DE3437107C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein zwischen Bauteilen gespanntes und gegenüber diesen verankertes Zugglied, insbesondere ein Schrägseil für eine Schrägseilbrücke gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zugglieder, wie sie im Bauwesen zur Verankerung von Bauteilen, als Schrägseile für Schrägseilbrücken oder dergleichen verwendet werden, bestehen vielfach aus einem Bündel von Einzelelementen, wie Stahldrähten oder -litzen, die im freien Bereich des Zugglieds gemeinsam in einer rohrförmigen Umhüllung angeordnet, durch die betreffenden Bauteile hindurchgeführt und an deren der Eintrittsstelle gegenüberliegenden Seite verankert sind (z.B. DE 25 30 420 A1). Die Verankerungen der Zugglieder bestehen meist aus einem Ankerkörper, z.B. einer Ankerscheibe mit konischen Bohrungen, durch welche die Einzelelemente hindurchgesteckt und in denen sie einzeln mittels mehrteiliger Ringkeile verankert sind.

Die rohrförmige Umhüllung kann im freien Bereich des Zugglieds aus einem Kunststoffrohr, z.B. aus Polyäthylen oder aus einem Stahlrohr bestehen; im Verankerungsbereich ist meist ein Ankerrohr aus Stahl vorgesehen. Der Hohlraum zwischen den Einzelelementen und der rohrförmigen Umhüllung wird entweder mit einer Korrosionsschutzmasse, z.B. Fett, oder mit einem erhärtenden Material, z.B. Zementmörtel, ausgepreßt, um die Einzelelemente vor Korrosion zu schützen. Ein Zugglied dieser Art bleibt auch nach der Injektion als Ganzes nachspannbar und auch auswechselbar.

Dickwandige Stahlrohre als Umhüllung im freien Bereich des Zuggliedes bieten zwar einen ausgezeichneten Korrosionsschutz zu den Einzelelementen; sie müssen jedoch in der Regel an den Stößen miteinander verschweißt werden und haben dadurch Ermüdungsschwachstellen im Bereich der Schweißnähte. Hüllrohre aus Kunststoff vermeiden zwar diese Probleme, sind aber nicht dampfdiffusionsdicht und bieten daher den innenliegenden Einzelelementen auf Dauer keinen ausreichenden Korrosionsschutz, da beispielsweise der die Hohlräume ausfüllende Einpreßmörtel gerissen sein kann. Das gleiche gilt auch für längsgefalzte, spiralgewickelte oder längs- bzw. quergeschweißte Blechrohre, die in den Falzen bzw. an den Stoßstellen oder wegen möglicher Verletzungen nicht absolut dicht sind. Die Verwendung einer dauerplastischen Korrosionsschutzmasse ist teuer und wird auch aus Gründen des Umweltschutzes abgelehnt.

Vor allem beim Einsatz als Schrägseile bleiben Zugglieder dieser Art wegen der langen Bauzeit vorübergehend unverpreßt, so daß für den Bauzustand ein temporärer Korrosionsschutz vorgesehen werden muß.

Ein weiteres Problem solcher Zugglieder ist, daß die auf dem Prinzip der Keilverankerung basierenden Verankerungsvorrichtungen nur eine vergleichsweise geringe Ermüdungstragfähigkeit haben und deshalb hinsichtlich der Dauerschwingfestigkeit empfindlich sind. Beim Aufbringen der zu verankernden Zugkraft werden die zumeist aus mehreren Keilsektoren bestehenden Ringkeile durch die Zugkraft in Richtung der Spanngliedachse in eine konische Bohrung in einem Ankerkörper gezogen. Dadurch werden in den Keilsektoren rechtwinklig zur Spanngliedachse gerichtete Klemmkräfte erzeugt, welche die Bewegung des Spanngliedes hemmen. Voraussetzung hierfür ist, daß der Reibbeiwert zwischen Spannglied und Keil größer ist als der Reibbeiwert zwischen Keil und Konus. Um dies zu gewährleisten, werden die Innenflächen der Keilsektoren mit einer Profilierung in Form einer Zahnung versehen, damit sich der Keil in der Drahtoberfläche festbeißen kann. Diese Zahnung wird als feines Gewinde hergestellt, das in den kegelstumpfförmigen Keilkörper eingeschnitten wird, bevor er in die einzelnen Keilsektoren zerschnitten wird.

Ungeachtet dessen entstehen bei dynamischen Beanspruchungen z.B. aus Verkehrslasten im Bereich der Keilverankerungen gewisse, wenn auch geringe Bewegungen, infolge derer sich bei Sauerstoffzutritt Reibkorrosion bilden kann, die ebenfalls zu einem vorzeitigen Versagen der Einzelelemente infolge Ermüdungserscheinungen führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Zugglied der eingangs angegebenen Art den Korrosionsschutz der Einzelelemente zu verbessern, und zwar sowohl temporär, als auch auf Dauer und zugleich die Dauerschwingfestigkeit des Zugglieds im Bereich der Keilverankerungen zu verbessern.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Es ist zwar bereits bekannt, Bewehrungselemente aus Stahl zum Schutz gegen Korrosion mit einem Überzug aus Epoxidharz zu versehen. Infolge eines geringen Schwundes härten Epoxidharze spannungsfrei aus und reißen nicht; sie besitzen auch eine hohe Schlagzähigkeit und Abriebfestigkeit. Außerdem haften sie gut an den meisten Werkstoffen, greifen Metall nicht an und widerstehen atmosphärischen Einflüssen.

Bei einem Spannglied für Spannbeton ist es auch schon bekannt, eine mit einem Überzug aus einem festhaftenden Material, z.B. Epoxidharz, versehene Stahldrahtlitze als Einzelelement mit einem keilartigen, an der Innenfläche mit Zähnen versehenen Verankerungskörper zu verankern (US 32 93 811). Der Überzug ist aber hier nur auf die Verankerungsbereiche beschränkt und so beschaffen, daß er die Verwendung schärferer Zähne erlaubt und dennoch verhindert, daß diese in der Oberfläche der Litze Einkerbungen erzeugen. Dies hat zur Folge, daß die Verankerungskraft nur durch den Überzug hindurch übertragen wird. Da das Alterungsverhalten des Überzugmaterials unter einer derart extremen Belastung nicht vorherbestimmbar ist, muß im Laufe der Zeit mit einem unkontrollierbaren Schlupfverhalten gerechnet werden.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung von Einzelelementen, wie Drähten oder Litzen, die auf ihre gesamte Länge mit Epoxidharzen beschichtet wurden für ein Zugglied gemäß der Gattung, wird nicht nur ein temporärer Korrosionsschutz erreicht, sondern auch der Korrosionsschutz auf Dauer verbessert, da innerhalb der rohrförmigen Umhüllung und dem die Hohlräume ausfüllenden Korrosionsschutzmaterial, z.B. Zementmörtel, ein zweites Korrosionsschutzsystem zur Verfügung steht.

Wesentlich für die Erfindung ist aber, daß durch diesen Überzug aus Epoxidharz auch im Bereich der Verankerung die Dauerschwingfestigkeit verbessert wird. Wenn nämlich erfindungsgemäß zur Verankerung Keile verwendet werden, deren Profilierung aus einer groben Zahnung besteht, dann durchdringen die Zahnspitzen die Beschichtung und drücken sich nur mit den äußersten Zahnspitzen, die leicht abgestumpft, z.B. abgeschliffen sind, in die Oberfläche der Einzelelemente ein. Das Material der Beschichtung wird dabei infolge der durch die Keile ausgeübten radialen Klemmkraft verdrängt, hüllt aber nach wie vor die nicht von den Keilzähnen berührten Teile der Oberfläche der Litzen ein, so daß der Zutritt von Sauerstoff zu den Bereichen verhindert wird, an denen sich Keil und Litze berühren. Damit kann Reibungskorrosion nicht entstehen.

Da die Zahnspitzen der Keile leicht abgestumpft, z.B abgeschliffen sind, schneiden sie nicht in die Litze ein, verletzen also deren Oberfläche nicht, sondern drücken sich nur in die Oberfläche ein. Dadurch werden die Oberflächenschichten der Litze nur umgelenkt, so daß eine örtliche Festigkeitsverbesserung eintritt, die etwa dem Aufrollen eines Gewindes vergleichbar ist.

Die Verbesserung der Dauerschwingfestigkeit durch diese Maßnahmen ist so groß, daß ein in dieser Weise ausgebildetes Zugglied für die meisten Anwendungsfälle geeignet ist. Für noch höhere Anforderungen ist es möglich, in die Beschichtung aus Epoxidharz Quarzkörner oder dergleichen einzudrücken, um so den Verbund der Einzelelemente zu dem erhärtenden Material, z.B. Zementmörtel, zu verbessern. Auf diese Weise kann, wie an sich bekannt, der dynamische Anteil der Lasten über Verbund abgetragen werden, ohne daß die dynamischen Lasten die Keilverankerungen erreichen. Das erfindungsgemäße Zugglied kann deshalb auch mit Vorteil mit einer Verankerungsvorrichtung gemäß DE-OS 31 38 807 ausgestattet sein. In der freien Länge bietet der Verbund eine Systemreserve, d.h. bei Ausfall einer Litze wird deren Kraft über Verbund entlang einer kurzen Strecke auf die benachbarten Litzen übertragen.

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

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht der Verwendung eines Zugglieds als Schrägseil für eine Schrägseilbrücke,

Fig. 2a und 2b im Längsschnitt zwei Ausführungsformen des Verankerungsbereichs eines Zugglieds nach der Erfindung,

Fig. 3a einen Querschnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 3b das Detail IIIb aus Fig. 3a in größerem Maßstab,

Fig. 4 in größerem Maßstab einen Teilquerschnitt durch eine Ankerscheibe mit einer Keilverankerung einer Litze,

Fig. 5 eine Stirnansicht entlang der Linie V-V in Fig. 4 und

Fig. 6 das Detail VI aus Fig. 4 in größerem Maßstab.

Die Erfindung ist in der Zeichnung am Beispiel eines Schrägseils 1 für eine Schrägseilbrücke dargestellt. Fig. 1 zeigt schematisch einen Ausschnitt aus einer Seitenansicht einer Schrägseilbrücke mit einem Pylon 2 und einem Fahrbahnträger 3. Das Schrägseil 1 ist im Pylon 2 mit einer Verankerung A und im Fahrbahnträger 3 mit einer Verankerung B verankert.

Wie die Fig. 2 und 3a zeigen, besteht das Schrägseil 1 aus einem Bündel von Einzelelementen 4, im vorliegenden Fall Litzen aus Stahldraht, die innerhalb einer rohrförmigen Umhüllung 5 angeordnet sind. Der zwischen den Litzen 4 und der rohrförmigen Umhüllung 5 verbliebene Hohlraum ist mit einem erhärtenden Material 6, z.B. Zementmörtel, ausgefüllt. Die erforderliche Mindestüberdeckung der Litzen 4 durch das den Hohlraum ausfüllende Material wird durch eine in die rohrförmige Umhüllung 5 eingezogene Wendel 6a aus Stahldraht gewährleistet (Fig. 3a).

In Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch eine Verankerung A gemäß dem Detail II in Fig. 1 dargestellt, und zwar im oberen Bereich (Fig. 2a) die Verankerung eines Zugglieds, das als Ganzes gegenüber dem Bauteil 2 längsbeweglich und auswechselbar ist und im unteren Bereich (Fig. 2b) ein Zugglied, dessen rohrförmige Umhüllung im Verankerungsbereich in das Bauteil 2 einbetoniert ist.

In Fig. 2a ist in das Bauteil, z.B. den Pylon 2, ein Aussparungsrohr 7 einbetoniert, das einen Kanal für das einzubauende Schrägseil 1 bildet. Das Aussparungsrohr 7 schließt an der Seite des Pylons 2, an der sich die Verankerung befindet, an eine Widerlagerplatte 8 an. Innerhalb des Aussparungsrohres 7 verläuft im Bereich der Aufspreizung der Einzelelemente ein Ankerrohr 9, das im Verankerungsbereich die rohrförmige Umhüllung des Schrägseils 1 bildet. Das Ankerrohr 9 bildet mit einem Flansch 9a, der sich gegenüber der Widerlagerplatte 8 abstützt, eine Auflagerfläche für die Ankerscheibe 10. In Fig. 2b ist das Ankerrohr 9′ mit einer Profilierung zur Vergrößerung des Verbundes versehen und in das Bauteil einbetoniert.

Die Ankerscheibe 10 weist eine Anzahl von Bohrungen 11 auf (Fig. 4), die jeweils einen konischen Bereich 12 umfassen, der als Sitz für einen Ringkeil 13 dient und sich in einen zylindrischen Bereich 14 fortsetzt. Der Ankerscheibe 10 ist ein Abstandhalterring 15 aus Kunststoff zugeordnet (Fig. 2a, b), dessen Aufgabe darin besteht, die zur Verankerung hin gespreizten Litzen 4 wieder in eine parallele Lage umzulenken. Der Abstandhalterring 15 kann zur Erleichterung des Einbaus und zur Sicherung seiner Lage mit der Ankerscheibe 10 zu einer Einheit verbunden sein.

Fig. 3b ist ein vergrößerter Ausschnitt IIIb aus dem Querschnitt der Fig. 3a. Sie zeigt, daß die Litzen 4, die jeweils aus einer Anzahl von Einzeldrähten 16 bestehen, mit einem Überzug 17 aus Epoxidharz versehen sind. Dieser Überzug erstreckt sich auf die gesamte Länge der Litzen. Zur Verbesserung des Verbundes des Überzuges 17 mit dem erhärtenden Material 6, z.B. Zementmörtel, kann er mit Profilierungen versehen bzw. können in die Beschichtung Quarzkörner oder dergleichen eingedrückt sein. Diese Maßnahmen werden zweckmäßigerweise an der Beschichtung zu einem Zeitpunkt vorgenommen, zu dem das Epoxidharz noch nicht völlig ausgehärtet ist. Ein Abstandhalter in Form einer Drahtwendel 6a sorgt für den erforderlichen Abstand zwischen den Litzen 4 und dem Hüllrohr 5.

Eine Verankerung einer Litze 4 ist in den Fig. 4 bis 6 im Detail dargestellt. Die erfindungsgemäß zur Verankerung der Litze 4 verwendeten Ringkeile 13 bestehen aus drei Keilsektoren 13a, 13b und 13c, die durch einen in eine Ringnut 18 eingelegten Federring 19 federnd zusammengehalten werden. An der Innenseite sind die Keilsektoren 13a, b, c mit einer Zahnung 20 versehen.

Die Zähne 21 dieser Zahnung 20 bestehen aus einem Gewinde, das in den kegelstumpfförmigen Keilkörper eingeschnitten wurde, bevor er in die einzelnen Keilsektoren 13a, b, c zerschnitten wird. Die Spitzen der Zähne 21 sind etwas gebrochen, z.B. durch Abschleifen. Dies kann dadurch erreicht werden, daß die Keilsektoren nach dem Einsatzhärten zusammen mit losen Schleifkörpern aus keramischem Material, z.B. Glasmehl, Tonerde oder dergleichen in eine Schleifmühle bzw. -trommel gegeben und darin in ständigem Kreislauf bewegt werden.

Da die Beschichtung 17 der Litzen 4 über deren gesamte Länge vorhanden ist, also auch im Bereich der Verankerung, werden die Keile 13 für die Verankerung der Litze gegenüber der Ankerscheibe 10 in üblicher Weise angesetzt (Fig. 4). Bei zunehmender Klemmkraft dringen die Spitzen der Zähne 21 in die Beschichtung 17 ein, durchdringen sie und drücken sich dann noch etwas in die Oberfläche 22 der Litze 4 ein (Fig. 6). Die Zahnung 20 der erfindungsgemäß verwendeten Keile muß zu diesem Zweck gröber, mindestens doppelt so groß sein wie die üblicher Keile. Tiefe und Neigung der Zähne 21 werden so gewählt, daß die Zahnspitzen den Überzug durchdringen und in Berührung mit der Oberfläche der Litze geraten können, während das dabei verdrängte Material des Überzuges 17 in die Täler zwischen den Zähnen 21 einfließen kann. Durch das Schleifen der Zahnspitzen wird verhindert, daß sie beim kraftschlüssigen Verbeißen unter Gebrauchslast in die Oberfläche der Litzen einschneiden.

Dadurch wird eine sichere Verankerung erreicht mit dem zusätzlichen Vorteil, daß die Bereiche, in denen die Spitzen der Zähne 21 mit der Oberfläche der Litze 4 in Berührung kommen, noch allseitig von dem Material der Beschichtung 17 aus Epoxidharz umgeben sind, das den Zutritt von Sauerstoff zu diesen Bereichen wirksam verhindert. Damit auch von der Stirnseite der Litzen her keine aggressiven Stoffe in das System eindringen können, werden die Litzenenden jeweils durch eine epoxidharzverklebte Kappe 25 verschlossen.

Claims (3)

1. Zwischen Bauteilen gespanntes und gegenüber diesen verankertes Zugglied, insbesondere Schrägseil für eine Schrägseilbrücke aus einer Anzahl von gemeinsam in einer rohrförmigen Umhüllung angeordneten Einzelelementen, wie Stahldrähten, -litzen oder dergleichen, das an den Enden mit Verankerungsvorrichtungen versehen ist, die jeweils eine mittelbar oder unmittelbar gegenüber dem betreffenden Bauteil abgestützte Ankerscheibe mit konischen Bohrungen aufweisen, in denen die Einzelelemente einzeln mittels mehrteiliger Ringkeile verankert sind und bei dem die Hohlräume zwischen den Einzelelementen und der rohrförmigen Umhüllung von nach dem Spannen des Zugglieds eingebrachtem Material, z.B. Zementmörtel, ausgefüllt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelelemente (4) auf ihre gesamte Länge einschließlich ihres Verlaufs innerhalb der Verankerungsvorrichtungen mit einer Beschichtung (17) aus Kunstharz, z.B. Epoxidharz oder dergleichen, versehen sind, daß die Ringkeile (13) an den Innenflächen eine Profilierung in Form einer groben Zahnung (20) mit abgestumpften, z.B. abgeschliffenen, Zahnspitzen aufweisen und daß die Dicke des Überzuges und Höhe sowie Neigung der Zähne (21) so gewählt sind, daß die Zahnspitzen den Überzug durchdringen und sich in die Oberfläche der Einzelelemente (4) eindrücken.

2. Zugglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Beschichtung (17) der Einzelelemente (4) Quarzkörner oder dergleichen eingedrückt sind.

3. Zugglied nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Enden der Einzelelemente (4) jeweils eine Kappe (25) aus Kunstharz aufgesetzt bzw. aufgeklebt ist.