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Verfahren zur Herstellung einer Fachwerkbrücke aus Stahlbeton und
bewegliches Gerüst zur Durchführung des Verfahrens Balkenbrücken aus Stahlbeton,
die sich über mehrere Felder erstrecken, werden in der Regel als kontinuierliche
Träger ausgeführt. Die Spannweite solcher Brücken ist begrenzt, da die Stege der
Plattenbalken mit zunehmender Höhe der Träger sehr schwer werden. Es läßt sich zwar
eine gewisse Verringerung der Gewichte durch eine kastenartige Ausbildung der Träger
zur Aufnahme der Biegemomente erreichen, da man bei einer solchen Konstruktion die
Träger etwas schwächer ausführen kann. Bauwerke dieser Art werden jedoch wegen ihres
hohen Eigengewichtes schon bei Spannweiten von 5o m unwirtschaftlich.
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Man hat ferner die Balkenhöhe im Bereich der Mittelstützen voutenartig
verstärkt, um dadurch den Bereich der negativen Biegungsmomente für die Hauptträger
zu vergrößern und denjenigen der positiven Momente in den Feldern zu verkleinern.
Auch auf diesem Weg ist es aber nicht gelungen, die Grenzen der Spannweite von Brücken
aus Stahlbeton wesentlich zu erweitern.
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Gewisse Fortschritte bezüglich der Vergrößerung der Spannweite und
der Verringerung des Eigengewichtes wurden durch das gleichfalls bereits vorgeschlagene
Herausnehmen der Tragbewehrung aus dem eigentlichen Betonquerschnitt erzielt. Diese
Tragbewehrung wird auf künstlichem Weg vorgespannt, und es wird so die Verwendung
von hochwertigen Stählen mit hoher Streckgrenze ermöglicht.
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Bei Konstruktionen dieser Art muß man den Nachteil in Kauf nehmen,
daß in den Zuggliedern große konzentrierte Kräfte um Umlenkungen zu führen sind
und auch verankert werden müssen.
Diese Kräfte müssen auch durch
diejenigen Stellen des Balkens geführt werden, die nur verhältnismäßig geringe Biegungsmomente
auszuhalten haben, z. B. durch den Momentennullpunkt. Die Stahlbetonkonstruktion
muß deshalb auch an diesen Stellen zur Aufnahme viel höherer Kräfte bemessen werden,
als sie aus den Belastungen resultieren würden. Dies wirkt sich in toten Gewichten
aus, welche die aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten vertretbaren Spannweiten begrenzen.
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Andere Konstrukteure haben es als Nachteil empfunden, daß bei dem
vorgenannten Verfahren zwischen der vorgespannten Bewehrung und der Stahlbetonkonstruktion
nicht in jedem Querschnitt die auf der sogenannten Verbundwirkung beruhenden Vorteile
eintreten, wodurch höhere Vorspannungen zum Ausgleich der Einwirkungen des Schwindens
und Kriechens erforderlich werden. Diese Konstrukteure wenden eine Vorspannung mit
Verbundwirkung an, d. h., sie spannen die Bewehrung in einem sogenannten Spannbrett
vor und betonieren sie dann auf ihre ganze Länge in die Stahlbetonkonstruktion ein.
Da sehr hohe Vorspannkräfte zur Anwendung gebracht werden müssen, sind zur Erzeugung
dieser Vorspannung komplizierte Hilfsmittel notwendig, die einen erheblichen Kostenaufwand
erfordern. Bei Brücken, die sich über mehrere Öffnungen erstrecken, würde die Anwendung
dieses Konstruktionsprinzips überdies eine Trennung des Bauwerkes in mehrere Einzelteile
notwendig machen, die dann wieder auf ziemlich kompliziertem Weg zu einem konstruktiven
Zusammenwirken gebracht werden müßten.
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Es sind auch schon Fachwerkträger aus Stahlbeton bekannt. Sie haben
gegenüber Fachwerkträgern aus Stahl den Nachteil größerer Nebenspannungen im Verhältnis
zu den Hauptspannungen. Dieser Nachteil läßt sich dadurch beseitigen, daß die gezogenen
Stäbe zunächst nur aus Rundstahl hergestellt und erst nach der Ausrüstung der fertigen
Brücke mit Beton umhüllt werden. Durch die Verminderung der Nebenspannungen werden
Fachwerkträger erhalten, die frei von Haarrissen bleiben.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine sich über mehrere
Felder erstreckende Fachwerkbrücke aus Stahlbeton zu schaffen unter Beseitigung
der den bisher bekannten Konstruktionen anhaftenden Mängel. Das Hauptziel besteht
darin, die möglichen Spannweiten wesentlich zu vergrößern unter gleichzeitiger Verbesserung
der Wirtschaftlichkeit und einer Vereinfachung und Verbilligung der Herstellung.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe in erster Linie dadurch, daß die
Hauptträger einer sich über mehrere Felder erstreckenden Fachwerkbrücke als Kragbalken,
die von den Pfeilern nach beiden Seiten hin zweckmäßig gleich weit frei ausladen,
im Wege des freien Vorbaues ohne Gerüst gebaut werden, wobei die einander zugekehrten
Enden benachbarter Kragbalken durch eine Fuge voneinander getrennt und gegebenenfalls
an den Widerlagern zur Aufnahme lotrechter Kräfte verankert werden. Ein Teil dieser
Maßnahmen ist zwar im Stahlbrückenbau bereits bekannt. Seine Anwendung zur Herstellung
von Stahlbeton-Fachwerkbrücken stellt die Lösung der bereits erwähnten Aufgabe dar,
die Spannweiten für diese Art von Brücken wesentlich zu vergrößern und zugleich
die Wirtschaftlichkeit zu verbessern.
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Bei einer Brücke nach der Erfindung erhält der Kragbalken nicht nur
in einem beschränkten Bereich über dem Pfeiler, sondern möglichst über die ganze
Brücke hinweg nur negative Momente. Diese Wirkung wird bei einem sich über drei
Felder erstreckenden Balken durch Anordnung einer Trennfuge in der Mitte der Mittelöffnung
erreicht, in der man eine Anordnung treffen kann, daß Querkräfte, jedoch keine Normalkräfte
oder Momente übertragen werden. Die Spannweiten des Dreifeldträgers werden in diesem
Feld zweckmäßig wie r : a : r gewählt, so daß von den beiden Feldern aus gleich
weit ausladende Kragarme entstehen. Bei einer anderen, z. B. größeren Anzahl von
Feldern wird sinngemäß verfahren.
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Gegenstand der Erfindung sind weiterhin zwei besondere Arten der Herstellung
der Fachwerkträger, durch welche zusätzliche Vorteile erreicht werden. Bei der ersten
Art der Herstellung werden die Bewehrungen der Zug- und Druckstäbe in an sich bekannter
Weise zunächst schlaff verlegt und sodann die Druckstäbe betoniert. Nach dem Ausrüsten
des betreffenden Kragträgerabschnittes werden die Zugstäbe unter Spannung gesetzt
und erst dann mit Beton umhüllt.
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Nach der üblichen Herstellung der über und unmittelbar neben dem Pfeiler
liegenden Teile des Fachwerkträgers werden zur Herstellung des jeweils anschließenden
Feldes im Druckgurt neben dem Knotenpunkt eine Arbeitsfuge und in allen bereits
eingelegten Bewehrungsstäben des Obergurts und den Bewehrungsstäben der Diagonalen
neben den Knotenpunkten jeweils Stoßstellen gebildet; mit Hilfe eines sich auf den
bereits fertiggestellten Teil der Konstruktion abstützenden, um ein Feld vorkragenden
Hängegerüstes werden die Bewehrungseinlagen des Nachbarfeldes, z. B. durch Muffenverbindungen,
an. die Bewehrungseinlagen des fertigen Feldes angeschlossen und das Anbetonieren
des Untergurtstabes und das Betonieren der Druckstäbe durchgeführt.
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Nach einer anderen Ausführungsart des Herstellungsverfahrens werden
zur Erzeugung von Vorspannkräften in den Bewehrungseinlagen der Fachwerkträger die
Bewehrungseinlagen in an sich bekannter Weise mit einer plastischen Masse umhüllt
oder in besonderen Aussparungen des Betons frei beweglich geführt und nach Erhärten
des Betons angespannt; die Hohlräume zwischen dem Beton und den Bewehrungseinlagen
können nachträglich mit Bindemitteln ausgefüllt werden.
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Nach der üblichen Herstellung der über und unmittelbar neben dem Pfeiler
liegenden Teile des Fachwerkträgers kann in gleicher Weise wie bei der ersten Herstellungsart
zur Herstellung des jeweils anschließenden Feldes im Zuggurt neben dem
Knotenpunkt
eine Arbeitsfuge gebildet werden; die an dieser Stelle endigenden Zugstäbe des Obergurts
werden zweckmäßig unter Verwendung der üblichen Verankerungsmittel nach erfolgter
Anspannung gegen den Obergurt abgestützt, und sodann werden mit Hilfe eines sich
auf den bereits fertigbetonierten Teil der Konstruktion abstützenden, um ein Feld
vorkragenden Hängegerüstes sämtliche Stäbe des nächsten Feldes betoniert.
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Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine bewegliche Gerüstkonstruktion,
die aus mehreren in Abständen über die Brückenbreite verteilten, parallel zueinander
angeordneten Stahlträgern besteht, die auf mindestens zwei Knotenpunkten des bereits
fertiggestellten Teiles des Kragbalkens aufruhen und über diese hinaus etwa auf
Feldbreite frei vorkragen und an denen, z. B. mit Hilfe von lotrechten Zugstangen,
ein Schalungsgerüst üblicher Bauart aufgehängt ist.
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Durch die Erfindung werden wesentliche Vorteile nach verschiedener
Richtung hin erreicht. Durch die Anordnung der Mittelfuge werden die Biegungsmomente
gerade im Bereich der beiderseits der Fuge gelegenen Trägerteile, die wegen ihrer
maximalen Entfernung vom Auflager besonders leicht konstruiert werden müssen, annähernd
zu Null, während bei einem kontinuierlichen Träger an dieser Stelle ein Momentenmaximum
mit stark wechselnden Momenten aus Verkehrslast entsteht. Zugleich erlaubt die Verwendung
von Fachwerkträgern der beschriebenen Art die Aufnahme der im Anschluß an die Trennfuge
entstehenden Momente mit der maximal dort zur Verfügung stehenden Konstruktionshöhe,
was wiederum eine denkbar leichte Ausführung des Trägers nicht nur in Feldmitte,
sondern auch über einen großen Bereich des Feldes zuläßt. Es wirkt sich hierbei
für die Momentenbildung bei weitem weniger aus, daß zum Ausgleich der beschriebenen
günstigen Wirkung die Momente über dem Pfeiler größer werden als bei einem kontinuierlichen
Träger üblicher Art. Die Gewichtsersparnisse in dem weitgespannten Mittelfeld führen
zu einer überraschenden Erhöhung der bei einer bestimmten Konstruktionshöhe über
dem Pfeiler möglichen Spannweiten in der Größenordnung von 30°/0 oder bei gleicher
Spannweite zu einer entsprechenden Verbesserung der Wirtschaftlichkeit, die sich
in verringerten Baumassen, also vor allem an Beton und Stahl ausdrückt. Diese Verringerung
der Baumassen ist im vorliegenden Fall nicht an die Benutzung komplizierter oder
teuerer Vorrichtungen und Arbeitsverfahren für die Herstellung des Trägers gebunden.
Vielmehr unterscheiden sich die Arbeiten in ihrer Schwierigkeit in nichts von denjenigen,
die bei der Herstellung von ganz normalem hochwertigem Stahlbeton ausgeführt werden
müssen.
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Schließlich verbürgt die gerüstlose Herstellung der Kragbalken im
Wege des freien Vorbaues gerade bei der Überbrückung von großen Spannweiten und
von Flußläufen, bei denen Gerüste mit Rücksicht auf die Schiffahrt hinderlich und
mit Rücksicht auf Hochwasser und Eisgang gefährdet sind, ganz wesentliche Vorteile
gegenüber einer vollständigen Einrüstung. Die insoweit von der Erfindung gemachten
Vorschläge bringen darüber hinaus wesentliche Vereinfachungen und Ersparnisse bei
der Herstellung mit sich, und zwar gilt dies für jede der beiden Herstellungsarten
der Fachwerkträger. Das Bauwerk kann unter dauernder Verwendung ein und desgleichen
Teilgerüstes und seiner zugehörigen Schalungen fertiggestellt werden, so daß die
schon an sich geringen Anschaffungskosten für die Hilfskonstruktion sich auf die
Gesamtkosten günstig verteilen.
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Wenn man von der zweiten Möglichkeit für die Herstellung und Ausbildung
des Fachwerkträgers Gebrauch macht, besteht in Verbindung mit dem freien Vorbau
die sehr vorteilhafte Möglichkeit, während des freien Vorbaues durch Änderung der
Vorspannkraft die Vorspannung in den einzelnen Stäben jenen Kräften anzupassen,
die im Verlauf des freien Vorbaues in ihnen entstehen. In diesem Fall können also
die Kräfte in dem Tragwerk während des freien Vorbaues ganz anders verteilt sein
als in dem Zustand nach der endgültigen Fertigstellung.
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Weitere Merkmale der Erfindung und Einzelheiten der durch sie erzielten
Vorteile ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung.
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In der Zeichnung ist die erfindungsgemäße Balkenbrücke, ihre Ausbildung
und die Art der Herstellung an Hand von zwei Beispielen dargestellt.
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Fig. i zeigt die Gesamtkonstruktion der Brücke in Ansicht; Fig. 2
bis 5 geben ein Beispiel für die Ausbildung und Herstellung des Kragbalkens als
Fachwerkträger nach der ersten Alternative wieder, und zwar zeigt im einzelnen Fig.2
in vergrößertem Maßstab einen Querschnitt im Viertelpunkt des Mittelfeldes, Fig.
3 im Schnitt Details im Bereich der Trennfuge zwischen den beiden Kragträgern.
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Fig. 4 ein Einzelfeld des Kragträgers, und zwar im Zustand vor der
Ummantelung der Zugstäbe mit Beton, Fig. 5 das gleiche Mittelfeld im Fertigzustand,
und zwar im Schnitt unter Einzeichnung aller Bewehrungsstäbe; Fig. 6 und 7 erläutern
ein Beispiel für die zweite Art der Ausbildung und Herstellung des den Kragbalken
bildenden Fachwerkträgers, und zwar gibt Fig.6 ein Einzelfeld in Ansicht und Fig.
7 das gleiche Einzelfeld im Schnitt wieder; Fig.8 erläutert in Ansicht im Zusammenhang
mit der Ausbildung des Fachwerkträgers entsprechend den Fig. i bis 5 die Art der
gerüstlosen Herstellung dieses Trägers durch Vorbau eines Feldes in Ansicht; Fig.9
ist die Stirnansicht der Hilfsvorrichtung für den feldweisen Vorbau.
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Bei dem in Fig. i für die Gesamtkonstruktion der Brücke gewählten
Beispiel handelt es sich um eine sich über drei Felder A, B und C erstreckende
Konstruktion
mit einem Spannweitenverhältnis von i : 2 : i. In der Mitte des Mittelfeldes ist
eine Trennfuge i angeordnet, so daß zwei beiderseits der Pfeiler 2 und 3 gleich
weit ausladende Kragarme ¢, 5 und 6, 7 entstehen, die auf den Widerlagern 8 und
9 unter Verwendung nicht dargestellter bekannter Mittel, z. B. in Form von Gegengewichten
und Rollenlagern, in lotrechter Richtung auflagern. Bei dieser Anordnung erhält
die Brücke unter dem Einfluß des Eigengewichts auf ihrer ganzen Länge nur negative
Momente. Aus der Verkehrslast ergeben sich im Mittelfeld nur negative Momente, in
den Endfeldern dagegen positive, die jedoch im Vergleich zu den Momenten aus Eigengewicht
klein sind und nur in der Nachbarschaft des Widerlagers überwiegen können.
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Die Fig. 2 bis 5 geben die Einzelheiten der Gesamtkonstruktion wieder,
und zwar im Zusammenhang mit der Ausbildung des Kragbalkens als Fachwerkträger,
dessen Druckstäbe nach den Prinzipien des Stahlbetons, dessen Zugstäbe jedoch nach
den Prinzipien des Stahlbaues ausgeführt sind.
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Aus Fig. 2, aus der die Ausbildung des Brückenquerschnittes im Viertelpunkt
der Mittelspannweite ersichtlich ist, erkennt man den Untergurt io, der als normale
Stahlbetonplatte ausgebildet ist, und den Obergurt i i, in welchem im Schnitt die
Haupttragstähle 12 erkennbar sind. Diese füllen im Viertelpunkt etwa die Hälfte
des Querschnittes des Obergurtes aus, der zugleich als Fahrbahntafel dient. Ferner
sind die vertikalen Druckstäbe 13 des Fachwerkes zu sehen, welche an jedem Knoten
durch eine Reihe von Stahibetonstützen gebildet werden. Die schrägen Zugstäbe 14
sind in dieser Figur nicht zu erkennen, da sie durch die Druckstäbe 13 verdeckt
werden.
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In Fig. 3 ist die Ausbildung der Trennfuge i in der Mitte des Mittelfeldes
dargestellt. Zur Übertragung von Querkräften ist ein bekannter lotrecht stehender
Augenstab 15 üblicher Ausführung angeordnet, der Kräfte nur in seiner Achsrichtung
übertragen kann.
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In Fig.4 ist ein Feld des Fachwerkträgers in dem Zustand dargestellt,
in welchem der Träger ausgerüstet wird. :Ulan erkennt, daß die vertikalen Druckstäbe
13 und der Untergurt io bereits betoniert sind, während die Zugstäbe 12 des
Obergurtes und der Diagonalen 14 noch nicht mit Beton ummantelt sind. Sämtliche
Fachwerkstäbe io, 1.2, 13 und 14 kommen durch das Ausrüsten der Konstruktion
unter Spannung.
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In diesem Zustand werden auch die Zugstäbe 12 und 14 einbetoniert,
was in Fig. 5 dargestellt ist. Fig. 5 zeigt weiterhin im Schnitt sämtliche einbetonierte
Bewehrungen.
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Eine weitere Ausführungsmöglichkeit besteht darin, daß die schlaffe
Verlegung der Bewehrung in den Zuggurten nur insoweit stattfindet, als es die Montage
der Brücke erfordert, d. h. also zur Aufnahme des Eigengewichts. Für die Nutzlasten
wird die Zugbewehrung erst nach beendeter Montage eingelegt, und zwar werden dabei
die einzelnen, Stäbe oder Seile mit einem Blechmantel umhüllt. Dann erfolgt das
Einbetonieren dieser Bewehrung. Nach dem Erhärten des Betons wird eine Vorspannung
der Bewehrung vorgenommen, und zwar wählt man diese Vorspannung so hoch, daß unter-.dem
Einfluß der maximalen Belastung im Bereich des Umhüllungsbetons der Zuggurtstäbe
keine Betonzugspannungen auftreten.
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Durch ein derartiges Vorgehen wird der Vorteil erzielt, daß die Fahrbahn
noch dichter wird und daß Rißbildungen noch zuverlässiger vermieden werden. Ein
weiterer Vorteil besteht in der Verringerung der Anzahl der Muffenstöße und der
Armaturen. Die Spannbewehrung braucht jetzt nur an zwei Stellen, nämlich an den
beiden Enden und nicht in jedem Knoten verankert zu werden.
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Die Anordnung und Verteilung der Vorspannbewehrung kann in verschiedener
Art und Weise vorgenommen werden. Man kann die Bewehrung zu einem in einer besonderen
Zone liegenden Bündel zusammenfassen, man kann sie aber auch über den ganzen Querschnitt
verteilen. Die Hohlräume zwischen den einzelnen Vorspannstäben und dem sie umgebenden
Blechmantel werden nach erfolgter Vorspannung mit Zement ausgespritzt.
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Bei der Herstellung der Brücke gemäß Fig. i mit einer Ausbildung der
Kragarme als Fachwerkträger entsprechend den Fig. z bis 5 geht man im einzelnen
wie folgt vor: Zunächst werden zwei neben dem Pfeiler 2 bzw. 3 liegende Felder des
Fachwerkträgers in normaler Weise unter Benutzung der üblichen Gerüste und Schalungen
eingerüstet und bis auf die Zugstäbe betoniert. Dann wird gemäß den Fig.8 und 9
ein Hilfsgerüst montiert, das den freien Vorbau des anschließenden Feldes ermöglicht.
Dieses Gerüst besteht aus mehreren Trägern 17, die über die ganze Brückenbreite
in geeigneten Abständen parallel zueinander angeordnet sind, auf den letzten beiden
betonierten Knoten 18 aufruhen und über diese etwa ein Feld weit frei vorkragen.
An diesen Trägern ist das Schalungsgerüst i9 mit Hilfe von Zugstangen 2o aufgehängt.
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Mit Hilfe dieses Gerüstes lassen sich der Untergurt 21 und die vertikalen
Druckstäbe 22 sowie die diagonalen Zugstäbe 23 und die Zugstäbe 2,4 des Obergurtes
ausführen. Der Untergurtstab 2i wird an der Arbeitsfuge 26 durch Anbetonieren an
den früher fertiggestellten Trägerteil angeschlossen. Die Zugstäbe 23 und 24 werden
durch Muffen 27 und 28 mit den Stäben des vorhergehenden Feldes verbunden. Auch
hier wird wieder darauf geachtet, daß die diagonalen Zugstäbe 23 und die Zugstäbe
24 des Obergurtes erst mit Beton ummantelt werden, wenn der ganze Kragarm bis zum
Ende in der beschriebenen Weise vorgebaut ist.
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Das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 6 und 7 erläutert die zweite
Art der Ausbildung und Herstellung des Fachwerkträgers für die Kragbalken.
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Fig. 6 läßt ein einzelnes Feld dieses Fachwerkträgers erkennen. Im
Gegensatz zu den Zugdiagonalen, die bei der Ausbildung des Fachwerkträgers entsprechend
den Fig.2 bis 5 vorgesehen sind, wird bei diesem Ausführungsbeispiel ein
Fachwerk
mit Druckdiagonalen 30 gewählt. Die den Obergurt 31 des Fachwerkträgers bildende
Fahrbahnplatte 32 sowie die senkrechten Pfosten 33 werden in besonderer Art und
Weise vorgespannt. An jedem Knotenpunkt des Obergurts wird nur ein Teil der Vorspannstäbe
34 verankert, während die anderen Stäbe 35 ohne Stoß durchlaufen. Die Anspannung
erfolgt jeweils nach der Erhärtung des anbetonierten neuen Fachwerkfeldes. Um diese
Anspannung nach dem Erhärten des Betons durchführen zu können, werden die für das
Anspannen in Frage kommenden Stäbe entweder mit einer plastischen Masse umhüllt
oder in besonders im Beton vorgesehenen Aussparungen frei geführt.
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Fig. 7 läßt erkennen, daß die Zugstäbe 34 an diesem Knotenpunkt verankert
wurden, während die Zugstäbe 35 ungestoßen durchlaufen. Zur gerüstlosen Herstellung
der Kragbalken im Wege des freien Vorbaues kann man sich auch bei dieser Art der
Ausbildung und Herstellung des Fachwerkträgers der gleichen Hilfseinrichtungen bedienen
wie beim Ausführungsbeispiel nach den Fig.2 bis 5, d. h., man kann die in den Fig.8
und 9 wiedergegebenen Hilfsvorrichtungen gegebenenfalls mit geeigneten Modifikationen
benutzen.