DE3603390C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verankerung, insbesondere eine Zwischenverankerung, eines außerhalb des Betonquerschnitts eines Bauwerks angeordneten Zugglieds gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei Zuggliedern dieser Art, insbesondere bei Schrägkabeln für Schrägkabelbrücken, ist es bekannt, neben den Endverankerungen der Einzelelemente in einer Ankerplatte oder in einzelnen Verankerungskörpern, über welche die Dauerlasten, nämlich die Lasten aus Eigengewicht, übertragen werden, zusätzliche Verankerungen vorzusehen, die erst im Endzustand des Zugglieds zur Wirkung kommen, nämlich dann, wenn die Hohlräume zwischen den Einzelelementen mit einem erhärtenden Material ausgepreßt sind und so ein Verbund zwischen dem Zugglied und dem Bauwerk hergestellt ist. Mittels dieser zusätzlichen Verankerungen werden die im Gebrauchszustand des Zuggliedes zusätzlich zu den Dauerlasten auftretenden Wechsellasten, wie z. B. Verkehrslasten, unmittelbar in das Bauwerk abgetragen, so daß die Endverankerungen der Einzelelemente von Schwingungsbeanspruchungen weitestgehend frei gehalten werden.

Bei einem bekannten Zugglied dieser Art besteht die Umhüllung der Einzelelemente zumindest im Eintrittsbereich des Zugglieds in das Bauwerk aus einem Metallmantel, der sich bis in das Bauwerk hinein erstreckt und dort außer mit den Einzelelementen auch mit dem Bauwerk im Verbund steht (DE-PS 21 14 863). Dieser Konstruktion liegt der Gedanke zugrunde, die im Endzustand auf den Verbundquerschnitt aus den Einzelelementen und dem erhärteten Material wirkenden Lasten über eine gewisse Länge auf den Metallmantel zu übertragen und diesen seinerseits gegenüber dem Bauwerk abzustützen.

Voraussetzung dieses Prinzips, die Dauerlasten und die Wechsellasten örtlich getrennt voneinander zu verankern, ist die Mobilisierung eines Verbundes zwischen den Einzelelementen nd dem erhärtenden Material sowie zwischen diesem und dem Metallmantel. Während letzteres meist keine größeren Schwierigkeiten bereitet, ist ersteres in Form eines Scherverbundes nur dann möglich, wenn die Einzelelemente mit Kraftübertragungsrippen ähnlich einem Betonrippenstahl versehen sind. Bei Stahllitzen und -drähten aber, die infolge der technischen Entwicklung und Anwendung rationeller Herstellungsverfahren in zunehmendem Maße als Zugglieder und Spannglieder verwendet werden, ist wegen ihrer - herstellungsbedingt - glatten Oberfläche nur ein Haftverbund möglich, der im Vergleich zu einem Scherverbund nur die Übertragung von sehr geringen Kräften erlaubt.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei Zuggliedern aus Einzelelementen, deren Oberflächengestalt die Herbeiführung eines Scherverbundes nicht oder nur unzureichend erlaubt, eine Möglichkeit zu finden, um dennoch über die Oberfläche der Einzelelemente Kräfte auf das Bauwerk übertragen zu können.

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

Eine vorteilhafte Weiterbildung ergibt sich aus dem Unteranspruch.

Nach der Erfindung wird der bei Einzelelementen mit glatter Oberfläche unzureichende oder fehlende Scherverbund durch einen Druckverbund ersetzt, der durch einen zweiachsigen Querdruckspannungszustand an der Verankerungsstelle erzeugt wird. Dies erfolgt durch eine den Verbundkörper aus Einzelelementen und erhärtendem Material umschließende Druckmanschette, die sich gegen den das Zugglied umgebenden Metallmantel abstützt, der die als Reaktion des Druckspannungszustandes entstehenden Ringzugkräfte aufnimmt. Durch die Größe der Querdruckspannung kann die Festigkeit des Druckverbundes in weiten Grenzen variiert und die Qualität des Verbundes sogar noch über die eines Scherverbundes angehoben werden.

Die Verankerung nach der Erfindung kann sowohl in der eingangs beschriebenen Weise eingesetzt werden, also für die von der Verankerung der Dauerlasten örtlich getrennte Verankerung der Wechsellasten bei einem Schrägkabel für eine Schrägkabelbrücke, wie auch als Zwischenverankerung für über größere Längen durchlaufende Zugglieder, z. B. Spannglieder ohne Verbund, um bei eventueller Überlastung eines Feldes die Einflußlänge der Verformung der Spannglieder zu begrenzen.

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

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Schrägkabelbrücke als Anwendungsbeispiel für die erfindungsgemäße Verankerung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Verankerung und

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

Fig. 4 in schematischer, überhöhter Darstellung einen Längsschnitt durch ein mehrfeldriges Brückentragwerk als Ausführungsbeispiel für eine Zwischenverankerung nach der Erfindung,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine solche Zwischenverankerung und

Fig. 6 einen Querschnitt entlang der Linie VI-VI in Fig. 5.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung kann anhand der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Verankerung eines Schrägkabels für eine Schrägkabelbrücke erläutert werden. Dabei zeigt Fig. 1 schematisch die Seitenansicht einer Schrägkabelbrücke mit einem Versteifungsträger 1, einem Pylon 2 und einer Anzahl von zwischen dem Versteifungsträger 1 und dem Pylon 2 ausgespannten Schrägkabeln 3. Die Schrägkabel 3 durchsetzen sowohl den Versteifungsträger 1 als auch den Pylon 2 längsbeweglich; sie sind jeweils an der Unterseite des Versteifungsträgers 1 bzw. an der Außenseite des Pylons 2 mittels Verankerungsvorrichtungen 4 verankert. Eine dieser Verankerungsvorrichtungen 4 ist in Fig. 2 im Längsschnitt und in größerem Maßstab dargestellt. Das Schrägkabel 3 besteht aus einer seiner Beanspruchung entsprechenden Anzahl von Einzelelementen 5, z. B. Stahlstäben, -drähten oder -litzen, die im freien Bereich des Schrägkabels 3 in einem Hüllrohr 6, z. B. aus Kunststoff, verlaufen. Die Einzelelemente 5 besitzen eine glatte Oberfläche; sie sind an ihren Enden mittels an sich bekannter Keilverankerungen 7 in einer Ankerscheibe 8 verankert.

Die Ankerscheibe 8 stützt sich gegen das äußere Ende eines als Metallmantel ausgebildeten Ankerrohrs 9 ab. Das Ankerrohr 9 setzt im Bereich der Verankerung das Hüllrohr 6 fort. Es besteht aus einem inneren Teil 10 und einem äußeren Teil 11 mit größerer Wanddicke. Am Übergang zwischen dem inneren Teil 10 und dem äußeren Teil 11 befindet sich eine flanschartige Verdickung 12, die eine Abstützfläche 13 bildet, mit der sich das Ankerrohr 9 gegen eine Widerlagerplatte 14 abstützt, die am betreffenden Bauwerksteil, also z. B. dem Versteifungsträger 1 oder dem Pylon 2 anliegt. An die Widerlagerplatte 14 schließt sich ein Schalungsrohr 15 an, das innerhalb des Bauwerksteils einen Kanal bildet, in dem das Schrägkabel 3 längsbeweglich ist.

Nach der Erfindung sind sowohl im Bereich des inneren Teils 10, wie auch im Bereich des äußeren Teils 11 des Ankerrohrs jeweils eine Druckmanschette 16 bzw. 16′ angeordnet. Jede Druckmanschette 16 bzw. 16′ besteht im einfachsten Fall aus zwei ebenen Blechen, einem äußeren Blech 17 und einem inneren Blech 18, die an den Rändern 19 bzw. 20, z. B. durch Rollnähte, miteinander verbunden sind. Die Druckmanschetten 16 bzw. 16′ umschließen so einen verhältnismäßig geringen Hohlraum, in dem durch Einpressen eines fließfähigen Mediums durch eine Einpreßleitung 21 bzw. 22 ein sehr hoher Druck erzeugt werden kann.

Die in Fig. 2 dargestellte Verankerungsvorrichtung dient mit der besonderen Ausgestaltung des Ankerrohrs 9 der vor allem bei dynamisch belasteten Bauwerken wichtigen Trennung der Aufnahme von Dauerlasten, z. B. aus Eigengewicht, und Wechsellasten, z. B. aus Verkehr. Bei der Herstellung der Schrägkabel 3 werden zugleich mit dem Einbau der Einzelelemente 5, des Ankerrohrs 9 und der Ankerscheibe 8 die beiden Druckmanschetten 16 und 16′ in das Ankerrohr 9 eingeführt und darin in der gebotenen Weise fixiert. Im Zuge des Fortschreitens des Bauwerks werden die Einzelelemente 5 gespannt und auf diese Weise darin die Lasten aus Eigengewicht aktiviert. Nach Fertigstellung des gesamten Brückenbauwerks und endgültiger Einstellung der Spannung der einzelnen Schrägkabel, wozu diese gegenüber der zunächst eingestellten Spannung gegebenenfalls nachgespannt oder entlastet werden müssen, wird der innerhalb des Hüllrohrs 6 und des Ankerrohrs 9 verbliebene Hohlraum mit einem erhärtenden Material, z. B. Zementmörtel, ausgepreßt. Die Funktion der dargestellten Verankerungsvorrichtung setzt voraus, daß im Endzustand des Schrägseils 3 ein Verbund zwischen den Einzelelementen 5 und dem erhärtenden Material 23 einerseits sowie zwischen dem erhärtenden Material 23 und dem Ankerrohr 9 andererseits besteht. Um diesen Verbund, der bei mit Oberflächenprofilie­ rungen versehenen Einzelelementen in Form eines Scherverbundes gegeben ist, auch bei Einzelelementen mit glatter Oberfläche, wie z. B. Stahldrähten oder -litzen, sicherzustellen, dient nach der Erfindung ein Druckspannungszustand, der durch hydraulische Beaufschlagung der Druckmanschetten 16 und 16′ zwischen dem aus den Einzelelementen 5 und dem erhärteten Material 23 bestehenden Verbundkörper und dem Ankerrohr 9 erzeugt wird; der aus diesem Druckspannungszustand resultierende Verbund wird nach der Erfindung als "Druckverbund" bezeichnet.

Dieser Druckverbund hat zur Folge, daß eine im endgültigen Zustand des Schrägkabels 3 auftretende Belastung im Schrägkabel Kräfte entstehen läßt, die im Bereich der Verankerungsvorrichtung grundsätzlich von den Einzelelementen 5 und dem Ankerrohr 9 gemeinsam im Verhältnis von deren wirksamer Querschnittsfläche getragen werden. Aus den auf diesen Verbundquerschnitt wirkenden Kräften erhält der innere Teil 10 des Ankerrohres immer Spannungen bzw. Dehnungen, die denjenigen der Einzelelemente 5 gleichgerichtet und im Grenzfall (gleiche Elastizitätsmoduli vorausgesetzt) auch gleich groß sind. Diese Grenzspannung errechnet sich aus der Verkehrslast dividiert durch die gemeinsame Querschnittsfläche der Einzelelemente und des Ankerrohrs in diesem Bereich. In dem äußeren Bereich 11 des Ankerrohres 9 dagegen haben die Verformungen und die Spannungen in den Einzelelementen 5 und im Ankerrohr 9 entgegengesetzte Vorzeichen, weil alle Kräfte aus dem Schrägkabel 3, ganz gleich zu welchem Zeitpunkt sie auftreten, in diesem Bereich des Ankerrohres Druck und damit Stauchungen erzeugen, während die Einzelelemente 5 Zugkräfte und damit Dehnungen erhalten.

Da durch die Druckmanschette 16′ auch in diesem Bereich ein Druckverbund zwischen dem Verbundkörper aus den Einzelelementen 5 und dem erhärteten Materials 23 und dem Ankerrohr 9 besteht, werden durch die Zugkräfte in den Einzelelementen 5 Scherkräfte geweckt, welche die Zugkräfte in den Einzelelementen 5 vermindern und die Druckkräfte im Ankerrohr 9 vergrößern. Wird die Länge des äußeren Teils 11 des Ankerrohrs 9 zwischen der Verdickung 12 und der Ankerscheibe 8 groß genug gewählt, dann können die aus Verkehrslasten in den Einzelelementen 5 hervorgerufenen Zugkräfte vollständig abgebaut werden, so daß die Ankerscheibe 8 und die Endverankerungen 7 der Einzelelemente 5 aus diesem Lastzustand keine Zusatzbeanspruchungen erhalten. Dadurch gelingt es, diese Endverankerungen von den aus den Wechsellasten herrührenden Schwingungsbean­ spruchungen frei zu halten.

In den Fig. 4 bis 6 ist noch eine weitere Anwendungsmög­ lichkeit der Erfindung dargestellt, und zwar am Beispiel eines mehrfeldrigen Brückentragwerks aus Spannbeton, das in Längsrichtung mittels Spanngliedern ohne Verbund vorgespannt ist. Bei einem derartigen Brückentragwerk ist es, um die Einflußlänge der Verformung bei Überlastung eines Feldes für die Spannglieder zu begrenzen, notwendig, Zwischenverankerungen vorzusehen.

In Fig. 4 ist als Beispiel in einem schematischen überhöhten Längsschnitt ein Brückenbauwerk dargestellt, dessen Überbau 30 sich als Dreifeldträger mit geschlossenem Querschnitt über vier Pfeiler 31 erstreckt. Neben den in Fig. 1 nicht dargestellten Längsträgern besitzt der Überbau 30 an seinen Enden Endquerträger 32 und über den beiden mittleren Pfeilern Auflagerquerträger 33.

Die Längsspannglieder, von denen schematisch nur ein Spannglied 34 dargestellt ist, erstrecken sich ungestoßen über die gesamte Länge des Überbaus. Entsprechend der Verteilung der Biegemomente verläuft der Spanngliedstrang 34 über den Unterstützungen im oberen Bereich und in den Feldern zwischen den Unterstützungen im unteren Bereich des Überbauquerschnitts. Während die Verankerungen 35 des Spannglieds 34 in den Endquerträgern 32 in an sich bekannter Weise spannbar ausgebildet sind, sind sowohl im Bereich der Brückenfelder als auch im Bereich der Auflagerquerträger Zwischenverankerungen 36 vorgesehen. Eine dieser Zwischenverankerungen im Bereich eines Querträgers ist in Fig. 5 im Längsschnitt und in größerem Maßstab dargestellt.

Das Spannglied 34, das in seinem freien Bereich zwischen den Endverankerungen 35 und Zwischenverankerungen 36 beispielsweise in einem Hüllrohr aus Kunststoff geführt werden kann, verläuft im Bereich einer Zwischenverankerung in einem Ankerrohr 37 aus Stahl, das in geeigneter Weise an das Hüllrohr im freien Bereich angeschlossen ist. Um die freie Dehnbarkeit des Spannglieds 34 auch in dem Bereich sicherzustellen, in dem es innerhalb eines Bauwerk­ teils, z. B. innerhalb eines Querträgers 33, verläuft, ist in dem Bauwerksteil durch ein einbetoniertes Schalungsrohr 38 ein Kanal gebildet, in dem das Ankerrohr 37 verläuft. An der Stelle, an der die Zwischenverankerung des Spannglieds 34 gegenüber dem Bauwerksteil gewünscht wird, ist das Ankerrohr 37 mit einer flanschartigen Verdickung 39 versehen, die das Ankerrohr 37 ringförmig umgibt und in beliebiger Weise gegenüber dem Bauwerksteil abgestützt, z. B. in dieses einbetoniert ist. Die besondere Ausbildung dieser Abstützung ist nicht Gegenstand der Erfindung.

Auch bei dieser Zwischenverankerung eines Spannglieds besitzen die Einzelelemente 5 eine glatte Oberfläche, bestehen also beispielsweise aus Stahldrähten oder -litzen. Um sie vor Korrosion zu schützen, ist in den verbliebenen Hohlraum innerhalb des Hüllrohrs im freien Bereich des Spannglieds 34 und innerhalb des Ankerrohrs 37 ein erhärtendes Material 23, z. B. Zementmörtel, eingepreßt.

Im Bereich der Abstützung des Spannglieds 34 gegenüber dem Bauwerksteil mittels der flanschartigen Verdickung 39 ist innerhalb des Ankerrohrs 37 eine Druckmanschette 40 angeordnet, die in gleicher Weise ausgebildet sein kann wie vorstehend im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 3 beschrieben. Zu der Druckmanschette 40 führt eine Verpreßleitung 41, mittels der der innerhalb der Druckmanschette 40 gebildete Hohlraum mit einem fließfähigen Medium unter hohem Druck beaufschlagt werden kann.

Nach der Erfindung wird nach dem Erhärten des Verpreß­ materials 23 die Druckmanschette 40 mit Druck beaufschlagt. Dadurch wird im Bereich dieser Zwischenverankerung ein radialer Druckspannungszustand hervorgerufen, dessen Reaktionskräfte als Ringzugspannungen von dem Ankerrohr 37 aufgenommen werden. Dieser Druckspannungszustand bewirkt einen Druckverbund zwischen den Einzelelementen 5 und dem Ankerrohr 37.

Zweckmäßigerweise wird zur Beaufschlagung der Druckmanschetten 16 und 16′ bzw. 40 als fließfähiges Medium ein erhärtendes Material verwendet, das es auf einfache Weise erlaubt, den durch Beaufschlagung der Druckmanschetten erzeugten Druckspannungszustand auf Dauer zu fixieren. Dadurch gelingt es, die Flächen der Drckmanschetten als Flächen zur Übertragung von Schubkräften zu gewinnen.

Claims (2)

1. Verankerung, insbesondere Zwischenverankerung, eines außerhalb des Betonquerschnitts eines Bauwerks angeordneten gespannten Zugglieds aus einer Anzahl von Einzelelementen, wie Stahlstäben, -drähten oder -litzen, die gemeinsam in einer rohrförmigen Umhüllung, die zumindest im Bereich der Verankerung aus einem gegenüber dem Bauwerk abgestützten Metallmantel besteht, angeordnet und von einem in die verbliebenen Hohlräume eingebrachten erhärtenden Material umgeben sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Metallmantel (9, 37) und den Einzelelementen (5) in das erhärtete Material (23) eine die Einzelelemente (5) und das sie umgebende erhärtende Material (23) zumindest im wesentlichen umschließende hohle Druckmanschette (16, 40) angeordnet ist, deren Hohlraum zur Erzeugung eines die Übertragung von Kräften aus den Einzelelementen auf den Metallmantel bewirkenden radialen Druckspannungszustandes mit einem fließfähigen Medium beaufschlagbar ist.

2. Verankerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das fließfähige Medium ein erhärtendes Material ist.