DE3731262A1 - Fenderpfahl - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Fenderpfahl aus Beton mit in Längsrichtung des Pfahles sich erstreckenden Spanngliedern.

Fenderpfähle haben die Aufgabe, den Rammstoß eines Schiffes beim Anlegen elastisch aufzufangen und einerseits den Schiffsrumpf und andererseits die Kajen oder anderen Hafen­ bauwerke vor Beschädigungen zu schützen. Es ist deshalb wesentlich, daß ein Fenderpfahl einerseits elastisch ist, andererseits aber auch eine genügend hohe Festigkeit hat, um dem Rammstoß zu widerstehen.

Neben den seit alters bekannten Fenderpfählen aus Holz und aus Stahl gibt es auch Fenderpfähle aus Beton, die in ihrer Längsrichtung mit Stahlspanngliedern vorgespannt sind (Zeitschrift "Concrete International", Mai 1987, S. 32-36). Diese bekannten Betonpfähle erfüllen zwar ihren Zweck, haben aber nur eine geringe Lebensdauer, da die Spann­ glieder insbesondere bei Verwendung der Fenderpfähle in Seehäfen einer sehr starken Korrosion durch Witterungs- und Seewassereinflüsse ausgesetzt sind. Da sich die Fender­ pfähle beim Rammstoß verformen sollen, treten im Beton zwangsläufig Risse auf, durch die Wasser und Luft sowie hierin vorhandene aggressive Gase an die Spannstähle ge­ langen können und rasch zu deren Zerstörung führen. Da außerdem die Elastizität der Spannglieder aus hochfesten Stählen begrenzt ist, ist auch die Verformung der Pfähle unter dem Rammstoß verhältnismäßig gering, so daß die Fenderpfähle selbst eine verhältnismäßig hohe Festigkeit haben müssen, um die auf sie einwirkenden Rammstöße aufneh­ men zu können.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen vorgefertigten Fender­ pfahl aus Beton zu schaffen, der eine hohe Elastizität auf­ weist und hohe Rammstöße aufnehmen kann und gegenüber Witte­ rungseinflüssen und aggressiven Wässern nahezu unempfindlich ist und der preiswert hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird mit der Erfindung dadurch gelöst, daß die Spannglieder aus langgestreckten, hochfesten Faserverbundele­ menten mit niedrigem Elastizitätsmodul bestehen.

Unter "Faserverbundelementen" werden Stäbe oder Litzen aus Faserverbundwerkstoffen verstanden, die zu Bündeln zusammen­ gefaßt werden können, welche die Spannglieder bilden und entweder direkt im Beton eingebettet oder in Hüllrohren geführt sind, die nach dem Vorspannen der Faserverbund­ elemente mit Zementmörtel oder einer anderen erhärtenden Masse ausgepreßt werden können.

Die Spannglieder aus Faserverbundelementen sind korrosions­ unempfindlich und sie haben bei hoher Zugfestigkeit eine wesentlich höhere Dehnbarkeit als Stahl. Ein mit Spann­ gliedern aus Faserverbundelementen bewehrter Fenderpfahl kann sich deshalb bei einem auf ihn treffenden Stoß ohne Bruch weit verformen und durch den großen Verformungsweg viel Energie absorbieren. Bei dieser Verformung treten zwar im Beton des Pfahles Risse auf, die sich nach der Rückfede­ rung des Pfahls wieder schließen; eine Korrosionsgefahr gibt es jedoch nicht, da die Faserverbundelemente witterungs­ unempfindlich sind und nicht der Korrosion unterliegen.

Die Faserverbundelemente können aus Glasfasern oder aus anderen hochfesten Fasern mit niedrigem Elastizitätsmodul bestehen, die in einer Kunststoffmatrix eingebettet sind. Hierbei sind die Glasfasern vorzugsweise endlose, dünne, unidirektionale Glasfäden, die zu Bündeln zusammengefaßt sind.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn die in der Druckzone des beim Rammstoß auf Biegung beanspruchten Pfahlquerschnittes angeordneten Spannglieder zum Erzeugen der Längsvorspannung des Pfahles etwa bis zu ihrer vollen zulässigen Zugspannung, die in der Zugzone des Pfahlquerschnittes angeordneten Spannglieder jedoch nur bis zu einem Teil ihrer zulässigen Zugspannung vorgespannt sind. Für den Rammstoß hat der Fenderpfahl dann in der Zugzone eine hohe Dehnbarkeit, während in der Druckzone, wo ja eine Dehnung nicht auf­ tritt, nur sehr wenig Faserverbundelemente als Spannglie­ der vorhanden sind, bei denen jedoch die Vorspannung voll ausgenutzt werden kann.

Der Fenderpfahl nach der Erfindung hat zweckmäßig einen T-förmigen Querschnitt und ist so anzuordnen, daß die Druck­ zone im Bereich des Flansches und die Zugzone im Bereich des Steges liegt. Der hoch beanspruchte Druckquerschnitt des Betons wird hierdurch vergrößert, während die Zugzone, in der die Biegezugkräfte beim Rammstoß ohnehin durch die Faser­ verbundelemente aufgenommen werden, klein gehalten werden kann. Außerdem erleichtert ein derartig unsymmetrischer Quer­ schnitt den Einbau, da die unterschiedlich bewehrten Druck- und Zugzonen des Pfahles nicht verwechselt werden können.

Die Längsvorspannung des vorgefertigten Betonpfahles braucht nur so groß zu sein, daß sie der für den Einbau erforder­ lichen Festigkeit des Pfahles entspricht. Sie liegt etwa in der Größenordnung von 3 MN/m².

Als Schubbewehrung können Stahlbügel vorgesehen sein, die zweckmäßig mindestens im Bereich der größten Beanspruchung mit einer Kunststoffbeschichtung versehen sind, um die Korrosionsgefahr herabzusetzen.

Der Pfahl kann aus Zementbeton bestehen, wobei mindestens die Festigkeiten eines Betons der Betongüte B 55 angestrebt werden sollen. Diese Betongüten sind bei einer Herstellung in Fertigteilwerken sicher zu erreichen.

Bei Verwendung des Fenderpfahles in aggressiven Wässern oder im Seewasserbau kann es auch zweckmäßig sein, einen Polymer- Beton zu verwenden, der außerdem gute Dämpfungseigenschaften hat.

Schließlich ist es auch möglich, den Fenderpfahl aus einem bitumengebundenen Beton herzustellen. Zur Verbesserung der Haftung und/oder Zähigkeit können allen Betonen geeignete Kunststoffe zugesetzt werden, wie dies im konstruktiven Ingenieurbau, im Wasserbau und im Straßenbau an sich be­ kannt ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, in der eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung an einem Beispiel naher erläutert ist. Es zeigt:

Fig. 1 eine Hafenkaje mit vorgesetzten Fender­ pfählen nach der Erfindung in einem ver­ tikalen Teilschnitt und

Fig. 2 einen der Fenderpfähle in einem horizon­ talen Querschnitt der Fig. 1 in vergrößer­ tem Maßstab.

Vor einer Hafenkaje 10, die etwa aus einer in den Flußgrund 11 gerammten Stahlspundwand 12 und einer über diese vorkragen­ den Pierplatte 13 besteht, ist eine Reihe von Fenderpfählen 14 gerammt, die an ihrem Kopf 14 a an der Pierplatte 13 ge­ lenkig befestigt sind und auch untereinander verbunden sein können. Vor den Fenderpfählen 14 liegt ein Schwimmfender 15 aus einem elastischen Material, der sich über mehrere Fender­ pfähle hinweg erstreckt und bei steigendem und fallendem Wasserstand 16 vor den Fenderpfählen 14 auf- und abgleitet. Dieser Schwimmfender 15 hält ein hier nicht näher dar­ gestelltes Schiff beim Anlegen im Abstand von den Fender­ pfählen 14 und überträgt dessen Rammstoß P auf die Fender­ pfähle, die sich hierbei elastisch nach hinten durchbiegen und in die in strichierten Linien dargestellte Lage gelan­ gen, wobei sie die Stoßenergie aufnehmen. Nach dem Rammstoß federn die Fenderpfähle 14 wieder in ihre Ausgangslage zurück.

Wie insbesondere aus Fig. 2 hervorgeht, besteht jeder Fender­ pfahl aus Beton, im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem kunststoffmodifizierten Zementbeton der Betongüteklasse B 55 und hat einen T-förmigen Querschnitt. Die Fenderpfähle 14 werden so vor dem zu schützenden Bauwerk 10 angeordnet, daß ihre Flanschen 17 außen liegen und der Rammstoß P auf sie trifft, während die Stege 18 der Fenderpfähle 14 sich auf der dem Stoß abgewandten Rückseite befinden.

Jeder Fenderpfahl ist mit drei Spanngliedern 19 und 20 be­ wehrt, die sich in Längsrichtung des Pfahles 14 erstrecken und von denen jedes aus einer Vielzahl von Faserverbund­ elementen 21 besteht, die zu einem Bündel zusammengefaßt und von einem Hüllrohr 22 umschlossen sind, welches nach dem Spannen des jeweiligen Spanngliedes mit einem Zement­ mörtel oder einer anderen erhärtenden Masse injiziert wird.

Man erkennt aus Fig. 1, daß jeder Fenderpfahl 14 bei einem Rammstoß P derart auf Biegung beansprucht wird, daß die hier­ bei entstehende Druckzone diesseits der Nullinie 0-0 im Be­ reich des Flansches 17 und die entstehende Zugzone Z jenseits der Nullinie 0-0 im Bereich des Steges 18 liegt. Die beiden Spannglieder 19 im Bereich der Druckzone D haben einen we­ sentlich kleineren Querschnitt als das Spannglied 20 im Be­ reich der Zugzone Z, sind jedoch bis zu ihrer vollen zulässi­ gen Zugspannung vorgespannt. Das in der Zugzone Z angeord­ nete, querschnittsmäßig viel größere Spannglied 20 ist je­ doch nur bis zu einem Teil seiner zulässigen Zugspannung vorgespannt, so daß es sich unter Last erheblich dehnen kann, wenn der Rammstoß P auf den Fenderpfahl einwirkt und dieser hierdurch nach hinten durchgebogen wird.

Da der vorgefertigte Betonpfahl nur soweit vorgespannt werden muß, daß er die für den Rammvorgang notwendige Festigkeit er­ reicht und im Flansch 17 keine aus dem Schiffstoß herrührenden Zugkräfte aufgenommen werden müssen, können die im Flansch 17 angeordneten Spannglieder einen sehr kleinen Querschnitt haben, da ihre Vorspannung ja auch voll ausgenutzt werden kann. Zusammen mit der T-Form ergibt sich hierdurch ein sehr günstiger und wirtschaftlicher Verbundquerschnitt für den Fenderpfahl, der aufgrund seiner Unempfindlichkeit gegenüber aggressiven Umwelteinflüssen auch eine lange Lebensdauer hat.

Obgleich bei dem Fenderpfahl nach der Erfindung auf eine schlaffe Längsbewehrung vollständig verzichtet werden kann, kann es zweckmäßig sein, als Schubbewehrung Bügel aus Stahl vor­ zusehen, die dann aber mindestens im Bereich der größten Beanspruchung mit einer Kunststoffbeschichtung versehen sind.

Man erkennt, daß der Fenderpfahl nach der Erfindung nicht nur aus Zementbeton, sondern auch aus anderen Betonen, bei­ spielsweise einem Polymer-Beton oder einem Bitumen-Beton, hergestellt werden kann, wobei auch dem Bitumen- oder Asphalt­ Beton Kunststoffe zur Verbesserung der Haftung und/oder Zähig­ keit zugesetzt werden können.

Polymer-Betone, bei denen das Bindemittel der gemischtkörnigen Zuschlagstoffe aus einem erhärtenden Polymer-Kunststoff be­ steht, hat gute Dämpfungseigenschaften und hat eine gute Affinität zu den Faserverbundwerkstoffen der Spannstäbe, so daß hier besondere Abschirmmaßnahmen nicht erforderlich sind.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern es sind mehrere Ände­ rungen und Ergänzungen möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise könnte der Fenderpfahl auch ei­ nen anderen Querschnitt, im einfachsten Fall einen Rechteck­ querschnitt haben und es ist auch möglich, den Fenderpfahl symmetrisch zu bewehren.

Der Fenderpfahl braucht sich nicht notwendigerweise mit sei­ nem Kopf 14 a gegen ein Kaimauerbauwerk abzustützen, sondern kann auch lediglich in der Gewässersohle 11 eingespannt sein. Auch ist es nicht unbedingt notwendig, einen Schwimmfender 15 vorzusehen.

Claims (11)

1. Fenderpfahl aus Beton mit in Längsrichtung des Pfahles sich erstreckenden Spanngliedern, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Spannglieder (19, 20) aus langgestreckten, hochfesten Faserverbundelementen (21) mit niedrigem Elastizitätsmodul bestehen.

2. Fenderpfahl nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Faserverbundelemente (21) aus Glasfasern bestehen, die in eine Kunststoff­ matrix eingebettet sind.

3. Fenderpfahl nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Faserverbundelemente (21) aus anderen hochfesten Fasern mit niedrigem Elasti­ zitätsmodul bestehen, die in eine Kunststoffmatrix ein­ gebettet sind.

4. Fenderpfahl nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die in der Druckzone (D) des beim Rammstoß (P) auf Biegung beanspruchten Pfahlquerschnittes angeordneten Spann­ glieder (19) zum Erzeugen der Längsvorspannung des Pfahles (14) etwa bis zu ihrer vollen zulässigen Zug­ spannung, die in der Zugzone (Z) des Pfahlquerschnittes angeordneten Spannglieder (20) jedoch nur bis zu einem Teil ihrer zulässigen Zugspannung vorgespannt sind.

5. Fenderpfahl nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Pfahl (14) einen T-förmigen Querschnitt hat und so anzuordnen ist, daß die Druckzone (D) im Bereich des Flansches (17) und die Zugzone (Z) im Bereich des Steges (18) liegt.

6. Fenderpfahl nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Längsvorspannung des vorgefertigten Betonpfahles (14) der für den Einbau erforderlichen Festigkeit des Pfah­ les entspricht.

7. Fenderpfahl nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß als Schubbewehrung Stahlbügel vorgesehen sind, die minde­ stens im Bereich der größten Beanspruchung mit einer Kunststoffbeschichtung versehen sind.

8. Fenderpfahl nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß der Pfahl aus Zementbeton besteht.

9. Fenderpfahl nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß der Pfahl aus einem Polymer-Beton besteht.

10. Fenderpfahl nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß der Pfahl aus einem Bitumen-Beton besteht.

11. Fenderpfahl nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß dem Beton Kunststoffe zur Verbesserung der Haftung und/ oder Zähigkeit zugesetzt sind.