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Verankerung für ein spannbares Zugglied, z.B. ein Schrägseil
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für eine Schrägseilbrücke Die Erfindung bezieht sich auf eine Verankerung
für ein spannbares Zugglied gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Für die wirtschaftliche Verwendung von Zuggliedern aus mehreren Einzelelementen
ist die Dauerschwingfestigkeit der Verankerung von besonderer Bedeutung. Zugglieder
dieser Art werden z.B. als Tragkabel von Hängebrücken oder als Schrägseile für Schrägseilbrücken
verwendet. Durch das immer geringer werdende Eigengewicht moderner Brückenkonstruktionen
und die stetig zunehmende Verkehrsbelastung unterliegen diese Zugglieder sich ständig
wiederholenden großen Spannungsänderungen, die über der Dauerschwingfestigkeit der
Verankerungen liegen und somit zu Dauerbrüchen im Verankerungsbereich führen können.
Um eine höhere Dauerfestigkeit im Bereich der Verankerung zu erreichen, ist eine
auf eine größere Länge des Zugglieds verteilte, möglichst stetige Kraftübertragung
erforderlich.
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Zur Erzielung einer höheren Dauerfestigkeit im Bereich der Verankerung
ist es bekannt geworden, die Drähte eines Drahtbündels im Bereich des konischen
Innenraumes einer stählernen Hülse aufzuspreizen, die mit aufgestauchten Köpfchen
versehenen Enden der Drähte in einer stählernen Lochplatte zu verankern und den
Hohlraum innerhalb der Hülse zwischen den Drähten mit kleinen, sehr harten Stahlkugeln
in dichtester Packung zu füllen (Zeitschrift "Die Bautechnik", Heft 8, 1969, S.
263 bis 268). Die Stahlkugeln werden in ihrer Lage durch einen alle Zwischenräume
füllenden Kunststoff gehalten, wodurch ein Ankerkonus aus miteinander verklebten
Stahlkugeln und Kunststoff entsteht, in den die Drähte des Drahtbündels satt eingebettet
sind.
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Bei dieser Verankerung werden bei Beginn der Belastung zunächst Kräfte
von den aufgestauchten Köpfchen auf die Lochplatte abgegeben. Da sich die Lochplatte
ihrerseits nur auf das Kugelgerüst abstützt, wird der Ankerkonus als ganzes in den
sich konisch verjüngenden Hohlraum der Hülse hineingezogen. Durch den dabei zwischen
den Stahlkugeln entstehenden dreidimensionalen Spannungszustand stützen sie sich
gewölbeartig gegeneinander ab und drücken sich teilweise in die Wandungen der Stahlhülse,
infolge ihrer großen Härte aber auch in die Oberfläche der Drähte geringfügig ein.
Diese kleinen plastischen Verformungen beeinflussen die Tragfähigkeit der Drähte
nicht; sie haben lediglich eine örtliche Kaltverfestigung der Drähte an ihrer Oberfläche
zur Folge.
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Wird dieser statischen Grundbelastung eine schwellende Belastung
z.B. aus Verkehrslasten, überlagert, so klingt die schwellende Zugkraft durch die
gewölbeartige Stützwirkung des Kugelgerüstes verhältnismäßig rasch ab und beansprucht
die Köpfchen an den Drahtenden nicht mehr. Die sich im Kugelbereich ausbildenden,
hintereinanderliegenden Gewölbe erlauben so eine stetige Abgabe der Kräfte von den
Drähten auf die
Hülse, wodurchdie Dauerfestigkeit einer derartigen
Verankerung verbessert wird.
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Nachteilig bei dieser Verankerung ist, daß, um die Stützgewölbe entstehen
zu lassen, eine Relativverschiebung notwendig ist, die einen unkontrollierbaren
Schlupf bedeutet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Verankerung dieser
Art eine Möglichkeit zu schaffen, um den bis zur Wirksamkeit der Verankerung auftretenden
Schlupf zu vermeiden.
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Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden
Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß die Ankerplatte,
in der die Einzelelemente des Zugglieds verankert sind, unmittelbar gegenüber der
Stützhülse-und somit gegenüber dem Bauwerk abgestützt sind, so daß die statischen
Lasten, also z.B. das Eigengewicht einer Brücke, unmittelbar übertragen werden können.
Erst nach dem Aufbringen der ständigen Lasten, aber vor dem Aufbringen der dynamischen
Lasten, also z.B. der Verkehrslasten einer Brücke, wird durch von außen aufgebrachte
zusätzliche Mittel der dreidimensionale Spannungszustand zwischen den Metallkörnern
erzeugt, so daß die für die schwellende Beanspruchung angestrebte Verteilung der
Kraftübertragung auf eine größere Länge des Zugglieds bereits beim Auftreten der
dynamischen Belastung vorhanden ist; die Verankerung ist deshalb weitestgehend schlupffrei.
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Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist auch darin zu sehen, daß
die Verankerung nicht erst am Bauwerk zur Wirksamkeit
'kommt, sondern
daß der für ihre Wirksamkeit notwendige dreidimensionale Spannungszustand der Stahlkugeln
auch schon vor dem Einbau herbeigeführt werden kann.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der Anwendung von Metallkörnern
unterschiedlicher Korngröße in geschichteter Anordnung, wodurch die Oberflächenverformung
sowohl an der Innenwand der Stützhülse, wie auch an den Einzelelementen gezielt
gesteuert werden kann. Durch unterschiedliche Anzahl und Tiefe der Eindrückungen
infolge der Metallkörner wird eine höhere oder geringere Verbundwirkung erreicht.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Es zeigt Fig. 1 eine Seitenansicht einer Schrägseilbrücke, Fig. 2
einen Querschnitt durch ein'Schrägseil in größerem Maßstab, Fig. 3 die Ausbildung
der Verankerung eines Schrägseils im Fahrbahnträger, Fig. 4 einen Längs schnitt
durch eine Verankerung eines Schrägseils in größerem Maßstab, Fig. 5 eine andere
Ausführungsform einer solchen Verankerung und Fig. 6 eine weitere Ausführungsform.
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Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der erfindungsgemäßen
Verankerung
ist die Verankerung eines Schrägseils für eine Schrägseilbrücke, weshalb die Erfindung
an einem solchen Beispiel erläutert wird. Damit soll selbstverständlich die Anwendung
der erfindungsgemäßen Verankerung auf anderen Gebieten des Bauwesens nicht ausgeschlossen
sein.
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Bei der in Fig. 1 in Seitenansicht dargestellten Schrägseilbrücke
ragen aus einer Wasserfläche 1 Pylone 2 und 3 heraus, die in Gründungskörpern 4
bzw. 5 eingespannt sind.
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Ein Fahrbahnträger 6 ist an Schrägseilen 7 aufgehängt. Die Schrägseile
7 sind einerseits in den Pylonen 2 bzw. 3 sowie andererseits im Fahrbahnträger 6
verankert. Jedes Schrägseil 7 besteht aus einer Anzahl von Einzelelementen, z.B.
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Stahldrahtlitzen 8, die in einem Hüllrohr 9 aus Stahl oder Kunststoff
angeordnet sind (Fig. 2). Der von den Litzen 9 nicht ausgefüllte Hohlraum innerhalb
des Hüllrohrs 9 ist mit einem erhärtenden Material, z.B. Zementmörtel 10, ausgefüllt.
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Eine Möglichkeit für die Verankerung eines solchen Schrägseils 7
in einem Fahrbahnträger 6 ist in Fig. 3 angedeutet. Der Fahrbahnträger 6 ist im
Bereich dieser Verankerung sowohl auf der Oberseite mit einer Verdickung 11, wie
auch auf der Unterseite mit einer Verdickung 12 versehen, die bei größerer Bauhöhe
des Fahrbahnträgers natürlich auch entfallen können. In der Verdickung 12 auf der
Unterseite des Fahrbahnträgers 6 ist die Verankerung 13 der Litzen 8 angeordnet.
Die Verankerungen der Schrägseile in den Pylonen 2 bzw. 3 sind entsprechend ausgebildet.
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Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt durch die Verankerung 13 in größerem
Maßstab. Die Litzen 8, die im freien Bereich innerhalb des Hüllrohrs 9 geführt und
durch einen Abstandhalter 14 angeordnet sind, verlaufen im Bereich der Verankerung
mit einer gewissen Spreizung innerhalb einer Stützhülse 15, die einen sich zum Ende
hin konisch erweiternden
Hohlraum 16 bildet und sind in einer Ankerplatte
17 einzeln mittels Keilen 18 in konischen Bohrungen 19 verankert. Die Ankerplatte
17 stützt sich unmittelbar gegen die Stirnfläche 20 der Stützhülse 15 ab; die Stützhülse
15 selbst ist gegenüber dem Bauwerk, also z.B. der Fahrbahnplatte 6, unter Zwischenlage
einer Widerlagerplatte 27 abgestützt.
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Der Hohlraum 16 innerhalb der Stützhülse 15 ist mit Stahlkugeln 21
einheitlicher Größe in dichter Packung gefüllt. Er ist an dem der Ankerplatte 16
gegenüberliegenden Ende der Stützhülse 15 durch eine Druckplatte 22 abgeschlossen,
die mit Bohrungen 23 für den Durchtritt der Litzen 8 versehen ist. In der Druckplatte
22 ist zentrisch ein Zugstab 24 verankert, der den Hohlraum 16 der Stützhülse 15
axial durchsetzt, die Ankerplatte 17 in einer Bohrung 25 durchdringt und gegenüber
der Ankerplatte 25 verankert ist.
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Zweckmäßig ist der Zugstab 24 mit einem Gewinde versehen, so daß er
in eine Gewindebohrung in der Druckplatte 22 eingeschraubt und gegenüber der Ankerplatte
mit einer Ankermutter 26 verankert werden kann.
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Die Verankerung nach der Erfindung kann in der in Fig. 4 dargestellten
und beschriebenen Form in das Bauwerk eingebaut werden. Wenn es dem Baufortschritt
entsprechend notwendig ist, das damit verankerte Schrägseil unter Spannung zu setzen,
kann dies in an sich bekannter Weise durch Spannen der Litzen 8 und Verankern gegenüber
der Ankerplatte 17 geschehen. Dabei werden die ständigen, d.h. statischen Lasten
unmittelbar über die Ankerplatte 17 und die Stützhülse 15 in das Bauwerk eingeleitet.
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Nach dem Aufbringen der statischen Lasten wird durch Spannen des
Zugstabes 24 mittels der Druckplatte 22 ein Druck auf die Stahlkugeln 21 in Längsrichtung
des Zuggliedes ausgeübt, durch den diese in einen dreiachsigen Spannungszustand
geraten
und sich gewölbeartig gegenüber der Innenwand der Stützhülse 15 und den Litzen 8
abstützen. Die Stahlkugeln 21 drücken sich infolge ihrer großen Härte sowohl in
die Innenwand der Stützhülse 15, wie auch in die Oberfläche der Litzen 8 ein, wodurch
ein Reibungsverbund zwischen den Litzen und der Stützhülse entsteht. Die Druckkraft
kann mittels der Ankermutter 26 fixiert werden. Auf diese Weise entsteht die gewünschte
stetige Kraftübertragung schon vor dem Auftreten der dynamischen Lasten, die erst
später, z.B. bei Freigabe der Brücke, durch die Verkehrslasten auftreten.
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Der Hohlraum 16 innerhalb der Stützhülse 15 kann gegebenenfalls zusammen
mit dem Hohlraum innerhalb des Hüllrohrs 9 mit einem erhärtenden Material, z.B.
Zementleim, ausgepreßt werden.
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In Fig. 5, die einen der Fig. 4 entsprechenden Längsschnitt durch
eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verankerung zeigt, sind in dem
Hohlraum 16 der Stützhülse 15 Stahlkugeln unterschiedlicher Größe angeordnet. Dabei
befinden sich in dem unmittelbar an die Ankerplatte 17 anschließenden Bereich Stahlkugeln
21a geringer Größe, in dem hieran anschließenden, durch ein Trennblech 27 getrennten
Bereich Stahlkugeln 21b mittlerer Größe und in dem dritten, hiervon wiederum durch
ein Trennblech 27 getrennten Bereich Stahlkugeln 21c größeren Durchmessers. Die
in geringerer Zahl vorhandenen Stahlkugeln 21c größeren Durchmessers bewirken eine
entsprechend geringere Anzahl von Eindrückungen als die in größerer Anzahl vorhandenen
Stahlkugeln 21a geringen Durchmessers, so daß die durch die Stahlkugeln erreichte
Verbundwirkung in Richtung zur Ankerplatte 17 hin zunimmt.
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In Fig. 6 ist schließlich noch in einem ebenfalls der Fig. 4 entsprechenden
Längsschnitt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verankerung dargestellt,
bei der der Druck
zur Er.zeugung des dreiachsigen Spannungszustandes
der Stahlkugeln nicht in Längsrichtung, sondern in Querrichtung aufgebracht wird.
In dem bei diesem Ausführungsbeispiel zylindrischen Hohlraum 16 der Stützhülse 15
sind Stahlkugeln 21 einheitlicher Größe angeordnet. Im zentralen Bereich des Hohlraums
16 befindet sich eine sogenannte Kapselpresse 28, die durch eine, die Ankerplatte
17 durchsetzende Leitung 29 mit einem hydraulischen Medium beaufschlagt werden kann.
Der Hohlraum 16 innerhalb der Stützhülse 15 ist an der der Ankerplatte 17 gegenüberliegenden
Seite durch eine Bodenplatte 30 abgeschlossen, die sich gegen eine Ringschulter
31 am Ende der Stützhülse 15 anlegt.
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Nachdem in der oben beschriebenen Weise nach dem Aufbringen der statischen
Lasten die Litzen 8 gegenüber der Ankerplatte 17 verankert sind, wird die Kapselpresse
28 mit Druck beaufschlagt und so in radialer Richtung zwischen den Stahlkugeln 21
ein dreidimensionaler Spannungszustand erzeugt, wodurch sie sich, wie oben beschrieben,
gegen die Innenwand der Stützhülse 15 und die Litzen 8 anlegen, sich in deren Oberfläche
etwas eindrücken und auf diese Weise einen Reibungsverbund zur Ubertragung der nach
dem Verankern der Litzen 8 auftretenden dynamischen Lasten erzeugen.