteilen und führt zu einer Verbesserung eines tragenden, bewehrten Betonbauteiles, wobei sowohl für die oberen als auch für die unteren Bereiche Bewehrungen, vorgesehen sind und eine Verwendbarkeit für solche Fälle ergeben, bei denen eine nach unten gerichtete Last an der Oberfläche angreift. Typische Verwendungsmöglichkeiten für-solche Bauteile Sind Balken, Platten und dergleichen, die auf zahlreichen, verteilt angeordneten Stützen gelagert werden. Hierzu gehören: Decken für Brücken, Tragebalken für tragende Böden und Decken, an vielen Stellen gestütze Bodenplatten und Pflaster, beispielsweise Straßen- und Flughafenbahnen sowie weit ausgedehnte Taxirampen (es ist zu beachten, daß in dem Beispiel der von oben belasteten Pflaster, Straßen und dergleichen, selbst wenn sie auf einem im wesentlichen zusammenhängenden, geschlossenen Fundament oder auf einer Basis liegen, infolge, von Ungleichmäßigkeiten des tragenden Fundamentes in schwach, abgestützten Bereichen Zugspannungen auf der Boclenseite sowie Druckspannungen an der entsprechenden Oberseite auftreten, während in stark gestützten' Bereichen in den Zwischenräumen Zugspannungen an den Oberseiten und Druckspannungen an den Bqdenbereicheu vorherrschen), und andere Anwendungen. .. .

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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Ei'findung gehen aus der folgenden Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen hervor. Es zeigen:

Fig. 1 im Querschnitt und in Teildarstellung ein tragendes, bewehrtes Betonbauteil nach der Erfindung,

Fig. 2 in halb-graphischer Darstellung einen Querschnitt in Längsrichtung durch ein Bauteil nach der Erfindung gemäß einer Ausführungsart für Brückendecken, und

Fig. 3 in gleicher Darstellung wie Fig. 2 den Querschnitt durch eine herkömmliche Brückendecke oder -platte nach dem Stand der Technik, gegenüber der die Ausführungsart nach Fig. 2 entscheidende Verbesserungen aufweist.

In ilen Zeichnungen beziehen sich gleiche Zahlen oder Buchstaben auf gleiche Bestandteile oder Elemente. Die Zeichnungen zeigen nicht unbedingt die wahren Größenverhältnisse und Kelationen, sondern dienen in erster Linie einem leichteren Verständnis und einer klaren Offenbarung der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein vertikaler Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Bauteil wiedergegeben, das im ganzen mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet wird. Das Teil 10 erläutert Aueführungsarten der Erfindung, beispielsweise einen verbesserten "tra-

■_. 309820/0805 bad owg.naC ⁹ "

gendeii Balken (der anders nicht dargestellt ist). Fig. 1 ist auch als ein teilweiser Querschnitt entlang der Linie 1-1 der Fig. 2 anzusehen, die eine erfindungsgemäß verbesserte Brückenplatte 20 wiedergibt. Das Bauteil 10 besitzt eine Gesaratdicke T, geraessen von der Oberseite oder Oberkante 11 bis zu der Bodenfläche 12. Das Teil 10-besitzt in seinem oberen Bereich eine Schicht 13 aus speziellem Faser-Betonmaterial, das insgesamt mit 14 bezeichnet ist iind eine Dicke T™. aufweist, gemessen von der Oberfläche 11 nach unten. Das Faser-Betonmaterial 14 der Schicht 10 besteht aus dem Beton 15 und aus vielen kurzen Stahlfasern 16, die gleichmäßig und willkürlich orientiert

mittleren

in diesem Beton mit einem/Abstand untereinander von weniger als 7,6 mm verteilt sind. Der Rest des, Teiles 10 besteht aus bewehrtem Beton, der in seiner Gesamtheit mit 17 bezeichnet ist und der sich aus der Betonmasse 15 und aus zahlreichen Stahl-rBewehrungsstäben 18* zusammensetzt.- Der bewehrte Beton 17 in dem Teil 10 besitzt eine Dicke T - Tp^, Die dargestellten Bewehrungsstäbe 18 sind voneinander mit einem Abstand S_Rn und längs gerichtet, sowie parallel zueinander in dem Bauteil 10 in einer zu der Bodenfläche 12 parallelen Ebene angeordnet, wobei der Abstand von dieser Bodenfläche 12 mit T™,-, bezeichnet ist'.

In Fig. 2 ist als Bauteil nach der Erfindung eine als Brückendecke geeignete Platte 20 dargestellt. Wie in der

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Ausführungsort nach Fig. 1 besitzt die Platte eine Obor-

fläche 11 und eine iiodenfläche 12 sonde eine Dicke T. Die Platte 20 verfügt außerdem über eine obere Schicht 13 der Dicke Τν,ρ aus speziellem Faser-Betonmaterial 14, das zahlreiche kurze Stahlfasern 16 enthält, die gleichmäßig und willkürlich verteilt mit einem mittleren Abstand voneinander von weniger als 7,6 mm angeordnet sind. Der Rest bis zur vollen Dicke T der Platte 20 besteht aus bewehrtem Beton 17, der längs angeordnete Verstärkungs- oder Bewehrungsstäbe 21 und quer angeordnete Verstärkungs- oder Bewehrungsstäbe 18 besitzt, die in dem Beton 15 eingebettet sind. Die quer angeordneten Verstärkungsstäbe 18 besitzen von der Bodenfläche 12, ebenso wie die Stäbe in der Ausführungsart nach Fig. 1, einen Abstand Tnn-t· Eine Spleißstelle 22, d.h. überlappende Verbindungsstelle der quer angeordneten Bewehrungsstäbe 18,ist in der Ausführungsart nach Fig. 2 wiedergegeben. Die Fig. 2 zeigt eine Brückendccken-Platto mit zwei Ansätzen 23, die aus der Bodenfläche 12 herausragen und zur Anbringung von Stützen 24 vorgesehen sind, die, wie teilweise dargestellt ist, I-förmig oder T-förmig ausgebildet sein können. Die Verbindungsfläche oder -strecke der Stützen 24 mit den Ansätzen 23 ist mit F bezeichnet. Der Abstand der Stützen 24 voneinander entspricht einer Spannweite S.

Zum Vergleich ist in Fig. 3 ein Teil einer herkömmlichen Brückenplatte 30 dargestellt, die aus herkömmlichem bc-

,309820/0805 »AD ORIGrNAL „ _u _

vehrten Beton 17 besteht. Die Platte 30 ist in verschiedener Hinsicht mit der Flotte 20 nach Fig, 2 eng artverwandt. Die Platte'30 besitzt ebenfalls eine¹ Oberfläche 11, eine Boclenfläclie 12 und eine Dicke T; außerdem sind in ihr Bewehrungs~ stäbe 18 quer und Bewehrungsstäbe 2-1· längs angeo3"dnet-, die in die Bctonmassc". 15 eingebettet sind, wobei die quer verlaufenden Bewehrungsstäbe 18 ebenso wie die Stäbe in den Fig. 1 und 2 von der Bodeiiflache 12 einen Abstand ¹IW,. aufweisen; außerdem sind ebenfalls Ansätze 23 vorhanden,- die mit Stützen 24 über eine Fläche P verbunden sind, wobei die effektive Spannweite der Stützen 24 voneinander wiederum der Entfernung S entspricht.

Im Gegensatz zu der Platte 20 bestellt die in Fig. 3 wiedergegebene Platte 30 vollständig aus bewehrtem Beton 17 und besitzt keine Schicht 13 aus speziellem Faser-Betonmaterial 14. Die Platte 30 weist in ihrem Oberen Bereich als Bewehrung quer angeordnete Stäbe 31 und längs angeordnete Stäbe 32 auf _ί die in der Botonmasse 15 eingebettet sind, \vobei eine Überlappungs- oder Spleißstelle 22 der quer verlaufenden Stäbe. 31 ebenfalls gezeigt ist. Der Abstand der quer angeordneten Bewehrungsstab e 31 von der Oberfläche 11 beträgt Tj^ßo· ^{Die Ad}~ stände Τ,,,,, "nd Tp_RO dienen nicht nur zur '-Angabe der Lage dieser Bewelirungsstäbe, sondern kennzeichnen außerdem die Dicke der Betondeckschicht, in die die Stäbe eingebettet sind. liorkömmlicherweise liegt die Dicke dieser Deckschicht zwischen etwa 38 iiikI 7G ram (1,5 - 3 inches).

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Bei einer herkömmlichen Brückendcckc oder ßrückenplnttc aus bewehrtem Beton, wie bei einer !Matte oO gemäß Fig. 3, dienen die eingebetteten Bewehrungsstube 18, 21, 31 und 32 zur Kompensierung der geringen Zugfestigkeit von unbov/ohrtcni Beton, und die Erhöhung der Zugfestigkeit wird im allgemeinen erst dann wirksam, wenn Risse in der Betonmatrix auftreten, in die diese Stäbe eingebettet sind. Unter den vorgesehenen Bedingungen bzw. bei zulässiger Belastung ist eine herkömmliche Brückendecke der Rißbildung ausgesetzt. Diese Rißbildung kann und erfolgt an den Stellen, an denen die Zugspannungen vorherrschen, d.h. insbesondere an der Bodenflächc 12 zwischen den Ansätzen 23und an der oberen Fläche 11 unmittelbar über den Ansätzen 23 in der Platte 30. Außerdem verursachen Stoßbelastungen durchgehende Risse in Folge Ermüdung des Betons; Änderungen und Wechsel in den Umwelt- und Wetterbedingungen führen außerdem zu Rißbeginn und Rißbildung in der Platte. An der Oberfläche 11 beschleunigt der Abrieb und die Salzeinwirkung des weiteren die Zerstörung der Decke durch Rißbildung.

Als spezielles Faser-Betonmaterial, das in dem erfindungsgemäßcn Bauteil enthalten ist, dient das zweiphasige Beton- und Stahlmaterial, das in der US-Patentschrift 3 429 094 (J.P. Romualdi, veröffentlicht am 25.2.19G9)*beschriebcn und beansprucht ist. Insbesondere macht die vor-

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* ) entsp^ebemle** ^ftu^cKt PaUnIo^ ^e I dung 3°⁹820/0805 DT-OS 1 484 12 BAD ORIGINAL

liegende Erfindung Gebrauch von dem besonderen, hier Faser-Betonmaterial genannten zweiphasigen Material dieses Patentes, und zwar in der Ausführungsforro (gemäß Fig. la der US-Patentschrift 3 429 094), bei der mit geringem Abstand angeordnete, kurze Drahtstücke in dem .Beton gleichmäßig aber ■ willkürlich verteilt vorhanden sind. Um die Klarheit zu erhöhen und die Übereinstimmung mit der Ausdrucksweise in dieser IJS-Pat ent schrift von Iiomualdi herzustellen, wird an vielen Stellen der vorliegenden Beschreibung auch die Terminologie dieser Patentschrift verwendet und von kurzen Draht stücken.*. Drähten und dergleichen beim Beschreiben des diesem Patent entsprechenden zweiphasigen Materials gesprochen/ das hier als Faser-Betonmaterial verwendet wird und ein integraler Bestandteil des erfindungsgemäßenBauteils darstellt. Es sind natürlich auch geeignet!"^ezeiclinuiigcn für Faser, Metallfaser und dergleichen verwendbar und werden an einigen Stellen der vorliegenden Beschreibung anstelle der Ausdrücke kurze Drahtstücke, Stahldrähte und dergleichen gebraucht. Wie aus der US-Patentschrift von Iiomualdi ersichtlich wird, ist es notwendig, daß die kurzen Drahtstücke in dem Faser-Beton dicht beieinander angeordnet sind, so daß der durchschnittliche Abstand swisehen den Drähten nicht größer als Jo mm und vorzugsweise kleiner als etwa 7,6 mm ist. Für den Anwendungsfall nach vorliegender Erfindung sollte der durchschnittliche Ab-

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J4 -

stand zwischen den Drähten des verwendeten Faser-Betons geringer als 7,6 nun und vorzugsweise geringer als 2,5 mm sein. Zur Definition und Bestimmung dieses durchschnittlichen Drahtabstandes in dem Faser-Betonmaterial nach der Erfindung können außerdem erfahrungsgeniäße Werte und die Beziehung S = 13,8d Ul/P angewendet werden, die in dem US-Patent 3 429 094 angegeben ist. Wie ebenfalls dieser US-Patentschrift zu entnehmen ist, liegt in den meisten Fällen der Durchmesser der kurzen Drahtstücke, die in dem Paser-Betonmatcrial nach vorliegender Erfindung vorhanden sind, zwischen etwa 0,15 mm und 1,6 ram, bei einer Länge von etwa 12 mm bis 76 mm und einem Verhältnis der lunge zum Durchmesser von ungefähr 40 bis 300, wobei die Menge der in den Beton eingefügten Drahtstücke zwischen 0,3 und 5 Volumenprozent liegt. Die kurzen Drahtstücke in dem Paser-Betonmaterial nach der Erfindung können außer einem runden Querschnitt, auch einen ovalen, elliptischen, quadratischen, rechteckigen oder ähnlichen Querschnitt aufweisen, sie können auch aus Legierungen und anderen Metallen als Stahl und Eisen bestehen. Sov.eit ein Teil oder ein Merkmal nach der Beschreibung in der US-Patentschrift 3 429 094 notwendig sein könnte und/oder der vollständigen und geeigneten Offenbarung und Beschreibung des 1·Ίι κ erBetons nach vorliegender Erfindung dienlich ist, wird hier auf die Angaben in dieser US—Patentschrift verwiesen. S = durchschnittlicher Draht abstand ; d = ürahtdurciiinesser

P .= ätalilmeriKC in Vol. ^i. - lf» -

- ,309820/0805 8AD ORIGINAL

Der Faser-Beton in dem Bauteil nach der Erfindung unterschei— dot sich erheblich sowohl von unbeyrelirtem als auch von herkömmlichem bewehrten Betonarten..-"Insbesondere betrifft dies die Vielzahl der "kurzen Drahtstücke in dem Faser-Beton in Kombination mit der sehr {lichten Anordnung der Draht stücke, wodurch Beginn und Fortschreiten von Brüchen in der Betonmatrix, in der die Drahtstücke gleichmäßig, jedoch willkürlich verteilt sind, angehalten oder verhindert -.werden. Unbe— ■•wehrter Beton enthält keine Zusätze zur Behinderung und Vermeidung von "Rißbildung, und Rißausbreitung. Herkömmlicher bewehrter Beton, wie mit Stahleinlagen bewehrter Beton, unterliegt ebenfalls der Rißbildung der Betonmatrix, ebenso wie dies bei unbewelirtera Beton geschieht. Die Bewehrungsstäbe in herkömmlichem Stahlbeton sind größer als die kurzen Drahtstücke, nicht willkürlich verteilt und orientiert und ihre Massen verhindern, daß sie mit einem durchschnittlichen Abstand won lediglich eiligen Millimetern angeordnet v/erden können. Außerdem führen bei der hier vorgesehenen Verwendung als Faser-Betonmaterial die kurzen Drahtstücke dem Paser-Beton nicht wegen ihrer eigenen Zugfestigkeit zu einer wesentlichen Erhöhung der Zugfestigkeit des erfindungsgernäßeii Bauteils. Die äußerst dichte Anordnung--del* Drahte] erneute in _: dem Faser-Betonmaterial ist die Ursache für die wesentlich erhöhte Rißfestigkeit. Durch die Einschränkung des Wachstums der Risse wird die nutzbare Zugfestigkeit, sowohl die end-

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gülti'.o als auch die anfängliche Zugfestigkeit des Fasor-Betons erheblich über die entsprechenden V/crte von unbewehrteiii Beton erhöht. Außerdem besitzt Faser-Beton eine hohe Ei"müdun;,.sf estri gkeit, eine ausgezeichnete Ver.schl ο iß- und Abriebfostigkoit, eine eiiiöhtc Festigkeit gegenüber Gbcrflächenbrüchen und gegen Absplittern in Folge Wärmeeinwirkung und Wit ί erungsciiif Kissen, des weiteren die Fähigkeit heim Auftreten von Rissen intakt zu bleiben, ein weit feilendes plastisches Fließen vor dein Zerbrechen, eine höhere Fähigkeit a]s unbewehrtcr Beton zui" Absorption von Stoßoncrgic und andere nchr wünschenswerte und vorteilhafte Eigcnsclinften, die ihn zur Verwendung für die vorliegende Erfindung einzigartig geeignet machen.

Zur Darstellung und Erläuterung einer speziellen Ausführungsart der Erfindung wird mm die Brückendecke oder Brückenplatte 20 der Fig. 1 genauer beschrieben und ein Vergleich zwischen ihr und der herkömmlichen Platte 30 der Fig. 3 gezogen.

Zu diesem Vergleich ist zu bemerken, daß die herkömmliche Brückenplatte 30 nach Fig. 3 den Richtlinien für Brückenentwurf des Staates Pennsylvanien entnommen ist (Standards for Bridge Design, Dwg. BD 101, September, 1970, of "The Commonwealth of Pennsylvania, Department of Transportation -abgekürzt: PENND(ST - , Concrete Deck Slab for Steel I-Beam Bridges")· ^iii' di<^!;;e typische und horköm?it.l i ehe Brückenplatte sind Einzelne 3ί cn hinsichtlich ilov erforderlichen Bewchrungi·-

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8AD ORIGINAL

stäbe bei vorgeschriebener Gesaratplattendicke (T) und maximaler normaler Stiitzxaelte (S), öle bei den angegebenen Bewehrungen zulässig ist, in der folgenden Tabelle I wiedergegeben; Einzelheiten für die Ansätze 23 enthält die nachstehende Tabelle II5 einige zusätzliche Anweisungen und -Anmerkungen werden- ebenfalls gegeben, ebenso wie in einer Tabelle III Gleichungen wiedergegeben sind, um den Entwurf der Platte überprüfen zu können.

Tabelle I

	Bewehrungsstäbe	,31 (Fig.1-3)	bei Stab abstand	Stabquer- schnitt	Nr. 5	Abstand
	f 18		20,35cr,i	3,03cm²	Bewehrungs
		Hr. 5	(8ZoIl)	(0,47ZoIl²)	stäbe 21	27, 9c!7t
S	10,Ocm	Nr. S	19,10cm	3,23cm²		(llZoll)
	(7,5ZoIl)	"Nr. 5	(7,5 ")	(0,5OZOlJ:²)		27,9cm
139,Scm	19,0cm	Nr. 5	17,80cm	3,42cm²	3	*(U") '*
(4Fuß,7ZoIl)	(7,5»)	Nr. 5	(7»)	(0,53ZoIl²)	'3	25,4cm
150,Oca	19,0cm	Kr. 5	16,50cm	3,68cm²	4	(10 ">"·
(4· 11»)	(7,5»)	Kr. 5	(6,5")	(0,57ZoIl²)	4	22,9cm
160,lcia	IS₅OCiIi	Nr. 5	15,20cm	4,0 cm²	4	(9")
(5¹ 3¹O-	(7,5")	Nr. 5*	(G")		4	22,9cm
165,2c£i	<19,0cm	Kr. 5			5	(9^ir>
(5¹ 5")	(7,5»)		5
170,i>cr:i		5
(5· 7»)		5

M) /UB0 5

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18

Fortsetzung der Tabelle I

18, '61

177	,9cm	20,3cm	Nr. 5	17,80era	3,4-cu-	5	!!!View
(5·	10")	(8")	Nr. 5	(7")	(0,53ZoIl²]	I 5	(10»)
193	,2cm	20,3cm	Nr. 5	16,50cm	3,G8cK!"^J	G	ΊΟ f" Oll
(6·	4")	(a»)	Nr. 5	(6,5»)	(0,57ZoIl²]	I G	(9")
200	,8 cm	20,3cm	Nr.5	15,20cia	4,0 cm²		22,9cu
(G'	7")	(8")	Nr. 5	(G")	(0,G2Zöll²]	I 7	Ο")
208	,4cm	20,3cm	Nr. 5	14,00c.il	4,4 cw² ,	8	20,-ic«
(C	10")	(8")	Nr. 5	(5,5")	0,68ZoIi²)	r.	(«")
214	,0cm	2!,6cm	Nr. 5	IG,50cm	3,68cm²	7	22,9 chi
(7·	0")	(8,5»)	Nr.5	(6,5»)	(0,57ZoIl²]	) 7	(9")
231	,8cm	21,Gem	Nr. 5	15,20cm	Jr, W ΙΛΙ	ti	*-^, .^Ci::
(V	7")	(8,5")	Nr. 5	(G")	(0,62ZoIl²]	I 15	(O")
242	,0cm	21, Gem	Nr. 5	14,00cm	4,4 cm"	9	21, ficra
(7·	11")	(8,5»)	Nr.5	f5 5")	(0,68ZoIl²]	y 9	(8,5»)

In der Tabelle bedeuten:

S = maximal zulässige Normal-Stützvicito (StntKab.stnmi) bei voj gebcrien Bewehrungsstäben 18, 31 (vgl. FU;, ^, 'O).

T = Gesamtplnttemlicke

m, = Anzahl ilei· Bewcihrungsctäbe 21 iu π gloic-^n Ab; IMm;ü.

Anmerkung;: IJewc lu'iingsstäbo Γ»2 tra^tii die Mr. ί Uv. i .'./'),;> cn (12 Zoll) i-iMxitiinl.ibst.HK:

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ORIGINAL

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■υ ο ti 5 T) c. ζ ei el in cn- tile ]Jev.-ehrungsstab--r>!i:r>;r;er oder.-größe Jif": ch der ASTi'Msauausführun-f; £ί-πώ.ί:> AS'ili--Bos"timniimg A-GlS-GS. (ASUi ist die"-'Ahlrürzung für "inner j can Society for Testing <m(l Materials",

dps int die amerikanische Gesellschaft für Materialprüfung), Kadi der ASli'i-DöGtimmung A-Gl'5_TG8 i)(ⁱKitzt ein Stab Nr. 5" Nemialmiossiirigeii von 15,B mm = 0,Ü2ö Zoll im Durchmesser, 2,0 cm²' = ü,5i Soll² QuorHclmittsflache, 4,98.4 cm = 1,963 Zoll im ürafang \mc, ein Gewicht von l,öS2 kg/m = 1,043 Ibs/ft. l)crß[5omäß berechnet sich ein Nr.. ΰ-Stäli, der in Abstiindcn von "20,3 cm = 8 Zoll angeordnet ist, wie folgt:

0,51 Zoll** χ τ^ττ-γΦ^- = 0,47'Zoll'" = 3,03 cm"

so daß 3,03 cm" = 0,47 ZpIl^ Nut:;querscli:iitts- fläche pro Fuß zur 'Verfügung stehen. Soweit auf Nr. 4-Stäbe Bezug genommen wird, handelt es sich um die ASTH-Stabmiinmor oder -Größe nach Aö'flt-i-Bestimiiig A-G15-10, die einen Nr. "4-St ab mit Mermabnies-

,siingen von 0,300 Zoll = 12,7 cm im Dü]^vchmesscr, 0,20 Zoll² = 1,3 cm^'Kutaquersehnittcflache,

-- 3.99 cm Umfang und nit einem Gevricht vi«i-O,Cifi0 3bs/ft = 0,994 kg/πι botreffen.

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Tabelle II

Überhöhung

bis 3,8 cm (1,5 Zoll)

über 3,8 bis 7,6 cm (1,5 bis 3 Zoll)

über V,G cm (3 Zoll)

T + 1,27 cm
(+0,5 Zoll)

T + 1,90 cm
(+ 0,75 Zoll)

T + 2,54 cm
(+ 1 Zoll)

I I

L.

Anmerkungen:

Abweichungen in der Dicke des Flansches sind in "A" nicht ent-

haltungen.

"A" soll für eine konkave vertikale Krümmung (Durchhang) abgeändert werden.

Zusätzliche Anweisungen:

1. Für Abschrägungswinkel von 75° und mehr sind quer verlaufende Bewehrungen in der Platte parallel zu den Trägern bzw. Auflagern anzuordnen. Für Winkel kleiner als 75 sollen die Stäbe normal bis rechtwinklig zur Kittellinie angeordnet und zur Befestigung auf Länge geschnitten werden.

2. Zur Feststellung der erforderlichen Fläche der Stäbe 18 und 32:

a) Für Werte des Neigungswinkel /β kleiner als 75° sind die

in der Tabelle angegebenen Flachen der Stabe y.u verwen-

. . .,... ,, 309820/08 0 5 den.

BAD ORIGINAL

b) Für Werte des Neigungswinkels /O von 75 und größer sind die Flächen der Stäbe um cOsfc/> zu vergrößern,

c) Der Abstand der Stabe soll entlang der Mittellinie der Brücke gemessen werden.

3. Für Neigungswinkel unter 75 soll ein Minimum von 3 Stäben Nr. 5 mit 15,2 cm (6 inch) ί in dem oberen Teil und in dem Boden der Platte parallel zu dem Auflager oder Pfeilerabschluß über den Enden der Stützen angeordnet werden. '

Beachte; ·

Genaue Beschreibung der Bauausführung: siehe "Design Division of 1969 AASIIO, Standards Specifications for Highway Bridges".

"IIS 20-44" bezieht sich auf eine spezielle Klasse von Verkehrslasten, wie sie in den "American Association of State Highway Officials" näher beschrieben sind.

2 Ständige Last : Die· ständige Last umfaßt 0,0145 kg/cm (30 lbs/sq ft) für künftige Abnutzung derPlattenoberflache).

Bemessungsspannungen: f = 1400 kg/cm (20 000.1bs/sq inch)

zulässige Zugspannung in den Stahlbewehrungsstäben 18 und 31.

0 9 8 2 0/0805

0AD ORlSfNAL

f =70 kg/cm" (JOOO lbs/sq inch) = maxinal zulässi[,i: Druckspannung; in dem Ucton.

η = Verhältnis des Elastizitätsniot'uls von Si rhi E

zu dem Elastizitätsmodul dos Betons E ;

^{n =} ΊΓ c

Moment aus ständiger Last =

WS² Fuß. K)³ lbs ₌ WS² cm·453₁6 kft 10 Breite in !'"uii lO Breite in crJ

Moment aus Verkchrslast und Stoßlast = Pft;1²?· χ 1,30 χ 0,80 =0,52 (S+2) Fuß χ 1C00 lbs/Breite in Fuß

- 0,52 (S+2) * ^v ' lireitc in cm

W = ständige Last in 10 lbs/pro Länge in Fuß und pi ο

Plattenbreite in Fuß = ständige Last in 0,488 kg pro Länge

S = Stützweite in cm und pro Breite in cm StoUfaktor = 1,30 Kontinuitätsfalctor = 0,80 P = Radlast = 7450 kß = IG 0OO lbs

Dies^ Konstruktion beruht auf Platten wit ο oder molii* Trägern. 309820/0805

''■ " BAD ORIGINAL

Die Auswirkungen der Ansätze sollen, bei der Bemessung nicht berücksichtigt werden. .

- 24" -

309820/0805

Tabelle III

Bemessungsüberprüfung der Brückendecke bzw. -platte 30 nach Fig. 3 (auSerdcn zuoastnengefaSt in PENNDOT-Richtlinien OWG BO 101; s. Seite 16),

f_ = 1400 kg/cB² = 20 000 lbs/sq in; f = 70 kg/cm² = 1000 lbs/sq in; η = 10; f ' = 175 kg/cm² = 25 000 Ibs/sq in (f ' = Bruchdruckfestigkeit)

L C CC

CJ O	%	S (Stützweite)	T (Gesamtplat- tendicke)	Hcuptbewehrung (oben und unten) Stababstand Stabquerschnitt in Zoll²/Fu8	0,68	W = standige Last der Platte zuzügl. 0,0146 kg/cni^ (d.h. zuzügl. 30 lbs/sq ft)
cc OO PO	2.	γ 11"	8,5"	5,5"	(14,39 ciVa) 0,62	η itt t31°s ⁰^³⁶¹⁰TIeT
0/UI		(242 er,) V T	(21,6 es) 8,5"	(14.c«) 6"	\ 15, \i CS JfRJ	0,136· ¹⁰TUt
O	3.	(231,8 cm)	(21,6 cm)	(15,2 ca)
cn		7' 0"	8,5"	6,5"	(12,07 car/«)	0,136.10³I^
	4.	(214 cm)	(21,6 cm)	(16,5 cm)	0,68
		6^f 10"	8"	5,5"	(14,39 car/ß)	0,130-10³^
	5.	(206,.4)	(20,4 cm)	(14 cm)	0,62
		6' T	8¹'	6"	(13,12 CB²/m)	0,130-10³^
	6.	(200,8 et)	£0,4 cm)	(15,2 ca)	0,57	-
0»		6' 4«	8"	6,5"	(12,07 cm²/ni)	0,130-10³^
σ	7.	(193,2 cm)	(20,4 ca)	(16,5 op)	0,53
O 2		5' 10"	8«	T	(11,22 CB²/in)	0,130·10³i\|2_
O 2	8.	(179,9 c«)	(20,4 cw)	(17,8 cm)	0,62 (13,12 CD!²/m)
r-	5' T (170,3 cm)	7,5" ('9 ca)	6" 15,2 ca)	' ' ' feet

M- = Moment aus M2 = Sm-s der Momente aus ständiger Last ''Vsrkshrslast und StoBlast W|i _{(vgL s>} 22) = 0.52 (S₊Z); (vgl. S. 22)

feet

._n 3Ibs ♦ feet 4,98-¹⁰TeTt

. feet

4,33

0,44-10³ 4,O7-1O³|^bs · ^feet

eet

is . feet rs>

Fortsetzung der Tabelle III:

	V.	y y,	cn)	7,5"
		(165,2		(19 cn)
	10.	5' 3"	cm)	7,5"
		(160,1		(19 ce)
ω	11.	V¹ 11»	cn) .	7,5"
		(1*9,9		(19 ca)
CO	12.	V 7"	cm)	7,5"
O		(139,8		(19 cm)
O-
OO
O

Hauptbewehrung

6,5"

0,57

(16,5 ca) (12,07 ciaVa) 7" " 0,53

(17,8 ca) (11,22

7,5" 0,50

(19,1 cn) (10,58 qa²/«i)

8»

0,47 · (9,95 cB²/ai)

feet

0,30-10·-^

Fortsetzung von Tabelle III: Belastbarkeit aufgrund von

ca

CO OO N> O -χ* O Ο» O cn

H = H₁ + H₂

(Erforderliche Belastbarkeit)

ι fi m -n31bs.ft

!. 0,01 lü

2. 5,76

3. 5,35

4. 5,20

5. 5,02

6. 4,85

7. 4,51

8. 4,53

9. 4.23

Beton

(ACT - Handbuch - Tabelle 2) Zugspannung Zugspannung d = t - 2 d 8 t-1,5

im oberen ins Boden-

Stahl H s 1,44 A_s

Bereich

bereich

Zugspannung Zugspannung

d=t-2 d* t-1,5

in oberen ii Boden

Bereich bereich

6,3 6,3 6,3 5,4

5,4 5,4

7,5 7,5 7,3 6.3 6,3 6,3 6,3

4 ς ic^i 5 4 ς -_Q 31bs.ft _ς ,

6,36 5,80 5,33

4,92 4,58 4,91 4,51

6,85

5,75 6,36 5,80

4,96 5,36 4,92

Besondere Bemerkungen

Betondruck im Bodenbereich ist vorherrschend

Stahl im oberen Bereich herrscht vor

Betondruck im Bodenbereich ist vorherrschend

Stahl in oberen Bereich ist vorherrschend

Betondruck im Bodenbersich ist vorherrschend

K)

cn cn

N?

Fortsetzung von Tabelle III

Beton.

Stahl

Besondere Bemerkungen

O CO OO

c» cn

10, h,

11. 5,90

12.

,31bs.ft Stahl in oberen Bereich ist
vorherrschend

cito. ,

to

Annie;rklingen zu Tabelle III:

M = 1,44 Asd ist das Moment der inneren Kräfte der Platte oder des Balkens aufgrund der Verwendung von Bewehrungsstäben, wobei Ag die Querschnittsfläche der Bewehrungsstäbe bezeichnet.

d ist die effektive Tiefe gemessen von der Oberfläche der Platte bis zum Mittelpunkt der Bewehrungsstäbe 31 und außerdem die effektive Tiefe von der Oberfläche bis zum Mittelpunkt der Bewehrungsstäbe 18; d entspricht also unter Bezugnahme auf Fig. 3 dem Abstand T-T^g₀ in dem ersten, T-Tp₁,,, in dem zweiten Fall.

T bezeichnet die Gesamtdicke der Brückenplatte und entspricht somit T in den Abbildungen,

Umr e cn η u ng sfakt ο reη: = 1488,16 kg/m

3
10 lbs . feet _ _ΛΓ~ _rQ kg . m

- 29.

309 820/0805 *^AD

Als ein kennzeichnendes Aiisrührungsbeispiel der Erfindung wird bei der Brückenplatte 20 als obere Bewehrung eine Schicht 13 mit der Dicke Tp„ aus dem besonderen Faser-Betonmaterial 14 verwendet, das in der US-Patentschrift 3 429 094 von Romualdi als Zweiphasenmaterial besehrieben würde und das dicht beieinanderliegende kurze Drahtstücke in gleichmäßiger ,Verteilung, jedoch willkürlicher Orientierung in dem Beton enthält. Der Grundgedanke der Erfindung ist die Verwendung einer aus diesem besonderen Faser-Betonmaterial 14 bestehenden, die Dicke Tj_?c aufweisenden Schicht 13, die außerdem die Oberfläche 11 des erfindungsgemäßen Bauteiles bildet. Die erforderliche Dicke Tp^, sollte zwischen etwa 20 % bis 45'% der Dicke ¹T betragen, wobei T den Abstand zwischen der Oberfläche 11 und der Bodenfläche 12 des Bauteiles symbolisiert. Beispielsweise würde bei einem solchen Bauteil mit der Dicke T = 25,4 cm die Dicke Tp_C zwischen etwa 5 cm und/11,4 cm variieren. Vorzugsweise liegt T™ zwischen 25 % und 35 % der Gesamtdicke.T. Wäre Tpp geringer als etwa 20 % von T, würde die Schicht 13 eine Fläche erhöhter Abriebfestigkeit und Riß-· beständigkeit darstellen, jedoch wäre die durch diese Schicht gegebene erhöhte Festigkeit unzulänglich, so daß eine zusätzliche Verstärkung in dem oberen Bereich notwendig wäre, um eine zufriedenstellende und geeignete obere Bewehrung des Bauteiles zu schaffen. Wäre T™ größer als etwa 45 % der Dicke Ί\ ergehe sich eine erhebliche Abweichung von einem ausgeglichenen bewehrten Bauteil, was zu erhöhten Kosten führen würde. Über-

- 30 -

3098 20/080 B Sad

dies würde eine Dicke Τ™, größer als 45 % von T bei konstanter Gesamtdicke T ein Bauteil mit Überdimensionierter Belastbarkeit ergeben. Wenn man T dann verringern würde, um diese Uberdimensionierung zu reduzieren, wäre eine Anpassung der Gesaratstruktur in der das Bauteil verwendet werden soll, an das dünnere Bauteil erforderlich. Bekanntlich ist ein tragendes Bauteil dann übermäßig bewehrt, wenn die Spannung in den Stahlbewehrungen bei zulässiger Belastung des Betons geringer ist, als es die Bauvorschriften erlauben; ein tragendes Bauteil ist dann unterbewehrt, wenn die Spannung in den Stahleinlagerungen größer ist, als dies die Bauvorschriften zulassen, wenn der Beton die nach Vorschrift zulässige Belastung erreicht; eine ausgeglichene Bewehrung ist gegeben, wenn die Spannungen in den Stahleinlagerungen weitgehend die zulässigen Spannungen erreichen, wenn der Beton seine zulässige Belastung erfährti Angestrebt wird eine DickeT, die eine ausgeglichene Bewehrung ergibt, oder möglichst nahe bei diesem Wert liegt.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung anhand eines kennzeichnenden Beispiels wird nun mit der erfindungsgetnäßen Decke 20 die herkömmliche Decke 30 mit einer effektiven Spannweite S von 232 cm (7 ft.7in.) beim Brückenbau ersetzt und die beiden Decken verglichen. Eine sein· brauchbare Decke 20 für einen solchen Verwendungszweck bysilt-,t oineS^hichtdicke 'IV,,, von öO,R mm (f! inches) und eine Gc-

309820/0805 sad original

samt dicke T von 216, Ό rom (8 1/2 inches). Zur Überprüfung dieser Werte von Tp^ und T für die Decke 20 bei diesem Verwendungszweck geht man zunächst \υη einem angemessenen Sicherheitsfaktor für das Faser-Betonmaterial aus und be-

2
rücksichtigt, daß 0,7 kg/nim.'"¹ bezüglich der Zugbelastung

einen zulässigen Wert für Faser-Beton darstellt.

2 Merke: Zugf estigkeitsvrerte von 1^75 kg/mm (2500 psi) und höhere Werte sowie Bruch-Festigkeitswerte von 1,26 kg/mm (1.800 psi) und höher sind hei Faser-Betonmaterial leicht gegeben; beispielsweise erhält man diese Werte mit 28-Tage lang gehärtetem Betongemisch 1 : 2,4 mit 2,8 Volumenprozent gleichmäßig verteilten und willkürlich in diesem Beton orientierten Stahldrähten mit einem "Durchmesser von 0,51mm und Längen von 38 mm. · :

Darüberhinaus ergibt, wenn man mit der Decke 20 herkömmliche Decken 30 bei der besonderen PENNDOT-Brückenkonstruktion ersetzt, ein Wert Tp^ von 50,8 mm für die Decke

20 eine ausreichende Belastbarkeit für verschiedene brauchbare spezielle Stützweiten im Bereich von 139,8 cm bis 242 cm. Dies zeigt eine Analyse, die summarisch in der folgenden Tabelle IV über diese verschiedenen"besonderen Stützweiten von Decken 20 wiedergegeben ist, wobei diese Decken dos spezielle Faser-Betonmaterial 14 in einer Dicke T_1?c von 50,8 mm als obere Verstärkung besitzen*

- - 32 ~

309820/0805

Tabelle IV

Brückendecke bzw. -platte 20 Bit 50,8 βλ (2 Zoll) Faser-Seton auf der Zugspannungsseita - Analyse basiert auf Faser-Beton transformiert mit k = ■ = 0,306; f = 70 kg/cro² = 10³ lbs/sq in; f = 160 kg/ca² = 160 · 10⁵ lbs/sq in

T *T*T C W

O

1.

S

T/0

kD

Zoll

kD/3

C
= 6000 kD

Δ ftf

Pt =
2270-Afw

in

■i

NJ

00

T 11"

8,5 Zoll/8,0 Zoll

2,45

cm)

0,816 Zoll

14.700 Zoll

613: lbs/sq in

1657 lbs/sq

f Vl

ro
O

2.

(242 ce)

(21,6cni/20,3ce)

(6,22

Zoll

(2,07 ca)

(37.338 cm)

(43,09 kg/cn²)

in

cn
cn

O

V ?'

8,5 Zoll/8,0 Zoll

2,45

cm)

0,816"

14.700 Zoll

613 lbs/sq in

1657 lbs/sq

co

3.

(231, Scm)

(21,6c!ii/20,3cm)

(6,22

Zoll

(2,07 cn)

(37.338 xä)

(43,09 kg/cm²)

in

cn

7' 0«

8,5 Zoll/8,0 Zoll

2,45

cn)

0,816"

14.700 Zoll

613 lbs/sq in

1657 lbs/sq

. 4.

(214 cm)

21,6cm/2O,3cnO

(6,22

Zoll

(2,07 cn)

(37.338 ca)

(43.09 kg/c«²)

in

6' 10"

8 Zoll/ 7,5 Zoll

2,30

cm)

0,765"

13.800 Zoll

654 lbs/sq in

1616 lbs/sq

.5.

(203,4 cn-)

(20,3 ca/19 ei)

(5,84

Zoll

(1,95 cm)

(35.052 ca)

(45,97 kg/cm²)

in

6' 7"

8 Zoll/7,5 Zoll

2,30

ca)

0,765"

13.800 Zoll

654 lbs/sq in

1616 lbs/sq

6.

(200,8 ca)

(20,3 cm/19 ca)

(5,84

Zoll

(1,95 ce)

(35.052 cm)

(45,97 kg/c«²)

in

6' 4"

8 Zoil/7,5 Zoll

2,30

ca)

0,765"

13.800 Zoll

654 lbs/sq in

1616 lbs/sq

7.

(193,2 co)

(20,3 cb/19 ca)

(5,84

Zoll

(1,95 cm)

(35.052 cm)

(45,97 kg/cm²)

in

W

5» 10"

8 Zoll/7,5 Zoll

2,30

Cl)

0,765"

13.800 Zoll

654 lbs/sq in

1616 lbs/sq

AD ORIG

(177,9 cn)

(20,3cm/i9 cm)

(5,84

(1,95 cm)

(35.052 cm)

(45,97 kg/cm²)

	Fortsetzung von	Tabelle IV	kD	fcD/3	,,	C	■ 701 lbs/sq in (49,28 kg/ctn²)	fx - 2270- fw
	S	T/0	2,14 Zoll . (5,44 cm)	■ .0,714« (1,81 cm)	12.840 Zoll (32.614 cn)	701 lbs/sq in (49,28 kg/cm²)	1569 lbs/sq in
	8. 5' ?'	7,5 Zoll/ 7ZoIl (19 cm / 17,8 cm)	2,14 Zoll (5,44 ca)	0,714» (1,81 ca)	12,840 Zoll (32,614 cm) '	701 lbs/sq in (49.23 kg/cm²) 701 lbs/sq in (49,28 kg/cai²)	1569 lbs/sq in
	9. 5' 5" (165,2cm)	7,5 Zoll/7 Zoll (19 cn / 17,8 ca)	2,14 Zoll (5,44 cm) 2,14 Zoll (5,44 cd)	0,714» (1,81 cm) ,0,714" (1,81 cm)	12.840 Zoll . (32.614 ca) 12,840 Zoll (32.614 cm)	701 lbs/sq in	1569 lbs/sq in 1569 lbs/sq in
309820	10. V 3" (160,1cm) 11. 4' 11» (149,9cm)	7,5 Zoll/7 Zoll (19 cm / 17,8 cm) 7,5 Zoll/7 Zoll (19 cm /17,8 cm)	' 2,14 Zoll	0,714»	12,840 Zoll		. 1569 lbs/sq in
/080	12. 4' 7"	7,5 Zoll/7 Zoll
cn	_

Fortsetzung von Tabelle IV

^Tc = 18 f_x

iD

	1·.	55.3^3	lbs	0,711	Zoll	6,47	Zoll	7,93	10³lbs.ft	19,1	10³lbs.ft	£,01	10³lbs.ft
	ζ.	35.3*3	lbs	0,711	Zoll	6,47	Zoll	7,93	10³lbs.ft	19,1	10³lös.ft	5,75	1C³lbsJt
	3.	35.343	lbs	0,711	Zoll	6,47	Zoll	7,93	10³lbs.ft	19,1	10³lbs.ft	5,35	10³IbSJt
O	4.	34.974	lbs	0,708	Zoll	6,03	Zoll	6,93	10³lbs.ft	17,6	10³lbs.ft	5,20	IC&bs.ft
co OO	5.	34.974	lbs	0,708	Zoll	6,03	Zoll	6,93	10³lbs.ft	17,6	iO³lb3.ft	5,02	10'lbs.fi
ro O	6.	34.974	lbs .	0,708	Zoll	6,03	Zoll	6,93	10³lbs.ft	17,6	As.ft	4,85	1O³IbSJt
σ	7.	34.974	lbs	0,708	Zoll	6,03	Zoll	6,93	AsJt	17,6	10³IbSJt	4.51	10³lbs.ft
OO O	8.	34.551	lbs	0,704	Zoll	5,58	Zoll	5,97	10^;lbs.ft	16,1	10³lbs.ft	4,33	10³lbsJt
cn	9.	34.551	lbs	0,704	Zoll	5,58	Zoll	5,97	10³IbSJt	16,1	10³IbSJt	^,23	10³IbSJt
	10.	'34.551	lbs	0,704	Zoll	5,58	Zoll	5,97	1&ta.ft	16,1	10³IbSJt	4,11	1Q³IbSJt
	11.	34.551	lbs	0,704	Zoll	5,58	Zoll	5,97	1O³IbS Jt	16,1	1C³IbSJt	3,90	1O³IbSJt
	12.	34.551	lbs	0,704	Zoll	5,58	Zoll	5,97	10³IbSJt	16,1	10³IbSJt	3,68	10³lbsJt

C* CJ O

cn cn

AnincrkuiTgr.-n- au T- Ijolle IV:

^255412

ίν.' = maximal zulässige Druckspannung für das Faser-

Betonmaterial. -

D - Dickß T der Platte 20 minus 1,27^,(0,5 Zoll) für Abrieb oder Abnutzung., wie sie in herkömmlichen Decken auftritt.

C - Resultierende der Druckbelastung für die Druckspannuugsbewehrung allein.

" - ■

Δ fw = Differenz der Druckspannung zwischen, der Oberfläche dos Faser-Betonmaterials und der Berührungsfläche des Faser-Betonmaterials mit dem Beton 15 (T₇-,„) ; ' Δ fw entspricht hier —jj— .

f = Druckspannung in dem Faser-Betonmaterial 14 mit dem Beton 17; f entspricht hier 2270 - Afw.

T = Resultierende der Zugbelastung für das Faser-Betonc

material allein und entspricht hier 18 f + 9 fw.

χ =" Abstand von der Oberfläche 11 des Faser-Betonniaterials bis T ; hier gilt: 27 f_x + ,9 . Δ f w

309820/0805

-3G-

xD = Abstand oder Hebelarm, wie er in den Diagrammen auf Seite 37, 38 erläutert wird, und entspricht der Entfernung zwischen T und C; hier ist

ID = D - m

M = Moment der inneren Kräfte in der Platte, wenn der Beton lii mit seiner zulässigen Spannung beansprucht wird; hier gilt: _n . _n

c 12.000

M. = Moment der inneren Kräfte in der Platte, wenn das Faser-Detonmaterial 14 mit seiner zulässigen Spannung beansprucht wird; hier gilt

¹ 12.00Ü

M = Gesamtmoment oder die erforderliche Belastbarkeit der Briickenplatte.

Umrechnungsfaktoren:

1 lbs . ft = 13,82 kg . cm lbs/sq in = 0,0703 kg/cm²

- 37 -

309820/0805 bad original

Um die in der vorangegangenen Tabelle IV" zusammengefaßten Werte zu ermitteln und zu überprüfen, sind eine -Reihe von Rechnungen durchzuführen, wie nachstehend für das Beispiel

T=8,5 Zoll - 21,6cm und ^{- T}pc^{= 2 Zo11 = 5}>^08cin erläubort wird. " _

T= 2,7xlO-

ffc=2250

V =145 -i%

Ec = Elastizitätsmodul für Beton W- = ständige Last des Materials Umrechnungsfaktoren:

ft

s ₌ 4 28824 kg/m

4
sq m

₌ 0,0703 kg/cm

( " bedeutet - Zoll - )

1000 US-, kü/3

r ΐ4τ /■

,^»•ιι -V —

-Abriebfläche

sq in

Faser-Beton umgeformt

,f

1000 i^r- - sq in

Faser-Beton nicht umgeformt \

-38-

309820/0805.

BAD

η' -=^ = , = π 44 ⁽ Ew=IiIastizitiitrcrnodul des

⁼ Ec ~ ^ο 7x10** ' Faser-Betonmaterials

fw = 1000 ϋί4-sq. in

^lbs

f'w = £ii 2270

_η- sq.iii

(1) Für den umgewandelten Faser-Beton gilt D-8,5" - 0,5" = 8,0" 1000

IcD-I)

1ÖÖÖ+2270 « 0,306 D = 0,306(3,0")=2,45"

in <^fx entspricht

w in Tabelle IV)

f'x=2270 - 613 = 1657 |~^

Tc = 1657—^(1,5") (l2")+613(l/2) (1,5") (12")

7. - 29, 826(0,75"')+5517(1/2")

/ ^Λ " 35

= 35 343; X= 0,71

iü = 8,00 - 2,45(1/3) - 0,71; C=IOOO ~^-(2,45) 1/2 (12")

' S(J XIl

=6,47 =14

Mc =CiD=14,7 £4£i_a.i0^f>. lbs. feet Mt-TiD=SS₁O ^~^l-f~ =19,0 10° lbs,feet

12"

=7,93 ΙΟ³ lbs-feet = 26,27 leg.cm

-39-

309820/0805 _{BAD 0R1G1}nal

3 " ■

aufgebrachtes Koment - 5,8 IO lbs-feet Die Belastbarkeit ist

. - daher ausreichend

= 8,02 kg- cm

Für nicht umgewandelten Faser-Beton gilt

S(JiIi 4,0u . squB · .-.·■-.

(1000-625) ^X ■ =375 ~%- ^v ^ sqin sqan

Tc = 6P.5 ^lbs (1,5") (12") + 375 -"^-(1,5") 1/2 (12") =(11 250 + 3375) lbs

_ΛΔ _ror _liQ 11 250(0,75") + 5375(1/2)

= 14 625 lbs X= I4 625^

= 0,69"

iD = 8,00" - 4,00 1/3 - 0,69 C= 1000 (1/2) (4,00) (12) = 5,98 = 6000 (4,00)

Mc = CiD=24,0 10³ lbs ^g^^O 10³ lbs-f eet

Ht=TiD=U, 6 ΙΟ³ -^f¹^^^=?, 28'ΙΟ³ lbs-feet

=10,07 Μ

3 ' aufgebrachtes Moment = 5,8 10 lbs«feet Belastbarkeit ist

folglich ausreichend. = 8,02 kg- cm

-40- ■"·

3 0 9 8 20/0805 -»AD original

Für ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Decke 20 die herkömmliche Decke 30 bei einer speziellen PENNDO'f-Brückenkonslruktion ersetzt, sind Einzelheiten über die erforderlichen
I3ev/ehrungsßtäbe 18 und 21, welche die unteren Bewehrungen der Decke 20 darstellen, in der folgenden Tabelle V wiedergegeben:

	T	Tabelle V	20,ο5cm	19,10cm	Stabquer- Schnitt	Stäbe 21	Abstand
S		Stäbe	11) Nr.5(8)oll)	(7,5")	3,03cm²	in a .
		18	Nr. 5	17,80cm	(0,47Zo]I²)		27,9cm
	19,0cm		Nr. 5	(7")	3,23cm²	3	(HZoll)
139,8cm	(7,5Zo		Nr. 5	16,50cm	(0,50ZoIl²)	3	27,9cm
(4Fuß,7ZoIl)	19,0cm		Nr. 5	(6,5")	3,42cm² O	4	(11")
150,0cm	(7,5")	bei Stab abstand	Nr. 5	15,20cm	(0,53ZoIl")	4	25,4cin
(4¹ 11")	19,0cm	Nr. 5	Nr. 5	(6")	3,68cm²	4	(10")
160,1cm	(7,5")	Nr. 5	17,80 ein	(0,57ZoIl²)	4	22,9cm
(5¹ 3")	19,0cm	Nr. 5	(7")	4,0cm²	5	(9")
165,2cm'	(7,5")	Nr. 5	16,50cm	(0,62ZoIl²)	5	22,9cm
5¹ 5")	19,0cm	Nr. 5	(6,5")	3,42cm²	5	O")
170,3cm	(7,5")	Nr. 5		(0,53ZoIl²)	5	25,4cm
(5¹ 7")	10,3cm	Nr. 5		3,68cm²	5	(10")
177,9cm	(8")		(0,57ZoIl²)	5	22,9cm
(5¹ 10")	20,3cm		6	(9")
193,2cm	(8")		6
(4- 4»)

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309820/0805 bad or_IQ,nau

Fortsetzung der Tabelle V

; Abstand

200,8cm	20,3cm	Nr. 5	15,20cm	4,0cm	7	22,9cm
(6¹ 7")	(8") .	Nr. 5	(6")	(0,62ZoIl²)	7	(9")
208,4cm	20,3cm	Nr. 5	14,p0cm	4,4cm	8	20,4cm
(6.¹ 10")	(S")	Nr. 5	(5,5")	(0,68ZoIl²)	8	(8")
214,0cm	21,6cm	Nr. 5	16,50cm	3,68cm²	7 .	22,9cm
(7¹ 0")	(8,5")	Nr. 5	(6,5")	(0,57ZoIl²)	7	(9»)
231,8cm	21,6cm	Nr. 5	15,20cm	2 4,0cm	8	22,9cm
(7⁽ 7")	(8,5")	Nr. 5	(6")	(0,62ZoIl²)	8	Cs¹O-,
242,0cm	21,6cm	Nr. 5	14,00cm	4,4cm²)	9	21,6cm
(7· 11")	(8,5"	Nr. 5	(5,5")	(0,68ZoIl²)	9	(8,5»)

S = maximale Stützweite, die bei vorgegebenen Bewehrungsstäben 18 zulässig ist.

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3098 20/080 5

Auch bei einer solchen Anwendung gelten bezüglich der Ansätze 23 weiterhin, soweit sie geeignet sind, dia in der vorangegangenen Tabelle II sowie in den zusätzlichen Anweisungen und in den bereits vorher angegebenen Anmerkungen für herkömmliche Platten 30 enthaltenen Angaben für die Abgrenzung und Beschreibung der erfindungcgemäßen Platte 20.

Die Platte 20 nach der Erfindung kann auf verschiedene verhältnismäßig einfache Weisen hergestellt werden, üei einer bevorzugten und anschaulichen Herstellungsart werden·. Schalenbretter oder dergl. derartig angeordnet, daß sich die erforderlichen geometrischen Abmessungen für die Ansätze 23, die Bodenfläche 12 und die Seiten- und Endwände der speziell gewünschten Platte ergeben. Sodann v/erden die unteren Bewehrungsstäbe 18 und 21 eingebaut und in ihrer erforderlichen Anordnung befestigt. In diesem Stadium, wenn eine herkömmliche Platte 30 herzustellen ware, würden die oberen Bewehrungsstäbe 31 und 32 ebenfalls eingefügt und befestigt werden, jedoch ist ein solcher Einbau von oberen Bewehrungsstäben bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Platte 20 nicht mehl" erforderlich. Beiu Fortsetzen den Herstellungsverfahrens schüttet .man das erforderliche Betongemisch in die Schalungen, und zwar in einer Menge, die eine Dicke T - Tp_C ergibt, wobei die Bewehrung««täbe 18 in dem Beton in einer Entfernung Tp ß.« von der Bodenschnlung

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309820/0805 _{BAD 0Rie)NAL}

eingebettet sind. Bei der weiteren Vervollständigung der Decke 20 wird sodann auf die Oberseite des gegossenen Botoiin, bevor dieser in erheblichem Maße abgebunden ist, ein Gern., sch des erforderlichen besonderen Faser-Betons angeordnet, der kennzeichnenderweise in einer i^VJenge von 2 Volumenproi-sMit willkürlich verteilte Stahl drähte mit einem Durchmesser von 0,38 — 0,64 mm und einer Länge von 25-38 ram enthält, wobei diese Drähte sorgfältig mit dem Beton vermischt sind; dieser Faser-Beton wird in einer solchen Men^o verwendet, daß sich eine obere Schicht 13 mit der Dicke Tp_C ergibt. Durch die Anordnung des Faser-Betongemisches direkt über dem nicht abgebundenen zuerst gegossenen Beton wird eine gute Bindung der beiden Schichten untereinander sichergestellt, so daß s.ie zusammen wie ein einstückiges Teil 20 wirken. Beim Gießen und Anordnen des Betons und des besonderen Faser-Betongemisches kann man, wenn dies erwünscht ist, herkömmliche Stampfer,, eingetauchte oder äußerlich angewendete Vibratoren und ähnliche Einrichtungen verwenden, um eine zweckmäßige und dichte Anordnung eu gewährleisten. V/enn erwünscht, kann außerdem die Oberfläche 11 in herkömmlicher Weise abgezogen oder geglättet werden. Das verwendete Betongemisch und das besondere Faser-Betongemlsch werden durch in der Technik bekannte V^er^^önren- "hergestellt.

_44_

309820/0805

Dei einem anderen Ilerstellungswcg für die erfindungsge-Diäße !Matte beginnt man mit einer vorgegebenen Masse der Dicke T - Τ,_?^ aus bewehrtem Beton, der darin eingebettet die erforderlichen unteren Dewchrun^sstäbe 18 und 21 enthält. Solch eine vorbereitete Masse kann man bei der Renovierung einer herkömmlichen Brückendecke oder Brückenplatte 30 durch Entfernen des oberen Teiles mit den Bewehrungsstäben 31 und 32 und mit Beton bis zu einer Tiefe Tj_?c erhalten. Sodann wird die Oberfläche der vorhandenen Masse mit der Dicke T - T„„ sorgfältig befeuchtet, erforderlichenfalls darauf dann Zement oder Zementbrei aufgestreut bzw. aufgestrichen und danach darüber mit einer Dicke T„_c das spezielle Faser-Betonniaterial aufgebracht. Das Benetzen der Oberfläche der vorbereiteten Masse ebenso wie das Aufstreuen trägt dazu bei, daß man eine zufriedenstellende Bindung zwischen der Faser-Betonschicht und dem bewehrten Beton erhält, so daß dies zusammen wie ein einziges und integriertes, einstückiges Bauteil 20 wirkt.

Aus dem Vorhergehenden wird deutlich, daß die vorliegende Erfindung zu einem einzigartigen Bauteil führt, das gegenüber herkömmlichen tragenden, obere und untere Bewehrungen besitzenden Betonbauteilen folgende erhebliche Vorteile und Verbesserungen aufweist:

309820/0805 bad original

(a) Durch die Verwendung des besonderen Faser-Betonmaterials sowohl als obere Bewehrung als auch als Oberfläche des erfindungsgemäßen Bauteiles erhält man eine ausreichende obere Bewehrung bei

ι unveränderter Belastungsgrenze und gleichzeitig

eine Oberfläche mit erheblicher.Rißfestigkeit

(b) das erfindungsgemäße Bauteil benötigt weniger

Wartung und esjläßt„ eine längere Lebensdauer als für herkömmliche tragende Bauteile mit oberen und unteren Bewehrungen erwarten;

(c) es ergibt sich eine Verringerung in der Größenordnung von 50 % an herkömmlichen Bewehrungsstäben, obgleich das Bauteil nach der Erfindung eine gleiche Belastungsgrenze besitzt;

(d) ferner führt die Erfindung zu Einsparungen und zu einer Erleichterung der Konstruktion als Folge des Verzichtes auf herkömmliche obere Bewehrungsstäbe und Wegfall des Einbaues dieser Stäbe;

(e) es entsteht ein Bauteil mit unveränderter Gesamtgeomotrie und Belastbarkeit, so daß es beim Ersetzen herkömmlicher Bauteile nicht nötig wird, die Konstruktion zu ändern, zu revidieren oder anderen Teilen anzupassen, die entsprechend dem speziellen Verwendungszweck vorhanden sind.

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309820/080 5

Aus dem Vorhergehenden wird dem Fachmann klar, daß die Erfindung abgewandelt und modifiziert werden kann, ohne daß der Rahmen der Erfindung und der Erfindungsgedanlre verlassen wird. Der Umfang der Erfindung wird nur durch die beigefügten Ansprüche abgegrenzt.

309820/Ü805 BADOR₁G(NAL

Claims

J .j Dr.Xite.il ;:.xis Beton mit unteren und oberteil in die Betonniasse eingefügten Bewehrungen, bei dem die xmteren Bewehrungen in Form von zahlreichen Metallstäben ausgebildet sind, die etv/a in der unteren Hälfte · bezogen auf die Gesamtdicke des Bauteiles uacl nahe der Bodenfläche angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Bewehrung aus einem Faser-Betonmaterial (14) besteht und als eine abriebfeste obere Schicht (13) dieses Bauteils (10, 20) ausgebildet ist, As^robei sich diese obere Schicht (13) λγοιι der Oberfläche (11) des Hauteiles bis zu einer Tiefe (Τρς) von 2Ο?6 bis 4550 bezogen auf die Gesapitdicke (T) des Bauteiles erstreckt, und daß dieses Faser-Betonmaterial (-14) ira v/esent liehen aus dicht beieinander liegenden kurzen Drahtstücken (16) aufgebaut ist, die gleichförmig verteilt und willkürlich-orientiert in dem Beton (15) mit einem mittleren Abstand zwischen den Drahtstücken von weniger als 7,6 nun angeordnet sind.

309820/08 0 5
2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Faser-Betonmaterial (14) mit den eingelagerten kurzen Drahtstücken (16) als Bewehrung gegen Druckspannungen verwendet wird, wobei der durchschnittliche Abstand zitrischen den Drahtstücken (16) unter etwa 2,5 mm liegt.
3. Bauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die obere Schicht (13) bis zu einer Tiefe von 25 % bis 35 % bezogen auf die Gesatntdicke (T) des Bauteiles (10, 20) erstreckt.
4. Bauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dieses in Form eines Balkens, eines Balkenträgers oder einer Platte (20) ausgebildet und für die Verwendung mit Auflager oder Stützen (24) vorgesehen ist, deren effektive Spannweite (S) untereinander zwischen etwa 140 cm (4 ft 7 in) und 242 cm (7 ft 11 in) liegt, und daß in diesem Bauteil (20) innerhalb der Gesamtdicke (T) die obere Schicht (13) derartig eingefügt ist, daß sich im wesentlichen eine ausgeglichene Bewehrung ergibt.

309820/O 80S

22Β5Λ12

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5« Bauteil nach Anspruch 3, dadurch gekenngeiclinet, daß die kurzen brälite (16) in dem Faser-Beton-materiai (14) einen Durchmesser zwischen 0,15 und 0,5 ram ,und eine Länge zwischen 12 mm und 76 mm aufweisen.

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