DE3621611A1

DE3621611A1 - Arched bridge and method for the construction thereof

Info

Publication number: DE3621611A1
Application number: DE19863621611
Authority: DE
Inventors: Joerg Prof Dr Ing Schlaich; Rudolf Dipl Ing Bergermann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-06-27
Filing date: 1986-06-27
Publication date: 1988-01-14

Abstract

Arched bridge having an arch (103), from which lead struts (104) which support the roadway (105), the arch (103) being formed by steel tubes (106, 107) which are subsequently filled with concrete. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Bogenbrücke mit einem aus Stahl rohren gebildeten Bogen, von dem ausgehend Ständer die Fahrbahn abstützen.The invention relates to an arch bridge with a steel tube formed arc, from which the stand Support the road.

Bei einer derartigen Bogenbrücke mit aufgeständerter Fahr bahn trägt der Bogen die Lasten zu den Widerlagern (Kämpfern). Er ist sehr hoch auf Druck beansprucht. Der Bogen ist im Vergleich zur Fahrbahn meist so steif, daß er neben der Druckbeanspruchung auch einer erheblichen Beanspruchung durch Biegemomente ausgesetzt ist.With such an arch bridge with elevated driving the bow carries the loads to the abutments (fighters). He is under a lot of pressure. The bow is in Compared to the road mostly so stiff that it is next to the Pressure load also a considerable load is exposed to bending moments.

Bogenbrücken aus Stahl sind relativ unwirtschaftlich, weil Druckkräfte mit Beton viel billiger abgetragen werden können. Das Probelm bei Bogenbrücken aus Beton ist jedoch vor allem die Herstellung des Bogens, der sich zumeist über tiefe Täler spannt.Arch bridges made of steel are relatively uneconomical because Pressure forces with concrete can be removed much cheaper can. The problem with arch bridges made of concrete is however especially the production of the bow, which is mostly spans deep valleys.

Üblicherweise wird der Bogen einer Bogenbrücke mit Stahl beton- oder Spannbetonbogenüberbau mit Hilfe eines Lehr gerüsts, das freitragend sein kann, im Freivorbau mit Hilfs abspannungen oder durch Abklappen von vertial herge stellen Bogensegmenten errichtet. Erschwerend ist dabei das hohe Eigengewicht des Stahlbeton- oder Spannbetonbogens. Diese Bauverfahren sind daher außerordentlich aufwendig. Bogenbrücken sind deshalb insgesamt sehr teuer und werden aus diesem Grunde selten gebaut.Usually the arch is an arch bridge with steel concrete or prestressed concrete arch superstructure with the help of an instruction scaffolding, which can be self-supporting, in cantilever construction with auxiliary bracing or by folding vertically represent arc segments built. The high weight of the Reinforced concrete or prestressed concrete arch. These construction methods are therefore extremely expensive. Arch bridges are therefore overall very expensive and for this reason are rare built.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demgemäß darin, den Bogen einer Bogenbrücke so auszubilden, daß er einfacher herge stellt werden kann.The object of the invention is accordingly the bow to form an arch bridge so that it is easier can be put.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Bogen durch Stahlrohre gebildet wird, die mit Beton gefüllt sind. Die Erfindung betrifft ferner verschiedene in den Unteransprüchen definierte vorteilhafte Weiterbildungen. Außerdem betrifft die Erfindung Verfahren zur Herstellung von derartigen Bogenbrücken.According to the invention this object is achieved in that the Arch is formed by steel pipes filled with concrete are. The invention further relates to various in the Advantageous further developments defined in the subclaims. The invention also relates to methods of manufacture of such arch bridges.

Die Erfindung besteht also allgemein ausgedrückt, darin, daß der Bogen zunächst aus Stahlrohren (allg.: Hohlprofile aus Stahl) hergestellt wird, die nachträglich mit Beton verfüllt wer den. Damit werden die günstigen Eigenschaften des Stahls und des Betons in der fertigen Brücke kombiniert. Die Herstellung eines Bogens aus Stahlrohren, die zunächst noch nicht mit Beton gefüllt sind, erfolgt mit erheblich geringerer Gewichts belastung wie seither. Stahl ist ohne Gerüst problemlos frei baubar. Der fertige Bogen entsteht, indem nach Aufbau der Stahlrohre diese mit Beton gefüllt werden. Der Beton ist zur Aufnahme der Druckkräfte geeignet. Gleichzeitig wird der Nachteil der teuren Schalung bei der Herstellung aus Beton vermieden. Die Stahlrohre gemäß der Erfindung dienen prak tisch als verlorene Schalung und werden gleichzeitig mit diesen genannten Vorteilen integraler und dauerhafter Teil des Bogens.Generally speaking, the invention consists in the fact that the bend initially made of steel tubes (generally: hollow profiles made of steel) is produced, which is subsequently filled with concrete the. So that the favorable properties of steel and of the concrete combined in the finished bridge. The production of an elbow made of steel tubes that were not initially included Concrete are filled with much less weight burden as ever. Steel is free without any scaffolding buildable. The finished arch is created by building the Steel pipes are filled with concrete. The concrete is Suitable for absorbing the compressive forces. At the same time, the Disadvantage of the expensive formwork when manufacturing from concrete avoided. The steel tubes according to the invention serve practically table as lost formwork and are used at the same time these mentioned advantages integral and permanent part of the bow.

Durch Verwendung von Dübeln, die innen an die Rohre ange schweißt sein können, kann ein Verbund zwischen den Stahlrohren und der Betonfüllung hergestellt werden. Die Stahlrohre wirken im fertigen Bogen bei der Aufnahme der Beanspruchungen mit, und zwar entsprechend der Dehnfähigkeit der Materialien. Als Umschnürung der Betonfüllung bewirkt ein Stahlrohr zudem, daß, gleiche Abmessungen vorausgesetzt, der Bogen höheren Druck wei seither aufnehmen kann.By using dowels attached to the inside of the pipes can be welded, a bond between the Steel pipes and the concrete filling are made. The Steel pipes act in the finished bend when the Stresses with, and that according to the elasticity of Materials. As a strapping of the concrete filling causes a Steel tube also that, provided the same dimensions, the Since then, sheets have been able to absorb higher pressures.

Dabei ist es möglich, den Bogen sehr schlank auszubilden (Stabbogen). Dabei wird die Fahrbahn, die zusammen mit den Ständern den Bogen aussteift, ihrerseits relativ steifer. Der Bogen nimmt dadurch vor allem Druckkräfte auf, während die Fahrbahn in erster Linie durch Biegemomente bean sprucht wird. It is possible to make the bow very slim (Stick arch). In doing so, the roadway, together with the Stand the arch stiffened, in turn relatively stiffer. As a result, the bow primarily absorbs compressive forces during the roadway primarily due to bending moments is spoken.

Es ergeben sich dabei nicht nur die verbesserten Eigenschaf ten der entstehenden Bogenbrücke, sondern auch ein erheblich einfacherer Bau des Bogens. Die Rohre können dabei runden oder rechteckigen Querschnitt haben.This does not only result in the improved properties ten of the emerging arch bridge, but also a significant one easier construction of the arch. The tubes can round or have a rectangular cross-section.

Die erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung derartiger Bogenbrücken sehen im Grundsatz einen freien Vorbau von beiden Seiten her vor. Im Vergleich zu der Herstellung schwerer Stahlbetonbögen sind nur geringe Bauhilfsmaß nahmen oder -einrichtungen erforderlich. Sind die Stahl rohre, die den Bogen bilden, fertiggestellt, dann werden die Stahlrohre als selbsttragende Schalung innen mit Beton verfüllt. Falls nötig, werden dabei die Stahlrohre durch Bauhilfsmaßnahmen stabilisiert. Auf dem fertigen und trag fähigen Bogen werden dann die Ständer und darüber die Fahr bahn errichtet.The inventive methods for producing such In principle, arch bridges see a free stem from both sides. Compared to the manufacture heavy reinforced concrete arches are only a minor construction aid required or facilities required. Are the steel pipes that form the bend are then finished the steel pipes as self-supporting formwork inside with concrete backfilled. If necessary, the steel pipes are cut through Construction aid measures stabilized. On the finished and trag capable stands then become the stands and above them the rides track built.

Die Herstellung der Fahrbahn erfolgt dabei vorzugsweise in Abschnitten. Die Reihenfolge der Bauabschnitte soll dabei so gewählt werden, daß die Bogenbelastung hierbei möglichst gleichmäßig und symmetrisch aufgebracht wird.The roadway is preferably produced in Sections. The order of the construction phases should be like this be chosen so that the arch load is as possible is applied evenly and symmetrically.

Als Bauhilfsmaßnahmen zur Stabilisierung des Bogens während des Ausbetonierens der Stahlrohre und während der Herstel lung der Ständer und der Fahrbahn bietet sich u.a. an: Ab spannen des Bogens von provisorischen Pylonen aus oder Bal lastieren des Bogens mit angehängten Gewichten, die entspre chend den aufgebrachten Lasten abgenommen werden; ferner provisorische Vervollständigung der Brücke mit Diagonalen und/oder Zugbändern in Fahrbahnhöhe zu einem Fachwerkträger, wobei die Zugbänder bei der Herstellung der Fahrbahn später mitverwendet werden können und die Diagonalen nachträglich wieder entfernt werden können.As construction aid to stabilize the arch during concreting the steel pipes and during manufacture The stands and the roadway can be to: from unclamp the arch from provisional pylons or bal load the bow with attached weights that correspond be removed according to the applied loads; further provisional completion of the bridge with diagonals and / or drawstrings at road level to a truss, the drawstrings later in the manufacture of the carriageway can be used and the diagonals later can be removed.

Die Erfindung führt außerdem neben einfacherer und billige rer Bauweise zu einem filigraneren Bauwerk, welches das Landschaftsbild weniger stört als ein massiver Bogen.The invention also leads to simpler and cheaper construction to a more delicate structure, which The landscape is less disturbing than a massive arch.

Ausführungsbeispiele der Erfindung und ihrer vorteilhaften Weiterbildungen werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es stellen dar:Embodiments of the invention and its advantageous Further developments are described below with reference to the attached drawings described in more detail. They represent:

Fig. 1 eine Bogenbrücke; FIG. 1 is an arch bridge;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1; Fig. 2 is a section along the line II-II in Fig. 1;

Fig. 3a, 3b, 3c Bauabschnitte bei der Herstellung einer Bogenbrücke; FIGS. 3a, 3b, 3c construction stages in the manufacture of an arched bridge;

Fig. 4a und 4b Bauabschnitte bei einer alternativen Art der Herstellung einer Bogenbrücke; FIGS. 4a and 4b construction stages in an alternative method of production of an arched bridge;

Fig. 5 eine weitere alternative Stabilisierungs maßnahme bei der Errichtung der Fahrbahn. Fig. 5 shows another alternative stabilization measure in the construction of the road.

Fig. 1 zeigt eine Bogenbrücke beliebiger Spannweite. Zwischen den Kämpfern (= Widerlager) 101 und 102 ist der Bogen 103 gespannt. Senkrechte Ständer 104 stellen die Verbindung vom Bogen 103 zur Fahrbahn 105 her. Fig. 1 shows an arch bridge of any span. The bow 103 is stretched between the fighters (= abutment) 101 and 102 . Vertical stands 104 establish the connection from the bend 103 to the roadway 105 .

Wie aus Fig. 2 zu ersehen, wird der Bogen 103 durch zwei Stahlrohre 106 und 107 gebildet, die mit Beton 108 gefüllt sind. Dadurch werden die günstigen Eigenschaften des Stahls, aus dem die Stahlrohre 106 und 107 hergestellt sind, mit denen des Betons, mit dem die Stahlrohre gefüllt sind, kom biniert. Die beiden Stahlrohre 106 und 107 können durch einen Verband miteinander verbunden sein, der durch Träger 109 und 110 gebildet wird. Bei dem Beton 108 zur Füllung der Stahlrohre 106 und 107 handet es sich um Beton B 55. Die Stahlrohre können bspw. einen Durchmesser von 1400 mm haben. Das Material ist z.B. St 52-3.As can be seen from FIG. 2, the bend 103 is formed by two steel pipes 106 and 107 which are filled with concrete 108 . This combines the favorable properties of the steel from which the steel pipes 106 and 107 are made with those of the concrete with which the steel pipes are filled. The two steel tubes 106 and 107 can be connected to one another by a bandage which is formed by beams 109 and 110 . The concrete 108 for filling the steel pipes 106 and 107 is concrete B 55. The steel pipes can have a diameter of 1400 mm, for example. The material is, for example, St 52-3.

Vorteilhafterweise bringt man auf der Innenwand der Stahl rohre 106 und 107 entlang des Umfangs und auch entlang der Längenrichtung eine geeignete Anzahl von Dübeln 11 an (von denen der Übersichtlichkeit halber lediglich beim Stahlrohr drei Stück eingezeichnet sind), um beim Füllen der Stahlrohre mit Beton einen innigen Verbund der Stahl rohre mit dem Beton herzustellen. Dabei kann es sich bei spielsweise um Dübel mit einem Durchmesser von 22 mm und einer Länge von 91 mm handeln.Advantageously, a suitable number of dowels 11 are attached to the inner wall of the steel pipes 106 and 107 along the circumference and also along the length direction (three of which are only shown for the steel pipe for the sake of clarity), in order to fill the steel pipes with concrete to create an intimate bond between the steel pipes and the concrete. This can be, for example, anchors with a diameter of 22 mm and a length of 91 mm.

Die Fig. 3a, 3b und 3c verdeutlichen ein Verfahren zur Errichtung einer Bogenbrücke gemäß Fig. 1. Von den Festpunkten 0 und 19 her wird die Fahrbahn auf den Ständern zunächst bis zu den Achsen 4 und 15 fertiggestellt. Die Ständer 104 der Achsen 4 und 15 können dann in Querrichtung zur Gewinnung zusätzlicher Stabilität in Querrichtung ausgekreut werden. Die Montage des Bogens 103 erfolgt nun durch einen Hilfsver band, der zusätzlich zu den Ständern 104 noch diagonale Streben 120 aufweist. Auf diese Weise entsteht durch Aus bildung von Dreiecken ein Fachwerk. Außerdem weist der Hilfs verband Zugbänder, wie z.B. 121, auf. Der Aufbau erfolgt von beiden Seiten, also von den Achsen 4 und 15 her, gleichmäßig, bis sich beide Teile in der Mitte treffen und verbunden wer den. Mit 150 ist schematisch ein Kran angedeutet, der mit zunehmendem Fortschritt des Bogens 103, weiter vorgeschoben wird. Die horizontale Zugkraft Z _H beim Freiverbau des Bogens, wie dargestellt, beträgt z.B. 3500 KN. Auf diese Weise entsteht dann der Bogen nach Fig. 3b. Dann wird der Bogen ausbetoniert, d.h. die zunächst leer verlegten Stahl rohre werden mit Beton gefüllt. Das Füllen der Stahlrohre mit Beton von den beiden Kämpfern 101 und 102 her erfolgt möglichst symmetrisch, um während des Fertigstellens nur geringe ungleich mäßigen Belastungen entstehen zu lassen, durch die das noch unfertige Bauwerk unerwünscht beeinflußt würde. In dem in Fig. 3b dargestellten Zustand erhält die Brücke ihre Stabi lisierung bereits durch den fertigen Bogen. Die an den Punk ten 0 und 19 nach Fig. 3a wirksame Horizontalzugkraft ist dabei Null geworden. FIGS. 3a, 3b and 3c, a method for the construction of an arched bridge illustrate in FIG. 1. From the fixed points 0 and 19 establishes the road surface on the uprights will be completed first to the axes 4 and 15. The stands 104 of the axes 4 and 15 can then be chewed out in the transverse direction to obtain additional stability in the transverse direction. The assembly of the bow 103 is now carried out by an auxiliary band, which in addition to the stands 104 also has diagonal struts 120 . In this way, the formation of triangles creates a framework. In addition, the auxiliary association has drawstrings, such as 121 . The construction is carried out evenly from both sides, i.e. from axes 4 and 15 , until both parts meet in the middle and are connected. A crane is indicated schematically at 150, which is advanced as the curve 103 progresses. The horizontal tensile force Z _H when the arch is freely installed, as shown, is, for example, 3500 KN. In this way, the arc according to Fig. 3b is created. Then the arch is concreted, ie the initially empty steel pipes are filled with concrete. The filling of the steel pipes with concrete from the two fighters 101 and 102 ago takes place as symmetrically as possible in order to allow only slight uneven loads to arise during the completion, by which the still unfinished structure would be undesirably influenced. In the state shown in Fig. 3b, the bridge already receives its stabilization through the finished arch. The effective at the points th 0 and 19 of Fig. 3a effective horizontal tensile force has become zero.

Fig. 3c zeigt nun schematisch den abschnittweisen bzw. feld weisen Vorbau des Überbaues, d.h. der Fahrbahn 105 zwischen den beiden Kämpfern 101 und 102. Dies ist darauf abgestellt, daß eine Verformung des Bogens 103, wie sie gestrichelt an gedeutet ist, durch ungleichmäßige Verteilung der Lasten während des Baufortschritts nicht stattfindet. In Fig. 3c sind oberhalb der bildlichen Darstellung für aufeinander folgende Takte 1 bis 6 die Abschnitte oder Felder, die in diesem Takt verlegt werden, schwarz dargestellt. Im einzel nen erfolgt das Ausbetonieren der Felder in den einzelnen Takten nach folgendem Schema: FIG. 3c now shows schematically the section-wise or field-wise stem of the superstructure, the roadway 105 that is between the two warriors 101 and 102. This is based on the fact that a deformation of the arch 103 , as indicated by dashed lines, does not take place due to the uneven distribution of the loads during the construction progress. In Fig. 3c, above the graphic representation for successive bars 1 to 6, the sections or fields that are laid in this bar are shown in black. In detail, the fields are concreted in the individual measures according to the following scheme:

Takt 1: Felder 4-5 und 14-15,
Takt 2: Feld 9-10,
Takt 3: Feld 8-9 und 10-11,
Takt 4: Feld 5-6 und 13-14,
Takt 5: Feld 6-7 und 12-13,
Takt 6: Feld 7-8 und 11-12.Measure 1: fields 4-5 and 14-15 ,
Bar 2: Field 9-10 ,
Measure 3: Fields 8-9 and 10-11 ,
Measure 4: Fields 5-6 and 13-14 ,
Measure 5: Fields 6-7 and 12-13 ,
Bar 6: Fields 7-8 and 11-12 .

Damit ist die Brücke fertig. Der Hilfsverband (z.B. Diagonale 120) kann entfernt werden. Die Zugbänder 121 können als Be standteil der endgültigen Fahrbahn 105 verbleiben.The bridge is finished. The auxiliary bandage (eg diagonal 120 ) can be removed. The drawstrings 121 can remain as part of the final roadway 105 .

Die Fig. 4a und 4b zeigen eine alternative Möglichkeit des Vorbaues, und zwar einen Freivorbau des Bogens 103 (noch ohne Beton) mit den Hilfspylonen 201 und 202 unter Abspannung von den Hilfspylonen durch Seile 203. Dabei ent steht eine Hilfskonstruktion nach Art einer Schräggabelbrücke. Während des Bauens erfolgt eine Stabilisierung in Querrichtung durch zusätzliche Träger oder Abspannungen. FIGS. 4a and 4b show an alternative way of the front extension, namely a cantilever of the sheet 103 (still without concrete) with the auxiliary pylons 201 and 202 under tensioning of the auxiliary ropes by pylons 203rd This creates an auxiliary construction in the manner of an inclined fork bridge. During construction, stabilization takes place in the transverse direction by means of additional girders or bracing.

Die Stabilisierung des Bogens 103 kann auch eventuell durch eine Seilabspannung nach unten erfolgen, z.B. nach Fig. 5 durch Abspannung an einem Felsanker 300. Ist der Bogen 103 fertiggestellt (vgl. Fig. 4b), so erfolgt das Ausbetonieren symmetrisch von den beiden Kämpfern 101 und 102 aus. Danach folgt dann das Ausbetonieren der Ständer 104 und anschlies send die Errichtung der Fahrbahn 105 als Überbau in dersel ben Art und Weise, wie anhand von Fig. 3c beschrieben. Da nach wird die Hilfskonstruktion, bestehend aus den Pylonen 201, 202, sowie den Abspannseilen 203 usw., entfernt.The arch 103 can also be stabilized by means of rope tensioning downwards, for example according to FIG. 5, by tensioning on a rock anchor 300 . When the arch 103 is completed (see FIG. 4b), the concreting is carried out symmetrically by the two fighters 101 and 102 . This is followed by the concreting of the column 104 and then the construction of the roadway 105 as a superstructure in the same manner as described with reference to FIG. 3c. Then after the auxiliary structure, consisting of the pylons 201 , 202 , and the guy ropes 203 , etc., is removed.

Alternativ zu den Abspannungen mit Seilen gegen einen Felsanker 300 können auch Gewichte angehängt werden, z.B. Behälter, die mit Wasser gefüllt sind, und die entsprechend der zunehmenden Belastung des Bogens durch die Betonfüllung und/oder die Fahr bahn entleert werden.As an alternative to the guy lines with ropes against a rock anchor 300 , weights can also be attached, for example containers which are filled with water and which are emptied in accordance with the increasing load on the arch due to the concrete filling and / or the track.

Claims

1. arch bridge with an arch ( 103 ), from which the stand ( 104 ) supports the roadway ( 105 ), characterized in that the arch ( 103 ) is formed by steel pipes ( 106 , 107 ) which are filled with concrete.

2. Arch bridge according to claim 1, characterized in that the steel pipes ( 106 , 107 ) on the inside in the concrete ( 108 ) protruding dowels ( 111 ) for forming an intimate bond of the steel pipes with the concrete.

3. Arch bridge according to claim 1 or 2, characterized in that between two steel pipes, a carrier ( 109 , 110 ) is formed.

4. A method for producing an arch bridge according to claim 1 or one of the following, characterized in that from the ends ( 4 , 15 ) of the areas of the roadway ( 105 ) not supported by the arch ( 103 ) the parts of the arch forming steel pipes ( 103 ) including the stand ( 104 ) by auxiliary struts ( 120 , 121 ) stiffened as a truss and sections are pre-assembled until completion of the arch, and that the auxiliary struts are removed after completion of the arch.

5. The method according to claim 4, characterized in that subsequent to the assembly of the steel pipes ( 106 , 107 ) from the sides symmetrically and evenly from the concrete pipes ( 106 , 107 ).

6. A method for producing an arch bridge according to one of claims 1 to 3, characterized in that auxiliary pylons ( 201 ) are created on both sides of the bridge, of which the steel pipes ( 103 ) forming the parts of the arch via ropes ( 203 ) in sections Cantilever support.

7. The method according to claim 4 or 6, characterized in that an additional stabilization in the transverse direction takes place during the section-wise stem of the arch ( 103 ).