DE3410438C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein mehrfeldriges Brückentragwerk aus Stahl- und/oder Spannbeton gemäß dem Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1 sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Neben dem Bau von Großbrücken mit großen Einzelspannweiten gewinnt der Bau von mehrfeldrigen Brücken mit vielen kleinen Spannweiten bei denen oft sogar die Fahrbahn in verhältnis­ mäßig geringer Höhe über dem Gelände verläuft zunehmende Bedeutung. Vor allem beim Bau solcher Brücken kommt es, um an Baukosten zu sparen nicht nur darauf an einfache und übersichtliche statische Verhältnisse zu haben und die jeweils eingesetzten Baumaterialien optimal auszunützen, sondern auch darauf wirtschaftliche Bauverfahren einsetzen zu können. In diesem Zusammenhang sind taktweise Bauver­ fahren entwickelt worden bei denen jeweils gleichartige Bauvorgänge in mehrfacher Folge nacheinander ablaufen.

Für Stahl- und/oder Spannbetonbrücken mit großen Spannweiten wird für den Überbau ein Kastenquerschnitt bevorzugt. Dabei wird angestrebt, daß in den für die Bemessung maßgebenden Schnitten sowohl in der oberen, wie auch in der unteren Platte die Druckfestigkeit des Betons als Druckzone - bei Spannbetonbrücken auch als vorgedrückte Zugzone - voll oder weitgehend ausgenutzt und auch die Torsionsfestigkeit des Kastenquerschnitts genutzt werden.

Bei kleineren Spannweiten mit ausreichender Bauhöhe kann die Druckfestigkeit der oberen und unteren Platten nicht mehr ausgenutzt werden. Der Verzicht auf die untere Platte führt zu dem bei mittleren und kleinen Spannweiten viel verwende­ ten Plattenbalkenquerschnitt. Die obere Platte kann weder entfallen, noch deren Querschnitt verkleinert werden, da sie die Fahrbahn bildet.

Die bei einem Kasten- und Plattenbalkenquerschnitt vor­ handene monolithische Verbindung von Platten und Stegen hat Vor- und Nachteile. Im Bereich kleiner Spannweiten überwie­ gen die Nachteile. Dies gilt vor allem dann wenn die Fahr­ bahnplatte die Zugzone bildet also bei Kragträgern und bei Durchlaufträgern im Stützenbereich. Die für die Aufnahme der Biegemomente anrechenbare sogenannte "mitwirkende Platten­ breite" ist vor allem bei breiten Brücken meist kleiner als die Gesamtplattenbreite. Die Normalkräfte aus der Vorspan­ nung verteilen sich jedoch über die gesamte Plattenbreite. Dadurch wird gegenüber einem Querschnitt mit einer kleinst­ möglichen Zugzone zusätzlicher Spannstahl in Längsrichtung und außerdem zusätzlich Stahl zur Einleitung der Schubkräfte in die Fahrbahnplatte benötigt. In bestimmten Fällen gilt dies auch dann wenn die Fahrbahnplatte Druckzone ist.

In allen Fällen jedoch gilt, daß bei Ortbetonkonstruktionen die Platten zusammen mit den Stegen oder unmittelbar an­ schließend betoniert werden und daß die Vorteile die eine Aufteilung des Querschnitts in aufeinanderfolgende Betonier­ vorgänge in baubetrieblicher Hinsicht bringt nicht genutzt werden können.

Eine Ausnahme hierzu bildet das gattungsgemäße Brückentrag­ werk bei dem die Fahrbahntafel als Sekundärkonstruktion unter Zwischenschaltung von Lagern auf eine Primärkonstruk­ tion bildenden Längsträgern aufliegt (DE-OS 31 44 558). Die Fahrbahntafel besteht hier aus einer Vielzahl von schmalen, dicht an dicht verlegten Betonfertigteilen, die durch meist zwei an den Brückenenden verankerte Betonbänder untereinan­ der unverschieblich verbunden sind um so in der Ebene der Fahrbahntafel auftretende Horizontallasten, z.B. Brems- und Anfahrkräfte ohne Belastung der Pfeiler unmittelbar abtragen zu können. Diese Ausbildung hat vor allem den Zweck, den Querschnitt der Betonbänder als durchlaufende und somit Formänderungen infolge von Temperaturunterschieden unter­ worfene Bauteile und damit auch die von diesen ausgeübten temperaturabhängigen Kräfte so gering wie möglich zu halten. Die Betonfertigteile sind an den Betonbändern wie an einem Gummiband aufgereiht, so daß sich Längenänderungen infolge von Temperaturunterschieden weitgehend gleichmäßig auf alle Fugen zwischen den Betonfertigteilen verteilen. Unter diesen Umständen bleiben die Bewegungen in der Vielzahl von Quer­ fugen klein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde unter Ausnützung der statischen und konstruktiven Möglichkeiten, welche die Trennung eines Brückenüberbaus in eine Fahrbahntafel als Sekundärkonstruktion und Längstragglieder als Primärkon­ struktion bietet jedoch unter Vermeidung durchgehender und somit Zwängungskräften unterworfener Bauteile zur Abtragung der Horizontalkräfte eine wirtschaftliche Möglichkeit zur Herstellung mehrfeldriger Brückentragwerke aus Stahl- und/ oder Spannbeton zu schaffen.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen.

Eine besonders vorteilhafte Herstellmöglichkeit für ein solches Brückentragwerk gibt Anspruch 11 an.

Wesentlich für die Erfindung ist, daß die Sekundärkonstruk­ tion also die Fahrbahntafel, aus Abschnitten besteht, deren Länge größer ist als die Länge der Längstragglieder der Primärkonstruktion und daß die Auflagerung dieser Abschnitte auf den Längstraggliedern so getroffen ist, daß neben den allseits beweglichen Kipplagern je Längstragglied mindestens ein festes Lager vorgesehen ist. Damit gelingt eine eigen­ ständige Dimensionierung der unterschiedlichen Tragglieder von Primär- und Sekundärkonstruktion unter voller Ausnützung ihrer jeweiligen statischen und konstruktiven Gegebenheiten, jedoch ohne Nachteile hinsichtlich der Abtragung von Horizontalkräften. Diese werden vielmehr in im wesentlichen gleicher Weise wie bei einem Brückenzug aus Einfeldträgern abgetragen.

So ist von Vorteil daß einfache statische Verhältnisse geschaffen werden weil die Bauglieder der Primär- bzw. Sekundärkonstruktion jeweils optimal auf die von ihnen zu erfüllenden Aufgaben hin konstruiert und dimensioniert werden können. Eine Vereinfachung ergibt sich beispielsweise dadurch daß die Längstragglieder durch die Quertragglieder infolge vertikaler Lasten nur Vertikalkräfte erhalten daß in den Längstraggliedern also keine Biegemomente in Quer­ richtung entstehen. Außerdem können die Längstragglieder entsprechend ihrem geringeren Querschnitt vorgespannt werden ohne daß die Vorspannkraft in die Fahrbahnplatte hinein ausstrahlt. Da die Abschnitte der Fahrbahnplatte nicht oder nur in geringem Maße vorgespannt zu werden brauchen erleiden sie auch keine Kriechverformungen in Längsrichtung. Dadurch bleiben die Längsverschiebungen bei Lagern und Übergangskonstruktionen gegenüber ungeteilten Spannbetonquerschnitten mit gleichem Abstand der Übergangs­ konstruktionen geringer.

Besonders vorteilhaft ist die Anwendung der Erfindung auf Konstruktionen, bei denen die Primärkonstruktion aus nach entgegengesetzten Richtungen vorkragenden Kragarmen besteht, die mit den Stützen biegesteif verbunden sind. Durch die mit festen Lagern an die Primärkonstruktion angeschlossene Sekundärkonstruktion entsteht ein Rahmentragwerk. Diese Rahmentragwerke bieten die bei üblichen Rahmen bekannten Vorteile wie z.B. die Abtragung von horizontalen Brems­ kräften durch mehrere Pfeiler und den Abbau der Biegemomente in den Stützen von oben nach unten. Darüber hinaus werden aber Zwängungsschnittgrößen infolge der Normalkraftverkür­ zung der Längstragglieder aus der Vorspannung vermieden, weil deren Stauchung infolge der Vorspannkraft nicht behin­ dert wird und die Sekundärkonstruktion, da sie praktisch keine Längstragwirkung hat, in Längsrichtung nicht oder nur unbedeutend vorgespannt zu werden braucht.

Eine besondere Bedeutung erlangt diese Kragarmkonstruktion dadurch daß Querkraftgelenke an den Kragarmenden entbehr­ lich werden. Wenn die Sekundärkonstruktion die mit in engen Abständen angeordneten Lagern auf der Primärkonstruktion aufliegt im Bereich der Bewegungsfugen der letzteren fugenlos ist, dann kann sie die Funktion eines Querkraftge­ lenkes übernehmen. Die Lager der Sekundärkonstruktion sind dabei durch das Eigengewicht so stark vorbelastet, daß diese sich unter Verkehrsbelastung nicht abhebt und somit Quer­ kräfte über die Fuge hinweg abgetragen werden können. Abge­ sehen von der dadurch erzielten Kosteneinsparung der konstruktiven Vereinfachung und des Wegfalls der Wartung können die Fugen in der Primärkonstruktion so breit sein daß die Spannglieder der Kragarme an den Stirnflächen gespannt werden können, ohne daß ein Knick in der Fahrbahn im Bereich der Fuge zu befürchten wäre, da dieser durch die Sekundärkonstruktion ausgerundet wird.

Die Erfindung hat auch Vorteile in baubetrieblicher Hin­ sicht, da nur die Primärkonstruktion, die meist nicht mehr als ein Drittel der Gesamtmassen des Überbaues ausmacht mit wandernder Baustelle ausgeführt werden muß, während die gesamte Sekundärkonstruktion in einer stationären Anlage gefertigt und längsverschoben werden kann. Diese stationäre Anlage kann entweder hinter einem Brückenwiderlager oder auch innerhalb des Brückenzuges angeordnet werden, wobei die dort hergestellten Abschnitte dann in entgegengesetzten Richtungen verschoben werden. Hier liegt ein weiterer Vor­ teil der Erfindung darin daß die Abschnitte der Sekundär­ konstruktion über mit verhältnismäßig enger Teilung ange­ ordnete Lager über die Primärkonstruktion verschoben werden, so daß die Nachteile des bekannten Takt-Schiebe-Verfahrens (stark wechselnde Beanspruchungen des Brückenüberbaus während des Vorschiebens) nicht auftreten.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch den Überbau eines Brücken­ tragwerks nach der Erfindung

Fig. 2 in Seitenansicht die Herstellung eines mehrfeldrigen Brückentragwerks die

Fig. 3 bis 6 in Seitenansicht Ausführungsformen mehrfeldri­ ger Brückentragwerke nach der Erfindung mit unter­ schiedlichen statischen Systemen

Fig. 7 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform für ein Brückentragwerk nach Art einer Trogbrücke und

Fig. 8 einen Hohlkastenquerschnitt.

Bei dem in Fig. 1 im Querschnitt dargestellten Brückenüber­ bau besteht die Primärkonstruktion aus zwei Längsträgern 1 und 2 mit I-Querschnitt. Auf der Oberseite der oberen Flanschen der Längsträger 1, 2 sind in verhältnismäßig engen Abständen voneinander Lager 3 angeordnet. Auf diesen Lagern 3 liegt die die Sekundärkonstruktion bildende Fahrbahntafel 5 auf, die im Bereich der Längsträger 1 bzw. 2 Verdickungen 6 hat. Die Lager 3 sind als Punktkipplager vorzugsweise als Elastomerelager, ausgebildet. Die Breite b der Längsträger 1 und 2 ist gering gegenüber der Gesamtnutzbreite B der Fahrbahntafel 5.

In den Fig. 3 bis 6 sind in schematischer Seitenansicht einige Brückentragwerke dargestellt, die sich in konstruk­ tiver Hinsicht und hinsichtlich des statischen Systems voneinander unterscheiden. Die - in der Regel untereinander gleiche - Spannweite der Längsträger 1, 2 der Primärkon­ struktion ist mit L bezeichnet. Auf den Oberseiten der Längsträger 1, 2 sind in gegenüber der Spannweite L geringen Abständen 1 voneinander Elastomerelager 3 angeordnet, die als bewegliche Punktkipplager wirken. Auf diesen Lagern liegen die einzelnen Abschnitte 5 a bis d der Fahrbahntafel 5 auf. Zur Übertragung von horizontalen Lasten z.B. Bremskräf­ ten ist im Bereich jedes einzelnen der Fahrbahntafelab­ schnitte 5 a bis d mindestens ein Lager als festes Lager 11 ausgebildet.

Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 3 und 4 sind die Längsträger 1, 2 als Einfeldträger ausgebildet und liegen auf den Zwischenstützen 7 bzw. den Widerlagern 8 in an sich bekannter Weise jeweils auf einem festen Lager 9 und einem beweglichen Lager 10 auf. Bei dem Brückentragwerk gemäß Fig. 3 haben die Fahrbahntafelabschnitte 5 a dieselbe Länge wie die Längsträger 1, 2; die Fahrbahntafelabschnitte 5 a sind aber gegenüber den Längsträgern 1, 2 so angeordnet, daß die Bewegungsfugen 12 in Feldmitte liegen, also gegenüber den Stößen der Einfeldträger 1, 2 versetzt sind.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 4 entspricht im wesentlichen derjenigen nach Fig. 3, jedoch sind die Abschnitte 5 b der Fahrbahntafel 5 länger ausgebildet; sie reichen über mehrere Längsträger 1, 2 hinweg. Im Bereich eines jeden Längsträgers 1 bzw. 2 ist neben den Elastomerelagern 3 mindestens ein festes Lager 11 angeordnet um die Übertragung von horizontalen Längskräften zu gewährleisten. Durch die Fahrbahntafelabschnitte 5 b sind auf diese Weise mehrere Längsträger 1, 2 miteinander verbunden, so daß im Bereich jedes Fahrbahntafelabschnitts 5 b auch nur ein festes Lager 9 eines Längsträgers auf einer Stütze 7 angeordnet zu sein braucht.

Ein ganz anderes statisches System zeigen die beiden Fig. 5 und 6. Hier besteht die Primärkonstruktion aus Kragarmen 13, 14 die aus jeweils einer Stütze 15 beidseits auskragen und mit diesen eine biegesteife Einheit bilden. Ähnliche Konstruktionen sind auch im Bereich der Widerlager 16 vorgesehen.

Bei den Tragwerk nach Fig. 5 sind an den Enden der einander zugewandten Kragarme 13 bzw. 14 Querkraftgelenke 17 vorge­ sehen d.h. Verbindungen, die lediglich Querkräfte nicht aber Längskräfte oder Biegemomente übertragen können. Auf den Kragarmen 13, 14 sind ähnlich wie auf den Längsträgern 1, 2 über Elastomerelager 3 und feste Lager 11 Abschnitte 5 c der Fahrbahntafel 5 aufgelegt. Im Bereich jeweils einer dieser aus Pfeilen und Kragarmen bestehenden Konstruktionen ist ein festes Auflager 11 angeordnet, das möglichst im Bewegungsnullpunkt also in der Nähe einer Stütze 15 liegen sollte. Diese Konstruktionen bilden rahmenartige Tragwerke mit den bei üblichen Rahmen bekannten Vorteilen allerdings ohne deren Nachteile.

Die horizontalen Bremskräfte werden durch mehrere Pfeiler abgetragen und die Biegemomente werden, wie bei Rahmen üblich, von oben nach unten abgebaut. Die bei Rahmenkon­ struktionen sonst auftretenden Normalkräfte werden demgegen­ über von der Sekundärkonstruktion aufgenommen. Zugleich werden Zwängungskräfte infolge der Normalkraftverkürzung der Längstragglieder aus der Vorspannung vermieden, weil deren Stauchung infolge der Vorspannkraft nicht behindert wird.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform dieser Konstruk­ tion ist in Fig. 6 gezeigt. Auch diese Konstruktion geht davon aus daß Kragarmpaare 18, 19, die mit steifen Stützen 20 monolithisch verbunden sind eine sehr zweckmäßige und wirtschaftliche Konstruktion darstellen. Auch hier dienen die Kragarmpaare 18, 19 der Primärkonstruktion nur als Unterkonstruktion auf der die Fahrbahntafel 5 mit in engen Abständen angeordneten Elastomerelagern 3 bzw. festen Lagern 11 aufliegt. Wenn die Fahrbahntafel 5 in dem Bereich, in dem die Unterkonstruktion Fugen aufweist keine Fugen besitzt, dann kann sie die Funktion eines sogenannten Querkraftgelenkes nämlich die Übertragung von Querkräften bei unsymmetrischer Verkehrsbelastung übernehmen. Die Lager 3, 11 sind dabei durch das Eigengewicht so stark vorbelastet, daß unter Verkehrslast kein Abheben stattfindet und somit Querkräfte über die Fuge hinweggetragen werden können. Die festen Lager 11 sind so verteilt daß jeder Abschnitt 5 d der Sekundärkonstruktion mit mindestens einem solchen auf die Primärkonstruktion abstützt.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Trennung der Brückenkon­ struktion in zwei Teile nämlich eine Primärkonstruktion und eine Sekundärkonstruktion führt über die geschilderten statischen und konstruktiven Vorteile hinaus auch zu einem sehr wirtschaftlichen Bauverfahren, das in Fig. 2 angedeutet ist. Nach Fertigstellung der Primärkonstruktion also z.B. der Längsträger 1, 2 oder der Rahmen mit den Kragarmpaaren 13, 14 bzw. 18, 19 nach an sich bekannten Fertigungsmethoden kann die Fahrbahntafel 5 der Sekundärkonstruktion an einer Fertigungsstation F hinter einem der Widerlager 8 in einer ortsfesten Schalung abschnittsweise gefertigt und über die Lager 3 hinweg in die endgültige Position vorgezogen bzw. -geschoben werden. In Fig. 2 ist eine Situation dargestellt, in der die Primärkonstruktion aus den Längsträgern 1, 2 fertiggestellt ist und in der die Abschnitte 5 a der Fahr­ bahntafel 5 in Richtung eines Pfeils 23 in die endgültige Position verschoben werden.

Zu diesem Zweck ist es lediglich erforderlich, Gleitbahnen, z.B. polierte Metallplatten, vorzusehen mit denen die Fahrbahntafel 5 über die Lager 3 hinweggleiten kann. Diese Gleitbahnen können an den Unterseiten der Fahrbahntafel 5, also im Beispiel der Fig. 1 an der Unterseite der Verdickungen 6 aber auch auf der Oberseite der Längsträger 1, 2 angeordnet werden. Nach Erreichen der endgültigen Lage werden die Festpunktlager 11 eingebaut.

Die Erfindung ist nicht auf den in Fig. 1 dargestellten einfachen dem Plattenbalkenquerschnitt nachempfundenen Querschnitt beschränkt, sondern auch mit anderen Quer­ schnittsformen zu realisieren. Zwei weitere Ausführungsbei­ spiele sind in den Fig. 7 und 8 gezeigt.

Bei dem in Fig. 7 dargestellten Brückenquerschnitt sind die Längsträger 24 und 25 unsymmetrisch nach Art einseitig offener U-Profile ausgebildet. Der untere Flansch 26 weist eine zur Innenseite hin gerichtete Verbreiterung 27 auf, wodurch eine durchgehende Konsole für die Lager 3 bzw. 11 gebildet wird. Auf den Lagern 3, 11 liegt dann die Fahrbahntafel 28 auf, die im Beispiel der Fig. 7 aus einer dünnen Platte 29 besteht die durch Randträger 30 und Querträger 31 ausgesteift ist.

Nach der Erfindung läßt sich auch ein Hohlkastenquerschnitt realisieren, wie in Fig. 8 dargestellt. Hier sind die Längsträger 32, 33 auf deren oberen Flanschen 34 die Fahr­ bahnplatte 35 und auf deren inneren unteren Flanschen 36 eine Bodenplatte 37 aufliegen. In diesem Fall besteht auch die Möglichkeit, die einzelnen Querschnittsteile, wenn sie nacheinander gefertigt und die Teile der Sekundärkonstruk­ tion durch Vorschieben über die Teile der Primärkonstruktion in ihre endgültige Lage gebracht wurden, schubfest und/oder biegesteif miteinander zu verbinden.

Claims (8)

1. Mehrfeldriges Brückentragwerk aus Stahl- und/oder Spannbeton mit einer die Spannweite zwischen den Widerlagern bzw. Zwischenunterstützungen überbrückenden, Längstragglie­ der bildenden Primärkonstruktion, deren Breite insgesamt nur einen Teil der Gesamtnutzbreite der Brücke beträgt und einer die Fahrbahntafel bildenden, aus durch Querfugen voneinander getrennten Abschnitten bestehenden Sekundärkonstruktion, die in gegenüber den Spannweiten in Längsrichtung vergleichsweise geringen Abständen unter Zwischenschaltung von Lagern unmit­ telbar auf den Längstraggliedern aufliegt und die Bewegungs­ fugen der Primärkonstruktion freitragend überbrückt, dadurch gekennzeichnet daß die Abschnitte der Sekundärkonstruktion durch Bewegungsfugen voneinander getrennt sind, deren Abstän­ de voneinander gleich oder größer sind als diejenigen der Primärkonstruktion und die gegenüber den Bewegungsfugen der Primärkonstruktion versetzt angeordnet sind und daß neben als allseits bewegliche Kipplager z.B. Elastomerlager ausgebildeten Lagern (3) feste Lager (11) zur Übertragung von horizontalen Längskräften zwischen Sekundärkonstruktion und Primärkonstruktion vorgesehen sind von denen jedem Ab­ schnitt der Sekundärkonstruktion je Längstragglied min­ destens eines zugeordnet ist.

2. Brückentragwerk nach Anspruch 1, wenn die Abstände der Bewegungsfugen in der Sekundärkonstruktion größer sind als diejenigen in der Primärkonstruktion dadurch gekenn­ zeichnet, daß durch entsprechende Anordnung der festen Lager (11) mehrere Abschnitte der Primärkonstruktion über einem Abschnitt der Sekundärkonstruktion zur Übertragung der horizontalen Längskräfte auf Festpunktpfeiler miteinander verbunden sind.

3. Brückentragwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Längstragglieder der Primärkon­ struktion Einfeldträger (1, 2) sind.

4. Brückentragwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Längstragglieder der Primärkon­ struktion aus in Fundamenten eingespannten Stützen (15 bzw. 20) beidseits auskragende Kragarme (13, 14, 18, 19) sind.

5. Brückentragwerk nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kragarme (13, 14) an ihren Enden durch Querkraftgelenke (17) miteinander verbunden sind.

6. Brückentragwerk nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Lager (11) zwischen Sekundär- und Primärkonstruktion im Bereich der Stützen (15, 20) ange­ ordnet sind.

7. Brückentragwerk nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsfugen (12, 22) der Sekundärkonstruktion im Bereich der Stützen (15, 20) ange­ ordnet sind.

8. Verfahren zum Herstellen eines Brückentragwerks nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte (5 a-d) der Sekundärkonstruktion an min­ destens einer Stelle im Verlauf des Brückenzuges in je­ weils einer ortsfesten Schalung hergestellt und über die vor­ weg hergestellten Längstragglieder der Primärkonstruktion hinweg in ihre endgültige Lage vorgeschoben werden.