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Diese Erfindung bezieht sich auf
vorgespannte Träger.
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Gewöhnlich, wenn auf einen Pfeiler
einer Betonbrücke
montierte Träger
mit der Zeit alt werden oder schwere Fahrzeuge, die das ursprünglich ausgelegte
zulässige
Gewicht einer Brücke überschreiten,
für eine
ausgedehnte Dauer die Brücke überfahren,
kann der Tragebalken der Brücke
beschädigt werden
und ein übermäßiger Durchhang
kann an den Trägern
auftreten. Gleichzeitig werden Biege/Zug-Risse erzeugt und wenn
eine derartige Beschädigung
fortdauert, kann die Brücke
letztlich zusammenstürzen.
Daher ist eine angemessene Instandsetzung und Verstärkung der
Brücke
erforderlich.
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Es ist bekannt, eine vorgespannte
Betonbrücke
(VGB-Brücke)
mittels eines externen Stahldraht-Verstärkungs-Konstruktionsverfahrens
(vgl.
US 5 671 572 A )
instand zu halten und zu verstärken. Bei
einem derartigen Verfahren wird ein extern montierter Stahldraht
geeignet an einem Endabschnitt eines Trägers befestigt. Jedoch ist
es schwierig, eine Drahtbefestigungsvorrichtung an dem Endabschnitt eines
Trägers
zu montieren, und die Verlässlichkeit der
Drahtbefestigungsvorrichtung in Bezug auf die belastungsbeständige Kraft
ist nicht garantiert. Obwohl andere Verfahren vorgeschlagen und
angewandt wurden, wurde daher bis jetzt noch keine wirkungsvolle
Vorrichtung entwickelt. Dies bedeutet, wenn Risse oder ein Durchhang
bei einer VGB-Brücke
auftreten, ist es sehr schwierig, die Brücke instand zu halten und zu
verstärken.
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Ferner, da sich die Verkehrsdichte
kontinuierlich erhöht
und sich die Automobil-Herstellungstechnologien entwickeln, erhöht sich
das Gewicht der Fahrzeuge. Mit einer Erhöhung des Gewichts der Fahrzeuge
müssen
die Standardspezifikationen zur Konstruktion einer Brücke modifiziert
werden. Eine derartige Modifikation kann zu unausgeglichenen belastungsbeständigen Zuständen führen, das
heißt, daß die belastungsbeständigen Kräfte gegenwärtiger Brücken nicht
aufeinander abgestimmt sind. In anderen Worten ausgedrückt, ist
in einem Zustand, bei dem Straßen,
die die Durchfahrt von schweren Lastkraftwagen erlauben, zusammen
mit Straßen
vorhanden sind, die die Durchfahrt von schweren Lastkraftwagen nicht erlauben,
die Effizienz des Transportnetzwerksystem als Ganzes ernstlich verringert. Um
daher die unausgeglichenen belastungsbeständigen Kräfte dieser Brücken in
Einklang zu bringen, muß ein
preiswertes Verstärkungsverfahren
zur Höhereinstufung
der Stufen von Brücken
von 2 nach 1 dringend gefunden werden.
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Da die Breite der Straßen aufgrund
eines Anstiegs der Anzahl von Fahrbahnen ansteigt, ist die Entwicklung
eines Trägers
mit großer
Spannweite für den
Bau einer Hochstraße
oder einer Überführung, die
eine breite Straße überquert,
vorangeschritten. Obwohl ein vorgebogener Tragbalken entwickelt
und für
die obigen Zwecke verwendet wurde, ist der Transport des Trägers aufgrund
seiner Länge
und der hohen Kosten unbequem.
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Gegenwärtig wird für einen Träger mit einer Länge von
weniger als 30 m, der kein Träger
mit einer großen
Spannweite ist, hochfester Beton verwendet. Da jedoch eine hohe
Spannkraft auf den Träger
aufgebracht wird, wird das Ausmaß der erzeugten Verformung
hoch. Wenn die Verformung ansteigt, hängt der Träger weiter durch, was unmittelbar
die longitudinale Ausrichtung der Straße beeinflußt. Wenn sich die longitudinale
Ausrichtung verschlechtert, erhöht sich
ein durch passierende Fahrzeuge bedingter Stoßkoeffizient. Daher ist im
Falle eines hochfesten Trägers
oder eines Trägers
mit großer
Spannweite, sobald der Träger
für eine
lange Zeit verwendet wird, ein geeignetes Konstruktionsverfahren
zur Kompensation des Durchhangs des Trägers erforderlich.
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Ebenso die Höhe eines Trägers, der eine große Spannweite
aufweist, ist vergleichsweise hoch, so daß der Träger selbst 2 m bis 3 m hoch
ist. Ein derartiger Umstand führt
zu einem Anstieg in der Höhe
eines oberen Bodens einer Überführung, so daß, um eine
longitudinale Ausrichtung der Überführung, die
auf die ausgelegte Fahrzeuggeschwindigkeit abgestimmt ist, sicherzustellen,
die Länge
der Überführung länger wird,
wodurch sich die Baukosten erhöhen.
Im Falle einer Brücke,
die einen Fluß überquert,
ist es unvermeidlich erforderlich, die Höhe des Trägers so gering wie möglich abzusenken,
um die Brauchbarkeit und den wirtschaftlichen Wert des Trägers zu
verbessern.
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1 der
beigefügten
schematischen Zeichnungen ist eine perspektivische Ansicht, um den
allgemeinen Aufbau einer Brücke
darzustellen. Wie in der Zeichnung gezeigt, ist eine Vielzahl von I-Typ-Trägern 12 auf
einen Pfeiler 10 montiert. Eine obere Bodenplatte (nicht
dargestellt) ist auf die Träger 12 der
Brücke
montiert.
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2 der
beigefügten
schematischen Zeichnungen ist eine Schnittansicht, die einen Träger darstellt,
in dem Stahldrähte
gemäß der konventionellen Technologie
angeordnet sind. Wie in der Zeichnung dargestellt, besteht ein Träger 20 aus
einem Körperabschnitt 22,
einem oberen Flansch 28 und einem unteren Flansch 24.
Eine Vielzahl von Stahldrähten 26 ist
in den Körperabschnitt 22 in
Längsrichtung
eingebaut. Ein oberer Boden einer Brücke ist auf den oberen Flansch 28 montiert
und die untere Oberfläche
des unteren Flanschs 24 wird durch einen Pfeiler 10 (wie
in 1) gestützt.
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Nachdem der I-Typ-Träger 20 gemäß der konventionellen
Technologie gebaut wurde, ist eine Verstärkung der Brücke erforderlich,
wenn die ausgelegte Passierlast gemäß einer überarbeiteten Spezifikation
erhöht
werden muß oder
die Brücke
beschädigt
ist, was bedeutet, daß sich
ein Durchhang oder Risse aufgrund einer die Brücke überfahrenden erhöhten Verkehrsdichte
gebildet haben. Jedoch sind hierfür keine bekannten preiswerten
und zuverlässigen
Verstärkungsverfahren
anwendbar.
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Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung dienen der Schaffung vorgespannter Träger, in denen eine Spannkraft
eingestellt werden kann, um einfach eine belastungsbeständige Kraft
einer Brücke
oder eines Gebäudes
zu erhöhen, sobald
in einem Träger
ein übermäßiger Durchhang oder
Risse aufgrund eines langfristigen Einsatzes erzeugt wurden oder
wenn ein Bedarf. besteht, die belastungsbeständige Kraft der Brücke oder
des Gebäudes
zu erhöhen,
ohne dabei die Brücke
oder das Gebäude
zu beschädigen.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird ein Träger
mit einem oberen Flansch zum Tragen eines oberen Bodens einer Brücke oder eines
Gebäudes,
einem Körperabschnitt
und einem unteren Flansch geschaffen, wobei der Träger durch Spannungsstahldrähte vorgespannt
wird, die in Längsrichtung
des Trägers
bereitgestellt werden und gespannt sind, um eine belastungsbeständige Kraft zu
kompensieren:
wobei zumindest ein Nicht-Spannungsstahldraht
in Längsrichtung
des Trägers
bereitgestellt wird, so daß die
belastungsbeständige
Kraft der Brücke
oder des Gebäudes
durch Spannen des Nicht-Spannungsstahldrahtes
erhöht
werden kann.
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Im Rahmen dieser Patentschrift und
wie aus der nachfolgenden Beschreibung in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
verständlich
werden wird, bezeichnet die Bezeichnung "Nicht-Spannungs"-Draht einen Draht, der anfänglich mit
keiner oder nur geringer Spannung montiert wurde, um zu einem späteren Zeitpunkt
gespannt zu werden, um die Spannung der Drähte zu vergrößern, die
anfänglich
unter deutlicher Spannung montiert wurden.
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Vorzugsweise umfaßt der Träger ferner einen aufgeschnittenen
Abschnitt an einem vorbestimmten Abschnitt in der Längsrichtung
des Trägers und
ein Kupplungselement, das an dem aufgeschnittenen Abschnitt zum
Kuppeln von Enden der Stahldrähte
montiert ist, wobei deren gegenüberliegenden Enden
an Endabschnitten des Trägers
befestigt sind.
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Vorzugsweise umfaßt das Kupplungselement ein
Trägerelement
mit darin geformten Löchern, durch
die entsprechende Enden der Stahldrähte dringen, und Keile, die
zwischen den Stahldrähten
und dem Trägerelement
eingefügt
wurden.
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Vorzugsweise ist ein Ende des oder
jedes Nicht-Spannungsstahldrahtes an einem entsprechenden Endabschnitt
des Trägers
freigelegt, um eine Spannkraft aufzubringen.
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Vorzugsweise ist die Anordnung derart,
daß die
belastungsbeständige
Kraft der Brücke
oder des Gebäudes
durch Spannen des oder jedes Nicht-Spannungsstahldrahtes während des
Baus des Trägers
und/oder nach dessen Bau erhöht
werden kann.
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Bei einem derartigen Träger kann
während des
Baus die Spannkraft des oder jedes Nicht-Spannungsstahldrahtes während oder
nach einem Rippenguß eingestellt
werden und nach dem Bau kann die Spannkraft des oder jedes Nicht-Spannungsdrahtes
eingestellt werden, während
die Brücke
oder das Gebäude
verwendet wird.
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Obwohl die vorliegende Erfindung
auf jeden Trägertyp,
unabhängig
von der Form des Querschnitts des Trägers, wie etwa einen I-Typ-Träger oder
einen dicken T-Typ-Träger
angewendet werden kann, ist nachfolgend der I-Typ-Träger als
bevorzugte Ausführungsform
beschrieben.
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Für
ein besseres Verständnis
der Erfindung, und um darzustellen, wie die Ausführungsformen derselben verwirklicht
werden können,
wird nun beispielhaft Bezug genommen auf die 3 bis 7 der beigefügten schematischen
Zeichnungen, in denen:
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3A eine
Schnittansicht ist, die die Anordnung von Stahldrähten in
dem mittleren Abschnitt eines Trägers
gemäß einem
Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3B eine
zu 3A ähnliche
Ansicht ist, die jedoch die Anordnung von Stahldrähten gemäß einem
anderen Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
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4A eine
Schnittansicht ist, die die Anordnung von Stahldrähten an
einem Endabschnitt des Trägers
aus 3A zeigt;
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4B eine
Schnittansicht ist, die die Anordnung von Stahldrähten an
einem Endabschnitt des Trägers
aus 3B zeigt;
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5 eine
Ansicht ist, die einen aufgeschnittenen Abschnitt, angeordnet an
dem mittleren Abschnitt eines Trägers
und die Anordnung von Stahldrähten
in dem Träger
zeigt;
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6 eine
Seitenansicht ist, die ein Beispiel eines Stahldrahtes zeigt, der
an einem Endabschnitt eines Trägers
befestigt ist; und
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7 eine
perspektivische Ansicht ist, die beispielhaft Stahldrähte in einem
aufgeschnittenen Abschnitt zeigt.
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In den Figuren bezeichnen gleiche
Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile.
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In 3A umfaßt ein Träger 40 einen
oberen Flansch 28, einen unteren Flansch 24 und
einen Körperabschnitt 22.
Ein oder mehrere Spannungsstahldrähte 26 und Nicht-Spannungsstahldrähte 27 sind eingebaut
und durchqueren den unteren Abschnitt des Körperabschnitts 22 und
den unteren Flansch 24 des Trägers 40 in der Längsrichtung
des Trägers 40.
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Vorzugsweise sind die Nicht-Spannungsstahldrähte 27 in
den unteren Flansch 28 horizontal und parallel zueinander
eingebaut, wie in 3A dargestellt.
Der obere Flansch 28 ist über dem Körperabschnitt 22 in
der lateralen Richtung in dem Abschnitt des Trägers 40 bereitgestellt,
und ein oberer Boden (nicht dargestellt) einer Brücke ist
auf den oberen Flansch 28 montiert. Der untere Flansch 24 ist
unterhalb des Körperabschnitts 22 in
der lateralen Richtung in dem Abschnitt des Trägers 40 bereitgestellt,
und die untere Oberfläche
desselben wird von einem Pfeiler (nicht dargestellt) gestützt.
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3B zeigt
die Anordnung von Stahldrähten
gemäß einer
anderen bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Wie in der Zeichnung dargestellt, ist
eine Vielzahl von Nicht-Spannungsstahldrähten 27a in der Längsrichtung
des Trägers 40 außerhalb
des unteren Abschnitts des Körperabschnitts 22 bereitgestellt.
Die Nicht-Spannungsstahldrähte 27a haben
die gleiche Funktion wie ein zusätzlicher,
in dem unteren Flansch 24 bereitgestellter Nicht-Spannungsstahldraht 27.
Das heißt, daß nachdem
eine Brücke
gebaut wurde, ein Durchhang des Trägers 24 durch Spannen
der Nicht-Spannungsstahldrähte 27a ausgeglichen
wird. Außerdem können die
Nicht-Spannungsstahldrähte 27a wesentlich
einfacher im Vergleich zu dem Fall montiert werden, wo sie im Inneren
des unteren Flanschs 24 montiert werden.
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4A zeigt
die Anordnung der Stahldrähte an
dem Endabschnitt des Trägers
aus 3A. Wie in der Zeichnung
dargestellt, sind die Spannungsstahldrähte 26 und die Nicht-Spannungsstahldrähte 27, die
an dem unteren Abschnitt des Trägers 40 konzentriert
sind, überall
in dem den ganzen Teilabschnitt des Trägers 40 verteilt.
Das bedeutet, daß die
Stahldrähte
gleichmäßig und
symmetrisch in dem Träger 40 in
der vertikalen und horizontalen Richtung verteilt sind (wie zu sehen),
so daß die
Spannkräfte
in den Spannungsstahldrähten 26 und
den Nicht-Spannungsstahldrähten 27 überall in
dem ganzen Abschnitt des Trägers 40 gleichmäßig verteilt
werden können.
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4B zeigt
die Anordnung der Stahldrähte an
dem Endabschnitt des in 3B dargestellten Trägers. Wie
in der Zeichnung gezeigt, sind die Spannungsstahldrähte 26 und
die Nicht-Spannungsstahldrähte 27 und 27a,
die an dem unteren Abschnitt des Trägers, wie in 3B gezeigt, konzentriert sind, gleichmäßig und
symmetrisch in Bezug auf den Träger 40 in
der vertikalen und horizontalen Richtung (wie zu sehen) verteilt,
so daß die
Spannkräfte
in den Spannungs- oder Nicht-Spannungsstahldrähten 26, 27 oder 27a überall in
dem ganzen Abschnitt des Trägers 40 gleichmäßig verteilt
sind.
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5 zeigt
die Anordnung der Stahldrähte
in dem Träger
aus 3A in der Längsrichtung
und einen aufgeschnittenen Abschnitt 36, der in der Mitte des
Trägers
angeordnet ist. Die Spannungsstahldrähte 26 und die Nicht-Spannungsstahldrähte 27, die
im Inneren des Trägers 40 bereitgestellt
sind, sind in dem unteren Abschnitt des mittleren Abschnitts des
Trägers 40 konzentriert
und gleichmäßig überall in
dem ganzen Teilabschnitt des Trägers 40 an
beiden Endabschnitten des Trägers 40 verteilt.
Die Spannungs- und Nicht-Spannungsstahldrähte 26 und 27 sind
an beiden Enden des Trägers 40 mittels eines
Fixiermittels 32, das eine Verankerungsvorrichtung ist,
befestigt. Das Fixiermittel 32 wird mit Beton (nicht dargestellt)
bedeckt, nachdem der Träger 40 gebaut
wurde.
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Vorliegend, wenn die Träger mit
Abständen zueinander
montiert wurden, oder wenn ein Abschnitt des Endes des Trägers weg
geschnitten ist, wie in der Zeichnung dargestellt, wird ein Zwischenraum zwischen
benachbarten Trägern
geformt. Somit kann eine Spannung in dem Zwischenraum ausgebildet werden,
wenn die Spannungs- und Nicht-Spannungsstahldrähte 26 und 27 dazu
bestimmt sind, später
wieder gespannt zu werden. In diesem Fall jedoch darf der Endabschnitt
des Trägers 40 nicht
mit Beton bedeckt werden. Vorliegend ist ein Ende der Spannungs-
und der Nicht-Spannungsstahldrähte 26 und 27 an
einem der Endabschnitte des Trägers
freigelegt, um eine Spannkraft aufzubringen.
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Ebenfalls ist bei einer bevorzugten
Ausführungsform
der Träger
mit einem aufgeschnittenen Abschnitt 36 versehen, um die
Spannkraft der Nicht-Spannungsstahldrähte 27 an
dem mittleren Abschnitt des Trägers
oder an einer andern geeigneten Stelle einzustellen. Der aufgeschnittene
Abschnitt 36 wird als Zwischenraum zur Anbringung eines
Kupplungselements der Nicht-Spannungsstahldrähte 27 verwendet.
Das heißt,
daß der
aufgeschnittene Abschnitt 36 als Arbeits-Zwischenraum verwendet
wird, um die Spannkraft der Nicht-Spannungsdrähte 27 später einzustellen.
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Wenn Risse 34 oder ein ausgeprägter Durchhang 35,
gekennzeichnet durch eine gepunktete Linie, in dem Träger 40 erzeugt
werden, wie in 5 dargestellt,
werden einer oder mehrer Nicht-Spannungsstahldrähte 27 und 27a,
die im Inneren oder außerhalb
des Trägers 40 montiert
sind, zusätzlich
zur Verstärkung
gespannt. Vorliegend wird die zusätzliche Spannungsarbeit für die Nicht-Spannungsstahldrähte 27 und 27a unter
Verwendung eines Hydraulikhebers aufgebracht. Ebenso werden die
Spannkräfte
der Nicht-Spannungsstahldrähte 27 und 27a während oder
nach dem Rippenguß und nach
Konstruktion eingestellt, wobei die Spannkraft während des Betriebs der Brücke eingestellt
wird. Das heißt,
daß im
Falle einer durchgehenden Brücke vor
dem Rippenguß ein
Nachspannen durchgeführt werden
kann. Jedoch wird in diesem Beispiel das Nachspannen kurz nach dem
Rippenguß,
bevor der Rippenbeton ausgehärtet
ist, durchgeführt,
um die Aufbringung einer Spannkraft auf die Rippe zu vermeiden.
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6 zeigt
eine bevorzugte Ausführungsform
einer Befestigung eines Stahldrahtes an dem Endabschnitt eines Trägers. Der
Stahldraht 26 wird unter Verwendung eines Trägerelements 50 als
Verankerungsvorrichtung verankert. Beispielsweise wird der Stahldraht 26 an
einem Ende des Trägers
40 in ein
Loch eingeführt,
das in dem Zentrum des Trägerelements 50 ausgebildet
ist. Eine Vielzahl von Keilen 52 ist zwischen die Stahldrähte 26 und
das Trägerelement 50 eingefügt. Vorliegend
wird der Stahldraht 26 mittels eines Hydraulikhebers gespannt
und der gespannte Stahldraht 26 wird durch die Keile 52 befestigt.
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7 zeigt
Stahldrähte 26,
die mittels eines Kupphungselementes 62 gekoppelt sind,
das eine bevorzugte Ausführungsform
einer Stahldrahtverbindung in dem aufgeschnittenem Abschnitt 36 darstellt. Wie
in der Zeichnung dargestellt, ist der aufgeschnittene Abschnitt 36 in
der Mitte der unteren Oberfläche des
Trägers 40 in
der Längsrichtung
ausgebildet. Die Stahldrähte 26,
die an beiden Enden des Trägers 40 befestigt
sind, werden mit dem Kupplungselement 62 derart verbunden,
daß Kräfte in unterschiedlichen Richtungen
aufgebracht werden. Vorliegend werden die mit dem Kupplungselement 62 verbundenen Spannungsstahldrähte 26 unter
Verwendung des Trägerelements 50 und
der Keile 52, wie in 6 dargestellt,
verbunden.
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Wie zuvor gezeigt, ist ein Kupplungselement wie
62 an einem aufgeschnittenen Abschnitt 36 bereitgestellt,
um eine Verbindung herzustellen und die Spannkraft der Nicht-Spannungsdrähte 27 einzustellen.
Somit werden die Nicht-Spannungsstahldrähte 27, die miteinander
mittels des Kupplungselements 62 verbunden sind, gespannt
und durch Verwendung der Keile 52 befestigt, so daß die Spannkräfte der Spannungsstahldrähte 26 erhalten
werden können. Ebenso
kann durch Aufbringung einer Spannkraft auf die Nicht-Spannungsstahldrähte 27 und 27a,
die an der linken und rechten Seite des Trägers 40 bereitgestellt
sind, eine Biegung des Trägers 40 nach
links oder rechts ausgeglichen werden.
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Wenn eine Brücke gebaut wurde oder in einem
Anfangsstadium des Baus, sind die Stahldrähte 26 und 27 gemäß der oben
beschriebenen und dargestellten Anordnung von Stahldrähten und
Kupplungsvorrichtungen durch das Kupplungselement 62 miteinander
verbunden, um fähig
zu sein, bis zu einem gewissen Grade beweglich zu sein, während die Stahldrähte, die
außerhalb
des Trägers 40 montiert wurden,
entweder keine Spannung aufweisen oder durch eine kleine Spannkraft
gespannt wurden, um so die Spannkräfte der Stahldrähte später zu erhöhen.
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Obwohl beispielhaft eine Brücke in den
obigen bevorzugten Ausführungsformen
beschrieben wurde, können
einstellbare Spannkräfte,
die gemäß anderen
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung einstellbar sind, auf andere vorgespannte
Betonaufbauten, wie Gebäude
ausgeübt
werden.
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Es sei angemerkt, daß die vorliegende
Erfindung nicht auf die bevorzugten, oben beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt
ist, und es ist offensichtlich, daß Variationen und Modifikationen
durch Fachleute innerhalb des Erfindungsgedankens und des Schutzbereiches
der vorliegenden Erfindung vorgenommenen werden können, wie
er durch die beigefügten
Ansprüche
definiert ist.
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Obwohl beispielsweise I-Typ-Träger oben
in Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen
beschrieben wurden, können
andere Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung auf jeden Typ eines Trägers angewandt
werden, unabhängig
von der Form des Querschnitts des Trägers – wie beispielsweise etwa einem
dicken T-Typ-Träger.
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Wie oben beschrieben, können gemäß bevorzugten
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung Risse und ein Durchhang einer Brücke, die durch
eine Dauerbeschädigung,
eine Verformung oder eine Überlast
hervorgerufen wurden, durch zusätzliche,
intern oder extern an einen Träger
der Brücke
montierte Spannungsstahldrähte
korrigiert werden. Somit ist die Instandhaltung und Verstärkung der
Brücke
einfach, so daß die
belastungsbeständige Kraft
der Brücke
einfach erhöht
werden kann. Ebenso kann der Träger
durch die schrittweise Einstellung der Spannkraft preiswert hergestellt
oder die Höhe des
Trägers
verringert werden.
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In dieser Beschreibung weist das
Verb "umfassen" seine übliche Wörterbuchbedeutung
auf, um ein nicht ausschließliches
Einbeziehen zu kennzeichnen. Das bedeutet, daß die Verwendung des Wortes "umfassen" (oder irgendeine
seiner Ableitungen), um ein oder mehrere Merkmale aufzuweisen, nicht
die Möglichkeit
ausschließt,
auch andere Merkmale aufzuweisen.