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Beschreibung und Patentansprüche zur Patentanmeldung: Verfahren zum
Vorspannen von Verbundträgern mit -nachträglichem Verbund, insbesondere Brückenträgern
Für das Vorspannen von Verbundträgern sind eine Vielzahl von Verfahren bekannt,
die sich in 3 Kategorien einteilen lassen: 1. Verfahren, die durch Lastumlagerung
Vorspannung erzeugen (z.B. Hilfsstützen, die später freigesetzt werden; Ballastierung
vor Herstellen des Verbundes usw.), 2. Verfahren,- die-durch eingeprägte Verformungen
Vorspannung erzeugen (z.B. Absenken von Durchlaufträgern; Vorbiegen der Stahl träger
und Freisetzen der Verformung nach Herstellen des Verbundes - Preflex-Träger), 3.
Verfahren, die durch eingeprägte Kräfte Vorspannung erzeugen (z.B. Spannbetonbauweise
mit Spanngliedern).
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Das der Erfindung zugrundeliegende Verfahren gehört zur Kategorie
Nr. 3. Daher werden zunächst die wesentlichen merkmale der bekannten Spannverfahren
dieser Kategorie behandelt.
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Bei der Spanngliedvorspannung können im Wesentlichen 3 unterschiedliche
Typen von Verfahren unterschieden werden: 3.1 Vorspannverfahren mit sofortigem Verbund
Hierbei werden die Spannglieder (Drähte) vor dem Herstellen des Betons angespannt,
wobei die Reaktionskräfte von einem
eigens dafür hergestellten Spannbett
aufgenommen werden.
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In diesem Zustand werden die (vorgespannten) Drähte einbetoniert.
Nach dem Erhärten des Betons wird die (äußere) Spannbettkraft entlastet und dadurch
der Beton vorgespannt.
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3.2 Spannverfahren mit nachträglichem Verbund Hierbei wird zunächst
der Beton hergestellt, wobei Hüllrohre einbetoniert werden, in die die Spannglieder
(Litzen oder Rundstähle) eingezogen werden. Nach Erhärten des Betons werden die
Spannglieder angespannt, wobei die Reaktions-Druckkraft auf den Beton wirkt und
diesen auf Druck vorspannt.
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Anschließend werden die Zwischenräume zwischen Hüllrohr und Spannglied
mit Zementmörtel ausgepreßt und dadurch der Verbund zwischen Spannglied und Beton
hergestellt.
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3.3 Spannverfahren ohne Verbundwirkung Die Herstellung ist ähnlich
wie unter 3.2 beschrieben, jedoch liegen die Spannglieder nicht in Hüllrohren im
Beton, sondern im allgemeinen außerhalb des Betonquerschnittes. Sie wirken daher
wie ein Zugband zwischen den Endverankerungen (Unterspannung).
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Vorteile des bei der
Spannbetonbauweise üblichen Vorspannens mit nachträglichem Verbund (Abschnitt 3.2)
auf die Stahlträgerverbundbauweise zu übertragen. Dazu wird der Betonteil, der entweder
als Ortbeton oder als Fertigteil ausgebildet sein kann, zunächst längsverschieblich
mit dem Stahlträger verbunden. In diesem Zustand wird der Betonteil durch eingeprägte
Druckkräfte vorgespannt. Die Reaktione dieser Druckkräfte - es sind Zugkräfte in
der gleichen Größe -werden vom Stahlträger aufgenommen, der bei diesem Vorgang als
Spannbett wirkt. Anschließend wird der Betonteil schubfest mit dem Stahlträger verbunden.
Hierzu werden die bekannten Verbindungsmittel wie gleitfeste Schraubverbindungen,
Schweißnähte oder dgl. verwendet.
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Das Verfahren ist um so wirkungsvoller, je höher die Festigkeit des
zur Herstellung des Stahlträgers verwendeten Baustahles ist, da dann der Vorspannungsverlust
durch Kriechen und Schwinden des Betonteils relativ klein wird. Der Stahlträger
übernimmt daher neben seinen anderen Funktionen die Aufgabe eines sehr großen, biegesteifen
Spanngliedes.
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Der Verbundträger kann - entsprechend der jeweils gewünschten Größe
der Vorspannung - in mehrere Abschnitte unterteilt werden, die je für sich nach
dem beschriebenen Verfahren vorgespannt werden.
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Die Druckkräfte für die Vor spannung des Betonteiles können durch
hydraulische Pressen eingeleitet werden. Bei diesem Vorgang ist es zweckmäßig, die
beiden Enden jedes Vorspannabschnittes fest mit dem Stahl träger zu verdübeln und
innerhalb des vorzu spannenden Bereiches eine offene Querfuge im Betonteil zu lassen,
die mit Hilfe der Pressen weiter geöffnet wird. Hierdurch entstehen in dem längsverschieblichen
Betonteil Druckkräfte, die an den Endverdübelungen in den Stahlträger übergeleitet
werden und in diesem Zugkräfte erzeugen, so daß ein in sich geschlossenes Gleichgewichtssystem
entsteht. In diesem Zustand wird die geöffnete Fuge außerhalb der Pressen durch
Zementmörtel oder Beton geschlossen. Nach Erhärten dieses Fugenbetons werden die
Pressen entlastet, herausgenommen und die Aussparungen, in denen die Pressen angeordnet
waren, ebenfalls ausbetoniert. Dadurch entsteht ein über den ganzen Abschnitt durchgehend
vorgespannter Betonteil.
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Das beschriebene Vorspannverfahren kann. selbstverständlich auch mit
anderen Verfahren (Stützenbewegungen, Spanngliedvorspannung usw.) kombiniert werden.
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Der Verbundträger braucht nicht nur einen Betonteil - z.B. eine Obergurthetonplatte
- aufzuweisen, sondern er kann auch zwei Betonteil haben - z.B. eine Obergurtplatte
und einen llnterçlurtbetonteil. Es ist auch möglich, daß zusätzlich noch mehr Betonteilc
angeordnet
werden - z.B. Betonteile, die am Stegblech angeordnet sind und die z.B. zur Beulaussteifung
herangezogen werden. Diese verschiedenen Betonteile können abschnittsweise jeweils
durch unterschiedliche Vorspannverfahren vorgespannt werden oder auch teilweise
nicht vorgespannt sein.
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Besonders zweckmäßig ist eine Ausbildung des Verbundträgers als Hohlkasten
mit einer im Untergurt liegenden Betonplatte. Dabei kann der Obergurt ebenfalls
als Betonteil (Fahrbahn-Betonplatte) oder auch als Stahlkonstruktion (Flachblechfahrbahn)
ausgebildet werden. Diese Konstruktion zeichnet sich durch große Biege- und Torsionssteifigkeit
aus und ist besonders geeignet für Bauwerke, c&ie sich unter Nutzlasten nur
in geringem Maße deformieren sollen (z.B. Eisenbahnbrücken).
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Das Verfahren gemäß der Erfindung wird anhand der Zeichnungzn näher
erläutert, wobei als Beispiel die Ausbildung eines Verbundträgers in Hohlkastenbauweise
mit oberer und unterer Betonplatte dargestellt ist.
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Figuren 1 bis 3 zeigen einen statisch bestimmt gelagerten Einfeld
Verbundträger in Hohlkastenbauweise, der aus den beiden Stahlträgern 1, der oberen
Betonplatte 2 und dem unteren Betongurt 3 besteht. Die Endbereiche 4 des unteren
Betongurtes 3 sind fest mit dem Stahlträger 1 verdübelt, die übrigen Bereiche 5
sind längsbeweglich gelagert. Innerhalb dieser Bereiche 5 ist eine offene Fuge 6
angeordnet, die Aussparungen 7 aufweist, in denen hydraulische Pressen 8 liegen.
Durch das Einprägen der Pressenkräfte öffnet sich die Fuge 6. Zunächst werden die
(geöffneten) Teile 9 der Fuge ausbetoniert und nach Erhärten dieses Fugenbetons
die Pressen 8 entlastet und entfernt. Anschließend werden die Aussparungen 7 durch
Beton geschlossen. Zum Schluß wird in den Bereichen 5 der Betongurt 3 fest mit dem
Stahlträger 1 verbunden.
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In den Figuren 4 bis 6 sind beispielhaft einige Detailausbildungen
des Bereiches 5 dargestellt, der zunächst längsbeweglich ist und nach dem Vorspannen
fest mit dem Stahlträger verbunden wird. .ie sind nicht Gcgenstand der Patentansprüche,
sondern dienen lediglich zur Erläuterung des Vorspannverfahrens.
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Figur 4 zeigt, daß die Betonplatte 3 anmittelbar auf die Untergurtlamelle
10 des Stahlträgers 1 aufgelegt wird. Dies ist zweckmäßig, wenn der Betongurt 3
aus Fertigteilen besteht. Nach dem Vorspannen des Betongurtes 3 werden HV-Schrauben
11 in vorbereitete Löcher 12 eingeführt und fest angezogen. Die Schubkräfte werden
durch die Reibungskräfte zwischen Betongurt 3 und Stahlgurt 10 übertragen.
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Figur 5 zeigt eine Ausbildung, bei der der Betongurt 3 als Ortbeton
oder als Fertigteil hergestellt wird. Bei dem Betonieren wird ein Stahlblechstreifen
13, auf dem Kopfbolzendübel 14 angebracht sind, gemeinsam mit dem Betongurt 3 hergestellt.
Die Längsverschiebungen während des Vorspannens finden in diesem Fall zwischen dem
Blechstreifen 13 und der Lamelle 10 statt.
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Anschließend werden HV-Schrauben- 15 eingesetzt, die die Schubkräfte
zwischen der Stahlträgerlamelle 10 und dem Blechstreifen 13 und damit auch zwischen
Stahlträger 1 und Betongurt 3 übertragen.
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Figur 6 zeigt eine Ausbildung, bei der der Betongurt 3 unter der Stahlträgerlamelle
10 angeordnet ist. Auch hier wird ein Stahlblechstreifen 16 mit Kopfbolzendübeln
17 gemeinsam mit dem Betongurt in Ortbeton - oder in Fertigteilbauweise hergestellt.
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Während des Vorspannens wird der Betongurt durch Schrauben 18 längsbeweglich
(Langlöcher) mit der Gurtlamelle 10 verbunden.
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Nach dem Vorspannen des Betongurtes 3 werden die Schweißnähte 19 gelegt,
die die Sc-hubkräfte zwischen Lamelle 10 und Blechstreifen 16 übertragen.
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Figur 7 zeigt ein Beispiel für die Anwendung des Verfahrens für einen
Durchlaufträger. Hier wird die gesamte Länge des Verbundträgers in mehrere Abschnitte
20, 21, 22, 23 unterteilt, in denen jeweils das beschriebene Vorspannverfahren mit
unterschiedlichen Vorspannkräften angewendet wird. An den Stellen 24 sind die Betongurte
2 und 3 fest mit dem Stahlträger 1 verdübelt, die übrigen Teile der Bereiche 20,
21, 22 und 23 sind'längsbeweglich gelagert. Der Rest des-oberen Betongurtes 2 wird
in
diesem Beispiel nicht nach dem Verfahren vorgespannt. In den
Fugen 25 werden Pressen eingebaut, die die Druckkräfte einprägen. In den einzelnen
Fugen 25 können - je nach Erfordernis -unterschiedliche Druckkräfte eingeleitet
werden.
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Selbstverständlich können an dem in Figur 7 dargestellten Verbundträger
auch zusätzlich die sonst üblichen Vorspannmaßnahmen angewendet werden. So kann
der Stahlträger mit Hilfsstützen während des Betonierens unterstützt werden, er
kann nach dem Erhärten des Betons an der Mittelstütze abgesenkt oder angehoben werden,
es können im Bereich 23 zusätzlich Spannglieder angeordnet werden usw.
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Patentansprüche: 1. Verfahren zum Vorspannen von Verbundträgern mit
nachträglichem Verbund dadurch gekennzeichnet, daß der Betonteil zunächst längsverschieblich
mit dem Stahlträger verbunden ist, in diesem Zustand so durch Druckkräfte vorgespannt
wird, daß der Stahlträger als Spannbett zur Aufnahme der Reaktionszugkräfte wirkt
und anschließend schubfest mit dem Stahlträger verbunden wird.
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2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Betonteil
aus Fertigteilen besteht.
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3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß der
Stahlträger oder Teile desselben aus hochfestem, schweißbarem Baustahl bestehen.
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4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, daß
die Länge des Verbundträgers in mehrere Abschnitte unterteilt wird, in denen die
Vorspannkräfte und damit die Spannbettkräfte unterschiedliche Größe besitzen.