DE960360C - Verfahren zum Herstellen durchlaufender oder rahmenartiger Plattentragwerke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen durchlaufender oder rahmenartiger Plattentragwerke, insbesondere von Verbundträgern aus Stahlkonstruktion mit Stahlbetonplatte, bei dem die Platte ohne Verwendung in sie eingezogener Spannglieder lediglich durch Montagemaßnahmen vorgespannt wird. Ihr Zweck ist die Schaffung einer durchgehend rissefreien Betonoberfläche und damit einwandfreien Verbundwirkung, ohne daß hierfür eine stärkere Stahlkonstruktion notwendig wird, als sich bei gleicher Tragfähigkeit des Verbundträgers unter Inkaufnahme der Rißbildung ergeben würde.

Bei Tragwerken mit plattenartigem Obergurt in schub-, druck- und zugfestem Verbund mit trägerartigem Steg oder Füllstäben und Untergurt (kurz:

Plattentragwerken) — besonders bei Stahlbetonplatten und Stahlträgern in Verbundbauweise, den sogenannten Verbundträgern — wird als besonderer Vorteil angesehen, wenn Dichtungs- und Verschleißschicht und damit Eigengewichtsbelastung dadurch eingespart werden können, daß das Tragwerk an seiner Oberfläche auch unter den ungünstigsten Umständen und Belastungen nicht reißt. Dies ist bei auf zwei Stützen frei aufliegenden Tragwerken verhältnismäßig leicht erfüllbar, verlangt jedoch bei Tragwerken mit negativen Momenten wie Durchlaufträgern und Rahmen besondere Maßnahmen.

Bekanntlich kann diese Aufgabe bei Tragwerken mit negativen Momenten durch zusätzliche, innerhalb oder — hängewerkartig — außerhalb der Betonplatte

geführte Spannglieder gelöst werden. Es sind ferner eine Reihe von Verfahren der Montage, des Betonierens, der vorübergehenden Belastung mit Ballast, der Stützenverschiebungen und von Kombinationen dieser Maßnahmen bekannt, durch die schädliche Betonzugspannungen von Betondruckspannungen solcher Größe überlagert werden, daß Risse vermieden werden. Allen Verfahren ist gemeinsam, daß den Belastungsspannungen entweder reine Eigenspannungen oder Zwängungsspannungen oder beides überlagert werden. Diese werden durch besondere Spannglieder oder unter Inkaufnahme eines Mehrverbrauchs im Stahltragwerk oder anderer Nachteile wie z. B. der Anordnung von Fugen bei abschnittsweisem Betonieren unter Vorbelastung durch Ballast erzeugt.

Demgegenüber soll erfindungsgemäß die Rißsicherheit der Betonoberfläche ohne im Bauwerk verbleibende Spannglieder und ohne Mehrverbrauch an Stahl im Tragwerk sowie ohne andere Nachteile erzielt werden. Hierzu ist eine Maßnahme notwendig, bei der auch vorübergehend keine Spannungen auftreten, die größer als die Spannungen am fertigen Verbundtragwerk ohne diese Maßnahme sind.

Die Erfindung besteht darin, daß zum Herstellen durchlaufender oder rahmenartiger Plattentragwerke, insbesondere von Verbundträgern mit vorgespannter Stahlbetonplatte, bei denen die Platte ohne Verwendung in sie eingezogener Spannglieder lediglich durch Montagemaßnahmen vorgespannt wird, vorübergehend am Tragwerk in den Bereichen der negativen Momente eine Unterspannungskonstruktion angeordnet wird, während deren Vorhandensein die Platte betoniert wird und die nach dem Erhärten dieser Platten wieder entfernt wird.

Bei statisch unbestimmten Systemen ist eine zusätzliche Verschiebung der Auflagerpunkte zweckmäßig. Bei einer vorteilhaften Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, d. h. bei einer Unterspannungskonstruktion nach der Erfindung, können Zwischenstäbe, z. B. lotrechte Zugstäbe, vorgesehen sein.

Ferner können zum Einleiten von Vorspannkräften in die Unterspannungskonstruktion, beispielsweise in den Pfeilern, hydraulische Pressen, Spindeln od. dgl. angeordnet sein. Eine andere vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, daß in die Zugstäbe der Unterspannungskonstruktion Spannvorrichtungen, z. B. Flaschenzüge, Spannschlösser od. dgl., eingebaut sind.

Das Verfahren und die Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung können bei der Herstellung von statisch bestimmten oder unbestimmten Plattentragwerken, z. B. Brücken, Decken und Behältern, über zwei oder mehr Feldern aus biegefestem Trägerbaustoff und vorwiegend druckfestem Plattenbaustoff, z. B. Beton, Stein oder zusammenzufügenden Einzelteilen, angewandt werden. Die wesentlichen Vorteile des Verfahrens nach der Erfindung sind darin zu sehen, daß ein rissesicheres Tragwerk mit einwandfreiem Verbund auch im Bereich der negativen Momente ohne Mehrverbrauch an Stahl erhalten wird. Das Verfahren zeichnet sich durch Einfachheit und Wirtschaftlichkeit aus und ermöglicht die Herstellung eines fugenlosen Betons. Bei statisch unbestimmten Systemen bleiben die Stützenverschiebungen klein.

Weitere Merkmale und Vorteile des Verfahrens nach der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen.

Abb. ι zeigt einen unterspannten Vierfeldträger mit erforderlichen Stützenverschiebungen (+F),

Abb. 2 den Einfluß der Beseitigung seiner Unterspannung (—V);

Abb. 3 bis 9 stellen an einem zweifeldrigen Gelenkträger (Gerberträger) die Ermittlung seiner Unterspannung mit verzerrter Biegelinie dar;

Abb. 10 zeigt einen Zweifeldträger ohne Gelenke mit Unterspannung und Stützenverschiebung samt den zugehörigen Spannvorrichtungen;

Abb. 11 und 12 zeigen das gleiche für Stützenver-Schiebung über einer Innenstütze eines Durchlaufträgers, und

Abb. 13 und 14 zeigen einen Zweigelenkrahmen als Beispiel für Rahmen.

Die grundsätzliche Lösung des Erfindungsgedankens besteht darin, daß man einen mit oder ohne Gelenke durchlaufenden oder rahmenartigen Verbundträger ohne Rücksicht auf seine Rissesicherheit bemißt. Im Bereich positiver Momente geschieht dies für den Verbundquerschnitt. Der Stahlobergurt wird so schwach ausgebildet, wie konstruktiv zulässig. Die negativen Momente müssen nach Vorschrift vom Stahlträger allein aufgenommen werden.

Das Stahltragwerk wird montiert und vor dem Betonieren der Platte künstlich so belastet, daß es in den Bereichen positiver Momente nicht in Mitleidenschaft gezogen und verformt wird, während es in den Bereichen negativer Momente bereits jetzt den maximalen negativen Momenten, denen es im Betrieb ausgesetzt sein wird, unterworfen und damit so vorgekrümmt wird, wie es am fertigen Bauwerk ungünstigstenfalls der Fall sein wird (+ F, Abb. 1 sowie 9 und 10).

Nach dem Betonieren und Erhärten der Platte wird die künstliche Belastung weggenommen (— F). Diese Wegnahme erzeugt am Verbundträger im Bereiche negativer Momente positive Momente und Druckspannungen an der Plattenoberfläche, sowie eine wegen der nun größeren Steifigkeit geringeren Gegenkrümmung (Abb. 2), die Aufbringung der künstlichen Kräfte am Stahlträger und Wegnahme am Verbundträger zusammen wecken im Bereiche negativer Momente reine Eigenspannungen. Die Bereiche positiver Momente bleiben nach wie vor frei von Momenten, Spannungen und Verformungen.

Im Betrieb werden nun in den Bereichen negativer Momente ungünstigstenfalls die durch die Wegnahme der künstlichen Belastung am Verbundträger (— F) erzeugten positiven Momente und Plattendruckspannungen aufgehoben, so daß die Betonplatte spannungslos wird und der Stahlträger allein die größten negativen Momente übernimmt, für die er bemessen wurde und denen er bereits durch sein Eigengewicht und die künstliche Belastung vor ihrer Wegnahme (+ F) unterworfen war. Somit treten an keiner Stelle des Tragwerks im Bau oder im Betrieb an der Betonoberfläche Zugspannungen auf.

Die durch — F entstehenden Betondruckspannungen werden durch das Kriechen vermindert. Dies ist unschädlich, weil bei + F in der Platte höhere Stahlträgerspannungen als im fertigen Bauwerk zulässig und damit durch — F ebenfalls größere Betondruckspannungen möglich sind und weil die vollständige Vermeidung von Zugspannungen an der Betonoberfläche zur Erzielung der Rissesicherheit nicht notwendig ist.

ίο Zur dargestellten grundsätzlichen Lösung müssen zwecks eindeutiger Zuordnung der künstlichen Belastung zur vorhandenen —M-Linie eines Tragwerks noch Anweisungen für die Berechnung gegeben sowie konkrete Lösungsmittel genannt und in ihrer Anwendung erläutert werden.

Die künstliche Belastung V wird analytisch oder in folgender Weise grafisch ermittelt. Man erhält z. B. (Abb. 3 und 4) durch Auftragung der Linie der größten Betonzugspannungen an der Oberfläche eines Verbundträgers a_b0, durch Abzug der zulässigen Biegezugspannungen a_{hz zul} und durch Vervielfachung der Restspannungen a^₀ mit dem Widerstandsmoment W₀ die Linie der erforderlichen Vorspannmomente M_{v erf} — σΓο' W₀ (Abb. 5), die am Stahlträger als negative Momente anzubringen sind, damit ihre Aufhebung gleich große positive Momente am Verbundträger erzeugt. Die vorher durchgeführte Bemessung des Verbundträgers und damit Stahlträgers sowie die zulässigen Stahlspannungen im Bauzustand liefert die Μ_{υ zwr}Linie. Durch Wahl einer zwischen der M_{n er}f und Μ_{υ ZMr}Linie liegenden M_v „-Linie, die zugleich Seileck ist, erhält man aus dem zugehörigen Krafteck (Abb. 6) die erforderliche künstliche Belastung einschließlich ihrer — nur bei statisch bestimmten Tragwerken sich von selbst einstellenden — Auflagerkraft (P₁ bis P₄ und B_v in Abb. 7).

Die künstliche Belastung besteht aus einer Unterspannungskonstruktion, bei Innenstützen »Armbrustvorspannung « (Abb. ι und 8 bis 12).

Die Unterspannung besteht beispielsweise (Abb. 12) an jeder Zwischenstützung aus einem senkrechten und einem waagerechten Druckstab 3 und 4, zwei schrägen Zugstäben 5, senkrechten Verbindungen mit dem Tragwerk und einer Vorrichtung 1 zum Einleiten von Spannkräften.

Die Spannvorrichtung 1 ist entweder eine hydraulische Presse, Spindel od. dgl. innerhalb eines Druckstabs (Abb. 8 bis 12) oder ein Flaschenzug, Spannschloß od. dgl. in einem der Zugstäbe (Abb. 13 und 14).

Der senkrechte Druckstab kann bei statisch bestimmten Durchlauftragwerken aus dem Lager, dem Teil eines Pfeilers über einem hierfür auszusparenden Fenster und einer Umlenkrolle bestehen, über die ein Seilzug läuft, der die beiden Zugstäbe bildet (Abb. 8 und 10).

Die Hinzufügung waagerechter Vorspannkräfte im unteren Tragwerkskernpunkt hat auf die Betonzugspannungen an der Oberfläche keinen Einfluß. Infolgedessen können die Zugstreben unter Wegfall des waagerechten Druckstabes 4 und Inkaufnahme eines schrägen Anschlusses unmittelbar mit dem Tragwerk verbunden werden (Abb. 8 bis 12). Auch ist hierdurch eine Verbindung der Unterspannungen aller Bereiche negativer Momente durch Zugglieder in oder nahe den unteren Kernpunkten möglich, so daß dann eine Spannvorrichtung zur Unterspannung des ganzen Tragwerks ausreicht.

Zwischenstäbe in der Unterspannungskonstruktion, ζ. B. lotrechte Zugstäbe (Abspannungen 6 nachAbb.8), ermöglichen die Anwendung der Erfindung ohne Mehrverbrauch an Tragwerksbaustoff durch beliebig genaue Anpassung an die Linie der negativen Größtmomente auch dann, wenn — z. B. durch weitgehende Ausnutzung der zulässigen Spannungen im Stahlträger — die M_{v erf}- und M_{n zuZ}-Linie dicht beieinanderliegen.

Die Führung der unteren Zugstäbe ist affin zum Seileck mit Seileckschlußlinie und Verbindungslinie ddr unteren Tragwerkskernpunkte als Affinitätsachsen (Abb. 5 und 8).

Die Sicherheit des Verbundtragwerks gegen Knicken, Kippen und Beulen unter —M gewährleistet noch nicht diejenige des Stahltragwerks unter dem gleichen — M aus + F, die deshalb besonders zu beachten und ·—■ z. B. mit Verbänden — herzustellen ist.

Bei Rahmen ist an den Außenstäben eine nur aus einem Zugstab mit Spannvorrichtung bestehende Unterspannung nach Abb. 13 möglich. Rahmeninnenstiele können zugleich Unterspannungsdruckpfosten sein.

Bei statisch unbestimmten Systemen erzeugt jede örtliche Belastung, also auch jede Unterspannung, ungewollte Auflagerkräfte und Momente im ganzen übrigen Tragwerk. Deshalb ist bei ihnen zusätzlich eine Stützenverschiebung notwendig, welche die entgegengesetzten Auflagerkräfte und Momente hervorruft, so daß aus beiden Maßnahmen zusammen die Bereiche positiver Feldmomente weder bei Ausführung der Unterspannung (+ F) noch bei ihrer Entfernung (— F) in Mitleidenschaft gezogen werden und die Bereiche negativer Stützmomente durch die Unterspannung nur negative und durch ihre Wegnahme nur positive Momente erhalten (Abb. 1, 2 und 10 bis 14). Dann bilden alle durch Feldbereiche getrennten Teilunterspannungen voneinander unabhängige Gleichgewichtssysteme und werden einschließlich ihrer Auflagerkräfte wie bei statisch bestimmten Tragwerken berechnet und möglichst auch so ausgebildet. Dies gelingt bei ein- und zweifach unbestimmten Tragwerken durch Vornahme der Stützenverschiebungen an den Außenstützen (Abb. 10). Bei weiteren Überzähligen sind neben den Stützen als Druckglieder der Unterspannung besondere Stäbe, z. B. nach Abb. 11 und 12, notwendig.

Die Stützenverschiebungen werden aus der M_{v gem}-Linie berechnet und in bekannter Weise durch besondere, zwischen Überbau und Unterbau — bei Rahmen an ihren Fußpunkten auch waagerecht (Abb. 13 und 14) — angeordnete Spannvorrichtungen (hydraulische Pressen, Spindeln od. dgl.) verwirldicht. Während die Kräfte der Unterspannung durch ihre Spannvorrichtung 1 bei + F von Null auf ihren Größtwert wachsen und bei — F auf Null absinken, werden sowohl die Auflagerkräfte aus dem Eigengewicht des Stahlträgers (z. B. A_gl in Abb. 10 und H_gl in Abb. 13 und 14) bei -+- F als auch diejenigen

des Verbundträgers bei — V durch die Stützenverschiebungen mit den zu diesem Zweck eingebauten Spannvorrichtungen 2 konstant gehalten (Abb. 10 bis 14).

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   I- Verfahren zum Herstellen durchlaufender oder rahmenartiger Plattentragwerke, insbesondere von Verbundträgern mit vorgespannter Stahlbetonplatte, bei dem die Platte ohne Verwendung in sie eingezogener Spannglieder lediglich durch Montagemaßnahmen vorgespannt wird, gekennzeichnet durch die vorübergehende Anordnung einer Unterspannungskonstruktion des Tragwerkes in den Bereichen der negativen Momente, während deren Vorhandensein die Platte betoniert wird und die nach dem Erhärten dieser Platte wieder entfernt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zusätzliche Verschiebung der Auflagerpunkte bei statisch unbestimmten Tragwerken.
3. . 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterspannungskonstruktion Zwischenstäbe, z..B. lotrechte Zugstäbe, aufweist (Abb. 8).
4. 4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

   nach Anspruch 1 oder 2 oder Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Anordnung von hydraulischen Pressen, Spindeln od. dgl., z. B. in den Pfeilern, zum Einleiten von Spannkräften in die Unterspannungskonstruktion.
5. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 oder Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch Anordnung von Spannvorrichtungen, wie z. B. Flaschenzüge, Spannschlösser od. dgl., in den Zugstäben der Unterspannungskonstruktion.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 803 243, 806 727, 727429, 851074;

   Klingenberg, »Stand der Entwicklung der Verbund-Bauweise«, Deutscher Ausschuß für Stahlbeton,

   »Der Bauingenieur«, 1950, S. 357 bis 364; 1949, S. 321 bis 332; 1950, Heft 3 und 8; 1952, S. 195 bis 201;

   Schleicher, »Taschenbuch für Bauingenieure«, 1943, S. 219;

   »Die Bautechnik«, 1939, S. 363; VDI-Zeitschrift, 1948, S. 150;

   deutsche Patentanmeldung N 282 V /19 d;

   Abhandlungen aus dem Stahlbau, 1950, Heft 8, S. 67;

   druckschriftlich veröffentlichter Vortrag vom 13.5. über den Entwurf der Rheinbrücke Köln-Mülheim;

   »La Technique des Travaux«, Heft Mai/Juni 1951.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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