DE3211790C2 - Spannbandbrücke - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spannbandbrücke mit einer oder mehreren Hauptöffnungen (2) sowie gegebenenfalls Nebenöffnungen (3), die ein zwischen Widerlagern (5) eingespanntes und gegebenenfalls über Stützpfeiler (6) geführtes Spannband (4) aufweist. Um mit einer solchen Spannbandbrücke große Spannbreiten überbrücken zu können, gleichzeitig jedoch die Brücke gegen Störschwingungen abzusichern, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, den Verkehrsweg auf der Brücke im Bereich der Hauptöffnungen (2) auf einer in der Längsrichtung der Brücke biegeweichen Aufsattelung (7) anzuordnen, während das Spannband (4) im Bereich der ggf. vorhandenen Nebenöffnungen (3) direkt befahrbar ist. Die in Längsrichtung der Brücke biegeweiche Aufsattelung besteht vorzugsweise aus einer in Querrichtung des Spannbandes (4) steifen Fachwerkskonstruktion (10, 11, 12), die in Längsrichtung der Brücke mit Hilfe von Diagonalstreben (13) verbunden ist, in denen jeweils Stoßdämpfer (14) zugeordnet sind. Durch eine solche in Längsrichtung biegeweiche Aufsattelung kann das Spannband sich den Län gen änderungen aus Temperatur und wechselnden Belastungen durch geringe Formänderungen ohne nennenswerte Biegemomente anpassen. Schwingungen der Brücke durch störende Einflüsse, wie Verkehrsbelastungen oder Wind, werden zuverlässig vermieden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spannbandbrücke nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Spannbandbrücken sind echte Hängebrücken, deren Verkehrsweg auf einer nach einer SejNinie geformten Stahlbetonplatte abgestützt ist. Die Spannstäbe der Spannbandbrücke sind zwischen Widerlagern, in denen Bewehrungen verankert sind, eingespannt. Je nach den Abmessungen der Brücke weist diese eine breite Hauptöffnung oder eine oder mehrere Hauptöffnungen sowie zusätzliche schmalere Nebenöffnungen auf. Spannbandbrücken wurden bisher mit einem unmittelbar zu befahrenden Spannband aus Stahlbeton oder mit einem auf das Spannband aufgesattelten torsionssteifen Kastenträger aus Stahl oder Stahlbeton gebaut oder geplant; vgl. Festschrift Ulrich Finsterwalder, 50 Jahre für Dywidag, herausgegeben von Dyckerhoff & Widmann AG, München, Verlag G. Braun, Karlsruhe 1973, Seiten 172 bis 183.

Wird bei einer Spannbandbrücke das Spannband unmittelbar befahren, so ist dieses durch Schwinfungen gefährdet bzw. in seiner Gebrauchsfähigkeit eingeschränkt. Schwingungen können z. B. durch Wind ausgelöst werden, wenn Wirbel mit einer von der Windgeschwindigkeit abhängigen Frequenz mit der allerdings niedrigen Eigenfrequenz des Spannbandes übereinstim- :Tien. Durch einen orkanartigen Wind kann z. B. auch

is eine Kippbewegung bzw. Drehschwingung um die Längsachse des Spannbandes auftreten. Schwingungen können aber auch durch den Verkehr ausgelöst werden, wenn die von einzelnen Fahrzeugen herrührenden Durchbiegungen in der gleichen Frequenz wie die Eigenfrequenz des Spannbandes auftreten. Ein weiterer Mangel ist darin zu sehen, daß ein einseitig befahrenes Spannband am Rand um etwa 30% mehr beansprucht wird als bei einer gleichmäßig über die Breite des Spannbandes verteilten Vollast.

Wird das Spannband mit einem torsionssteifen Kasten, auf dem der Verkehrsweg aufgebracht ist, aufgesattelt, so fallen diese obigen Mangel fort. Das Spannband verliert jedoch seine Fähigkeit, sich den Längenänderungen aus Temperatur und den wechselnden BeIastungen durch geringe Formänderungen ohne nennenswerte Biegemomente anzupassen. Es entstehen Eigenspannungen, die das System komDlizieren.

Aus der DE-AS 21 52 030 ist eine Brücke zur Überbrückung von mehreren öffnungen, seien es Haupt- oder Nebenöffnungen bekannt, die ebenfalls mit einer Aufsattelung versehen ist, die sich auf mehreren, stets unterhalb der Fahrbahn parallel zueinander verlaufenden Zugkabeln abstützt. Diese Zugkabel entsprächen bei einer Spannbandbrücke dem eigentlichen Spannband. Die Aufsattelung besteht hierbei vorzugsweise aus V- bzw. Y-förmigen Querstützwänden, die einzelne Fahrbahntafeln tragen und an ihrem Boden auf den Zugkabeln gegen axiale Verschiebung gesichert festgelegt sind. Bei Verkehrslasten werden die einzelnen EIemente mit ihren benachbarten Fahrbahntafeln gegeneinander bzw. gegen das ortsfeste Brückenwiderlager gedrückt. Durch diese Verpressung und die Verankerung der Querstützwinde an den Zugkabeln wird erreicht, daß die einzelnen Aufständerungen innerhalb der Brückenöffnungen in sich starr sind. Hierdurch soll Biegemomenten entgegengewirkt werden, die z. B. bei Verkehislast entstehen.

Wie oben bereits zu Spannbandbrücken mit Aufsattelung erwähnt, werden durch die im wesentlichen torsionssteife Aufständerung bei Verkehrslasten, Temperaturänderungen etc. Biegemomente in die Brückenkonstruktion eingeleitet, die zu komplizierten Eigenspannungen führen. Der Vorteil, mit einer solchen Konstruktion bei niedriger Bauhöhe eine große Spannweite

eo zu überbrücken, d. h. insgesamt einen schlanken Brükkenaufbau zu gewährleisten, wird durch die konstruktionsbedingten Eigenspannungen des Brückenbauwerks zumindest teilweise wieder aufgehoben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine

b5 Spannbandbrücke der in Rede stehenden Art eine Konstruktion anzugeben, die auch bei großen Spannweiten praktisch keine Eigenspannungen aufweist und gleichzeitig wirtschaftlich zu fertigen ist.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Der Erfindungsgedanke besteht demnach darin, bei den breiten Hauptöffnungen eine in Längsrichtung der Brücke biegeweiche Fahrbahndecke auf das Spannband aufzusatteln, während bei dv;n gegebenenfalls vorhandenen schmaleren Nebenöffnungen das Spannband direkt befahrbar ist. Eine derartige Konstruktion mit einer Aufsattelung einer in Längsrichtung biegeweichen Fahrbahndecke hindert das Spannband nicht, die durch die Verkehrslast bedingte Form der Kettenlinie anzunehmen. Die in Längsrichtung biegeweiche Aufsattelung verhindert andererseits, daß die oben erwähnten Schwingungen der Spannbandbrücke auftreten können. Die Nebenöffnungen sind hingegen in der Regel so schmal, daP hier das Spannband direkt befahren werden kann, da bei derartigen Spannweiten die Probleme hinsichtlich Schwingungen beherrscht werden können.

Vorzugsweise ist die Aufsattelung in der Mitte der Spannweite des Spannbandes über der Hauptöffnung oder den Hauptöffnungen jeweils durch eine Raumfuge in Querrichtung des Spannbandes in zwei Teiie getrennt Hierdurch kann sich das Spannband den Längenänderungen aufgrund Temperatur und wechselnden Belastungen durch geringe Formänderung ohne nennenswerte Biegemomente anpassen und die Aufsattelung diesen Längenänderungen folgen.

Die in Längsrichtung biegeweiche Aufsatteiung ist vorzugsweise eine in Querrichtung des Spannbandes steife Fachwerkkonstruktion, die in Längsrichtung des Spannbandes biegeweich ist. Dies kann z. B. durch Schrägstäbe in der Längsebene des Fachwerks erreicht werden, die in ihrer Längsrichtung geteilt und mit Stoßdämpfern ausgerüstet sind. Ein solches Fachwerksystem hindert das Spannband nicht, die durch die Verkehrslasten bedingte Form der Kettenlinie anzunehmen. Die in den geteilten Schrägstäben befindlichen Stoßdämpfer gewährleisten, daß keine Schwingungen des Spannbandes eintreten, da diese bereits im Entstehen durch die Dämpfung über die Stoßdämpfer verhindert werden.

Um die erwähnten Belastungen des Spannbandes bei einseitiger Belastung auszugleichen, wird das Spannband vorzugsweise um ca. 15% breiter ausgeführt als die Fahrbahndecke. Die Lastverteilung in der Querrichtung wird durh die Vorspannung des Spannbandes in Querrichtung und durch Querträger der Aufsattelung reguliert.

Die Konstruktion des Spanribandes hängt mit der Ausbildung der Nivelette des Verkehrsweges eng zusammen, da das Spannband meist nicht an den Pfeilern der Hauptöffnung endet, sondern mit Nebenöffnungen bis zu den Widerlagern weitergeführt wird. Durch die Pfeiler schließt sich an die als Wanne ausgebildete Hauptöffnung eine Kuppe an, die bei einem modernen Schnellverkehrsweg einen Radius von mindestens 8000 Metern aufweisen soll. Eine Spannbandbrücke gemäß der Erfindung mit direkt befahrenem Spannband an den Nebenöffnungen kann diesem Radius bis zu einer Spannweite von etwa 80 Metern folgen. Das Spannband wird dabei so ausgebildet, daß die unter dem Eigengewicht des Spannbandes durchgebogenen Spannstäbe innerhalb der Dicke des Spannbandes in Feldmitte bei den Nebenöffnungen unten und über den beidseitigen Abstützungen oben angebracht sind. Durch diese Konstruktion bilden die über d^;e Zwischenstützen gespannten Spannstäbe des Spannbandes ein durchhängendes Polygon, die Fahrbahn jedoch eine nach oben gewölbte Spannbetonplatte. Durchhang des Spannbandes und Wölbung der Fahrbahn können innerhalb der Dicke des Spannbandes untergebracht werden.

Eine Spannbandbrücke gemäß der Erfindung hat gegenüber bisher geplanten und ausgeführten Spannbandbrücken zwei entscheidende Vorteile.

Der erste Vorteil besteht darin, daß der Krümmungsradius des Spannbandes in den Hauptöffnungen nicht mehr von der Nivelette der Fahrbahn abhängig ist, sondem kleiner sein kann. Da die Neigung einer Schneüfahrbahn auf etwa 5% beschränkt ist, wurden ein unmittelbar befahrenes Spannband einen Krümmungsradius von L/(2 χ 0,05) entsprechend der zehnfachen Spannweite erfordern. Die wirtschaftliche Grenze wäre jedoch bei einer Länge L von 200 Metern überschritten. Größere Spannweiten in den Hauptöffnungen, bis zu 400 Metern und mehr lassen sich durch die biegeweiche Aufsattelung des Verkehrsweges erreichen, auch wenn die Neigung des Spannbandes an den beiden Enden der Hauptöffnung bis etwa 15% betragen „unn. Eine Grenze für die Aufsattelungskonstruktion ist selbstverständlich die Höhe der Aufsattelung.

Der zweite entscheidende Vorteil der Erfindung betrifft die Ausschaltung der durch Wind und Verkehr erregten Schwingungen. Das Dämpfungssystem der Spannbandbrücke durch die in Längsrichtung biegeweiche Aufsattelung an den Hauptöffnungen behindert zum einen nicht die durch die Lasten bedingten Bewegungen des Spannbandes, verhindert jedoch zuverlässig ein Aufschaukeln der Brückenschwingungen.

Diese beiden Gedanken ermöglichen es, für große Spannweiten mit kleiner Konstruktionshöhe Brücken ohne eine über der Fahrbahn gelegene Konstruktion zu bauen. Dies ist z. B. wegen des Flugverkehrs an vielen Orten äußerst erwünscht.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung stellt dar:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Spannbandbrücke gemäß der Erfindung mit einer Hauptöffnung und zu beiden Seiten der Hauptöffnung jeweils zwei Nebenöffnungen;

F i g. 2 eine schematische Konstruktion des Teiles der Spannbandbrücke der Hauptöffnung mit Spannband und einer aufgesattelten Konstruktion für die Fahrbahndecke:

Fig. 3 eine schematische perspektivische Ansicht eines Teiles der Aufsattelung;

Fig.4 einen Teilquerschnitt durch das Spannband der Spannbandbrücke im Bereich der Aufsattelung;

Fig. 5 einen schematischen Querschnitt der Spannbandbrücke im Bereich eir.er an die Hauptöffnung sich anschlieiJejiden Nebenöffnung.

!n F i g. 1 ist schematisch eine Spannbandbrücke 1 mit einer Hauptöffnung 2 von einer Spannweite von etwa 400 Metern und zu beiden Seiten der Hauptöffnung jeweils drei Nebenöffnungen 3 mit Spannweiten von ca. 70 Metern gezeigt, ^ie Spannbandbrücke überspannt z. B. mit der Hauptöffnung einen Fluß. Tragendes EIement der Spannbandbrücke ist ein Spannband 4, z. B. aus Stahlbeton mit Stahl 42/50, welches an beiden Enden der Brücke in Widerlagern 5 gespannt ist und von dort über die die Nebenöffnungen und die Hauptöffnung begrenzenden Stützpfeiler 6 geführt ist. Das Spannband wird im Bereich der Nebenöffnungen 3 direkt vom Verkehr befahren, während im Bereich der Hauptöffnung 2 auf das durchhängende Spannband 4 eine in Längsrichtung des Spannbandes biegeweiche,

die Fahrbahndecke tragende Aufständerung 7 aufgesattelt ist. Das Spannband 4 ist über die gesamte Länge der Brücke etwa 15% breiter als die Fahrbahndecke, steht demnach im Bereich der Hauptöffnung 2 über die Seitenbegrenzung der Aufsattelung 7 hinaus. Das Spannband hat dann z. B. eine Breite von Jb Metern und eine Dicke von ca. 14 cm. das Spannband hängt bei einer Spannweite von ca. 400 Metern über die Hauptöffnung in deren Mitte etwa 15 Meter durch, die Aufsattelung an diener Stelle hat eine Höhe von etwa IO Metern, so daß die Fahrbahndecke /wischen den Begrenzungspfeilern der Hauptöffnung um etwa b Meter durchhängt. Hier aus ergibt sich ein Fahrbahngefälle zwischen J und 5%.

Das Spannband selbst ist. wie in F i g. 4 gezeigt, eine Stahlbetonkonstruktion mit einer Vielzahl parallel liegender Spannstäbe 8. die bei den oben angegebenen Ausmaßen der Spannbandbrücke 57 mm Durchmesser haben und in einem Achsabstand von 7 cm nebeneinander verlaufen. Für die angegebene Breite von Jb Metern sind auf diese Art ca. 500 Spannstäbe aus Stahl notwendig. Das Spannband ist außerdem noch mit .Spannstäben 9 in Querrichtung zu beiden Seiten der Längsspannstäbe 8 verspannt: vgl. F i g. 4.

Wie aus den F i g. 2 und 3 hervorgeht, ist die Konstruktion der Aufsattelung 7 eine Fachwerkskonstruktion, die in Querrichtung des Spannbandes biegesteif, jedoch in Längsrichtung des Spannbandes biegeweich ist Im einfachsten Falle besteht diese Fachwerkskonstruktion aus in geringen Stützabständen auf dem Spannband errichten ι vertikalen Stützen 10. die an ihrem oberen Ende durch Querstreben Il miteinander verbunden sind. Die Stützen einer Fachwerkreihe sind durch Diagonalstreben 12 versteift, so daß die Konstruktion aus Stützen 10. Querstreben 11 und Diagonalstreben 12 eine in Querrichtung steifen Fachwerksrahmen ergibt. Über die Länge des SpannDandes im Bereich der Hauptöffnung sind eine Vielzahl derartiger Fachwerksrahmen angeordnet. Die äußeren Stützen benachbarter Fachwerksrahmen werden durch Diagonalstreben 13 miteinander verbunden, in denen Stoßdämpfer 14 angeordnet sind: vgl. F i g. 3. Auf diese in Längsrichtung biegeweiche Fachwerkstruktur ist dam die Fahrbahndecke 15 aufgebracht.

Wie aus den F i g. 1 und 2 hervorgeht, ist die Aufsattelung 7 in der Mitte der Hauptöffnung 2 durch eine hier nur angedeutete Raumfuge 16 von einigen Zentimetern Breite getrennt.

In F i g. 5 ist ein Teil der Spannbandbrücke im Bereich der an die Hauptöffnung 2 anschließenden ersten Nebenöffnung 3 gezeigt. Über der Spannweite der Nebenöffnung 3 hängt das zwischen den Stützpfeilern 6 verlaufende Spannband 4 nur geringfügig, und zwar in der Größenordnung bis etwa 10 cm durch. Um den Fahrbahnverlauf an dem Übergang von der Hauptöffnung zur Nebenöffnung glatt zu gestalten, schließt sich in der Regel an das Gefälle der Fahrbahn im Bereich der Hauptöffnung eine Kuppe 17 im Bereich der Nebenöffnung an. Um die Sichtverhältnisse auf der Brücke günstig zu halten, sollte der Mindestradius derartiger Kuppen etwa im Bereich von 8000 Metern liegen. Die Kuppe kann ohne zusätzliche Konstruktionen wie Aufständerungen usw. erzeugt werden, wie dieses in Verbindung mit Fig. 5 erläutert wird. Hierzu wird der Beton um die nur geringfügig durchhängenden Spannstäbe 8 so aufgebaut daß an den beiden begrenzenden Stützpfeilern 6 der Nebenöffnung 2 die Spannstäbe 8 innerhalb des Spannbandes 4 oberhalb der Mitte des Spannbandes liegen, während die Spannstäbe in der Feldmitte der Nebenöffnung i unterhalb der Mitte des Spannbandes liegen. Durch die geringe Durchhängung der Spannbänder 8 bei den kleinen Spannweiten gelingt es. die Kuppe direkt durch das Spannband auszubilden, da der llauptanteil des Betons in der Fcldmitte oberhalb der Spannstäbe 8. im Bereich der Stützpfeiler jedoch unterhalb der Spannstäbe liegt. Trotz der nach unten durchhängenden Spannstäbe 8 verläuft das Spannband 4 insgesamt jedoch nach oben gewölbt.

Auch wenn im obigen eine Spannbandbrücke mit lediglich einer Hauptöffnung Lind mehreren Nebenöffnungen beschrieben worden ist. so gelten die angegebenen Konstruktionsprinzipien selbstverständlich auch für Spannbandbrücken mit lediglich einer einzigen Hauptöffnung bzw. für Spannb;:i!ilbrücken mit mehreren Hauptöffnungen oder mehreren Nebenöffnungen.

Hior/Il 7 Rl:ill

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Spannbandbrücke mit einer Hauptöffnung oder mit Haupt- und Nebenöffnungen, deren Verkehrsweg auf einer nach einer Seülinie geformten, ein Spannband bildenden Stahlbetonplatte abgestützt ist, die zwischen Widerlagern, in denen die Bewehrungen verankert sind, oder zwischen Widerlagern und Pfeilern verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß bei den Hauptöffnungen (2) eine in Querrichtung der Brücke (1) steife, in Längsrichtung der Brücke jedoch biegeweiche, die Fahrbahndecke (15) aufnehmende Aufständerung (7) auf das Spannband (4) vorgesehen ist, die so ausgestaltet ist, daß das Spannband die durch die Verkehrslasten bedingte Form der Kettenlinie einnehmen kann, und daß bei den ggf. vorhandenen Nebenöffnungen (3) das Spannband (4) direkt befahrbar ist.

2. Spannbundbrücke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufständerung (7) im Bereich der Hauptöffnungen (2) in deren Mitte durch eine Raumfuge (16) in Querrichtung des Spannbandes (4) getrennt ist.

3. Spannbandbrücke nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufständerung (7) in Querrichtung des Spannbandes (4) auf dieses vertikal aufgestützte steife Fachwerksrahmen (10,11,12) aufweist, wobei benachbarte Fachwerksrahmen durch Diagonalstreben (13) miteinander verbunden sind, in denen i'ioßdämpfer (14) angeordnet sind.

4. Spannbandbrücke nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Diagonalstreben (13) mit den Stoßdämpfern (14) an den fachwerksrahmen (10, 11,12) lediglich an deren Außenseiten angeordnet sind.

5. Spannbandbrücke nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung einer Kuppe der Fahrbahndecke (15) im Bereich einer Nebenöffnung (3) die unter dem Eigengewicht des Spannbandes (4) durchgebogenen Spannstäbe (8) innerhalb der Dicke des Spannbandes (4) in der Mitte der Nebenöffnung unten und im Bereich der Stützpfeiler (6) im Spannband oben angebracht sind.

6. Spannbandbrücke nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannband (4) breiter als die Fahrbahndecke (15), insbesondere ca. 15% breiter als diese ausgebildet ist.

7. Spannbandbrücke nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannband (4) in Querrichtung durch Spannstäbe (9) vorgespannt ist.