DE3708358A1 - Verfahren zum einfuehren von spanngliedern aus stahl in spannkanaele in einem betonbauteil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einführen von Spanngliedern aus Stahl in Spannkanäle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei der Errichtung von Spannbetonbauwerken, sei es ohne, sei es mit nachträglichem Verbund, werden die Spannglieder oft nachträglich in Spannkanäle eingeführt, die durch Einbetonieren von Hüllrohren in dem betreffenden Betonbauteil erzeugt wurden. Dies hat vor allem bei schweren Bündelspanngliedern für hohe Spannkräfte den Vorteil, daß bei der Vorbereitung der Schalung und der Bewehrung des betreffenden Betonbauteils zunächst nur die vergleichsweise leichten Hüllrohre eingebaut zu werden brauchen, während das große Gewicht der Spannglieder erst später auftritt und dann von dem schon erhärteten Beton des Bauteils aufgenommen wird.

Die Spannglieder können in die vorbereiteten Spannkanäle entweder mittels eines vorweg eingeführten Zugglieds, z.B. eines Pilotdrahts, eingezogen oder mittels entsprechender Einschiebegeräte eingeschoben werden. Einschiebegeräte für Spannglieder, die motorisch angetriebene, an jeweils einem Spannglied angreifende Reibrollen aufweisen, mittels deren in Längsrichtung des Spannglieds wirkende Vorschubkräfte auf dieses aufgebracht werden können, sind bekannt (DE-PS 31 38 820).

Beim Einziehen, wie beim Einschieben von Spanngliedern in Spannkanäle muß die Reibung der Spannglieder an der Hüllrohrwand überwunden werden. Dies ist bei kurzen, relativ geraden Spanngliedern ohne weiteres möglich. Probleme treten bei sehr langen, vor allem aber bei um große Umlenkwinkel und/oder in engen, gar wechselnden Krümmungen geführten Bündelspanngliedern auf. Besonders problematisch wird das Einführen von Spanngliedern dann, wenn sie etwa entlang eines vollständigen Kreises geführt werden müssen.

Dies ist der Fall bei einem Druckbehälter für Lagerung, Herstellung oder Transport verdichteter Gase, wie er in der älteren, nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung P 36 33 333.6 beschrieben ist. Bei diesem Behälter bestehen die Spannglieder aus jeweils in sich geschlossenen Ringen, die durch radiales Aufweiten des aus mehreren durch Raumfugen voneinander getrennten Teilen des Behältermantels gespannt werden.

Bei einem Umlenkwinkel von 360 Grad vermindert sich nach dem Seilreibungsgesetz bei einem üblichen Reibungsbeiwert von 0,2 die am Ende ankommende Kraft gegenüber der Anfangskraft durch Reibungsverluste auf etwa 30%. Der nachträgliche Einbau von sich etwa über einen größeren Umlenkwinkel als 360 Grad erstreckenden Spanngliedern erscheint wegen des bei einer Umschlingung von mehr als 360 Grad beim Ziehen auftretenden Pollereffekts daher kaum möglich und durch Einschieben nicht vorstellbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, um Spannglieder, insbesondere Bündelspannglieder aus Stahldrahtlitzen nachträglich in durch Einbetonieren von Hüllrohren vorbereitete Spannkanäle auch dann einführen zu können, wenn es sich um sehr lange Spannglieder handelt und/oder wenn die Spannglieder um sehr große Umlenkwinkel mit relativ geringen Radien geführt werden.

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

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die beim Einziehen oder Einschieben von Spanngliedern um Krümmungen durch Reibung auftretenden Verluste an Vorschubkraft dadurch kompensiert werden können, daß entweder im Verlauf der Spannglieder Möglichkeiten geschaffen werden, um zusätzliche Vorschubkräfte aufzubringen oder daß die Spannglieder während des Einführens in Schwingungen versetzt werden, wodurch der Reibungsbeiwert sich sehr stark verringert. Wenn es gelingt, den Reibungsbeiwert durch derartige Zwischenantriebe oder durch Einleiten von Schwingungen oder durch eine Kombination beider Maßnahmen beispielsweise auf 0,05 zu ermäßigen, ist es beispielsweise bei einem Druckbehälter der oben angegebenen Art möglich, ein Spannglied durchgehend über etwa drei volle Ringe einzuführen, wobei die Spannung am Ende lediglich bis auf etwa 40% der Anfangskraft abfällt. Dies hat bei einem derartigen Druckbehälter den Vorteil, daß platzaufwendige Stöße oder Verankerungen der Spannglieder nicht in jedem Ring, sondern beispielsweise nur in jedem dritten Ring ausgeführt zu werden brauchen.

Wesentlich für die Verringerung und Vergleichmäßigung der Reibung ist auch, daß die Spannkanäle eine möglichst glatte Innenfläche aufweisen und gleichmäßig gekrümmt sind. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß sie aus Stahlrohren bestehen, die möglichst stetig in den erforderlichen Krümmungen vorgebogen sind. Die Stahlrohre können, wie auch die Spannglieder selbst, mit einem Überzug zum Korrosionsschutz versehen sein, der meist aus einem Kunstharz besteht und so ohne weiteres reibungsmindernd wirkt oder besonders reibungsmindernd konzipiert werden kann.

Ein besonders geringer Reibungsbeiwert ist bei um große Umlenkwinkel geführten Spanngliedern nicht nur wichtig für das Einführen der Spannglieder, sondern auch beim nachträglichen Spannen. Beim Spannen von um Krümmungen geführten Bündelspanngliedern aus Stahldrahtlitzen haben in der Regel die untenliegenden Litzen zur Spannkanalwand einen anderen Reibungsbeiwert als die darüberliegenden Litzen, die sich nur gegen sich selbst abstützen. Dazu kommt, daß die unteren, an der Spannkanalwand anliegenden Litzen noch dazu einem sehr hohen Querdruck ausgesetzt sind. Diese Belastungen führen oft zu Spannungsüberschreitungen, unter besonders ungünstigen Umständen sogar zum Bruch. Diese Gefahren können wesentlich verringert werden, wenn es gelingt, zwischen Litzen und Spannkanalwand möglichst denselben Reibungsbeiwert zu haben wie zwischen den Litzen selbst. Die vorher erwähnten stetig gekrümmten Stahlhüllrohre bilden dafür eine Voraussetzung.

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

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel für sehr lange Spannglieder am Beispiel des Schrägseils einer Schrägseilbrücke, die

Fig. 2 und 3 ein Ausführungsbeispiel für um große Umlenkwinkel geführte Spannglieder am Beispiel eines kugelförmigen Druckbehälters aus Spannbeton,

Fig. 4 schematisch die Anwendung zusätzlicher Vorschubkräfte und

Fig. 5 schematisch die Anwendung von Vibration zur Verminderung der Reibung beim Einführen von Spanngliedern in Spannkanäle.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, nämlich eine Schrägseilbrücke mit einem Schrägseil 1, das über die Spitze eines Pylons 2 umgelenkt und an den Enden eines am Pylon 2 gehaltenen und an seitlichen Widerlagern 3 aufliegenden Fahrbahnträgers 4 verankert ist. In Fig. 1 ist die Montage des Schrägseils 1 angedeutet, bei der jeweils ein Hüllrohr 5 über Gerüstböcke 6 zwischen dem Fahrbahnträger 4 und der Spitze des Pylons 2 ausgelegt ist, in das die Einzelelemente des Schrägseils in Form von Stahldrahtlitzen 7 in voller Länge zunächst von unten nach oben und nach Umlenkung an der Spitze des Pylons 2 von oben nach unten eingeschoben werden. Zum Einschieben der Litzen dienen Einschiebevorrichtungen, wie sie weiter unten im Zusammenhang mit Fig. 4 noch erläutert werden.

Um bei einem derart langen und an der Spitze des Pylons 2 um eine vergleichsweise enge Krümmung umgelenkten Zugglied die Reibungsverluste möglichst gering zu halten, ist in der Nähe der Spitze des Pylons 2 eine Aussparung 8 belassen, in der eine weitere Einschiebevorrichtung für jeweils eine Litze angeordnet werden kann, um der Litze eine zusätzliche Vorschubkraft zu vermitteln. In gleicher Weise könnte in der Aussparung 8 auch ein Vibrator angeordnet sein, um die jeweils einzuschiebende Litze in Schwingungen zu versetzen. Wie dabei im einzelnen vorgegangen wird, wird weiter unten anhand der Fig. 4 und 5 noch erläutert.

In Fig. 2 ist in Schrägansicht schematisch die Führung der Spannglieder eines kugelförmigen Behälters 10 dargestellt, dessen Schale aus insgesamt acht sich jeweils über einen Zentriwinkel von 90 Grad erstreckenden Kugelsegmenten besteht, die in den Großkreisen der Kugel durch Fugen 11 voneinander getrennt sind. Die Spannglieder 12 sind in der Behälterschale in Form von geschlossenen Ringen angeordnet; sie werden durch Aufweiten der Kugel im Sinne einer Radiusvergrößerung gespannt und durch feste Abstützung der sich dabei erweiternden Fugen 11 z.B. durch Ausbetonieren in gespanntem Zustand fixiert. Die Ausbildung eines solchen Behälters ist Gegenstand der älteren Patentanmeldung P 36 33 333.6.

Über die in Fig. 2 nur schematisch angedeutete Führung der Spannglieder 12 hinaus handelt es sich bei diesen angesichts der enormen Kräfte um Bündelspannglieder aus jeweils einer großen Anzahl von Stahldrahtlitzen, die in außerordentlich engen Abständen voneinander angeordnet sind. Diese Spannglieder müssen hohe Kräfte in dichtester Packung bei geringen Krümmungsradien aufnehmen, dürfen möglichst keinen Seildurchhang bzw. Schlupf aufweisen und sollen klar definierte Reibungsverhältnisse sowohl beim Einführen in die Spannkanäle, wie auch beim Spannen liefern.

Bei diesem Ausführungsbeispiel bilden die Fugen 11 zwischen den einzelnen Kugelsegmenten Aussparungen im Verlauf der Spannglieder, in denen zur Reibungsverminderung während des Einschiebens oder Einziehens zusätzliche Einschiebevorrichtungen oder Vibratoren angeordnet werden können. Die Fig. 4 und 5 zeigen jeweils in einem Querschnitt durch eine derartige Fuge 11 diese unterstützenden Maßnahmen.

In Fig. 4 ist sowohl in dem oberen, wie auch in dem unteren Segment des Behälters 10 der Spannkanal durch Hüllrohre 13 vorgegeben, die zur Fuge 11 hin jeweils trompetenförmig erweitert (14) sind. Die Hüllrohre 13 bestehen aus stetig vorgekrümmten Stahlrohren. Die Fugen 11 werden über eine Teleskopverbindung überbrückt, die nicht Gegenstand der Erfindung ist.

Die Einzelelemente jeden Spannglieds 12, von dem in Fig. 4 nur die Achse strichpunktiert angegeben ist, werden mittels sogenannter Einschiebegeräte 15 eingeschoben, die in den Fugen 11 angeordnet werden. Jedes dieser Einschiebegeräte 15 weist Rollenpaare 16 auf, die an jeweils einem Einzelelement angreifen und diesem eine in Richtung des Pfeils 17 wirkende Axialkraft vermitteln. Durch Anordnung mehrerer Einschiebegeräte 15 in den von dem betreffenden Spannglied in seinem Verlauf gekreuzten Fugen 11 gelingt es, die durch die große Krümmung bedingten Reibungskräfte der Einzelelemente beim Einschieben weitgehend zu kompensieren.

Neben dem vorbeschriebenen Einschieben der Einzelelemente, also der Litzen oder Litzenbündel ist es auch möglich, diese mittels eines vorweg eingebrachten Zugseils einzuziehen. Hier werden die Litzen zweckmäßig nicht einzeln, sondern in Bündeln, ja sogar in mehreren Bündeln jeweils parallel liegend eingezogen. Um bei diesem Verfahren die Reibungsverluste zu verringern, sind wiederum im Bereich der Fugen 11 Vibratoren 18 angeordnet, die in Fig. 5 nur schematisch dargestellt sind, die aber an den Litzen bzw. Litzenbündeln angreifen und diese in Schwingungen versetzen. Selbst wenn diese Schwingungen relativ rasch abklingen, kann man aber davon ausgehen, daß, wenn sie jeweils in den Viertelkreisfugen 11 erzeugt werden, sie sich jeweils etwa über einen Achtelkreis fortpflanzen, so daß der größte Teil der Länge der Spannglieder von den Schwingungen erfaßt wird. Auf diese Weise gelingt es, den Reibungsbeiwert bis auf etwa 0,05 zu ermäßigen, so daß ein Spannglied nicht nur über einen, sondern sogar über drei volle Ringe eingeführt werden kann bei einem Spannungsabfall auf etwa 40% und ohne ein Festsetzen infolge des bekannten Pollereffekts befürchten zu müssen.

Dies ist in Fig. 3 schematisch angedeutet. Ein in einer Ankervorrichtung 19 verankertes oder gestoßenes Spannglied 12 erstreckt sich hier über insgesamt drei konzentrische Ringe bis zu einer weiteren Ankervorrichtung 20, in der es ebenfalls verankert oder mit einem weiteren Spannglied gestoßen werden kann. Dadurch gelingt es, die einzelnen Spanngliedringe in geringeren Abständen voneinander anzuordnen als wenn in jedem Ring Verankerungs- oder Verbindungsvorrichtungen vorzusehen wären, die einen größeren Platzbedarf haben als die Spannglieder aus dicht gepackten Einzelelementen selbst.

Zur Erzielung eines temporären Korrosionsschutzes können die Innenseiten der Stahlrohre mit einem Anstrich versehen oder verzinkt werden. Auch die Litzen können durch Fett, Öl oder einen Überzug aus Epoxydharz temporär gegen Korrosion geschützt werden. Ein dauerhafter Korrosionsschutz wird durch Injizieren von Zementleim erzielt, der durch die als Hüllrohre verwendeten Stahlrohre noch verstärkt bzw. auch an den Stellen gewährleistet ist, die nach dem Injizieren vom Zementstein etwa nicht einwandfrei umhüllt sein sollten.

Durch diese Maßnahmen können Großspannglieder nicht nur schonend bis zu etwa 5 m Radius eingezogen, sondern auch ohne wesentliche Minderung ihrer Tragfähigkeit durch Querdruck vorgespannt werden. Durch die geringen Reibungsbeiwerte werden auch die bekannten Blockierungsstellen, die oft zu ungleichmäßigen Spannungsverteilungen in den einzelnen Litzen führen, weitestgehend behoben.

Das Spannen der Spannglieder erfolgt bei diesem kugelförmigen Druckbehälter durch Aufblasen der Kugel. Zu diesem Zweck müssen die Fugen 11 dichtend überbrückt werden. Dies ist in den Fig. 4 und 5 durch eine innere Aufkantung 21 angedeutet, gegen die sich ein Liner oder dergleichen anlegen kann. Zur Steuerung des gleichmäßigen Öffnens der Fugenspalte sind hydraulische Pressen 22 erforderlich sowie jeweils dazwischen angeordnete Abstützvorrichtungen, welche auch die Kugelsegmente in der jeweils erreichten Lage fixieren, falls unvorhergesehen der Druck abfallen sollte.

Claims (6)

1. Verfahren zum Einführen von Spanngliedern aus Stahl, insbesondere von Litzen oder Litzenbündeln aus Stahldraht in z.B. durch Einbetonieren von Hüllrohren in ein Betonbauteil erzeugte Spannkanäle, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verringerung der Reibung bei auf große Längen, um kleine Radien und/oder mit großen Umlenkwinkeln geführten Spanngliedern (7, 12) im Verlauf der Spannkanäle (5, 13) jeweils von der Außenfläche des Bauteils zugängliche Öffnungen (8, 11) vorgesehen werden, in denen in unmittelbarem Kraftangriff an den Spanngliedern (7, 12) zusätzliche, in Vortriebsrichtung wirkende Vorschubkräfte und/oder Schwingungen auf die Spannglieder aufgebracht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufbringen zusätzlicher Vorschubkräfte in den Öffnungen an den Spanngliedern angreifende Einschiebevorrichtungen (15) angeordnet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufbringen von Schwingungen in den Öffnungen an den Spanngliedern angreifende Vibratoren (18) angeordnet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verringerung der Reibung bei um große Umlenkwinkel und/oder um kleine Radien geführten Spanngliedern zur Bildung der Spannkanäle (13) stetig vorgekrümmte Stahlrohre verwendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Stahlrohre verwendet werden, die an der Innenwand mit einem reibungsmindernden und/oder korrosionsverhindernden Überzug versehen sind.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Spannglieder (7, 12) verwendet werden, die mit einem reibungsmindernden und/oder korrosionsverhindernden Überzug versehen sind.