DE69518396T2

DE69518396T2 - Holz-Beton Verbundkonstruktion, insbesondere für die Herstellung von Brückendecken

Info

Publication number: DE69518396T2
Application number: DE69518396T
Authority: DE
Inventors: Philippe Drisin; Myriam Olivier
Original assignee: SOPRESE SARL
Current assignee: SOPRESE SARL
Priority date: 1994-12-13
Filing date: 1995-12-12
Publication date: 2001-03-29
Anticipated expiration: 2015-12-13
Also published as: FR2727993A1; EP0717149A1; EP0717149B1; DE69518396D1; FR2727993B1; ATE195563T1

Description

[000] Die vorliegende Erfindung, im Zusammenhang mit welcher Versuche an Modellen und Untersuchungen im Laboratoire Geomateriaux bei ENTPE-FORMEQUIP durchgeführt wurden, bezieht sich auf die Ausbildung von Holz-/Beton-Verbundkonstruktionen, insbesondere für die Herstellung von Platten bei technischen Bauwerken wie beispielsweise Brücken. Konstruktionen dieser Art weisen Träger aus Massivholz oder Tischlerplatten auf, die an ihrem unteren Abschnitt verleimt sind, sowie eine auf den Trägern an deren oberem Abschnitt verbundene Betondruckplatte.
Insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich, bezieht sie sich auf die Ausführung von Riegelwerken bzw. Feldern kleiner und mittlerer Spannweite für den Fußgängerverkehr (Fußgängerbrücken) und den Fahrzeugverkehr (Brücken) und ganz allgemein für die Überbrückung von Breschen bzw. Vertiefungen mittels statischer oder dynamischer Lasten (beispielsweise Aquädukte) in den vorstehend definierten Bereichen. Vorzugsweise, wenn auch ohne Einschränkung, bezieht sie sich auf isostatische Felder.[0002]
Die Konstruktion von Verbundplatten Metall und Stahlbeton wurde für Brücken in den sogenannten "entwickelten" Ländern zur üblichen Bauweise, wobei sie im Vergleich zu entsprechenden Bauwerken, die vollständig aus Stahlbeton ausgeführt sind, die Zuverlässigkeit und die günstigen Kosten derartiger Bauwerke bei mittleren Spannweiten erbringen.[0003]
In jedem Fall ziehen diese Konstruktionen aus Metall und Stahlbeton einen sehr hohen Verbrauch an Baustahl (in den Metallträgern) und Armierstahl für den Stahlbeton (in der oberen Platte) nach sich. Dies stellt für den Brückenbau in den in der Entwicklung befindlichen Ländern ein beträchtliches Hindernis dar, da hierfür erhebliche Devisen für die Beschaffung des Stahls in den erforderlichen Mengen eingesetzt werden müssen.[0004]
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, diesem Nachteil abzuhelfen und hierzu als Ersatz für die bei den vorgenannten bekannten Bauweisen verwen deten Metallträger Holzträger vorzuschlagen, deren Querschnitt in Abhängigkeit von den aufgebrachten Lasten definiert wird (wobei er von einem Vollprofil aus Massivholz bis zu einem ebenfalls aus Massivholz bestehenden I-Profil oder einem komplex geformten Profil aus Tischlerplatten veränderlich ist). Ebenso liegt ihr die Aufgabe zugrunde, dank einer klugen Wahl der Lage der Nullachse des Verbundprofils (an der Grenze zwischen dem Holz und dem Beton) die zur Armierung der Druckplatte einzubringende Menge an Stahl beträchtlich zu verringern.[0005]
Es liegt auf der Hand, dass ein derartiger Austausch von Metall gegen Holz in den in der Entwicklung befindlichen Ländern, die reich an natürlichen Holzbeständen sind, es möglich macht, die mit dem Ankauf von Stahl verbundenen hohen Kosten in Devisen zu verringern und somit eine natürliche Ressource im Land zur Geltung zu bringen, die ansonsten mit geringerem Mehrwert exportiert würde.[0006]
Die Verbindung von Holz mit Beton stellt ein sehr altes Verfahren dar, auch wenn es dabei bei der Qualität der Verbindung zwischen den Holzträgern und der Betondruckplatte haperte. Zahlreiche Systeme sahen somit die Ausbildung dieser Verbindung mit Hilfe von Nägeln vor, die in das Holz getrieben wurden und deren Kopf im Beton versenkt ist. Andere Systeme sahen Verbindungsplatten vor, die aus Blechen bestehen, die über die beiden Flanken jedes Trägers mit Hilfe von horizontalen Nagelzähnen befestigt werden, welche man durch Ausschneiden und Biegen bestimmter Abschnitte ihres Materials erhält.[0007]
Diese bekannten Verbindungssysteme, die nur zur Ausbildung von Gebäudedecken und Übergängen von geringer Tragkraft eingesetzt wurden, sind aber nicht dafür ausgelegt, allen Druck- und Scherkräften standzuhalten, die in den Kunstbauten erzeugt werden.[0008]
Aus der französischen Patentschrift FR-PS 26 11778 A ist auch eine Gebäudedecke bekannt, bei welcher Holz mit Beton kombiniert wird und bei welcher eine Betonplatte auf Holzträgern vergossen und mit diesen über Verbindungsrohre aus Metall mit kreisförmigem Querschnitt verbunden wird, die jeweils einerseits durch Eintreiben in eine zu diesem Zweck in einem Träger ausgearbeitete runde Vertiefung und andererseits während des Betongusses in die Platte eingelassen werden. Auch in diesem Fall erwies sich eine Verbindung dieser Art als besser an die Belastungen geringer und mittlerer Intensität angepasst. Ein anderes System, das in der Vorveröffentlichung DE 67 35 56 C beschrieben wird und für Gebäudedecken bestimmt ist, umfasst eine Verklammerung der beiden Teile einer kombinierten Konstruktion mit Hilfe von Z- oder I-Profilteilen.[0009]
Erfindungsgemäß ist die kombinierte Holz-/Beton-Konstruktion, die vornehmlich zur Ausbildung von Platten in Kunstbauten wie Brücken bestimmt ist, von der Art, die folgendes umfasst:[0010]
- Längsholzträger, die auf Abstützungen wie Wechselbalken ruhen, eine auf den Trägern abgestützte Druckplatte, und
- Verbindungsteile aus Metall, die aus Z-Profilen bestehen, wobei sie die Verbindung zwischen den Trägern und der Betonplatte sicherstellen.
Diese zeichnet sich dadurch aus, dass die Z-Profile jeweils die Form eines umgekehrten Doppelwinkelprofils aufweisen, dessen vertikaler oberer Schenkel in der Druckplatte versenkt ist und dessen unterer vertikaler Schenkel in einem Schlitz der oberen Gurtung des Trägers beispielsweise mittels Bolzen oder Ankerschrauben befestigt ist, welche in Löcher eingreifen, die im Träger ausgebildet sind.
[0011] Das Verbindungselement, das aus einem gebogenen Blech gebildet sein kann oder das man durch Verschweißen von zwei standardmäßigen Winkeleisen in Kopf-Sporn-Position erhalten kann, weist vorzugsweise auf seinem oberen vertikalen Schenkel eine Öffnung für den Durchtritt eines in Längsrichtung verlaufenden Gewindestabes aufweist, welcher zum Einlassen im Beton bestimmt ist.
[0012] Die Einbettung des oberen Schenkels des Verbindungsteils in dem im Holz ausgebildeten Schlitz und der Bolzen bzw. Ankerschrauben in dem Träger erfolgt mit Hilfe eines Produkts, welches die folgenden Eigenschaften besitzt:
- eine gute chemische Verträglichkeit mit dem Holz,
- eine ausreichendes Fließvermögen zum Durchtränken der Holzfasern, um die Scherkräfte richtig aufzunehmen,
- ausreichend hohe Thixotropie, welche es möglich macht, dass das überschüssige Produkt nicht in Bereiche ausfließt, in denen es nicht nötig wäre.
[0013] Es ist offensichtlich, dass das erfindungsgemäße Verbindungselement perfekt für die Ausführung von Platten in kombinierter Holz-/Beton-Konstruktion angepasst ist. Sein oberer Abschnitt funktioniert dabei tatsächlich genauso wie bei Platten aus einer Metall-/Beton-Kombination, bei denen das Verbindungselement in den verdichteten Abschnitt des Betons eingelassen ist und dabei auf diesen eine Druckkraft überträgt, welche die Abmessungen für das Element vorgibt (ebenso verhindert es wegen des Gewindestabes, der durch alle Verbindungselemente hintereinander geführt ist, das Anheben der Platte). In gleicher Weise überträgt sein in einen Schlitz im Träger eingelassener unterer Abschnitt unter den bestmöglichen Bedingungen auf das Holz eine Druckkraft innerhalb der (rechnerisch ermittelten) Grenzen für die für das Holz zulässigen Belastungen. Die Mobilisierung der Kräfte wird durch Verfüllung des Schlitzes mit Hilfe des vorstehend definierten Produktes gewährleistet.
[0014] Das Verbindungselement wird provisorisch über eine Spitze auf dem Holz fixiert und die zwischen dem Verbindungselement und dem Holz wirksamen Ausziehkräfte werden von Bolzen aufgenommen, welche aus einem Schaftteil bestehen, das in ein Kernloch eingesetzt und mit dem vorstehend definierten Produkt eingegossen wird, um das Material um den Schaft wieder aufzubauen, sowie aus einem Kopf, welcher einem Abheben entgegen wirkt.
[0015] Die auf den Querschnitt des unteren Schenkels des umgekehrten Doppelwinkeleisens einwirkende Scherkraft gibt die Abmessungen in der Dicke dieses Schenkels vor. Schließlich legt die auf den oberen Abschnitt des Verbindungsteils einwirkende Biegekraft die Dimensionen in der Dicke des oberen Schenkels fest.
[0016] Der gesamte Verbund der erfindungsgemäß somit definierten Verbindungselemente ist in der Lage, allen Beanspruchungen zu widerstehen, die von den bekannten Kräften in Querrichtung, unter anderen auch dem Ermüdungskräften, in Kunstbauten erzeugt werden.
[0017] Dabei ist zu beachten, dass der untere Abschnitt des Verbindungselements in die obere Gurtung des Holzträgers über einen relativ kleinen Bereich der Gesamthöhe der Gurtung eingesetzt ist. Angesichts der Lage der Nullachse steht dieser Bereich jedoch nur unter einer sehr geringen Spannung, was bedeutet, dass die wenigen Holzfasern, die vom oberen Abschnitt des Verbindungselements aufgefangen werden, keine Belastung der Dauerhaftigkeit der gesamten Konstruktion darstellen.
[0018] Ebenso ist festzustellen, dass die im Vergleich zu den Dimensionen der oberen Gurtung des Holzträgers geringen Abmessungen des Verbindungselements dazu führen, dass dieses Verbindungselement sowohl auf der Seite des Betons als auch auf der Holzseite von der Luft in der Umgebung sehr weit getrennt ist. Mit diesem Merkmal ist es möglich, das Verbindungselement wirksam vor eventueller Brandgefahr wie auch vor Korrosion zu schützen, wobei dieser Schutz noch durch Galvanisierung und/oder eine Kunststoffbeschichtung verbessert werden kann.
[0019] Gemäß einem speziellen Merkmal der Erfindung werden mit dem Ziel, die Ausführung durch eine ungelernte Arbeitskraft zu vereinfachen und die Mengen an den für Stahlbeton benötigtem Baustahl auf ein Mindestmaß zu senken, vorgefertigte Betonteile verwendet, welche sich an die Form eines Gewölbes anlegen und sich auf Aussparungen abstützen, die in den Kantenflächen der Holzträger ausgeformt sind. Diese Gewölbebögen dienen dabei einem doppelten Zweck:
- sie bilden zum einen eine gegebenenfalls verlorene Schalung für die darüber befindliche Betondruckplatte; diese Wölbung wird mit Hilfe von drei Reihen Bindern (zwei Reihen am Rand und eine Keilsteinreihe) ausgeführt, deren Pfeilhöhe und Dicke durch die Notwendigkeit vorgegeben sind, dass die Wölbung unter der Einwirkung des flüssigen Betons der Druckplatte vollständig zusammengedrückt werden muss;
- wegen der Wirkung der gebildeten Wölbung werden die statischen und dynamischen Lastkräfte der Fahrbahn direkt auf die Holzträger übertragen, wodurch die Bildung von erheblichen Biegemomenten in Querrichtung vermieden wird, die ansonsten eine beträchtliche Erhöhung der Stahlmengen in der Platte vorausgesetzt hätten, wodurch das Interesse an diesem Verfahren noch weiter verringert würde.
[0020] Die anzuordnenden Elemente sind in ihrer Gesamtheit ausreichend leicht, damit sie von Hand oder mit Hilfe von Flaschenzügen gehandhabt werden können.
[0021] Die langgestreckten Holzträger werden normalerweise entsprechend einem rechnerisch ermittelten Takt verstrebt bzw. verankert. Diese Verstrebungen bzw. Verankerungen bestehen im Prinzip aus einem Stahlrohr, welches die durch ein die Druckkräfte aufnehmendes Element aus Holzbeton hindurch gehenden Scherkräfte aufnimmt, sowie aus einer Zugstange aus Stahl der Sorte FE500 oder aus unlegiertem Hartstahl (entsprechend den jeweils wirksamen Kräften), welche die Zugkräfte aufnimmt. Die Holzträger ruhen dabei auf Wechselbalken, welche Abstützungen bilden.
[0022] Um schließlich die Ausführung noch einfacher zu gestalten, dienen vorgefertigte und auf der Kante der Platte über einer seitlichen Vertiefung in Randträgern gesetzte Elemente gleichzeitig als vertikale verlorene Schalung für die Druckplatte und den darüber liegenden Gehweg, sondern auch dem Schutz gegen Wasser, das entlang der Randträger und der dekorativen Verkleidung fließt.
[0023] Die somit definierte Erfindung ist sowohl in Ländern, die sich in der Entwicklung befinden, zum dortigen größtmöglichen Einsatz vor Ort vorhandener Ressourcen und aus Gründen der Vereinfachung ihrer Ausführung, als auch in Industrieländern einsetzbar, wo die Palette der Holzprodukte zu Kosten, die wegen eines geringen Anfalls von Arbeitskräften auf der eigentlichen Baustelle in vernünftiger Höhe liegen, ausgebaut werden soll.
[0024] Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese nachstehend beispielhaft ohne jede Einschränkung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende schematische Zeichnung beschrieben, in welcher:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Brückenplatte im vertikalen Schnitt zeigt;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäß verwendeten Verbindungselements im vergrößerten Maßstab ist; und
Fig. 3 eine Wölbung aus vorgefertigten Bindern in perspektivischer Ansicht zeigt.
[0025] Aus Fig. 1 ist ersichtlich, dass dort eine erfindungsgemäß ausgeführte Brückenplatte dargestellt wird, welche Holzträger 1 aufweist, die aus Massivholz oder verleimten Tischlerplatten gebildet sein können. Bei dem hier dargestellten Beispiel weisen die Träger ein I-Profil auf und bestehen aus mehreren zusammengefügten und übereinander angeordneten Elementen. Sie könnten in jedem Fall eine rechteckige Form aufweisen.
[0026] Die Träger 1 verlaufen in Längsrichtung der Brücke zwischen Auflagern von Zwischenpfeilern und Widerlagern und werden mit Hilfe eines Verbunds verstrebt bzw. verankert, der aus Stahlrohren 2 besteht, welche durch Holzstreben 3 geführt sind, wobei der gesamte Verbund durch vorgespannte Stangen 4 verspannt wird.
[0027] In die Träger 1 sind in deren oberem Abschnitt rechteckige Aussparungen 5 ausgeschnitten, die zum Aufnehmen von Brückenbögen 6 aus Fertigbeton bestimmt sind, welche in Form einer Bogenwölbung angeordnet werden und dazu dienen, den freien Raum zwischen den Trägern 1 zu verschalen. Die außenliegenden Aussparungen 5 in den Randträgern ermöglichen die Abstützung vorgefertigter Gurtsimse 7, die neben ihrer dekorativen Aufgabe und dem Schutz der Träger zu dem Zweck vorgesehen sind, die Betonplatte 8 der Brückenplatte sowie den darauf gebildeten Gehweg 9 in vertikaler Richtung zu verschalen.
[0028] Die Träger 1 und die vorgefertigten Binder 6 dienen als Verschalung beim Gießen der Betonplatte 8, die einfach mit einer Doppellage verschweißter Armierungsgitter armiert wird, die dazu dient, unter bestimmten Bedingungen im Grenzbereich Widerstand zu bieten, nicht aber den in Querrichtung wirkenden Momenten zu widerstehen, die wegen der von den Bindern 6 erzeugten Wölbungswirkung aufgehoben werden.
[0029] Verbindungselemente 12 in Form von Doppelwinkeleisen verbinden die Holzträger 1 mit der Betonplatte 8 und wirken dabei den Gleitkräften zwischen die sen Elementen entgegen. Eine Abdichtlage 10 und eine Deckenlage 11 werden dann zur Abdeckung auf die Betonplatte 8 aufgebracht.
[0030] Wie insbesondere aus Fig. 2 zu erkennen ist, besteht das Verbindungselement 12 aus einem Blech mit einer Dicke von etwa 8 mm, das S-förmig ohne obere und untere Schiene gebogen und durch Biegen oder Verschweißen von zwei Winkeleisen miteinander ausgeführt ist. Der obere Schenkel 13 weist Abmessungen im Bereich von 10 cm · 10 cm auf. Er wird von einem Loch 14 durchzogen, welches die Einführung eines runden Gewindestabs von etwa 12 mm gestattet.
[0031] Die Abmessungen des horizontalen Abschnitts 15, der bei dieser Konstruktion auf der Oberseite des Holzträgers befestigt wird, liegen im Bereich von 10 cm · 10 cm. Er wird von vier Hauptlöchern 16 durchzogen, die für den Durchtritt von Stäben 17 zum Befestigen des Verbindungselements auf dem Holzträger bestimmt sind. Die Stäbe bzw. Schäfte werden mit Hilfe einer Vergussmasse in Kernlöchern 18 eingegossen, die in den Holzträgern ausgebildet sind. Sie weisen einen Kopf auf, welcher den Ausreißkräften des Verbindungselements entgegenwirkt.
[0032] Ein Mitteloch 19 gestattet die Einführung einer Spitze zum Positionieren und Befestigen des Verbindungselements.
[0033] Die Abmessungen des vertikalen unteren Schenkels 20 liegen im Bereich von 10 cm · 3,5 cm.
[0034] Er wird in einen Schlitz 21 eingeführt, der im Holz mit einer Oberfräse eingelassen wurde, und wird mit Hilfe einer Vergussmasse fest eingelassen.
[0035] Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, wird die Wölbung aus vorgefertigten Bindern mit Hilfe von zwei Reihen am Rand und einer Keilsteinreihe 23 ausgeführt, die leicht über den Träger hinaus verläuft, um die Enden bzw. Stöße 24 der Platte, die über die Holzträger hinausstehen, abzudecken bzw. zu verschalen.
[0036] Es liegt auf der Hand, dass die vorstehende Beschreibung nur beispielhaft ist und keinerlei Einschränkung darstellt, und dass an der Erfindung Ergänzungen oder bauliche Veränderungen vorgenommen werden können.
[0037] Insbesondere liegt es auf der Hand, dass die Erfindung zwar vorstehend für den Einsatz bei der Ausführung einer Brückenplatte beschrieben wurde, dass sie aber genauso gut auch bei der Ausführung von Gebäudedecken einsetzbar ist.

Claims

1. Komhinierte Struktur aus Holz und Beton, bestimmt für Brückendecken.

Diese bestehen aus

- Holzbalken im Längsschnitt (Querbalken, 1), die auf Stützen ruhen,

- Betonplatten (8), die von diesen Balken (1) getragen werden,

- Verbindungsteilen aus Metall (12), die die besagten Balken (1) und Betonplatten (8) miteinander verbinden,

Jedes der besagten Verbindungsteile (12) haben die Farm eines doppelten und aufeinander montierten Winkeleisens, wobei das obere Winkeleisen umgekehrt ist. Dessen senkrechter oberer Flügel (13) ist in der Betonplatte (8) eingebettet; der senkrechte unters Flügel des Winkeleisens (20) ist in einer Spalte (21) der oberen Schwelle des Balkens (1) festgemacht; das waagerechte Mittelteil (15) dieses Winkeleisens schließlich ist auf dem Balken (1) befestigt.

2. Kombinierte Struktur aus Holz und Beton wie in Patentanspruch 1, die sich dadurch auszeichnet, dass die Befestigung des waagerechten Teils (12) auf dem Balken (1) mit Stangen (17) erfolgen, die wiederum in Löchern (18), die man in den Balken (1) bohrt, befestigt sind.

3. Kombinierte Struktur aus Holz und Beton wie dargestellt in Patentanspruch 2, die sich dadurch auszeichnet, dass der untere senkrechte Flügel (20) in die Spalte (21) eingelassen wird und die Stangen (17) ihrerseits in die Löcher (18). Diese Verkittung wird mit einem chemischen Produkt gemacht, das folgende Eigenschaften aufweist:

- Gute chemische Verträglichkeit mit Holz,

- Genügend flüssige Konsistenz zum Durchfeuchten der Holzfasern, um den Prozess des Scherens zu unterschützen

- Thixotropie, damit die Lösung nicht zuschr in andere Teile, wo sie nicht hinkommen soll, fließt.

4. Kombinierte Struktur aus Holz und Beton entsprechend einer der Patentansprüchen 1-3, die sich dadurch auszeichnet, dass der senkrechte obere Flügel (13) des Verbindungsteils (12) mit dem Beton verbunden ist, um der Erhebung der Betonplatte (8) entgegen zu wirken, indem man z. B. ein Loch (14) vorsieht, um einen der Lange nach angebrachten Eisenbarren einzufügen, den man in die Betonplatte (8) einbettet.

5. Kombinierte Struktur aus Holz und Beton entsprechend einer der Patenansprüche 1-4, die sich dadurch auszeichnet, dass das Verbindungsteil (12) aus einem gekrümmten Blech besteht.

6. Kombinierte Struktur aus Holz und Beton entsprechend einer der Patentansprüche 1-4, die sich dadurch auszeichnet dass man das Verbindungsteil (12) durch das Zusammenschweissen von zwei Winkeleisen herstellt, wobei man das eine Winkeleisen auf das andere schweisst.

7. Kombinierte Struktur aus Holz und Beton entsprechend den Patentansprüchen 1-6, die sich dadurch auszeichnet, dass ein vorfabriziertes Betonteil (6) - das eine endgültige Betonverschalung (8) hat - zwischen die Balken (1) fügt. Dieses Betanteil (6) überträgt die Spannung/Kraft der statischen und dynamischen Belastung dank einer sinnvollen Kombination der Stärke der vorfabrizierten Elemente (6) einerseits und der Scheitelhöhe des Gewölbes dieser Elemente andererseits. Auf diese Weise wird die Menge das benötigten Stahls, das für die Betonplatten benötigt wird, beschränkt.

8. Kombinierte Struktur aus Hatz und Beton entsprechend dem Patentanspruch 2, die sich dadurch auszeichnet, dass die Balken (1) an beiden entgegengelegenen Enden eine Einkerbung (5) haben, in die man die besagten gewölbten Fertigteile (6) einfügt.

9. Kombinierte Struktur aus Holz und Beton entsprechen dem Patentanspruch 8, die sich dadurch auszeichnet, dass die äusseren Einkerbungen (5) der Balken (1), die sich an den Rändern befinden, durch ein vorfabriziertes Sims (dekoratives Teil, 7) eine Stütze bekommen.

10. Kombinierte Struktur aus Holz und Beton wie dargestellt in den Patentansprüchen 7-9, die sich dadurch auszeichnet, dass das gewölbte Teil (6) durch zwei Aussenteile und ein Mittelteil hergestellt wird. Dieses Teil (6) geht etwas über den Balken (1) hinaus. Die Enden der Betonplatten werden verschalt (24) und gehen über die Holzbalken (1) hinaus.