EP0004345B1

EP0004345B1 - Vorgespanntes Stahlbetonseil und Verfahren zur Anwendung von vorgespannten Stahlbetonseilen bei der Herstellung einer Hängebrücke

Info

Publication number: EP0004345B1
Application number: EP19790100789
Authority: EP
Inventors: Philipp Dipl.-Ing. Schreck
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-03-17
Filing date: 1979-03-15
Publication date: 1981-12-09
Also published as: EP0004345A1; ATA186279A; DE2811759A1

Description

Die Erfindung betrifft ein vorgespanntes Stahlbetonseil in einem ummantelten Betonkörper in Hüllrohren verlegten und nach dem Spannen mit Zementmörtel injizierten Spannstählen.
Derartige vorgespannte Stahlbetonseile sind für das Abspannen oder Abhängen von Lasten bekannt, und insbesondere auch für die Tragseile und Hängestäbe von Hängebrücken (DE-A-1 941 978), da derartige aus Spannbeton hergestellte Hängebrücken zumindest, was die Wartung der Brücke anbetrifft, wesentlich billiger sind. Es lässt sich heute bereits erkennen, dass die Verwendung hochfester Stähle für Stahlhängebrükken und Stahlschrägseilbrücken immer kritischer wird, da diese hochfesten Stähle eine wesentlich grössere Anfälligkeit für Korrosion zeigen. Da bisher im Stahlbau keine wirtschaftlichen Verfahren und Techniken gefunden werden konnten, die einen längeren Einbau von hochfesten Stählen ohne immer wieder nötige und sehr kostenintensive Massnahmen zum Korrosionsschutz zulassen, wird die Tendenz, vorgespannte Stahlbetonseile zu verwenden, immer grösser. Es zeigt sich jedoch, dass gerade beim Brückenbau die Verwendung von vorgespannten Stahlbetonseilen auf Vorurteile stösst, da wegen der Verwendung von Streusalz und dem in den Beton eindringenden Salzwasser immer noch eine Gefahr der Korrosion der Stahlteile besteht. Weitere Schwierigkeiten werden auch in der Notwendigkeit von Schalungen gesehen, welche mit verhältnismässig grossem Aufwand auf- und abgebaut werden müssen.
Für die Verankerung eines Zugglieds, bei welchem aus Stahlsträngen aufgebaute Zugglieder teilweise in einer Ummantelung angeordnet sind, welche nach dem Spannen der Zugglieder mit Zementmörtel injiziert wird, ist es bereits bekannt (DE-B-2 114 863), dieses Zugglied unter Auffächerung der Stahlstränge in den als Verankerung dienenden Betonteil einzuführen. Auf einem bestimmten Bereich vor und nach dem Eintritt des Zuggliedes in den Betonteil ist eine als Metallmantel ausgebildete Umhüllung vorgesehen, welche nach dem Spannen der Stahlstränge mit Betonmörtel injiziert wird. Das gesamte ausserhalb der Verankerung verlaufende Zugglied ist nicht als vorgespanntes Stahlbetonseil aufgebaut, und lediglich zum Zwecke des Korrosionsschutzes mit einer vorzugsweise aus Kunststoff bestehenden Umhüllung versehen, die jedoch keine tragende Funktion hat.
Ein weiteres bekanntes Tragseil einer Schrägseilbrücke (DE-A-2 425 866) besteht aus einer in einem Hüllrohr geführten Kabelseele, um welche herum eine Vielzahl von ebenfalls in Hüllrohren angeordneten Spannsträngen vorgesehen ist. Dabei bestehen die Hüllrohre zweckmässigerweise aus Kunststoff. Die Hüllrohre der aussen liegenden Spannstränge werden mit Hilfe von Schellen an der Kabelseele befestigt. Zur sicheren Verbindung des inneren Hüllrohres mit den Stahlsträngen sowie der äusseren Hüllrohre mit den Spannsträngen werden diese mit Zementmörtel injiziert. Eine Vorspannung im Sinne eines vorgespannten Stahlbetonseils findet nicht statt. Eine Einbettung der Kabelseele mit ihrem Hüllrohr sowie des Rohrbündels mit den Spannsträngen in Beton ist nur im Bereich der Verankerung vorgesehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vorgespanntes Stahlbetonseil zu schaffen, bei dem die Hüllrohre und das Aussenmantelrohr die Bewehrung für den Betonkörper, d.h. einen Teil des Tragsystems darstellen, wobei gleichzeitig die Beeinträchtigung des Stahlbetonseils durch die Korrosion begünstigende Einflüsse ausgeschaltet werden soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Betonkörper mit einem korrosionsbeständigen, aus Stahlblech bestehenden Aussenmantelrohr umgeben ist, das bei der Herstellung des Betonkörpers als verlorene Schalung dient, und dass die im Aussenmantelrohr durch Zwischenschotts geführten Hüllrohre jeweils aus einem auf Zug und Druck beanspruchbaren Stahlrohr bestehen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist zur einfacheren Einbringung des Betons vorgesehen, dass das Aussenmantelrohr mit dicht verschliessbaren Öffnungen zum abschnittsweisen Einbringen des Betons versehen ist.
Die nach den Merkmalen der Erfindung hergestellten Spannbetonseile können für Tragseile und Hängeseile einer Hängebrücke bzw. für Tragseile von Schrägseilbrücken Verwendung finden. Derartige nach der Erfindung hergestellte vorgespannte Stahlbetonseile haben den Vorteil, dass das Mantelrohr und die Stahlhüllrohre die Bewehrung für den Betonkörper darstellen, der zusammen mit dem Aussenmantelrohr eine sehr hohe Beulsteifigkeit besitzt und praktisch nicht ausbeulen kann. Von weiterem Vorteil ist auch, dass durch die Verwendung eines Aussenmantelrohres sowohl die Hüllrohre als auch die in die Hüllrohre eingezogenen Spannstähle während der Bauzeit sehr gut gegen Korrosion und Verschmutzung geschützt sind und daher wegen der guten Verbindungsoberflächen eine innige Verbindung mit dem eingebrachten Beton eingehen.
Die Erfindung sieht ferner ein Verfahren zur Anwendung von vorgespannten Stahlbetonseilen bei der Herstellung einer Hängebrücke vor, das darin besteht, dass für die Tragseile der Brücke abschnittsweise das Aussenmantelrohr mit schottweise geführten Hüllrohren an dem über die Pylone geführten Montageseil aufgehängt wird, dass die Hüllrohre miteinander vermufft und die Aussenmantelrohre miteinander verschraubt bzw. verschweisst werden, dass für die Hängestäbe der Brücke vom Arbeitssteg aus Aussenmantelrohre mit schottweise geführten Hüllrohren abgehängt werden, dass in die Hüllrohre des Tragseils und der Hängestäbe Spannstähle eingezogen werden, .dass der Innenraum des Aussenmantelrohres der Tragseile und gegebenenfalls der Hängestäbe ausbetoniert wird, dass die Tragseile und die Hängestäbe gegenenfalls schrittweise der Belastung entsprechend vorgespannt werden, dass die Längsträger der Brücke entweder im freien Vorbau oder als Fertigteile an den Hängestäben abgehängt werden und anschliessend die Querträger und die Fahrbahnplatte fertiggestellt wird, und dass die Tragseile sowie die Hängestäbe fertig vorgespannt sowie die Hüllrohre durch Injektion ausgemörtelt werden.
Mit einem solchen Verfahren gemäss der Erfindung ist es möglich, auch grosse Hängebrücken aus Spannbeton herzustellen, wobei der Aufbau und Abbau einer aufwendigen Schalung entfällt und eine Schrägabhängung der Schalung für die Tragseile bzw. eine Abstützung der Schalung für die Hängestäbe nicht mehr erforderlich wird. Da das Ausbetonieren der Aussenmantelrohre vor dem Herstellen der Längsträger und der Fahrbahnplatte erfolgt, können sowohl die Tragseile als auch die Hängestäbe bereits vorgespannt werden, um Punktbelastungen bei der Herstellung der Längsträger und der Fahrbahnplatte aufzunehmen. Durch das Vermuffen der aus Stahlrohren bestehenden Hüllrohre sowie das Verschweissen der Aussenmantelrohre entsteht bereits vor dem Ausbetonieren ein Tragsystem, das die beim ausbetonieren der Tragseile und Hängestäbe aufnehmenden Lasten ohne Schwierigkeiten aufnehmen kann.
Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein vorgespanntes Stahlbetonseil gemäss der Erfindung vor dem Einbringen des Betons;
Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1;
Fig. 3 eine schematische Seitenansicht einer unter Verwendung von vorgespannten Stahlbetonseilen gemäss der Erfindung hergestellten Hängebrücke;
Fig. 4 eine Schnittdarstellung durch den Knotenpunkt zwischen dem Tragseil und einem Hängestab bei der Hängebrücke gemäss Fig. 3;
Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine verschraubte und verschweisste Stossstelle von Aussenmantelrohrabschnitten.

In Fig. 1 ist ein Schnitt durch einen Abschnitt eines vorgespannten Stahlbetonseils gemäss der Erfindung dargestellt, wobei ein Montagezustand mit einem eingezogenen Spannstahl und vor dem Einbringen des Betons gezeigt ist.
In einem Aussenmantelrohr 10 sind in vorgegebenen Abständen, z.B. zwischen 2 und 6 m, ringförmige Schotts 11 angeordnet, durch welche entlang dem äusseren Randbereich Hüllrohre 12 geführt sind. Diese Hüllrohre bestehen vorzugsweise aus Stahlrohren mit einer verhältnismässig grossen Wandstärke, die abschnittsweise mit Muffen 14 verbunden sind. Diese Muffen 14 sind vorzugsweise auf Aussengewinde an den Hüllrohren aufgeschraubt. Durch die Hüllrohre verläuft in herkömmlicher Weise eine stabförmiger Spannstahl 16. Je nach der Länge des Stahlbetonseiles ist dieses abschnittsweise aufgebaut, wobei die einzelnen Hüllrohre mit Muffen verbunden und die entsprechenden Abschnitte der Aussenmantelrohre verschweisst sind. Eine derartige Verschweissung ist mit dem Bezugszeichen 18 gekennzeichnet.
Bei einem derartigen Aufbau dient das Aussenmantelrohr 10 als verlorene Schalung und wird in seiner Gesamtheit mit Beton gefüllt. Dabei stellen die Hüllrohre aus verhältnissmässig dickwandigen Stahlrohren zusammen mit den Schotts 11 eine Bewehrung dar, die dem Stahlbetonseil bereits eine ausserordentliche Festigkeit und Beulsteifigkeit gibt. Nach dem Vorspannen der Spannstähle 16 werden dann die Hüllrohre in herkömmlicher Weise injiziert, womit das vorgespannte Stahlbetonseil fertiggestellt ist.
Für das Aussenmantelrohr wird in vorteilhafter Weise ein nicht rostender Stahl benutzt, so dass nach der Fertigstellung des vorgespannten Spannbetonseils dieses optimal korrosionsgeschützt ist und keinerlei Wartung zum Unterdrükken von Korrosion bedarf. Je nach der Einsatzart des vorgespannten Stahlbetonseiles kann selbstverständlich das Aussenmantelrohr auch aus normalem Stahl hergestellt sein, der nachträglich mit einem Korrosionsschutz überzogen wird.
Durch die Verwendung des Aussenmantelrohres als verlorene Schalung und als Schutz gegen korrosionsauslösende Einflüsse ergibt sich ein vorgespanntes Stahlbetonseil extrem hoher Qualität, wobei die Hüllrohre und die Spannstähle während der Bauzeit bereits sehr gut gegen Verschmutzung und Korrosion geschützt sind, so dass gute Verbindungsoberflächen erhalten bleiben und beim Betonieren eine einwandfreie Verbindung von Beton und Stahl bewährleistet ist. Durch die Verwendung vermuffter Stahlhüllrohre, die bereits eine gewisse Beulsteifigkeit und Biegesteifigkeit haben, ist es möglich, dass bereits vor dem Einbringen des Betons in das Aussenmantelrohr die Stahlteile im Bauzustand auf Zug beansprucht werden können. Dabei besteht die Möglichkeit, die auf Zug beanspruchten Stahlrohre durch eine geringe Vorspannung der Spannstähle zu entlasten.
Bei der Montage der Stahlteile für ein solches vorgespanntes Stahlbetonseil können diese, wie üblich, abschnittsweise zusammengebaut werden, wobei die einzelnen Abschnitte des Aussenmantelrohres miteinander verschweisst und die Hüllrohre durch Schraubmuffen miteinander verschraubt werden. Es ist jedoch auch möglich, für das Vermuffen der Hüllrohre Steckmuffen vorzusehen und die Abschnitte der Aussenmantelrohre miteinander zu verschrauben.
Die Aussenmantelrohre sind in gewissen Abständen mit Öffnungen versehen, durch welche der Beton eingefüllt wird. Diese Öffnungen werden mit einem Deckel verschlossen, der vorzugsweise aufgeschraubt ist.
In Fig. 3 ist perspektivisch eine Seitenansicht einer Hängebrücke dargestellt, bei der die vorgespannten Stahlbetonseile gemäss der Erfindung für die Tragseile und die Hängestäbe Verwendung finden. Im Knotenpunktbereich zwischen den Tragseilen und den Hängestäben sind die Aussenmantelrohre mit einem Anschlussstutzen 20 zum Anschweissen bzw. Anschrauben der Aussenmantelrohre der Hängestäbe versehen. Im oberen Teil des Aussenmantelrohres des Tragseiles ist eine mit einem Deckel 22 verschliessbare Öffnung 24 angebracht, durch welche ein Spannkopf 26 einsetzbar ist. Dieser Spannkopf 26 kann mit einer Ringschulter 28 versehen sein, welche auf einem Bund 30 eines vorzugsweise in das Aussenmantelrohr eingeschweissten Ringes 32 aufliegt.
Die Herstellung einer Hängebrücke unter Verwendung der vorgespannten Stahlbetonseile gemäss der Erfindung ermöglicht erstmalig die Herstellung einer Spannbetonhängebrücke mit verhältnismässig einfachen Mitteln. Beim Bau der Brücke werden zunächst die Pylone erstellt und in herkömmlicher Weise über die Pylone ein Montageseil gespannt, an dem ein Arbeitssteg abgehängt ist. Zur Montage des Tragseiles wird abschnittsweise das Aussenmantelrohr 10 mit dem im Innern in den Schotts 11 montierten Hüllrohren abgehängt und die Hüllrohre an den Stossstellen durch Muffen miteinander verschraubt. Die Stossstelle der Aussenmantelrohrabschnitte wird verschweisst. Auf diese Weise werden alle Metallteile des Tragseiles montiert, wobei an den Knotenpunkten Aussenmantelrohrabschnitte nach dem Aufbau gemäss Fig. 4 angebracht sind. Aufgrund der schottweisen Führung der aus Stahlrohren bestehenden Hüllrohre und deren Vermuffung sowie aufgrund der Verschweissung der einzelnen Aussenmantelrohrabschnitte entsteht ein sehr tragfähiges, an den Pylonen abgehängtes Gebilde, das bereits in der Lage ist, erhebliche Lasten aufzunehmen. Die Spannstähle werden in die Hüllrohre entweder abschnittsweise beim Zusammenbau der Aussenmantelrohrabschnitte eingebracht oder nach der Fertigstellung des Aussenmantelrohres in die miteinander vermufften Hüllrohre eingefädelt. An den Knotenpunkten zwischen dem Tragseil und den Hängestäben wird anschliessend das für die Hängestäbe vorgesehene Aussenmantelrohr mit den schottweise geführten Hüllrohren abgehängt und an den Anschlussstutzen 20 angeschraubt. Die in diesem Abschnitt des Aussenmantelrohres verlaufenden Hüllrohre werden in den Spannkopf 26 eingeschraubt. Die abgehängten Aussenmantelrohre der Hängestäbe werden unten verschlossen, so dass nach der Montage der Metallteile nunmehr das Aussenmantelrohr des Tragseiles sowie die der Hängestäbe ausbetoniert werden können.
Durch die Verwendung von Stahlrohren für die Hüllrohre und die Verschweissung der Aussenmantelrohrabschnitte miteinander entsteht ein sehr tragfähiges Gebilde, das ohne weiteres in der Lage ist, die gesamte Betonlast im Innern der Aussenmantelrohre aufzunehmen. Wenn es wünschenswert sein sollte, kann jedoch bereits vor dem Ausbetonieren und/oder während des Ausbetonierens ein Teil der Spannstähle im Interesse einer Zugentspannung vorgespannt werden. Nach dem Betonieren des Tragseiles und zumindest einem teilweisen Betonieren der Hängestäbe werden die Fahrbahnlängsträger der Brücke entweder von den Pylonen aus im freien Vorbau erstellt oder als Fertigteile an den Hängestäben abgehängt. Nach dem Fertigstellen der Fahrbahnlängsträger werden die Querträger eingebaut und die Fahrbahnplatte fertiggestellt. Es ist auch vorgesehen, dass während dieser Baumassnahmen zur Herstellung der Fahrbahnplatte das Tragseil teilweise vorgespannt oder die Vorspannung weiter erhöht wird. Nach der Fertigstellung der Fahrbahnplatte werden sowohl die Tragseile als auch die Hängestäbe fertiggespannt und die Spannstähle durch Injizieren von Beton einbetoniert.
Eine nach dem Verfahren gemäss der Erfindung unter Verwendung der vorgespannten Stahlbetonseile mit einem Aussenmantelrohr hergestellte Hängebrücke bietet bei der Verwendung von nicht rostendem Edelstahl für die Aussenmantelrohre den Vorteil einer ausserordentlichen Wirtschaftlichkeit infolge geringster Unterhaltskosten, da die Aussenmantelrohre eine Beeinflussung des Betons, sei es durch Witterungseinflüsse oder durch sonstige Einflüsse wie z.B. Salzwasser, verhindert. Abgesehen davon, dass die vorgespannten Spannbetonseile gemäss der Erfindung mit den Aussenmantelrohren aus Edelstahl einen sehr attraktiven optischen Eindruck hinterlassen, bietet das Verfahren auch die Möglichkeit, eine solche Spannbetonhängebrücke äusserst wirtschaftlich herzustellen,, da die Aussenmantelrohre als verlorene Schalung für das Tragseil und die Hängestäbe Verwendung finden. Der konstruktive Aufbau der Aussenmantelrohre mit den schottweise geführten Hüllrohren aus Stahlrohren erleichtert die Herstellung des Tragseils und der Hängestangen ganz aussergewöhnlich, denn bei der Verwendung von herkömmlichen Schalungsteilen, die sowohl montiert als auch wieder abmontiert werden müssen, ist es kaum möglich, das Tragseil oder die Hängestäbe ohne eine zusätzliche Schrägabspannung bzw. zusätzliche Stützkonstruktionen zu betonieren. Durch die Verwendung der Hüllrohre aus Stahlrohren, die ferner in Schotts längs der Innenwandung des Aussenmantelrohres geführt sind, ergibt sich eine sehr stabile und tragfähige Konstruktion der abgehängten Metallteile bereits vor dem Betonieren, die ohne Abstützung oder dergleichen in ihrer endgültigen Lage beim Betonieren gehalten werden kann. Auch ist es möglich, während des Betonierens durch schrittweises Vorspannen die Lage der Tragseite genau in der Position festzulegen, in der der Beton eingebracht wird und erhärtet. Durch ein geringes Vorspannen der Zwischen den Pylonen hängenden Metallkonstruktion können die Aussenmantelrohre zugentlastet werden, so dass mit verhältnissmässig dünnen Blechen, z.B. in der Grössenordnung von 8 bis 10 mm bei rostfreiem Stahl für Brückenkonstruktionen gearbeitet werden kann, wobei sich die Durchmesser der Tragseile in der Grössenordnung von 0,8 bis etwa 1,2 m und die Hängestäbe bei einem Durchmesser von etwa 0,4 bis 0,7 m für derartige Brückenkonstruktionen mittlerer Grösse bewegen können.
Die in Fig. 5 dargestellte Stossstelle von Abschnitten des Aussenmantelrohres ist insbesondere für Aussenmantelrohre mit grossem Durchmesser geeignet, wie sie für die Tragseile von Hängebrücken vorgesehen sind.
Am Ende des Rohrabschnittes ist jeweils ein Schott 40 angebracht, durch welches die Hüllrohre 12 in einem solchen Abstand vom Aussenmantelrohr 10 verlaufen, dass die beiden einander anliegenden Schotts 40 zweier Abschnitte mit Schraubbolzen 42 gegeneinandergeschraubt werden können. Damit ist eine Montage unabhängig von dem Ausführen der Verschweissung 18 möglich. Da der Durchmesser der Innenbohrung der Schotts bei einem Aussenmantelrohr von etwa 1 m Durchmesser zumindest 0,6 m beträgt, sind die Schrauben zugänglich.

Claims

1. Vorgespanntes Stahlbetonseil mit in einem ummantelten Betonkörper in Hüllrohren (12) verlegten und nach dem Spannen mit Zementmörtel injizierten Spannstählen (16), dadurch gekennzeichnet,

- dass der Betonkörper mit einem korrosionsbeständigen, aus Stahlblech bestehenden Aussenmantelrohr (10) umgeben ist, das bei der Herstellung des Betonkörpers als verlorene Schalung dient,

- und dass die im Aussenmantelrohr durch Zwischenschotts (11) geführten Hüllrohre (12) jeweils aus einem auf Zug und Druck beanspruchbaren Stahlrohr bestehen.

2. Vorgespanntes Stahlbetonseil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- dass das Aussenmantelrohr (10) mit dicht verschliessbaren Öffnungen zum abschnittsweisen Einbringen des Betons versehen ist.

3. Vorgespanntes Stahlbetonseil nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

- dass das vorgespannte Stahlbetonseil für die Tragseile und die Hängeseile einer Hängebrücke Verwendung findet.

4. Vorgepsanntes Stahlbetonseil nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

- dass das vorgespannte Stahlbetonseil für die Tragseile von Schrägseilbrücken Verwendung findet.

5. Verfahren zur Anwendung von vorgespannten Stahlbetonseilen nach den Ansprüchen 1 bis 3 bei der Herstellung einer Hängebrücke, bei der über die Pylone ein Montageseil verlegt wird, an dem ein Arbeitssteg hängt, dadurch gekennzeichnet,

- dass für die Tragseile der Brücke abschnittsweise das Aussenmantelrohr (10) mit schottweise geführten Hüllrohren (12) an dem über die Pylone geführten Montageseil aufgehängt wird,

- dass die Hüllrohre (12) miteinander vermufft und die Aussenmantelrohre (10) miteinander verschraubt bzw. verschweisst werden,

- dass für die Hängestäbe der Brücke vom Arbeitssteg aus Aussenmantelrohre (10) mit schottweise geführten Hüllrohren (12) abgehängt werden,

- dass in die Hüllrohre (12) des Tragseils und der Hängestäbe Spannstähle (16) eingezogen werden,

- dass der Innenraum des Aussenmantelrohres (10) der Tragseile und gegebenenfalls der Hängestäbe ausbetoniert wird,

- dass die Tragseile und die Hängestäbe gegebenenfalls schrittweise der Belastung entsprechend vorgespannt werden,

- dass die Längsträger der Brücke entweder im freien Vorbau oder als Fertigteile an den Hängestäben abgehängt werden und anschliessend die Querträger und die Fahrbahnplatte fertiggestellt wird, -

- und dass die Tragseile sowie die Hängestäbe fertig vorgespannt sowie die Hüllrohre (12) durch Injektion ausgemörtelt werden.