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Verfahren zur Herstellung von Balken aus vorgespanntem Beton Man hat
bereits mehrfach Konstruktionsteile aus Beton nach ihrer Herstellung mit Spannvorrichtungen
ausgestattet und sie so unter Vorspannung gesetzt, daß sie den Zugbeanspruchungen,
denen sie während der Benutzung unterworfen werden, gewachsen sind. So hat man beispielsweise
die Fahrbahnen von Stahlbetonbogenbrücken mit Zugbändern ausgestattet, die an einem
Bogenende befestigt wurden, in einer längsmittelachsigen und oben offenen Aussparung
eines Fahrbahnlängsträgers lose eingeschlossen waren und diese mittels einer Presse
bis zum Maß der errechneten Höchstdehnung gespannt sowie darin einbetoniert. Es
handelt sich hierbei jedoch um eine besonders konstruktive Ausbildung von Bogenbrücken,
deren Anwendung auf andere Gebiete nicht ohne weiteres möglich ist und deren Durchführung
das Vorhanderrsein von in der Konstruktion verbleibenden umfangreichen Spannvorrichtungen,
z. B. einer Presse, vorsieht. Ähnlich ist man beim Bau von Hängebrücken verfahren.
Man hat hier Stahlbetontragwerke benutzt, die mit Zuganker aus Stahl verbunden waren.
Auch diese sollten nach dem Erhärten des Betons vorgespannt werden. Hierbei sollten
die Zuganker sich innerhalb der Konstruktionshöhe des Tragwerkes befinden. Diese
Ausführung richtet sich insbesondere auf die Abstützung der Zuganker auf die Querwände
und löst die Aufgabe, indem die Zuganker mit dem übrigen Profil des Tragwerkes so
zusammengesetzt werden, daß ein Fachwerkträger entsteht, dessen Zugstäbe durch die
Zuganker und dessen Druckstäbe durch die Betonteile des Tragwerkes gebildet werden.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde. Balken aus
vorgespanntem Beton herzustellen,
die als Montagebalken Verwendung
finden sollen, d. h. es soll im Gegensatz zu der erstgenannten Verwendungsart von
vorgespanntem Beton die Anwendung nicht auf ein Sondergebiet des Brückenbaues beschränkt,
sondern auf sämtliche Gebiete ausgedehnt werden, bei denen Balken Verwendung finden,
z. B. also auch auf den Hoch- und den Tiefbau. Ferner sollen im Interesse einer
Verbilligung der erfindungsgemäßen Balken diese aus Einzelteilen so hergestellt
werden, daß ohne Verwendung besonderer Formen jede Balkenlänge zusammengesetzt werden
kann und der Zusammenhalt zwischen den einzelnen Elementen durch die Bewehrung herbeigeführt
wird, die zur Erzeugung der Vorspannung dient. Es wird also hier der Gedanke des
Zusammenhaltes einzelner Elemente durch die Bewehrung und gleichzeitig die Benutzung
der Bewehrung zur Erzeugung der Vorspannung in Anwendung auf Montagekörper herangezogen.
Man hat allerdings schon Decken aus Einzelelementen, d. h. aus einzelnen Steinerf,
zusammengebaut, die durch netzartig verlaufene Zuganker unter Spannung gesetzt wurden,
jedoch hat sich diese Ausführungsart deshalb nicht bewährt, weil der Zusammenbau
an der Baustelle sehr schwierig ist und auch bei Vereinigung der Einzelelemente
mit den Seitenmauern, in denen die Zuganker ihr Widerlager finden, so wenig zuverlässig
ist, daß eine Senkung derartiger Decken auf die Dauer nicht vermieden werden kann.
Trotz des Fehlschlagens dieser Ausführungsart ist es gelungen, in der Beschränkung
dieses Grundsatzes der Vereinigung von einzelnen Betonelementen mit vorspaniienden
Zugankern auf Montageträger eine brauchbare Lösung herbeizuführen.
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Gemäß der Erfindung sollen nun unbewehrte oder schwachbewehrte Einzelelemente
zunächst zu Balken de'r jeweils erforderlichen Länge zusammengesetzt werden. Die
Elemente werden dann von einer oder mehreren einfachen oder mehradrigen Stahldrahtschlingen
an den unteren Kanten ihrer Seitenflächen vorzugsweise so umgeben, daß die Spannvorrichtung
sich dabei an einem Balkenende befindet. Man kann auch so vorgehen, daß man an jedem
Balkenende eine Spannvorrichtung vorsieht, so daß zwei den Träger U-förmig umgebende
Schlingen gebildet werden, die voneinander unabhängig sind. Hierbei ist die Anordnung
der Spannvorrichtung an den Balkenenden eine vorzugsweise insofern, als sich bekanntlich
Spannvorrichtungen konstruktiv am besten dort einfügen lassen, wo der Krümmungsradius
am kleinsten ist. Selbstverständlich steht dem nichts im Wege, die Spannvorrichtung
auch an eine andere Stelle zu legen, falls sie dementsprechend ausgebildet ist.
Auch bei dieser Ausführung bleibt, wie bei den bekannten, die Spannvorriohtung mit
im Träger, wag zweifellos bei der einfachen Ausführung des erfindungsgemäßen Konstruktionsteiles
einen Nachteil bedeutet. Im weiteren Verfolg der 1?rfindurig ist deshalb ein Weg
gefunden worden; um von einer Spannvorrichtung unabhängig zu werden. DieseLösüng
bot sieh dadurch"daß bei dem erfindungsgemäßen Träger ein Zusammenbau aus Einzelelementen,
deren Reriihrungsflächen senkrecht zur Zugrichtung liegen, die Möglichkeit bietet,
eine einheitliche Schlinge um den zusammengestellten Balken herumzulegen oder, wenn
auch ohne besondere Mittel und nur leicht, vorzuspannen, worauf man nun mittels
einer besonderen Spannvorrichtung die Gesamtzahl der Einzelelemente z. B. in der
Mitte aufteilen und die beiden Hälften auseinanderdrücken kann. Es ist dann verhältnismäßig
einfach, ein Spannstück in die so gebildete Fuge einzulegen, worauf die Spannvorrichtung
entfernt werden kann und der Träger unter der nötigen Vorspannung bleibt. Gewisse
Abänderungen dieses Verfahrens liegen dabei auch im Rahmen der Erfindung; so ist
es z. B. unerheblich, ob die Spannstücke, die in den Zwischenraum einzufügen sind,
aus Beton oder andersartigem Werkstoff bestehen, oder ob sie durch Ausbetonieren
gebildet werden, wobei dann allerdings die Spannvorrichtung zum Auseinanderdrücken
der Hälften so lange in Wirkung bleiben muß, bis das ausbetonierte Zwischenstück
abgebunden hat.
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In dieser Form bietet die Erfindung die Möglichkeit einer weiteren:
wesentlichen Vereinfachung, indem nämlich nunmehr als Schlinge eine Stahlsaite von
z. B. 2 mm fö gewählt werden kann, welche in mehrfachen, z. B. in zehn Windungen
in vorbeschriebener Weise uni die Einzelelemente' gelegt werden kann.
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Es ergibt sich auf diese Weise ein Montagebetonbalken, zu dessen Herstellung
lediglich die Einzelelemente, die den Längen angepaßten Spannstücke und eine endlose
Stahlsaite als Einzelteile nötig werden, während als Vorrichtung außer den Formen
für die Einzelteile nur noch die Spannvorrichtung erforderlich ist.
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Es empfiehlt sich nun, die Endstücke der Balken mit halbkreisförmigem
Grundriß auszustatten bzw. den waagerechten Querschnitt zumindest in der Zugzone
halbkreisförmig zu gestalten, wobei an dieser Stelle die Schlinge angreift und jede
Kerbspannung vermieden wird.
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Man kann mit Vorteil für die Einzelelemente Hohlformen vorsehen, die
das für den endgüliigen Balken erforderliche Widerstandsmoment ergeben, im übrigen
aber möglichst leicht gehalten sind. Man wird zumindest einen Teil dieser Elemente
mit Querwänden oder Bodenflanschen zur nötigen Versteifung ausstatten, obwohl auch
dies in gewissen Fällen nicht unbedingt erforderlich ist. Insbesondere wird man
aber an der Unterkante eines jeden Elementes zwei seitlich verlaufende leistenartige
Flansche vorsehen, die sich am Balken als durchlaufende Vorsprünge auswirken und
zum besseren Halt der Schlinge dienen mögen, die nunmehr auch in ungespanntem Zustand
nicht nach unten abfallen kann und sich dementsprechend besser aufbringen läßt.
Im. übrigen soll aber mit der Anordnung dieser Leiste noch ein weiterer Zweck verfolgt
werden, Es soll nämlich die Berührungsfläche der Einzelelemente vergrößert und damit
der durch die Vorspannung erzeugte Flächendruck verringert werden. Ein weiterer,
sich aus der Anordnung dieser Leiste ergebender Vorteil sei weiter unten besprochen.
Die
Spannvorrichtung, die zur Durchführung des vorbesc'hriebenen Verfahrens benötigt
wird, bestellt nach einer beispielsweisen Ausführung aus einer Druckvorrichtung,
z. B. einer hydraulischen Presse, die mit ihrer Bewegungsachse in der Längsachse
des Balkens liegt. d. h. also mit diesem fluchtet und an seinem einen Ende angeordnet
ist. Der Zylinder dieser Presse möge dabei auf eine Druckplatte einwirken, die die
Kraft durch je eine beiderseits des Balkens verlaufende Druckstange an eine deren
Enden verbindende Drucktraverse weitergibt. Diese Drucktraverse soll zwischen zwei
Elementen etwa in der Mitte des Balkens eingefügt sein und den von der Presse abgelegenen
Balkenteil nach außen drücken. Der andere Teil der Druckvorrichtung, im vorbeschriebenen
Beispiel also der Kolben, soll dabei über eine Zugplatte je eine entsprechende Zugstange
sowie eine deren Enden verbindende, ebenfalls zwischen den beiden die Trennung der
Hälften bildenden Elemente eingefügten Zugtraverse den Balkenteil, der der Presse
zu gelegen ist, ebenfalls nach außen drücken und damit die beiden Balkenteile entfernen,
wodurch die Vorspannung der Schlinge gebildet wird. Verfahrensmäßig wird diese Vorspannung
zunächst weiter getrieben, als sie im Normalzustand des fertigen Balkens sein soll,
so <laß sich das genau auf Maß hergestellte I'aßstück ohne Schwierigkeiten einfuhren
läßt. Man entlastet dann die Druckvorrichtung und zieht die Traversen aus entsprechenden
Nuten der Einzelelemente heraus, die zum Schluß ausbetoniert werden können.
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Die Einzelausführung und die Durchführung des Verfahrens sowie die
konstruktive Ausbildung der einzelnen Teile lassen sich in verschiedenartigster
Weise vorsehen. So ist es gleichgültig, ob für die Erzeugung des Druckes hydraulische
oder mechanische Mittel, Hebel oder Spindeln benutzt werden und ob die Druck- und
Zugflächen durch andere Elemente ersetzt werden bzw. nicht zwischen die beiden Balkenteile
eingebracht werden, sondern von unten, d. 1i. von der Hohlseite in diese eingreifen.
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Die Paßstiicke, die zwischen die Einzelelemente einzufügen sind, wird
man vorteilhaft als massive Platten ausbilden und ihnen .die Form des Balkenprofils
erteilen, wobei sich die Stärke nach der in dem Balken zu erzeugenden Spannung sowie
dessen Länge richten muß. Es ist jedoch ohne weiteres möglich, auch hier eine andere
Lösung, insbesondere bei kleineren Abmessungen, vorzusehen. So kann man überhaupt
auf eine Spannvorrichtung verzichten und zwei keilförmige Platten so weit eintreiben,
bis auf diese Weise die nötige Vorspannung erzeugt ist. Es empfiehlt sich dabei,
als Werkstoff in diesem Falle nicht Beton, sondern einen solchen .zu wählen, der
das Vortreiben der Keile leichter möglich macht. Man kann indessen dies auch durch
Zwischenlegen von geölten Blechplatten oder ähnlichem erreichen.
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Die vorbeschriebenen Balken eignen sich in besoliderer Weise zur Herstellung
von Decken, indem man sie lückenlos nebeneinander verlegt. In diesem Fall treten
die besonderen Vorteile der bereits oben beschriebenen. an den unteren Seiten angeordneten
Flansche insofern hervor, als beim lückenlosen Verlegen diese Flansche sich seitlich
berühren, wogegen zwischen den eigentlichen Elementen ein Zwischenraum bleibt. Diese
Zwischenräume lassen sich nun mit Füllbeton monolithisch ausfüllen, wobei gleichzeitig
die außenliegend-en Bewehrungen, d. h. die Schlingen in den Füllbeton einbetoniert
werden. Es entstehen deshalb monolithische Rippendecken mit besonders starken Trägern
und zuverlässigen Bewehrungen, ,deren Tragkraft die Summe der Einzelbalken erheblich
übersteigt. Im allgemeinen wird die Haftverbindung zwischen den Bewehrungen und
dem Füllbeton völlig ausreichen. Sollte jedoch in anderen Fällen daran gelegen sein,
diese Haftung zu erhöhen, so läßt sich dies ohne weiteres beispielsweise dadurch
erreichen, daß man an den Endstücken Stege vorsieht bzw. diese an geeigneten Stellen
auflegt, über welche die einzelnen Schlingen so geführt werden, daß jeder Draht
der Bewehrung frei liegt und von allen Seiten vom Beton erfaßt werden kann. Obwohl
es sich gezeigt hat, daß eine derartige Ausführung nicht unbedingt erforderlich
ist, liegt sie doch im Rahmen der Erfindung.
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In gleicher Weise kann man auch Balken aus vorgespanntem Beton herstellen,
bei denen die zur Betonvorspan.nung benutzten Drahtbündel gleichzeitig die Bewehrung
von Stahlbetonplattenbalken bilden.
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In der Zeichnung stellt Abb. i eine perspektivische Ansicht eines
Betonbalkens und einer Spannvorrichtung in dem Augenblick dar, indem das Spannstück
eingesetzt wird; Abb. 2 gibt die Querschnittsform einer Rippendecke wieder, die
mit dien erfindungsgemäßen Balken hergestellt ist, während Abb. 3 eine einfache
Balkendecke gemäß der Erfindung zeigt.
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Wie aus Abb. i ersichtlich, ist eine Reihe von Einzelelementen 5 nebeneinandergelegt.
An ihren Enden sind zwei Kopfstücke 6 vorgesehen, die sich an ihren der Balkenmitte
zugekehrten Seiten 7 dem Profil der Einzelelemente anpassen, während sie an dem
entgegengesetzten freien Ende 8 halbkreisförmig abgerundet sind, so daß die in zehnfacher
Windung den auf diese Weise geformten Balken umgebende Stahlschlinge g mit möglichst
großem Radius die Balkenenden umgibt. In die Mitte des Balkens werden zwischen zwei
Elemente zwei längere Stäbe io und zwei kürzere Stäbe i i lotrecht eingelegt; die
Stäbe io sind über vier Druckstäbe 12 mit einer Druckplatte 14 und die Stäbe i i
über vier Zuganker 13 mit einer Zugplatte 15 verbunden. Zwischen diesen beiden
jenseits des einen freien Endes des Balkens gelegenen Platten 14, 15 wird ein schematisch
durch den Doppelpfeil 16 angedeutetes Druckorgan, z. B. eine hydraulische Presse,
eingeschaltet, mittels der die beiden Balkenhälften auseinandergedrückt werden.
Nachdem die Vorspannung in der Stahlschlinge g über das benötigte Maß hinausgetrieben
wurde, werden Paßstücke 18 in die auf diese Weise verbreiterten Trennfugen zwischen
den mittleren Einzelelementen eingebracht, deren Abmaße so groß gewählt werden,
daß bei
Fortnehmen der Spannvorrichtung 16 und der zu ihr gehörigen
Übertragungsorgane io bis 15 die verbleibende Spannung in der gewünschten Höhe noch
vorliegt.
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In Abb. 2 sind eine Reihe derartiger Montagebalken i9 nebeneinander
lückenlos verlegt, wobei die seitlichen Flansche 2o, die schon während der Montage
ein Abfallen der Stahlschlinge 9 vom Balken in angespanntem Zustande verhindert
haben, einander berühren. Es wird dann der Raum zwischen den kastenförmigen Teilen
21 der Balken sowie der Raum darüber mit Beton ausgefüllt, wobei die zur Vorspannung
dienernden Stahlschlingen 9 gleichzeitig die Bewehrungen darstellen. Eine auf diese
Weise hergestellte Rippendecke läßt sich also ohne Verwendung irgendeiner Verschalung
herstellen und ohne das es nötig wäre, außer den Trägern noch zusätzliche Bewehrungen
einzubringen.
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Ähnlich verfährt man bei der Herstellung einer einfachen Balkendecke
nach Abb. 3. Hier sind besonders geeignete breite Elemente 22 zu Balken vereint
und diese in gleicher Weise nebeneinander verlegt, wie dies in Abb.2 bereits geschildert
ist. Wiederum liegen die Flansche 20 lückenlos nebeneinander. Um eine möglichst.niedrige
Decke zu erhalten, wird nur der Raum 23 zwischen den Hohlsteinen bis zu deren Oberkante
24. ausgefüllt. Die Stahlschlingen 9 werden dabei wiederum, wie im vorigen Beispiel,
einbetoniert und dienen als Bewehrung für die Decke.