DE2518513A1

DE2518513A1 - Druckrohr aus spannbeton

Info

Publication number: DE2518513A1
Application number: DE19752518513
Authority: DE
Inventors: Robert Edmund Bald
Original assignee: Interpace Corp
Current assignee: Interpace Corp
Priority date: 1974-04-29
Filing date: 1975-04-25
Publication date: 1975-10-30
Also published as: US3911964A; ZA752338B; CA1019683A; GB1483675A; AU467433B2; BR7502482A; IE41021B1; ES225107U; IE41021L; JPS50150020A; AU8024475A; AR203332A1; ES225107Y; JPS5342135B2

Description

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Interpace Corporation, Parsippany, N.J_t / USA

Druckrohr aus Spannbeton

Die Erfindung bezieht sich auf ein Druckrohr aus Spannbeton,

Bei Druckrohren aus Spannbeton erstrecken sich vorgespannte Drähte längs der Wand eines Kernrohres aus modell tischen; Bston, welches am Umfang durch eine stark gespannte Spanndrahtumhullung zusammengepreßt wird. Ein Ende des Kernes ist im allgemeinen als glatte;s Ende (eines Muffenrohres) ausgebildet, das zum Eintritt in ein komplementäres, äußeres Teil zur Bildung einer Verbindung mit demselben geeignet ist.

Es wäre wünschenswert, daß der am glatten Ende des Druckrohres endende Teil der Spanndrahtumhüllung unmittelbar angrenzend an die Endfläche des Kernrohres endet, wenn es nicht wichtig wäre, eine bestimmte Länge der Außenfläche des Kernrohres freizulassen, um eine Dichtung gegen den Beton des Kernrohres zum Abdichten einer Verbindung mit einem äußeren Verbindungsrohrteil, wie einer Muffe eines anderen Rohres oder einer

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Kupplungshülse einzusetzen. Das Ende der Spanndrahtumhüllung wird daher am glatten Ende kurz vor der Fläche, die für den Sitz der Dichtung vorgesehen ist, verankert. Aus diesem Grunde verbleiben durch die Spanndrahtumhüllung verursachte Restspannungen im Beton des nicht umhüllten, glatten Abschnittes des Kernrohresο

Es ist nicht ungewöhnlich, daß die. sich durch die Spanndrahtumhüllung ergebenden Restspannungen groß genug sind, die Festigkeit des Kernrohres jenseits der Spanndrahtumhüllung, ungeachtet des Anteils der Festigkeit, die durch die axiale Druckwirkung axial verlaufender vorgespannter Drähte in der Wand des Kernes vorhanden ist, zu überwinden <· Eine Folge der Restspannungen ist, daß das glatte Ende des Kernrohres sich nach außen erweitert und Ringbrüche an der Innenseite des Kernrohres in der. Nähe dieses Endes der Spanndrahtumhüllung hervorgerufen werden können. Es wurden verschiedene Anstrengungen unternommen, um diese Biegebrüche zu vermeiden.

Eine vorgeschlagene Art zur Unterdrückung der Erweiterung nach außen und der Breche sieht die Verwendung einer vorgespannten Hilfsdrahtbindung um das glatte Ende zwischen der Stirnseite desselben und dessen die Dichtung aufnehmender Oberfläche heran, jedoch hat dieses zusätzliche Wicklungs- und Befestigungsvorgänge zur Folge und macht es erforderlich, daß die Hauptspanndrahtumhüllüng um das Kernrohr weiter von der Stirnfläche des Kernrohrs entfernt verankert wird, als es notwendig wäre.

Eine andere Art Im glatten Ende eines Kernrohrs aus Beton einen Druck am Umfang herbeizuführen besteht darin, einen Ring an den Enden der in Längsrichtung vorgespannten Drähte zu bilden, indem deren Enden mit .Schleifen anderer Drähte zu verbundenen Schleifen vereinigt werden, auf welche Kraft aufgebracht wurde,

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um die vorgespannten Drähte vor dem Gießen des Kernrohres zu spannen. Aufgrund der Unsicherheit bezüglich der Größe der Spannung, die auf den geformten Ring aufgebracht werden kann, ist diese Art nicht zuverlässig genug und in jedem Fall würde diese Konstruktion nur beschränkt bei der Herstellung von Druckrohren anwendbar sein, bei welchen Vorspannungsdrähte mit relativ geringem Gewicht zweckmäßig sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Druckrohr aus Spannbeton so auszugestalten, daß eine Erweiterung des Druckrohrs am glatten Ende mit einfachen Mittel wirksam vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß es ein Kernrohr aus gegossenem Beton mit einem glatten Ende mit einer ringförmigen Fläche zum Erfassen einer Dichtung zur Abdichtung eines Anschlusses aufweist, daß eine Spanndrahtumhüllung das Kernrohr am Umfang einem Druck aussetzt, daß die Spanndrahtumhüllung mit einem Ende kurz vor der Fläche für die Dichtung für den Anschluß verankert ist, daß das Kernrohr mehrere vorgespannte Draht« enthält, die um aen Umf jng riss Kernrohres mit Abstand zueinander angeordnet sind und sich im wesentlichen über dessen Länge erstrecken, daß eine vorgespannte Ringbewehrung im Beton des Kernrohrs enthalten ist, daß die Ringbewehrung im wesentlichen konzentrisch zur Achse des Kernrohrs und axial innerhalb der Stirnseite des Kernrohrs am glatten Ende desselben angeordnet ist, daß die vorgespannten Drähte mit der Innenseite der Ringbewehrung in Eingriff stehen und Abschnitte aufweisen, die von ihren Eingriffspunkten mit der Ringbewehrung in Richtung der Stirnseite des glatten Endes des Kernrohres radial nach außen abgelenkt sind.

Erfindungsgemäß erfassen die Endabschnitte längs ve rl auf ender Vorspanndrähte oder Stäbe, die in das glatte Ende eines

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Kernrbhres eintreten, eine Ringbewehrung und sind um einen Winkel von der Ringbewehrung zu ihren Enden hin nach außen geneigt, welche dichter an der Stirnseite und der Außenfläche des glatten Endes sind, als die Ringbewehrung. Die Längsverstärkung des Kernrohres hat auf diese Weise einen Verlauf, der Widerstandskräfte im Beton des Kernrohres an dessen glattem Ende, welcher a) axiale Druckkräfte, b) radiale Biegekräfte am Ende mit der Spannseite an der Außenfläche des Kernrohres und Druckkräfte an der Innenseite und c) Druck am Umfang des Kernes in der Nähe seines Endes aufgrund der Beanspruchung in der gespannten Ringbewehrung aufweist. Die Festigkeit des glatten Endes des Kernrohres wird dadurch proportional zu den Spannungen erhöht, die sich aus diesen drei Kraftsystemen ergeben.

Die im Kernrohr entwickelten Widerstandskräfte ändern sich mit der Spannung in den vorgespannten Drähten und dem Winkel des abgelenkten Abschnittes, den jeder Draht mit dem axial verlängerten Abschnitt des Drahtes einnimmt.

Die größte radiale Schubkomponente, die von den abgeler.kte^ Abschnitten der vorgespannten Drähte herleitbar ist, wird erhalten, wenn die abgelenkten Abschnitte senkrecht zur Achse des Kernrohres angeordnet sind. In der Praxis sollte der Ablenkungswinkel innerhalb eines Bereiches zwischen 15 und 90° liegen und vorzugsweise so groß sein, wie es die Klassifizierung, Größe und Wanddicke eines Rohres ermöglichen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Rohr, bei dem Teile weggeschnitten sind, um Abschnitte des inneren Aufbaus darzustellen,

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Fig. 2 einen Schnitt eines Endabschnittes einer Form entlang der Linie 2-2 der Fig. 4,

Fig. 3 einen Schnitt eines Endabschnittes einer Form entlang der Linie 3-3 der Fig. K,

Fig. k eine Ansicht der Stirnseite eines Segmentes eines Abschlußringes einer- Form,

Fig* 5 ein Profil des glatten Endes eines anderen Kernrohres, und

Fig. 6 ein Profil des glatten Endes einer weiteren Ausführungsform des Kernrohresc

Das in Fig. 1 dargestellte Druckrohr aus Spannbeton enthält ein Kernrohr 10 aus gegossenem Beton, das durch mehrere vorgespannte Drähte 11 verstärkt und in Längrichtung zusammengepreßt ist, welche in dem Beton der Wand des Kernrohres in gleichen Abständen am Umfang um das Kernrohr eingebettet und mit ihm verbunden sind. Die Drähte sind aus hoch zugfestem Stahl und die Enden jedes Drahtes erstrecken sich bis dicht zu den entsprechenden Stirnseiten 12 und 13 des Kernrohres. Wie in der Zeichnung dargestellt ist, sind Muttern 14 und 15 an in jeden Draht gepreßten Gewinden befestigt, aber es können andere zusätzliche Verankerungsmittel verwendet werden.

Das linke Ende des Druckrohres ist als glattes Ende ausgebildet, das eine ausreichende Länge zum Eintritt in eine Muffe eines anderen Rohres oder ein entsprechendes Teil aufweist, um damit eine Verbindung herzustellen. Es kann auch an jedem Ende des Druckrohres ein glattes Ende vorhanden sein oder ein glattes Ende an dem einen und eine Muffe am anderen Ende, welche bei

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dem in Pig. 1 gezeigten Rohr aus einem stählernen Muffenring 16 besteht.

Das glatte Ende umfaßt einen Stutzen 17 mit einer Ringnut 18 zur Aufnahme einer Dichtung für die Verbindung, z.B. einer Gummidichtung, und bildet eine ringförmige Fläche 19 auf dem Kernrohr aus Beton, auf welcher die Dichtung angeordnet werden kann.

Die vorgespannten Drähte 11 sind mit dem Beton des Kernrohrs verbunden. Die Drähte stehen mit der Innenseite einer im Kernrohr enthaltenen vorgespannten Ringbewehrung 20 in Eingriff« An den Eingriffspunkten der Drähte mit der Ringbewehrung werden die Endabschnitte der Drähte unter einem Winkel zu ihren längs angeordneten Abschnitten nach außen gerichtet. Die Ringbewehrung, besteht aus einem oder mehreren Ringen hoch zugfesten Stahldrahtes, dessen Enden verspleißt sind, um die Ringbewehrung zu vervollständigen.

Die Ringbewehrung ist Tangentialspannungen unterworfen, wenn die Drähte 11 in einem Betör gespannt werden., fcovor die. Form gefüllt wird und der Beton aushärtet, um das Kernrohr zu bilden. Wenn das Kernrohr geformt ist und aus der Form genommen wird, wird der nach innen gerichteten Kraft der Ringbewehrung durch den Beton des Kernrohrs Widerstand geleistet.

Eine Spanndrahtumhüllung 21, welche sich zwischen den festen Verankerungen 22 und 23 erstreckt, preßt das Kernrohr und den Muffenring des Rohres am Umfang zusammen. Die Spanndrahtumhüllung wird in bekannter Weise aufgebracht, indem ein gespannter, hochfester Stahldraht um das Kernrohr und den Muffenring gewickelt wird, nachdem das Kernrohr vollständig ausgehärtet ist.

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Der am glatten Ende des Rohres endende Abschnitt der Spanndrahtumhüllung an der Verankerung 22 ist notwendigerweise in einer kurzen Entfernung von der Stirnseite 12 des Kernrohres angeordnet, um die Außenseite des Kernrohres zum Anordnen der Dichtung freizulassen, die anschließend zum Abdichten einer Verbindung mit einem anderen Rohr verwendet wird. Eine Schutzschicht 24 aus Mörtel oder einem anderen Material bedeckt die SpanndrahtumhUllung über ihre gesamte Länge. Der Rand 25 der Schutzschicht bildet eine Seitenwand an einer Seite der Fläche 19, welche die Dichtung trägt.

Das Kernrohr wird in einer drehbaren zylindrischen Form gegossen, von der zwei verschiedene Schnitte durch einen Abschlußring 26 in den Figuren 2 und 3 dargestellt sind* Ein anderer, nicht dargestellter Abschlußring ist am anderen Ende einer zylindrischen Schale 27 angeordnet, welche die äußere mittlere Wand der Form bildet. Weil sie so ausgebildet ist, ist die Form zum Gießen in einer Maschine mit rollender Lagerung geeignet, aber das Kernrohr kann auch in einer Schleudergußmaschine oder einer anderen geeigneten Form hergestellt werden.

Jeder Draht 11 ist von einer lösbaren Klemmhülse 28 erfaßt, die auf den Draht geschraubt ist und einen Kopf 29 aufweist, der am Abschlußring 2β anliegt. Das andere Ende jedes Drahtes steht ebenfalls mit einer ähnlichen Klemmhülse in Eingriff, die vom Abschlußring an dem anderen Ende der Form getragen werden.

Die Ringbewehrung 20 wird in der Form an der Außenseite der Drähte 11 angeordnet, bevor die Enden der Drähte erfaßt werden. Sie wird durch eine Anzahl von Bindedrähten 3I von der radialen Innenfläche 30 des Abschlußringes 26 entfernt gehalten. Einer

der Bindedrähte 31 ist in Fig. 3 dargestellt. Ein Ende jedes Bindedrahtes 31 ist um die Ringbewehrung gewickelt und sicher daran befestigt und das andere Ende des Bindedrahtes wird von einem entfernbaren Verankerungsbolzen 32 erfaßt, der von dem Abschlußring 26 der Form getragen wird.

Jeder einzelne vorgespannte Draht 11 wird zu Anfang mit einer meßbaren Spannung vorgespannt, welche die Voraussetzung zur Erfüllung der Spezifikationen einer bestimmten Rohrauslegung ist. Die Anzahl der in einem Kernrohr verwendeten längsverlaufenden Drähte hängt von verschiedenen Faktoren wie deren Größe, der Größe und Wanddicke des Kernrohres, der Balken- und Bruchbelastung einer bekannten erwarteten Erdabdeckung und dem maximalen inneren Wasserdruck ab, der für eine bestimmte Aufgabe erwartet wird. Bei einem Kernrohr mit einem Durehmesser von 122 cm (48"), das so ausgelegt ist, daß es 28 vorgespannte Drähte mit einem Durchmesser von 6,2 mm (1/4") enthält, reichen 7 gleichmäßig verteilte Bindedrähte 31 aus, um die Ringbewehrung in ihrer Lage zu halten, wenn die vorgespannten Drähte in der Form der Spannung unterworfen werden, jedoch können ebensogut mehr oder weniger gleich gut sein.

Nach dem ersten Spannen der Drähte 11 durch Aufbringen von Zug auf ihre Klemmhülsen an einem Ende der Form, wird eine radiale Auswärtskomponente der aufgebrachten Spannung auf die erfaßte Ringbewehrung 20 ausgeübt und die Ringbewehrung ist dadurch einer hohen Tangentialspannung unterworfen, die anschließend Druck in Umfangsrichtung auf den Beton des Kernrohrs ausübt, wenn das Kernrohr aus der Form genommen ist.

Nachdem die Form mit Beton gefüllt ist und der Beton ausreichend ausgehärtet ist, werden alle Klemmhülsen entfernt. Nach dem Entfernen der Klemmhülsen 28 wird die radiale Auswärtseinspannung der Form auf die ausgebogenen Abschnitte der Drähte

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von der Form auf den Beton des Kernrohrs übertragen. So üben die auswärts gebogenen Abschnitte der Drähte radial nach innen gerichtete Kräfte auf das glatte Ende des Kernrohres aus, welche die Umfangsexpansion oder die Erweiterung nach außen des glatten Endes des Kernrohres unterdrücken, wenn die Spanndrahtumhüllung 21 aufgebracht ist.

In Fig. 5 ist das Profil des glatten Endes eines anderen Kernrohrs 33 aus Beton dargestellt, das einen relativ großen Stutzen J>K und eine Ringnut 35 zur Aufnahme der Dichtung aufweist, wobei die Seitenwände der Ringnut aus dem Material des Kernrohrs gebildet werden. Die letzte Windung 3β der Spanndrahtumhüllung 37 ist angrenzend an den Stutzen angeordnet und die vorgespannte Ringbewehrung 38 ist in oder in der Nähe der Durchmesserebene der letzten Windung angeordnet.

In der oben beschriebenen Weise wurde Spannung auf die vorgespannte Ringbewehrung 38 und die vorgespannten Drähte 39 aufgebracht. Bei dieser Abwandlung verläßt man sich auf die Verbindung des Betons mit den Drähten, um diese und ihre abgelenkten Abschnitte 40 gespannt z·¹; halten. Sollten e,3 die Rohrauslegung und die Druckanforderungen erfordern, so können die Enden der abgelenkten Abschnitte mit Verankerungseinrichtungen entweder innerhalb oder außerhalb des Kernrohrs vorgesehen werden.

Fig. 6 zeigt die Anwendung der Erfindung bei einem Kernrohr aus Beton mit einem glattwandigen glatten Ende 41 und einem als Dichtung dienenden O-Ring 42, der in einer im Kernrohr ausgebildeten Ringnut ruht. Bei dieser Art des Rohres ist die letzte Windung 43 der Spanndrahtumhüllung 44 weiter von der Stirnseite 45 entfernt, weil eine längere freie Oberfläche des Kernrohres zur Aufnahme einer Muffe eines Verbindungsrohres

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erforderlich ist. Die Ringbewehrung 46 ist innerhalb der Wand des Kernrohres so dicht wie möglich an der Stirnseite angeordnet. Das Vorhandensein der vorgespannten Ringbewehrung und der abgelenkten Abschnitte 47 der vorgespannten verstärkenden Drähte 49 und ihre Reaktion auf den Beton verhindern das Brechen des Betons an der Innenseite des glatten Endes«

Die Erfindung führt zu einer Verfestigung des glatten Endes und bewirkt eine Wirtschaftlichkeit bei der Herstellung jeder Art von Druckrohren aus Spannbeton mit einem in Umfangsrichtung zusammengepreßten Kernrohr aus Beton mit einer freiliegenden oder glatten Oberfläche am glatten Ende* das in Längsrichtung durch vorgespannte Drähte oder Stäbe zusammengepreßt wird.

Die Erfindung kann auch angewandt werden, wenn die verschiedenen Drahtelemente im Betonrohr durch äquivalente, hochfeste Materialien wie Stränge aus Glasfaden oder -fasern ersetzt werden«

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Claims

Patentansprüche

iJ Druckrohr aus Spannbeton, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Kernrohr (10) aus gegossenem Beton mit einem glatten Ende (17, 18) mit einer ringförmigen Fläche zum Erfassen einer Dichtung zur Abdichtung eines Anschlusses aufweist, daß eine Spanndrahtumhüllung (21) das Kernrohr am Umfang einem Druck aussetzt, daß die Spanndrahtumhüllung mit einem Ende kurz vor der Fläche für die Dichtung für den Anschluß verankert ist, daß das Kernrohr mehrere vorgespannte Drähte (11) enthält, die um den Umfang des Kernrohres mit Abstand zueinander angeordnet sind und sich im wesentlichen über dessen Länge erstrecken, daß eine vorgespannte Ringbewehrung (20) im Beton des Kernrohres enthalten ist, daß die Ringbewehrung im wesentlichen konzentrisch zur Achse des Kernrohres und axial innerhalb der Stirnseite des Kernrohres am glatten Ende desselben angeordnet ist, daß die vorgespannten Drähte mit der Innenseite der Ringbewehrung in Eingriff stehen und Abschnitte (40) aufweisen, die von ihren Eingriffspunkten mit der RingbewoLrunc in Richtung dor Stirnseite des platten Endes des Kernrohres radial nach außen abgelenkt sind.
2. Druckrohr aus Spannbeton nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, daß die glatte Endfläche einen Stutzen (17) umfaßt, dessen Fläche für die Dichtung für den Anschluß an seiner Außenseite angeordnet ist.
3. Druckrohr aus Spannbeton nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Verankerungsmittel (14, 28) an den Enden der vorgespannten Drähte angebracht sind.

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4. Druckrohr aus Spannbeton nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringbewehrung in einer Entfernung von der Stirnseite angeordnet ist, die im wesentlichen gleich dem Abstand des Endes der Spanndrahtumhüllung von der Stirnseite am glatten Ende ist-