DE3833202C2 - Balkenartiges Tragglied aus Spannbeton - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein balkenartiges, auf Stützen aufgelagertes und vorwiegend auf Biegung beanspruchtes Tragglied aus Spannbeton gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei Traggliedern dieser Art tritt, gleichgültig ob es sich um Einfeld- oder um Durchlaufträger handelt, ein zwar von der Belastung abhängiger, aber dennoch charakteristischer, aus der Verteilung der Biegemomente und Querkräfte herrührender Spannungsverlauf auf. Das Biegemoment erreicht im Feldbereich, bei einem Einfeldträger unter Gleichlast in Feldmitte, einen Maximalwert, dem im Untergurt eine Zugkraft und im Obergurt eine Druckkraft entsprechen; zum Auflager hin wird es bei einem Einfeldträger zu Null, bei einem Durchlaufträger erreicht es negative Werte. Umgekehrt sind die Querkräfte an der Stelle des maximalen Biegemoments Null, erreichen aber dann an den Stützen in Form der Auflagerkräfte ihren Maximalwert.

Dieser Kraftverlauf hat bei solchen balkenartigen Traggliedern Schubkräfte zur Folge, die bei einem Vollwandträger schrägverlaufende Hauptzugspannungen im Trägersteg erzeugen, bei Fachwerkträgern sich in den Stabkräften der einzelnen Fachwerkstäbe auswirken und bei sonstigen aufgelösten Trägern, wie z. B. einem Vierendeelträger, Vertikalkräfte und Biegemomente in den Knoten erzeugen.

Bei Traggliedern aus Stahlbeton oder Spannbeton wird die Führung der Bewehrung diesem Kraftverlauf angepaßt, d. h. die Hauptbewehrung befindet sich im Bereich der maximalen positiven Biegemomente im Untergurt und wird zu den Stützen hin, vor allem dann, wenn dort negative Stützmomente auftreten, innerhalb der Trägerstege zum Obergurt geführt.

Bei Traggliedern aus Stahlbeton erfolgt dies in der Regel in Form sogenannter Schubaufbiegungen; bei Traggliedern aus Spannbeton werden die Spannglieder in möglichst stetiger Krümmung in etwa dem Verlauf der Biegemomente angepaßt.

Bei Vollwandträgern besteht dabei oft das Problem, daß die Spannglieder, die sowohl im Untergurt, als auch im Obergurt ausreichend Platz finden, aus konstruktiven Gründen eine Breite der Trägerstege bedingen, die aus statischen Gründen nicht erforderlich wäre und somit totes Gewicht darstellt. Ähnlich ist es bei Fachwerkträgern, die, da ihre einzelnen Bauglieder nur durch Längskräfte beansprucht werden, bekanntlich sehr materialsparende Konstruktionen darstellen. Werden die Spannglieder in den Fachwerkstäben geführt, dann ergeben sich konstruktive Schwierigkeiten an den Knotenpunkten, die wegen der Umlenkungen und Verankerungen von Spanngliedern sehr groß dimensioniert werden müssen; auch dies bringt zusätzliches Gewicht und erhöht wegen der größeren Knotensteifigkeit die Nebenspannungen im Fachwerk.

In diesem Zusammenhang ist es schon bekannt geworden, die Bewehrung der Zugstäbe eines Fachwerkträgers derart vorzuspannen, daß im gesamten Querschnitt dieser Stäbe die Zugspannungen ganz oder teilweise verschwinden, um auf diese Weise die Nebenspannungen in den Knoten zu vermindern (FR-PS 898 076).

Bei Traggliedern aus Spannbeton unterscheidet man Spannglieder, die über ihre gesamte Länge mit Verbund innerhalb des Betonquerschnitts verlaufen, sei es mit sofortigem Verbund, sei es mit nachträglichem Verbund durch Injizieren der Spannkanäle mit Zementmörtel, und Spannglieder, die zwar ebenfalls innerhalb des Betonquerschnitts verlaufen, aber keinen Verbund mit dem Beton besitzen, wie z. B. sogenannte Fettlitzen. Vorspannung mit Verbund hat den Vorteil, daß der Verbund bei Laststeigerungen zu Spannungserhöhungen im Spannstahl und damit zu erhöhter Wirksamkeit der Spannglieder bei der Beschränkung der Rißbreiten und bei der Aufnahme der Zugkräfte im rechnerischen Bruchzustand führt.

Schließlich ist es auch bekannt, Spannglieder ohne Verbund mit dem Bauwerk außerhalb des Betonquerschnitts zu führen, bei einem Stahlbetonträger beispielsweise in einer zu dem Trägersteg parallelen Ebene, an diesem in Lisenen oder durch Konsolen fixiert (DE-AS 10 45 630). Die Umlenkung der Spannglieder an den Konsolen wird hier sogar zum Aufbringen der Vorspannung durch Spreizung benützt. Die Spannglieder liegen hier auch im Feldbereich oberhalb des Untergurtes des Trägers, was einen Verlust an Hebelarm der inneren Kräfte bedeutet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, um balkenartige Tragglieder der eingangs angegebenen Art auf wirtschaftlichere Weise, insbesondere unter Einsparung von Material, vornehmlich Spannstahl, herstellen zu können als bisher.

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

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Es ist zwar auch schon bekannt, Spannglieder zwischen dem Feldbereich und dem Stützenbereich eines Tragglieds außerhalb des Betonquerschnitts zu führen (EP 0 053 965 B1). Bei dieser Konstruktion handelt es sich aber um ein räumliches Fachwerk aus vorgefertigten Teilen, bei dem die Spannglieder im Feldbereich in nach unten offenen nutenartigen Ausnehmungen verdickter Bereiche einer Untergurtplatte und von dort durch den Untergurt hindurch außerhalb des Betonquerschnitts zu Auflagerquerträgern geführt und darin verankert sind. Die nutenartigen Ausnehmungen haben eine Schwächung des Untergurtquerschnitts zur Folge.

Der Vorteil der Erfindung folgt aus einer Kombination der vorteilhaften Eigenschaften von Spannbeton mit Verbund und Spannbeton ohne Verbund im Verlauf einzelner Spannglieder. Diese Spannglieder befinden sich in einem ausgedehnten Feldbereich im Verbund mit dem Tragwerk, was sich auf die Bruchsicherheit des Tragwerks günstig auswirkt, während sie zu den Stützenbereichen hin außerhalb des Betonquerschnitts, also ohne Verbund mit dem Tragwerk, nach oben gezogen werden, um dort zur Schubentlastung beizutragen.

Dadurch wird ein Tragverhalten erreicht, das es ermöglicht, die Breite des Trägersteges auf das ihrer Bedeutung als Schubzone des Querschnitts statisch bzw. konstruktiv erforderliche Mindestmaß zu reduzieren, da im Steg allenfalls die, in seiner statisch erforderlichen Dicke unterzubringenden Spannglieder vom Untergurt zum Obergurt geführt zu werden brauchen. Da die Spannglieder im Feldbereich innerhalb des Untergurtquerschnitts verlaufen, kann der Hebelarm der inneren Kräfte voll ausgenutzt werden, ohne daß eine Querschnittsschwächung auftritt, wie beispielsweise durch nutenartige Ausnehmungen im Untergurt zur Aufnahme der Spannglieder.

Gelten diese Vorteile hauptsächlich für Vollwandträger, so läßt sich die Erfindung in ähnlich vorteilhafter Weise auch bei Fachwerkträgern verwirklichen. Wenn, wie erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Spannglieder im Feldbereich im Untergurt innerhalb des Betonquerschnitts und in den anschließenden Bereichen außerhalb des Betonquerschnitts geführt werden, entfallen Umlenkstellen im Bereich der Fachwerkknoten, so daß auch deren Querschnitte auf das statisch und konstruktiv notwendige Maß reduziert werden können. Bei einem Fachwerk mit Zug- und Druckdiagonalen können die Spannglieder so angeordnet und die Vorspannkraft so gewählt werden, daß unter ungünstigster Belastung in allen Zug- und Druckdiagonalen annähernd gleich große Stabkräfte auftreten. Damit wird die Voraussetzung dafür geschaffen, Tragwerke aus Spannbeton auch in aufgelöster Bauweise, insbesondere als Fachwerke ausbilden zu können.

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

Fig. 1 eine teilweise Seitenansicht eines als Einfeldträger ausgebildeten Vollwandträgers mit schematischer Andeutung der Spanngliedführung,

Fig. 2 eine Ansicht der Stirnseite des Trägers mit den Spanngliedverankerungen aus Richtung II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch den Träger entlang der Linie III-III in Fig. 1,

Fig. 4 eine teilweise Seitenansicht eines als Durchlaufträger ausgebildeten Fachwerkträgers,

Fig. 5 einen Querschnitt im Feldbereich entlang der Linie V-V in Fig. 4,

Fig. 6 einen Querschnitt am Übergang zur Stütze entlang der Linie VI-VI in Fig. 4,

Fig. 7 eine Seitenansicht des Auflagerbereichs eines aus zwei Einfeldträgern zusammengesetzten Durchlaufträgers und

Fig. 8 einen Querschnitt entlang der Linie VIII-VIII in Fig. 7.

In den Fig. 1 bis 3 ist ein Vollwandträger 1 aus Spannbeton von seinem Auflagerbereich bis in den Feldbereich in idealisierter Form dargestellt. Es handelt sich um einen Einfeldträger, der im Feldbereich einen Untergurt 2, einen Obergurt 3 und einen beide verbindenden Trägersteg 4 aufweist, der entsprechend seiner Beanspruchung eine geringere Breite aufweist als Ober- und Untergurt 3 bzw. 2. Im Auflagerbereich, der durch ein Lager 5 symbolisiert ist, ist der Trägersteg 4 zu einer Auflagerverstärkung 6 bis zur Breite von Ober- und Untergurt verbreitert.

Der Träger 1 ist in an sich bekannter Weise schlaff armiert - die schlaffe Bewehrung ist der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt - und mit einer Spannbewehrung aus Spanngliedern 7 vorgespannt. Die Spannglieder 7 sind in an sich bekannter Weise dem Verlauf der Biegemomente folgend im Feldbereich im Untergurt 2 angeordnet; sie sind zum Auflagerbereich hin nach oben geführt und in der Auflagerverstärkung 6 in an sich bekannter Weise mittels Verankerungsvorrichtungen 8 verankert.

Die Anordnung und Führung der Spannglieder 7 nach der Erfindung ist in den Fig. 1 bis 3 schematisch, aber ohne Einschränkung auf das dargestellte Ausführungsbeispiel angedeutet. Die Spannglieder 7 sind jeweils in zwei Lagen angeordnet, nämlich einer unteren Lage I und einer oberen Lage II und in zueinander parallelen vertikalen Ebenen A und B gekrümmt geführt. In Feldmitte (Fig. 3) liegen alle Spannglieder 7 nebeneinander und übereinander innerhalb des Betonquerschnitts des Untergurts 2. Um die Spannglieder 7 nach dem Einbringen und Erhärten des Betons längsbeweglich und spannbar zu halten, sind sie in an sich bekannter Weise in Spannkanälen 9 aus einbetonierten Hüllrohren geführt.

Zum Auflagerbereich hin werden die Spannglieder 7 aus dem Untergurt 2 nach oben geführt, was in Fig. 3 durch Pfeile 10 angedeutet ist. Dabei bleiben die beiden Spannglieder 7 der mittleren Spanngliedebene A in an sich bekannter Weise innerhalb des Trägersteges 4; sie werden im Auflagerbereich in ihrer Ebene A übereinander verankert. Die Spannglieder 7 der Spanngliedebenen B werden aus dem Untergurt 2 im Bereich von Vouten 11 nach oben herausgeführt; sie verlaufen dann außerhalb des Betonquerschnitts in zum Trägersteg 4 parallelen Ebenen, bevor sie im Auflagerbereich wieder in die Auflagerverstärkung 6 eintreten und dort in zwei Gruppen wiederum in zwei Lagen I und II übereinander verankert sind (Fig. 2).

In dem Bereich, in dem die Spannglieder 7 der Spanngliedebenen B außerhalb des Betonquerschnitts verlaufen, sind sie von Stahlrohren 12 umhüllt, die jeweils an die aus den Hüllrohren 9 gebildeten Spanngliedkanäle anschließen. Der dichte Anschluß der Stahlrohre 12 an die aus den Hüllrohren 9 gebildeten Spanngliedkanäle ist Voraussetzung dafür, daß die Spanngliedkanäle nach dem Spannen der Spannglieder 7 mit Zementleim injiziert werden können, wodurch in dem Bereich, in dem die Spanngliedkanäle innerhalb des Betonquerschnitts verlaufen, ein Verbund mit dem Beton herbeigeführt wird.

Die Stahlrohre 12 werden zweckmäßig vor dem Einführen der Spannglieder 7 in die Spannkanäle montiert. Beanspruchungen aus Verformungen infolge von Temperaturunterschieden vor dem Injizieren sowie vor dem Spannen der Spannglieder 7 werden dadurch vermieden, daß die Stahlrohre 12 zunächst längsbeweglich gegenüber dem Träger 1 gehalten werden. Nach dem Spannen der Spannglieder 7 und dem Injizieren der Spannkanäle werden die Stahlrohre 12 in Verbund mit dem Träger 1 gebracht. Hierzu werden die Stahlrohre 12 über eine gewisse Länge in den Beton des Trägers 1 hineingeführt. In diesen Bereichen können Mittel vorgesehen sein, um den Verbund mit dem Träger zu verbessern, wie z. B. aufgeschweißte Flansche, Niete oder dergleichen.

Die Fig. 4 bis 6 zeigen die Anwendung der Erfindung am Beispiel eines Fachwerkträgers 20. Auch der Fachwerkträger 20 besitzt einen Untergurt 21 und einen Obergurt 22, die durch steigende und fallende Diagonalstäbe 23 miteinander verbunden sind. Die Diagonalstäbe 23 sind mit dem Untergurt 21 und dem Obergurt 22 in Fachwerkknoten 24 verbunden. Oberhalb eines auf einer Stütze 25 angeordneten Lagers 26 befindet sich eine scheibenartige Auflagerverstärkung 27.

Wie der Normalquerschnitt im Feldbereich gemäß Fig. 5 in Verbindung mit Fig. 4 zeigt, liegen die auch hier wieder idealisiert angedeuteten Spannglieder 7 in zwei parallelen vertikalen Spanngliedebenen B und in vier Lagen I, II, III und IV übereinander längsbeweglich in durch Hüllrohre gebildeten Spannkanälen. Die Spannglieder 7 werden, wie in Fig. 4 angedeutet, jeweils in aufeinanderfolgenden Fachwerkknoten 24 aus diesen Lagen in Richtung der Pfeile 28 (Fig. 5) aus dem Untergurt 21 heraus und außerhalb des Betonquerschnitts, aber noch innerhalb der Fachwerkwand nach oben geführt, wobei sie selbstverständlich die übrigen Diagonalstäbe 23 durchdringen. Die Reihenfolge ist so, daß zuerst die oberste Lage IV und zuletzt die unterste Lage I aus dem Untergurt herausgeführt werden. Der längs eines Diagonalstabes 24 geführte Schnitt VI-VI der Fig. 6 zeigt diesen Zustand.

Die Spannglieder 7 sind hier in gleicher Weise geführt wie im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 3 beschrieben, d. h. sie verlaufen im Bereich des Untergurtes 21 in durch Hüllrohre gebildeten Spannkanälen, in den Bereichen, in denen sie außerhalb des Betonquerschnitts, wenn auch innerhalb der Fachwerkwand verlaufen, in Stahlrohren, die dann, wenn die Spannglieder 7 in die Auflagerverstärkung 27 eintreten, wiederum an einbetonierte Hüllrohre anschließen. In den Bereichen, in denen die Stahlrohre die Diagonalstäbe 23 durchdringen, sind sie gegenüber diesen längsbeweglich in Rohren geführt. Nach dem Injizieren der Spannkanäle nach dem Vorspannen kann so wiederum sowohl im Bereich des Untergurtes 21, wie auch im Bereich der Auflagerverstärkung 27, wo die Spannglieder 7 innerhalb der Betonkonstruktion verlaufen, ein Verbund hergestellt werden.

Fig. 4 zeigt einen als Durchlaufträger ausgebildeten Fachwerkträger, der als solcher hergestellt wurde, beispielsweise auf einer Rüstung. Nach der Erfindung ist es aber auch möglich, zunächst als Einfeldträger hergestellte Fachwerkträger über einer Stütze miteinander zu verbinden, um eine Durchlaufwirkung herbeizuführen. Eine solche nachträgliche Verbindung zweier Einfeldträger ist in Fig. 8 angedeutet. Hier stoßen über einer Stütze 31 auf einem Lager 32 zwei als Einfeldträger hergestellte Fachwerkträger 30 und 30′ zusammen. Die Spannglieder 7 der Träger 30 und 30′ sind jeweils bis zu deren Stirnseite 33 geführt und dort in Endverankerungen 34 verankert. Zur Erzielung der Durchlaufwirkung wird zunächst der Zwischenraum zwischen den Trägerstirnseiten 33 ausbetoniert und werden im Bereich des Obergurtes 35 seitliche Verstärkungen 36 angebracht, in denen zusätzliche gerade Spannglieder 37 geführt sind, die lediglich den Trägerstoß überbrücken und an den Enden der Verstärkungen 36 in Endverankerungen 38 verankert sind.

Claims (6)

1. Balkenartiges, auf Stützen aufgelagertes und vorwiegend auf Biegung beanspruchtes Tragglied aus Spannbeton mit einem Obergurt, einem Untergurt und einem Trägersteg sowie mit Spanngliedern, deren Verlauf zwischen Feld- und Stützenbereich demjenigen der Biegemomente angepaßt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Spannglieder (7) in einem ausgedehnten Feldbereich im Untergurt (2, 21) des Tragglieds (1, 20) in geschlossenen, innerhalb des Betonquerschnitts verlaufenden Spannkanälen und in den anschließenden, zu den Stützenbereichen hin führenden Bereichen außerhalb des Betonquerschnitts jeweils in einer, einen Spannkanal fortsetzenden rohrförmigen Umhüllung geführt und durch Einpressen von erhärtendem Material über ihre gesamte Länge gegen Korrosion geschützt und in dem Bereich, in dem sie innerhalb des Betonquerschnitts verlaufen, in Verbund mit dem Tragglied (1, 20) gebracht sind.

2. Tragglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige Umhüllung aus einem Stahlrohr (12) besteht.

3. Tragglied nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlrohr (12) sich bis in das Tragglied (1, 20) hinein erstreckt und mit Mitteln zur Verbesserung des Verbundes mit dem Tragglied versehen ist.

4. Tragglied nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägersteg (4) in aufgelöster Bauweise, z. B. als Fachwerkträger, Vierendeelträger oder dergleichen ausgebildet ist.

5. Tragglied nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannglieder (7) innerhalb der Breite des Trägersteges (20) liegen.

6. Als Durchlaufträger ausgebildetes Tragglied nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannglieder (7) auch im Stützenbereich in geschlossenen Spannkanälen innerhalb des Betonquerschnitts verlaufen.