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Stahlbetonkörper mit einer vorgespannten Stahleinlage Bauteile aus
Beton, bei denen die bei Belastung auftretenden Spannungen vorwiegend durch Stahleinlagen,
meist Stäbe, Bewehrungen genannt, aufgenommen werden, sind bekannt. Ebenso sind
Betonbalken bekannt, bei denen die bei Belastung im unteren Teil auftretenden Zugspannungen
durch auf Zug vorgespannte Stahlstäbe aufgenommen werden, wobei die besondere Wirkung
dieser Vorspannung darauf beruht, daß die auf Zug vorgespannten Stäbe im Beton als
Reaktion eine Druckspannung hervorrufen, die durch die bei Belastung des Balkens
auftretende Zugspannung weitgehend ausgeglichen wird, wodurch in diesem Teil des
Balkens im Endeffekt eine weitgehende oder vollkommene Spannungsfreiheit hervorgerufen
wird. Bei dieser Methode werden die im oberen Teil des Balkens auftretenden Druckspannungen,
die unter Umständen sehr 'hohe Werte annehmen, die noch die der Zugspannungen übertreffen
können, nicht berücksichtigt. Es sind aber gerade die hohen Druckspannungen, die,
wenn sie vom Beton aufgenommen werden sollen, hohe Betongüten erfordern, bzw. Abmessungen
(Bauhöhen), die den zulässigen Betonpressungen entsprechen.. Außerdem wird es in
der Praxis als nachteilig empfunden, daß große Druckspannungen das Kriechen des
Betons sehr begünstigen.
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Diese Nachteile werden durch den Gegenstand der Erfindung, der in
der Zeichnung beispielsweise und schematisch veranschaulicht ist, beseitigt. Es
stellt dar Abb. i den Spannungsverlauf über dem Querschnitt eines Balkens aus Beton,
und zwar Abb. i a die in der Zugzone aufgebrachte Vorspannung allein, Abb. i b die
durch die äußeren Kräfte (ständige Last) hervorgerufenen Spannungen allein, Abb.
i c die Spannungen, wie sie sich herausstellen, wenn eine überlagerung der Vorspannung
der
Zugzone und der Spannungen aus ständiger Last stattfindet, Abb. 2 einen Betonbalken
mit Bewehrungsstäben, die in den Zugspannungszonen auf Zug und in den Druckspannungszonen
auf Druck vorgespannt sind, Abb. 3 die Belastungs-, Momenten- und Haftspannungsverteilung
eines einfachen Betonbalkens, Abb.4 Beispiele von Querschnitten von Stahlstäben,
wie sie als vorgespannte Bewehrungsstäbe nach der Erfindung zur Anwendung kommen,
Abb.5 Knicksicherungen der Bewehrungsstäbe durch. Verbügelung, und zwar -Abb:-5
a die Anordnung und Verankerung von Bügel: in -der Seitenansicht, Abb. 5 b die Anordnung
und Verankerung von Bügeln für Zugstäbe und für Druckstäbe im Querschnitt, Abb.
5 c die Anordnung und Verankerung von Bügeln für Zugstäbe und für Druckstäbe auf
eine andere Art, Abb. 5 d die Verbügelung mittels hierfür besonders gestalteter
Platten im Querschnitt. Stahlbetontcile werden als vorgespannt bezeichnet, wenn
bei diesen durch Einleitung von Vorspannkräften ein gewollter Spannungszustand,
nämlich die Vorspannung, erzeugt wird. Eine Vorspannung liegt demnach dann vor,
wenn im fertiggestellten Bauteil nach Abzug der aus allen übrigen Lastfällen hervorgerufenen
Spannungen die Vorspannung übrigbleibt, die dann im bisher bekannten Fall der nur
auf Zug vorgespannten Bewehrungen ein Spannungsbild hat, wie es in Abb. ra veranschaulicht
ist.
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Die Spannungen, die aus ständiger Last, Verkehrslast, Temperaturänderungen,
Schwinden, Kriechen u. a. hervorgerufen werden, sind in Abb. r b veranschaulicht.
Diesen letztgenannten Spannungen wird die Vorspannung zu dem Zweck überlagert, Zugspannungen
im Beton ganz zu vermeiden oder so stark zu vermindern, daß keine Haarrisse im Beton
entstehen können. Die in diesem Falle erzwungene Spannung ist in Abb. r c zur Anschauung
gebracht.
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Die V orspannkräfte werden bei dieser Methode so gewählt, daß sie
den aus den übrigen Lastfällen herrührenden Zugspannungen entgegenwirken, um auf
diese Weise die Randspannungen auf der Zugseite, die vor allem die schädlichen Haarrisse
hervorrufen, zu reduzieren.
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Nach der Idee der Erfindung werden nun zusätzlich zu den bereits bekannten,
auf Zug vorgespannten Stahleinlagen für die Zugzone in der Druckzone des Stahlbetonquerschnittes
zur Entlastung der Betondruckzone Stahleinlagen verwendet, die durch Pressen unter
Druck gesetzt werden, und nachdem eine ausreichende Verbundwirkung oder eine Übertragungswirkung
ohne Verbund erreicht ist, ihre Spannung auf den Beton dergestalt übertragen, daß
die im Beton erzeugten Spannungen den durch äußere Kräfte erzeugten Druckspannungen
entgegenwirken. Dabei kann das Entspannen der Einlagen entsprechend der z. B. langsam
zunehmenden äußeren Belastung am fertigen Bauteil vorgenommen werden. Durch eine
geeignete Dosierung der Vorspannkräfte auf Zug und Druck wird somit erreicht, daß
im Beton nur noch geringe Normalspannungen auftreten.
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Durch die internen Haftspannungen, die Zulagen zur Bewehrung und durch
die Änderung der ständigen Last längs der Trägerachse entstehen Hauptspannungen
(Schubspannungen) schiefwinklig zur Trägerachse. Diesen wird begegnet durch vorgespannte
Schrägeinlagen, und zwar werden neben den bisher üblichen, den Zugtraj ektorien
(in Abb. 2 strichpunktiert eingezeichnet) in der Lage angepaßten, auf Zug vorgespannten
Schrägeinlagen zusätzlich auch auf Druck vorgespannte Schrägeinlagen verwendet,
die den Drucktraj ektorien (in Abb. 2 gestrichelt eingezeichnet) folgen.
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Bei einem Stahlbetonkörper nach der Erfindung wird zweckmäßig die
Haftung der Stahleinlagen in hohem Maße mit zur Verankerung herangezogen.
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Für die Übertragung der Spannungen durch Haftung werden nach der Erfindung
kleine Querschnitte mit großem Umfang oder Querschnitte, die mit Vorsprüngen oder
Einbuchtungen versehen sind, oder Querschnitte mit rauher Oberfläche zur Anwendung
gebracht, wie sie in Abb. 4 beispielsweise gezeigt sind.
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Das Vorspannen der Einlagen auf Druck bringt die Gefahr des Ausknickens
mit sich, der dadurch begegnet wird, daß die Profile der Einlagen, wie sie zur Erhöhung
der Haftung gewählt werden, auch bei kleiner Querschnittsfläche ein großes Trägheitsmoment
aufweisen, und ferner dadurch, daß den sich aus diesen Querschnitten ergebenden
Knicklängen durch eine geeignete Verbügelung entgegengewirkt wird. Dabei kann diese
Verbügelung bei kleineren Balkenlängen ausschließlich in lotrechter Richtung erfolgen,
wie dies in Abb. 5 a bis 5 c schematisch und beispielsweise veranschaulicht ist,
sie kann aber auch bei längeren Balken noch in der waagerechten Knickebene erfolgen.
Die Verbügelung geschieht z. B. auf eine zur Sicherheit reduzierte Knicklänge durch
Bügel, die wie üblich im Balkenquerschnitt durch Umschließung der Zug- und der Druckbewehrung
gehalten werden, und durch Bügel, die um die Druckbewehrung in der zu den anderen
Bügeln entgegengesetzten Richtung aus dem Betonquerschnitt herausgeführt werden,
wo sie zweckmäßigerweise, wenn die Haftspannungen nicht ausreichen, verankert werden,
oder durch Platten, die den Bewehrungsstäben entsprechende Durchbrüche aufweisen
und die im Balkenquerschnitt verankert werden (Abb. 5 d).
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Durch die beschriebene und in der Zeichnung beispielsweise veranschaulichte
Erfindung werden Bauteile aus Beton geschaffen, bei denen die Querschnitte weitgehend
entlastet werden können. Hierdurch wird es ermöglicht, mit einer geringeren und
billigeren Dimensionierung der Bauteile auszukommen und auch noch geringere und
billigere Betongüten anzuwenden. Außerdem wird durch die erreichte 'Entlastung des
Balkenquerschnittes das in der Praxis als besonders unangenehm empfundene Kriechen
weitgehend verhindert. Es muß betont
werden, daß alle mit dein Zugspannbeton
verbundenen Vorteile voll erhalten bleiben.