DE2501692A1 - Verfahren zur vorspannung und gegenbiegung eines stahlbetontraegers - Google Patents

Verfahren zur vorspannung und gegenbiegung eines stahlbetontraegers

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DE2501692A1 DE19752501692 DE2501692A DE2501692A1 DE 2501692 A1 DE2501692 A1 DE 2501692A1 DE 19752501692 DE19752501692 DE 19752501692 DE 2501692 A DE2501692 A DE 2501692A DE 2501692 A1 DE2501692 A1 DE 2501692A1
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Description

Patentanwalt
29 Oldenburg
Elisabethgtrafie 6
6628/10 ■'.-■-
Patentanmeldung
Herr Jean-Baptiste Mauquoy 264, Route Provinciale Bierges lez viiavre/Belgien
Verfahren zur Vorspannung und Gegenbiegung eines Stahlbetonträgers
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfanren zur Vorspannung und Gegenbiegung eines Stahlbetonträgers, wobei an dem Untergurt eines Metallträgers Spanndrähte mit hoher Elastizitätsgrenze angebracht werden und wobei durch Zug an diesen Drähten, der Metallträger einer nach oben gerichteten Biegung unterworfen wird und anschließend der Träger samt den Drähten gegebenenfalls in Beton eingebettet wird.
Zwecks Erzielung der gewünschten Druckspannung im Beton, welcher denjenigen Teil des Trägers umgibt, welcher den durch Belastungen auftretenden Zugspannungen ausgesetzt ist, wurde bis jetzt gemäß dem Stand der Technik ein Metallträger benutzt, welcher den Biegespannungen allein '. ·
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_ -2 —
widerstehen muss. Die gewünschte Druckspannung in der Betonummantelung wird dadurch erreicht, dass eine Anfangsdurchbiegung, welche während der Härtung des Betons aufrecht erhalten wird, unterbrochen wird. Diese Anfangsdurchbiegung verursacht jedoch in den eingebetteten Metallteilen Zugspannungen, welche gleichgerichtet sind mit denjenigen welche nachträglich durch Belastungen auftreten.
Hiervon ausgehen, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, den dem Stand der Technik anhaftenden Mängeln abzuhelfen.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass am Untergurt eines Metallträgers, symmetrisch zur Mitte der Traglänge, eine von der Belastung abhängige Anzahl Zwischenstücke angebracht wird, dass über dies Zwischenstücke Spanndrähte gezogen werden, sodass diese Drähte durch die Zwischenstücke vom Untergurt entfernt bleiben, dass durch Spannung dieser Drähte, der Metallträger einerseits einer reinen Druckspannung ausgesetzt wird, und andererseits bei jedem Zwischenstück ein Biegemoment erfährt, welches demjenigen Biegemoment der nachträglichen Belastungen entgegen gerichtet und proportional ist, dass während der Spannung der Drähte der Metallträger einer Beanspruchung ausgesetzt wird, welche den von den Zwischenstücken ausgeübten Biegemomenten, vorzugsweise vollständig gegengesetzt ist, dass währenddem der Metallträger, die Spanndrähte und die Zwischenstücke in diesem Zustand gehalten werden, die Spanndrähte, die Zwischenstücke und gegebenenfalls der Untergurt in Beton eingebettet werden und dass nach der Härtung des Betons, der Metallträger von den Beanspruchungen, welche gegen die von den Zwischenstücken ausgeübten Bieg^eanspruchungen gerichtet waren, befreit wird,
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Die Zwischenstücke ermöglichen es, dem Metallträger · an den Stellen, wo sie mit ihm befestigt sind, Biegemomente zu übertragen, welche den durch Belastungen hervorgerufenen Momenten equivalent jedoch entgegen gerichtet sind. Diejenigen Stellen an denen die Zwischenstücke diese Biegemomente auf den Metallträger übertragen sollen, sowie die Grossen dieser Biegemomente können natürlich den Belastungen entsprechend berechnet werden. Da der Metallträger selbst während dem erfindungsgemässen Verfahren, lediglich reinen Druckbeanspruchungen ausgesetzt wird, kann er einen sehr geringen Durchschnitt aufweisen. Nachfolgend wird auch noch gezeigt, dass gemäss einem wesentlichen Merkmal der vorliegenden Erfindung, jegliche Gefahr einer Knickbewegung des Metallträgers während der Druckbeanspruchung ausgeschaltet ist. Durch eine passende Wahl der Höhe der Zwischenstücke ist es möglich, mittels einer minimalen Zugkraft auf die Spanndrähte die gewünschten Biegemomente auf den Metallträger auszuüben. Die Anzahl benötigte Spanndrähte kann demgemäss sehr gering sein. Da ausserdem der Metallträger nur Druckbeanspruchungen ausgesetzt ist, und da diese desto kleiner sind, je kleiner der Zug auf die Spanndrähte ist, wird zusätzlich noch ein vorteilhafter Einfluss auf die Dicke des Metallträgers erreicht, sodass die vorliegende Erfindung einen bedeutenden wirtschaftlichen und oekonomischen Portschritt bedeutet.
Gemäss den bekannten Verfahren, wobei die Spanndrähte während ihrer Spannung am Untergurt anliegen, besteht allzeit die Gefahr einer seitlichen Knickbewegung des Metallträgers, wodurch der Vorspannung eine Grenze gesetzt wird. Da die Breite des Untergurts der Metallträger gewöhnlich sehr klein ist im Vergleich zu der Traglänge, ist die Gefahr einer seitlichen Knickbewegung des Metallträgers umso grosser,
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sodass die Druckbeanspruchung des Metallträgers, welche durch, die Spanndrähte übertragen wird, sehr "begrenzt ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren verhindert jedoch jegliche Gefahr eines seitlichen Ausknickens des Metallträgers. Erfindungsgemäss wird diese Gefahr dadurch ausgeschaltet, dass aus der Unterseite des Untergurts des Metallträgers, ausser den bereits genannten Zwischenstücken, eine Anzahl Führungsstücke angebracht werden. Diese Führungsstücke welche fest am Untergurt des Metallträgers angebracht sind, sind aus starkem Profileisen hergestellt und besitzen wenigstens dieselbe Höhe als die Zwischenstücke. Diese Führungsstücke sind zwischen den Zwischenstücken angebracht und dessen Anzahl wird so berechnet, dass der Abstand zwischen zwei dieser Führungsstücke oder zwischen einem Führungsstück und einem Zwischenstück genügend klein ist um die Gefahr seitlicher Knickbewegungen des Untergurts des Metallträgers zu verhindern.
Die Vorrichtung zum Spannen der Spanndrähte ist so eingerichtet, dass die Zugkräfte in den Spanndrähten vollkommen symmetrisch sind. Die Spanndrähte sind an den äussersten Enden der Führungsstücke befestigt und zwar an denjenigen Stellen welche am weitesten entfernt sind von der Biegeebene. Die Zugkräfte in den Spanndrähten besitzen einen Komponenten welche die Drähte und die Führungsstücke zusammenhalt und ebenfalls die Führungsstücke gegen den Untergurt des Trägers drückt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 - einen vertikalen Längsschnitt durch die Biegeebene eines Stahlbetonträger vor der Härtung des Betons.
Figur 2 - einen Vertikalschnitt gemäss der Ebene A-A von Figur 1.
Figur 3 - einen Vertikalschnitt gemäss der Ebene B-B der Figur 1.
Figur 4 - einen Horizontalschnitt gemäss der Ebene C-C vonFigur
ι. ■.■■■■-
Figur 5 - einen Horizontalschnitt gemäss der Ebene D-D von Figur 1.
Figur 6 - eine Seitenanschnitt eines Stahlbetonträgers nach der Herstellung durch das erfindungsgemässe Verfahren. ■
In den Figuren 1 bis 5 ist ein Metallteil 3 gezeigt, welcher aus einem gewöhnlichen Träger bestehen kann, oder aus einer Zusammensetzung von Profileisen, mit oder ohne Stahlbeton. G-emäss den Figuren besteht der Metallteil 3 aus einem Metall-bezw. Stahlträger welcher mit Beton 1 ' · umgeben ist.
Am Untergurt des Metallträgers 3 sind Zwischenstücke 4 und Führungsstücke 5 angebracht. DieseZwischen-bzw. Führungs— stücke 4 "und 5 bestehen aus Profileisen, welche gegebenenfalls durch Beton verstärkt sein könnai Spanndrähte 6 mit sehr hoher Elastizitäts- und Zerreissgrenze sind an der Unterseite des
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Metallträgers 3 entlang den Zwischenstücken 4 und Führungsstueken 5 geführt. Die wesentlichsten Merkmale der Zwischenstücke 4 sind einerseits ihre Höhe, welche ungefähr von der selben Grössenordnung ist wie die Höhe des Metallträgers 3 •und andererseits ihre Verbindung 7 mit dem Metallträger 3· Diese Verbindung 7 muss es gestatten, dass die Zugkräfte der Spanndrähte 6 vollständig auf den Metallträger 3 übertragen werden und dass die Zwischenstücke 4 Biegemomente auf den Metallträger 3 ausüben, welche ebenso gross sind wie die Biegemomente, welche von den Belastungen an den Verbindungsstellen der Zwischenstücke 4 auf den Metallträger ausgeübt werden. Ein geeignetes Verfahren zur Herstellung dieser Verbindungen 7 ist eine Elektroschweissung.
Die Führungsstücke 5 haben eine doppelte Aufgabe zu erfüllen. Sie sollen erstens seitliche Khickbewegungen des Metallträgers 3 während der Druckbeanspruchung, welche von den Zwischenstücken 4 auf den Metallträger 3 übertragen wird, verhindern. Zu diesem Zweck sind die Führungsstücke 5 fest mit dem Metallträger 3 verbunden und die symmetrischen Kräften in den Spanndrähten 6 sorgen dafür, dass der Mittelpunkt der Führungsstücke 5 und demgemäss des Metallträgers 3 genau in der Biegeebe bleiben.
Die Pührungsstücke 5 sollen zweitens dazu beitragen dass die Spanndrähte 6 entlang einer optimalen Bahn verlaufen, damit durch einen geeigneten Abstand zwischen den Spanndrähten 6 und dem Mittelpunkt des Metallträgers, die von den Spanndrähten 6 übertragenen Kräften den nachträglichen Belastungen des Metallträgers angepasst werden können.
In den Figuren sind die Verbindungen zwischen dem Metallträger 3 und den Führungsstücken 5 mit 8 bezeichnet.
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Die Betonummantelung der Spanndrähte 6 und gegebenenfalls des unteren Teils des Metallträgers 3 ist in den Figuren mit 2 bezeichnet. Während dem erfingungsgemässen Vorspannungsverfahren, wird der Metallträger 3 durch geeignete Auflagerstutzen 9 und Befestigungen IO in einer vorgegebenen Lage festgehalten.
Das erfindungsgemässe Verfahren sieht folgende Schritte vor. Vorerst wird der Beton 1 um den Metallträger 3 angebracht und hart werden gelassen. Dieser Beton 1 ist zwar nicht unbedingt notwendig, er hat jedoch den Vorteil dass er eine zusätzliche Einsparung an Stahl erlaubt. Während der erfIndungsgemässen Herstellung des Stahlbetonsträgers- ist nämlich der Metallträger 3 welcher zwischen den Befestigungen 10 festgehalten wird, lediglich Druckspannungen ausgesetzt und bekanntlich ist Beton am besten geeignet um Druckspannungen zu widerstehen.
Anschliessend werden die Zwischenstücke 4 mittels den Verbindungen 7 am Stahlträger 3 angebracht. Die Anzahl dieser Zwischenstücke .4 kann je nach den Ansprüchen an den Stahlbetonträger variieren; sie muss jedoch geradezahlig sein, da die Zwischenstücke 4 symmetrisch zur Mitte der Traglänge angebracht'werden. Darauffolgend können die Führungsstücke 4 mittels den Verbindungen 8 am Metallträger 3 angebracht werden.
Es sei hier noch darauf hingewiesen, dass die Zwischenstücke 4 und die Führungsstücke 5 nicht unbedingt am Untergurt des Trägers angebracht werden müssen, wie dies gewöhnlich der Fall ist, sondern dass sie ebenfalls am Obergurt angebracht werden können zur Vorspannung eines Trägers der als Ausleger benützt wird.
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Anschliessend werden die Spanndrälite 6 an den Führungsund Zwischenstücken befestigt und der Träger kann jetzt zwischen den Befestigungen 10 und den Auflagestützen 9 befestigt werden.
Die eigentliche Vorspannung des Trägers kann daraufhin durchgeführt werden, und zwar vorerst durch die Spannung der Spanndrähte 6 mittels einer geeigneten nicht in den Figuren dargestellten Zugvorrichtungen. Nach Beendigung dieses Vorgangs wird der Beton 2 angebracht. Wenn dieser Beton 2 genügend gehärtet ist werden zum Schluss des Verfahrens die Befestigungen 10 entfernt.
Der Metallträger 3, die Zwischenstücke 4 und die Führungsstücke 5 besitzen vorzugsweise die gleiche Höhe und ihre Dicke soll so berechnet werden, dass· die Biegelinie des fertigen Stahlbetonträgers in sehr geringer Entfernung vom Untergurt des Metallträger 3 liegt. Dadurch ist es möglich während der Zugbelastung der Spanndrähte 6 den Metallträger bis auf den G-renzwert der Druckspannung zu beanspruchen, da der Metallträger nur während diesem Vorgang (bis zur Beseitigungen 10) den maximalen Beanspruchungen ausgesetzt ist und da jede G-efahr eines seitlichen Ausknickens des Metallträgers 3 durch die Führungsstücke 5 verhindert wird.
Dadurch dass die Befestigungen 10 entfernt werden, wird der Stahlbetonträger vertikal beansprucht und zwar entgegengesetzt den Beanspruchungen welche durch Belastungen hervorgerufen werden. Dadurch wird die Druckspannung des oberen Teils des Metallträgers 3 in Zugspannung umgewandelt, was einem ersten Ziel der vorliegenden Erfindung entspricht. Die Beanspruchung des unteren Teils des Metallträgers 3 ändert nur sehr wenig wegen der unmittelbaren Nähe der Biegelinie zu diesem Zeitpunkt. Die verschieden Bauteile des Stahlbetonträgers können vorzugsweise so dimensioniert sein, dass die
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Biegelinie etwas unter dem Untergurt des Metallträgers 3 liegt und dass demgemäss die Aenderung der Beanspruchung des unteren Teil des Metallträgers 3 aus einer leichten Verminderung der Druckspannung "besteht.
Der Obergurt des Metallträgers 3 wird zuerst zusammengedrückt bis zum Grenzwert der reinen Druckspannung.- Durch die Beseitigung der Befestigung wird diese Druckbeanspruchung anschliessend in Zugspannung verwandelt. Diese Zugbeanspruchungen können ebenfalls den Zugspannungsgrenzwert erreichen.
Der Untergurt des Metallträgers 3 wird unter den gleichen Bedingungen wie der Obergurt zusammengedrückt . Diese Druckbeanspruchung bedeutet gleichzeitig die maximale Beanspruchung die der Untergurt je erfährt. Wegen dem geringen Abstand zwischen dem Untergurt und der Biegelinie, haben nämlich die verschiedenen Biegemomente, welche während der Verwendung und der Belastung des Stahlbetonträgers auftreten keinen Einfluss auf den Untergurt des Metallträgers.
Der Metallträger kann während der Belastung des Stahlbetonträgers maximalen Beanspruchungen ausgesetzt werden, welche von negativen Höchstwerten bis zu positiven Höchstwerten reichen. Dieses Merkmal ist natürlich äusserst wichtig, da es einen grossen Vorteil gegenüber dem Stand der Technik bedeutet, gemäss welchem die Beanspruchungen sich lediglich zwischen dem Nullwert und dem Höchstwert erstrecken.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens wird dadurch erreicht, dass nicht allein der Metallträger nur den Biegebeanspruchungen widerstehen muss. Diese Biegebeänspruchungen werden nämlich auch von den mit dem Metallträger verbundenen Zwischenstücken 4 aufgenommen, sodass 80 bis 90$ der Traglänge des Metallträgers eine geringere Dicke aufweisen kann, da er lediglich den Druckbeanspruchungen allein wider-
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stellen muss und ohne Gefahr einer seitlichen Knickbeweg ig, welche durch die Führungsstücke 5 verhindert wird.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens ergibt sich daraus, dass während der Druckbeanspruchung des Metallträgers 3 durch Zusammenziehen der Spanndrähte 6, die Biegemomente, welche durch die Führungsstücke 5 auf den Metallträger 3 übertragen werden, zu diesem Zeitpunkt (ohne Beton 2) einen relativ langen Hebelarm besitzen weil •die Biegelinie noch sehr hoch liegt. Zum Zeitpunkt der Verwendung des fertigen Stahlbetonträgers (Beton 2 gehärtet) wird dieser Hebelarm jedoch beträchtlich verkürzt, sodass die resultierenden Zugbeanspruchungen demgemäss entsprechend ve nnind e rt s ind.
Der Ummantelungsbeton 2 wird lediglich während der Beseitigung der Befestigungen in Druckrichtung beansprucht, da die vorhergehenden Druckbeanspruchungen allein von dem Metallträger 3 aufgenommen wurden. Die Druckbeanspruchung des Ummantelungsbetons 2 ist von der gleichen" Grössenordnung wie die nachträglichen Beanspruchungen durch die Belastungen des Stahlbetonträgers. Sie könnensogar etwas grosser als diese Belastungsbeanspruchungen sein. Dadurch bleibt der Ummantelungsbeton 2 stets unter Druckspannung während der Belastung des Stahlträgers, was einem zweiten Ziel der vorliegenden Erfindung entspricht.
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Claims (2)

  1. - ii -
    PAT 'ENTANSP R UECHE
    Verfahren zur Vorspannung und G-egenbiegung eines Stahrbetonträgers, wobei an dem Untergurt eines Metallträgers Spannungsdrahte mit hoher Elastitzitätsgrenze angebracht werden und wobei durch Zug an diesen Drähten, der Metallträger einer nach oben gerichteten Biegung unterworfen wird und anschliessend der Träger samt den Drähten gegebenenfalls in Beton eingebettet wird, dadurch gekennzeichnet, dass am Untergurt des Metallträgers (3)» symmetrisch zur Mitte der Traglänge, eine von der Belastung abhängige Anzahl Zwischenstücke (4) angebracht wird, dass über diese Zwischenstücke (4) Spanndrähte (6) gezogen werden, sodass diese Drähte (6) durch die Zwischenstücke (4) vom Untergurt entfernt bleiben, dass durch Spannung dieser Drähte (6) der Metallträger (3) einerseits einer reinen Druckspannung ausgesetzt wird und andererseits bei jedem Zwischenstück (4) ein Biegemoment erfährt, welches- demjenigen Biegemoment der nachträglichen Belastungen entgegengerichtet und proportional ist, dass während der Spannung der Drähte (6) der Metallträger -(3) einer Beanspruchung ausgesetzt wird, welche den von den Zwischenstücken (4) ausgeübten Biegemomenten, vorzugsweise vollständig entgegengesetzt ist, dass währenddem der Metallträger (3)f die Spanndrähte (6) und die Zwischenstücke (4) in diesem Zustand gehalten werden, die Spanndrähte (6), die Zwischenstücke (4) und gegebenenfalls der Untergurt in Beton (2) eingebettet werden und dass nach der Härtung des Betons (2) der Metallträger (3) von den Beanspruchungen welche gegen die von den Zwischenstücken (4) ausgeübten Biegebeanspruchungen gerichtet waren, befreit wird.
    5 0 9830/0318 INSPECTED
  2. 2. Verfallren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Zwischenstücken (4), an der Unterseite des Untergurts des Metallträgers (3), Führungsstücke (5) angebracht werden, welche die Spanndrähte (6) seitlich und symmetrisch zur Biegeebene halten, dass durch die Spannung der Spanndrähte (6), letztere die Führungsstücke (5) in der Biegeebene festhalten und dass durch die feste Verbindung zwischen dem Metallträger (3) "und den Führungs stücken (5) eine seitliche Knickbewegung des Metallträgers (3) verhindert wird.
    3· Stahlbetonträger welche gemäss dem Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2 hergestellt werden.
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    -Λ ·
    Leerseite
DE19752501692 1974-01-22 1975-01-17 Verfahren zur vorspannung und gegenbiegung eines stahlbetontraegers Pending DE2501692A1 (de)

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