DE971109C

DE971109C - Process for the production of steel girders in combination with a prestressed reinforced concrete slab, in particular for beam bridges, suspension bridges and arched arch bridges

Info

Publication number: DE971109C
Application number: DEP45841A
Authority: DE
Inventors: E H Dr-Ing E H Dr-Ing F Dr-Ing
Original assignee: Demag AG
Current assignee: Mannesmann Demag AG
Priority date: 1949-06-15
Filing date: 1949-06-15
Publication date: 1958-12-11

Description

Verfahren zum Herstellen von Stahlträgern in Verbund mit einer vorgespannten Stahlbetonplatte, insbesondere für Balkenbrücken, Hängebrücken und Stabbogenbrücken Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Stahlträgern in Verbund mit einer vorgespannten Stahlbetonplatte, insbesondere für Balkenbrücken, Hängebrücken und Stabbogenbrücken.Process for the production of steel girders in combination with a prestressed one Reinforced concrete slab, especially for girder bridges, suspension bridges and tied arch bridges The invention relates to a method for producing composite steel girders with a prestressed reinforced concrete slab, especially for girder bridges, suspension bridges and tied arch bridges.

Mit den zu diesen Zwecken bisher bekanntgewordenen Verfahren lassen sich durch die Kopplung beachtliche wirtschaftliche Vorteile erzielen, die besonders bei der Kopplung von Fahrbahnplatten aus Beton mit den aus Stahl bestehenden Trägern von Brückenkonstruktionen sehr groß sind. Durch diese Kopplung wächst einerseits das Trägheitsmoment sehr stark an, wodurch die Spannungen und Durchbiegungen der Stahlträger zurückgehen, während andererseits durch den Wegfall der Isolierung und der zugehörigen Betonschutzschicht das Eigengewicht der Brücke vermindert und dadurch eine weitere Verringerung der Spannungen erzielt wird. Dieser Spannungsverminderung entspricht eine weitere Verminderung des Stahlquerschnittes und damit des Eigengewichtes, wenn die Stahlspannungen wiederum voll ausgenutzt werden.With the procedures that have become known so far for these purposes the coupling achieves considerable economic advantages, especially when coupling concrete deck slabs with steel girders of bridge structures are very large. This coupling grows on the one hand the moment of inertia increases very strongly, reducing the stresses and deflections of the Steel girders decline, while on the other hand by the elimination of insulation and the associated protective concrete layer reduces the dead weight of the bridge and thereby a further reduction in stresses is achieved. This tension reduction corresponds to a further reduction in the steel cross-section and thus in its own weight, when the steel tensions are again fully utilized.

Mit einer Kopplung der Stahlbetonplatten in der bisher geübten Art und Weise ist aber die Gefahr der Bildung von Rissen in den Stahlbetonplatten verbunden. Die Platten sind nämlich nicht nur infolge des Sehwindens des Betons und der Behinderung dieses Vorganges durch die Kopplung und infolge der verschiedenartigen Erwärmung des Stahles und Betons erheblichen Zugbeanspruchungen ausgesetzt, sondern auch durch die Radlasten der Fahrzeuge den örtlichen Spannungen, welche erhebliche Biegungsmomente sowie daraus folgende, und zwar bei geringen Plattendicken um so größere Spannungen ergeben, sowie ferner den Biegungsmomenten aus Eigengewicht und Verkehrslasten unterworfen, die bei durchlaufenden Versteifungsträgern wechselnde Vorzeichen aufweisen und in den Betonfahrbahnplatten hohe Zug- und Druckspannungen auslösen. Die Summe dieser Zugspannungen führt unbedingt zur Bildung von Rissen in der Fahrbahnplatte, wenn diese nicht künstlich unter eine hohe, diesen Zugspannungen entsprechende Druckvorspannung gesetzt wird.With a coupling of the reinforced concrete slabs in the manner practiced up to now but there is a risk of cracks forming in the reinforced concrete slabs. Namely, the slabs are not only due to the sight of the concrete and the obstruction this Process through the coupling and as a result of the various types of heating of the steel and concrete are exposed to considerable tensile stresses, but also from the wheel loads the vehicles the local stresses, which significant bending moments as well the resulting stresses, which result in greater stresses in the case of small plate thicknesses, as well as being subjected to the bending moments from dead weight and traffic loads, which have alternating signs with continuous stiffening beams and in the concrete slabs trigger high tensile and compressive stresses. The sum of these Tensile stress necessarily leads to the formation of cracks in the deck, if these are not artificially subject to a high compressive preload corresponding to these tensile stresses is set.

Die Mitwirkung der Stahlbeton-Fahrbahnplatte bei der Aufnahme der Biegungsmomente und vor allem der unbedingt notwendige Korrosionsschutz der unter der Fahrbahnplatte liegenden Stahlkonstruktion sind jedoch nur so lange gewährleistet, wie die Stahlbetonplatte von Rissen, selbst von Haarrissen frei bleibt.The involvement of the reinforced concrete deck in the reception of the Bending moments and above all the absolutely necessary corrosion protection of the under However, the steel construction lying on the deck is only guaranteed as long as how the reinforced concrete slab remains free of cracks, even hairline cracks.

Um diese Rißbildung zu vermeiden, hat man schon bei einer nach dem eingangs erwähnten Verfahren erstellten Brücke mit als Hohlkörper ausgebildeten Stahlträgern und einer 1z cm dicken Stahlbetonplatte nach der Ausrüstung eine Vorbelastung durch Fahrzeuge vorgenommen und damit in der Nähe der Stützen an der Oberseite Zugspannungen erzeugt, so daß nach der Betonierung der Platte und nach dem Entfernen der Belastungen in dem Bereich der Stützen in der Platte Druckvorspannungen entstanden, durch welche die erwähnten Zugspannungen überlagert wurden: Dieser Verbesserung in dem Bereich der Stützen steht aber eine Verschlechterung des Spannungszustandes in den Feldmitten gegenüber.In order to avoid this crack formation, one has already with one after the The method mentioned at the outset was created with a bridge formed as a hollow body Steel girders and a 1z cm thick reinforced concrete slab a preload after finishing made by vehicles and thus tensile stresses in the vicinity of the supports on the top generated so that after concreting the slab and after removing the loads in the area of the supports in the plate, compressive stresses were created, which the mentioned tensile stresses were superimposed: This improvement in the area of the supports, however, there is a deterioration in the stress state in the center of the field opposite to.

Tatsächlich ist die Platte in dem Bereich der gesamten Brückenlänge durch Haarrisse gefährdet, wobei naturgemäß an dem Stützenquerschnitt besonders ungünstige Verhältnisse herrschen. Entlastet man die Stützenquerschnitte auf Kosten der Feldmitten, so werden damit die Feldquerschnitte, bei denen die Platte die Zugspannungen vielleicht noch hätte aufnehmen können, so überlastet, daß dort mit Sicherheit Haarrisse auftreten, ohne daß damit die Gefahr für die Stützenquerschnitte beseitigt ist.In fact, the plate is in the area of the entire length of the bridge endangered by hairline cracks, naturally particularly on the column cross-section unfavorable conditions prevail. One relieves the column cross-sections at the expense of the field centers, the field cross-sections are thus the field cross-sections at which the plate experiences the tensile stresses perhaps still could have absorbed it, so overloaded that there would definitely be hairline cracks occur without the risk to the column cross-sections being eliminated.

Zur Beseitigung der Mängel dieses bekannten Verfahrens sollen nach einem früheren Vorschlag des Erfinders bei Brücken der genannten Art zwecks Vermeidung der Rißbildung die aus Stahl und Stahlbeton gekoppelten Verbundträger in der Zugzone durch hochwertige, in der Konstruktionshöhe der Stahlträger untergebrachte Seile mittels hydraulischer Pressen derart vorgespannt werden, daß die Stahlträger an ihrer Unterseite von Zugspannungen nur teilweise entlastet sind, und es sollen die Stahlbetonplatten nur in dem Bereich, in dem ihre Zugspannungen durch die hierdurch erzeugten Druckspannungen ausreichend überlagert sind, mit den Stahlträgern fest gekoppelt werden. Der Bereich, in dem die Rißbildung mit Sicherheit vermieden wird, ist hierbei noch beschränkt, selbst wenn gemäß einer vorgeschlagenen weiteren Ausgestaltung dieser Methode die Querdehnung des Betons durch kräftige Stahlblecheinfassungen von unten und seitlich auf ein Mindestmaß verringert wird. Ferner bleiben bei dem genannten älteren Vorschlag des Erfinders die Vorspanneinrichtungen (Seile, Winden) dauernd eingebaut.To eliminate the shortcomings of this known method, after an earlier suggestion by the inventor for bridges of the type mentioned for the purpose of avoidance the formation of cracks is the composite girders made of steel and reinforced concrete in the tension zone thanks to high-quality ropes placed at the construction height of the steel girders are pretensioned by means of hydraulic presses so that the steel girders their underside are only partially relieved of tensile stresses, and the Reinforced concrete slabs only in the area in which their tensile stresses result from this generated compressive stresses are sufficiently superimposed, firmly with the steel girders be coupled. The area where cracking is certain to be avoided is still limited in this case, even if according to a proposed further embodiment this method, the transverse expansion of the concrete through strong sheet steel surrounds is reduced from below and sides to a minimum. Furthermore stick with that mentioned older proposal of the inventor the pretensioning devices (ropes, winches) permanently installed.

Außerdem ist den beiden Verfahren zur Vermeidung der Rißbildung der Nachteil gemeinsam, daß die gesamte Brücke, also auch die Stahlträger durch Belastungsfahrzeuge bzw. kräftige Seile u. dgl. vorgespannt werden müssen.In addition, the two methods of preventing cracking are the The common disadvantage is that the entire bridge, including the steel girders, is carried by loading vehicles or strong ropes etc. have to be pre-tensioned.

Demgegenüber bezweckt die vorliegende Erfindung, die Rißbildung in der Betonplatte in einfacherer Weise und mit größerer Sicherheit über die ganze Brückenlänge zu vermeiden. Diese Aufgabe löst die Erfindung in erster Linie dadurch, daß die Betondruckplatten zunächst vorzugsweise mit Hilfe von Rollen od. dgl. auf den Stahlträgern beweglich gelagert und mit Hilfe besonderer Stahlstäbe oder Seile, hydraulischer Winden u. dgl. in Brückenlängsrichtung unter eine bestimmte Druckvorspannung gesetzt, dann in diesem Zustande mit den Stahlträgern durch Vernietung od. dgl. gekoppelt und daß schließlich die Vorspannseile wieder abgebaut werden.In contrast, the present invention aims to prevent cracking in the concrete slab in a simpler way and with greater security over the whole Avoid bridge length. The invention achieves this object primarily by that the concrete pressure plates initially od preferably with the help of rollers. Like. On movably mounted on the steel girders and with the help of special steel rods or ropes, hydraulic winches and the like in the longitudinal direction of the bridge under a certain pressure prestress set, then od in this state with the steel girders by riveting. coupled and that finally the prestressing ropes are dismantled again.

Zur Sicherung einer guten Beweglichkeit der Platte bei der Vorspannung werden ferner erfindungsgemäß die an der Unterseite der Betondruckplatte zur Auflagerung vorgesehenen Längsstreifen mit Blechpanzerungen versehen.To ensure good mobility of the plate during pretensioning are also according to the invention on the underside of the concrete pressure plate for support provided longitudinal strips with sheet metal armor.

Daraus ergeben sich folgende Verhältnisse: Die Vorspannkraft der Seile sei mit Z, und die Druckkraft in der Betonplatte mit Da= -Z, bezeichnet. Wenn die Seile nach der Kopplung abgebaut werden, wirkt an den Verankerungsstellen auf den Verbundquerschnitt die Zugkraft Z, ein, die sich proportional den verschiedenen Dehnungssteifigkeiten auf die Betonfahrbahnplatte und die Stahlträger verteilt.This results in the following relationships: The pretensioning force of the ropes let Z, and the compressive force in the concrete slab with Da = -Z. If the Ropes are dismantled after coupling, affects the anchoring points on the Composite cross-section the tensile force Z, a, which is proportional to the different Expansion stiffnesses distributed on the concrete deck slab and the steel girders.

Auf den Betonquerschnitt entfällt demnach folgender Anteil der Zugkraft: Hierbei sind Fe und E, der Querschnitt bzw. der Elastizitätsmodul des Stahles und Fb und Eb der OOuerschnitt bzw. der Elastizitätsmodul des Betons.The following proportion of the tensile force is therefore attributable to the concrete cross-section: Here Fe and E are the cross-section or the modulus of elasticity of the steel and Fb and Eb are the cross-section or the modulus of elasticity of the concrete.

Die Zahl beträgt bei hochwertigem Beton im elastischen Bereich etwa sa = 5 bis 6.The number for high-quality concrete in the elastic range is approximately sa = 5 to 6.

Durch den Abbau der Seile vermindert sich demnach die Betondruckkraft von Da auf Bei Brücken mittlerer Spannweite ist ungefähr Fe = o,5 Fb, damit ergibt sich mit 7a = 6 die in der Betonfahrbahnplatte verbliebene Druckkraft DB zu d. h., durch den Abbau der Seile ergibt sich ein Spannungsabfall der Druckspannung im Beton von 2511/o, den man durch eine um 3311/o höher gewählte Vorspannkraft Z, ausgleichen kann.When the ropes are dismantled, the concrete compressive force is reduced from Da to In the case of bridges with a medium span, Fe = 0.5 Fb, so 7a = 6 results in the compressive force DB remaining in the concrete deck slab that is, the reduction of the ropes results in a drop in compressive stress in the concrete of 2511 / o, which can be compensated for by a pretensioning force Z selected that is 3311 / o higher.

Durch das Kriechen und Schwinden in der Zeit nach der Kopplung ergibt sich ein weiterer Spannungsabfall, den man auf Grund der Kriechtheorie berechnen und ebenfalls durch eine Erhöhung von Z, ausgleichen kann.Resulting from creeping and shrinking in the time after coupling Another voltage drop that can be calculated on the basis of the creep theory and also by increasing Z i can compensate for it.

Durch den Abbau der Seile ergeben sich durch die auf den Verbundquerschnitt einwirkende Zugkraft Z, in dem Verbundträger weiterhin Biegung.smomente, die den Eigengewichtsmomenten entgegenwirken.The dismantling of the ropes results in the on the composite cross-section acting tensile force Z, in the composite beam continues bending moments that the Counteract dead weight moments.

Bei den durchlaufenden Trägern benötigt man im Bereich der positiven Momente nur eine geringe und im Bereich der negativen Stützmomente sehr hohe Druckvorspannungen der Fahrbahnplatte. Zweckmäßig wird man demnach die Vorspannkraft Z, durch Anwendung zusätzlicher kurzer Vorspannseile im Stützenbereich stark staffeln. Um nun zu verhindern, daß durch den Abbau der Seile die Druckvorspannungen im Stützenbereich merkbar zurückgehen, wird mari zweckmäßig nach durchgeführter Koppelung nur die sich auf die ganze Länge der Brücke erstreckenden Seile abbauen, während die kürzeren Seile im Bereich der Stützmomente nicht abgebaut werden. Damit ergibt sich im Bereich der positiven Momente ein belangloser Spannungsabfall, während im Bereich der negativen Stützmomente die Druckvorspannungen der Fahrbahnplatte fast vollständig erhalten bleiben.In the case of the continuous carriers, one needs in the area of the positive Moments only a small and in the area of the negative supporting torques very high compressive prestresses the deck. Accordingly, the pretensioning force Z, becomes expedient by application strongly stagger additional short tensioning cables in the support area. To prevent now that by the dismantling of the ropes the compressive stresses in the column area decrease noticeably, mari is expedient after coupling has only been carried out over the entire length the bridge extending ropes dismantle, while the shorter ropes in the area of the Supporting moments are not reduced. This results in positive moments in the area an insignificant voltage drop, while in the area of the negative supporting moments the Compressive pre-stresses of the road slab are almost completely preserved.

In der Beschreibung ist an Hand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert, aus der sich weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben.In the description, an exemplary embodiment is given with reference to the drawing the invention explained in more detail, from which further details, features and advantages of the invention.

Fig. i ist ein Querschnitt und Fig. 2 ein Teillängsschnitt durch eine Brücke. Mit i sind die Stahlträger der Brücke bezeichnet, auf denen die Fahrbahnplatte 2 aus Stahlbeton zunächst beweglich gelagert ist. Um eine leichte Beweglichkeit der Platte 2 in Längsrichtung der Brücke zu erzielen, sind ihre Längsstreifen mit Blechpanzerungen 3 versehen und auf Rollen 4 aus Rundstahl gelagert. Mit 5 sind die Vorspannseile oder Rundstähle bezeichnet, die mittels an den Enden der Brückenfahrbahn angesetzter hydraulischer Pressen angespannt werden und dabei die Fahrbahnplatte 2 unter eine gewünschte Druckvorspannung setzen. Nach dem Vorspannen wird die Platte 2 mit Hilfe von Nieten 6 oder anderen Befestigungsmitteln mit den Stahlträgern i gekoppelt. Nach dieser Verbindung werden die durchgehenden Vorspannseile 5 wieder abgebaut. Außer den durchgehenden Vorspannseilen 5 werden im Bereich der negativen Stützmomente zusätzliche kurze Seile zur Vorspannung der Betonplatte 2 im Stützenbereich vorgesehen, die jedoch in der Zeichnung nicht dargestellt sind und beim Abbau der durchgehenden Seile nicht mit abgebaut werden, sondern ständig an der Platte 2 verbleiben und diese im Stützenbereich vorspannen.Fig. I is a cross section and Fig. 2 is a partial longitudinal section through a Bridge. With i the steel girders of the bridge are referred to, on which the deck slab 2 is initially movably mounted from reinforced concrete. About easy mobility to achieve the plate 2 in the longitudinal direction of the bridge, their longitudinal strips are with Sheet metal armor 3 provided and stored on rollers 4 made of round steel. With 5 are the prestressing ropes or round bars called the means at the ends of the bridge deck attached hydraulic presses are tightened and thereby the deck slab 2 put under a desired pressure bias. After prestressing, the plate becomes 2 with the help of rivets 6 or other fasteners to the steel girders i coupled. After this connection, the continuous tensioning cables 5 are again reduced. Except for the continuous tensioning cables 5 are in the area of the negative Supporting moments, additional short ropes for prestressing the concrete slab 2 in the support area provided, which are not shown in the drawing and when dismantling the continuous ropes are not dismantled, but remain permanently on the plate 2 and pretension them in the support area.

Die Erfindung ist keineswegs auf das erläuterte Ausführungsbeispiel beschränkt, vielmehr sind in ihrem Rahmen Abweichungen verschiedener Art möglich. Außerdem kann sie außer für Brücken auch bei anderen Bauwerken Anwendung finden, bei denen Bauelemente vorkommen, die aus Stahlträgern und aus Elementen aus Stahlbeton bestehen und diese miteinander zu Verbundträgern gekoppelt werden sollen, insbesondere wenn es von Wichtigkeit ist, daß Rißbildungen in den Betonplatten mit Sicherheit vermieden werden.The invention is by no means limited to the illustrated embodiment limited, rather deviations of various kinds are possible within their framework. In addition to being used for bridges, it can also be used for other structures, in which structural elements occur that consist of steel girders and elements made of reinforced concrete exist and these are to be coupled to one another to form composite beams, in particular when it is of importance that cracking of the concrete slabs is certain be avoided.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Method for producing composite steel girders with a prestressed reinforced concrete slab, especially for girder bridges, suspension bridges and tied arch bridges, characterized in that the concrete pressure plates (2) initially preferably movably supported on the steel girders (i) by means of rollers (4) or the like and with the help of special steel rods or ropes (5), hydraulic presses and the like. placed in the longitudinal direction of the bridge under a certain compressive prestress, then in this States coupled with the steel girders (i) by riveting (6) or the like and finally the pre-tensioning cables (5) are dismantled again.

2. According to the method according to claim i manufactured structure, characterized in that the on the underside of the concrete pressure plate (2) Longitudinal strips arranged for support are provided with sheet metal armoring (3) are to the mobility of the plate (2) on the rollers (4) during the preload to facilitate.

3. Structure according to claim 2, characterized in that in the area the negative supporting moments additional short ropes to pre-tension the concrete slab (2) are arranged in the column area when the continuous prestressing cables are dismantled (5) not dismantled «= earth, but remain permanently on the plate (2) and this Pre-tension in the support area. Publications Considered: Basics for the execution of prestressed concrete girders, special print from the magazine »Beton und Eisen «, 1940, issue i i.