EP1056911A1 - Verbundfertigteilträger sowie verfahren zur herstellung von trägern, insbesondere für brückenbauwerke - Google Patents

Verbundfertigteilträger sowie verfahren zur herstellung von trägern, insbesondere für brückenbauwerke

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Publication number
EP1056911A1
EP1056911A1 EP99907423A EP99907423A EP1056911A1 EP 1056911 A1 EP1056911 A1 EP 1056911A1 EP 99907423 A EP99907423 A EP 99907423A EP 99907423 A EP99907423 A EP 99907423A EP 1056911 A1 EP1056911 A1 EP 1056911A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
concrete
flange
girder
steel
composite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP99907423A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Victor Schmitt
Günter SEIDL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schmitt Stumpf Fruehauf und Partner Ingenieurgesellschaft Mbh
Original Assignee
Schmitt Stumpf Fruehauf und Partner Ingenieurgesellschaft Mbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schmitt Stumpf Fruehauf und Partner Ingenieurgesellschaft Mbh filed Critical Schmitt Stumpf Fruehauf und Partner Ingenieurgesellschaft Mbh
Publication of EP1056911A1 publication Critical patent/EP1056911A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C3/00—Structural elongated elements designed for load-supporting
    • E04C3/02—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces
    • E04C3/29—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces built-up from parts of different material, i.e. composite structures
    • E04C3/293—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces built-up from parts of different material, i.e. composite structures the materials being steel and concrete
    • E04C3/294—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces built-up from parts of different material, i.e. composite structures the materials being steel and concrete of concrete combined with a girder-like structure extending laterally outside the element

Definitions

  • the invention relates to a prefabricated composite girder as a steel girder with a flange concreted on in the factory or in situ.
  • the invention also relates to a method for producing composite beams, in particular for bridge structures.
  • Prestressed concrete beams have also been used.
  • the area of application of this method is essentially limited to bridge building in special areas. You may are not used for large bridges, oblique buildings with a crossing angle of less than 60 gon.
  • the invention has for its object to date to purchase counteracting unstable behavior in the steel girder or the additional installation of stiffening braces, especially in bridge structures in the horizontal and vertical directions, and with the lowest possible weight of the individual elements.
  • a composite beam according to DE 2 300 733 C2 serves only as stiffening elements.
  • the concrete flange of the prefabricated composite girder is designed as a full-surface formwork element and (with an adjoining prefabricated composite girder) forms the formwork for the in-situ concrete slab.
  • the composite prefabricated girders according to the invention act exclusively in the longitudinal direction of the building and are designed for lengths of 25 to 50 m span.
  • the composite prefabricated part carriers can also preferably be Compartment arrangement to be connected via a pre-concreted central cross member to a continuous system before the start of loading.
  • a frame system is a rigid connection between the superstructure and the substructures in the form of a frame corner. This clamping is realized via a connection reinforcement in the prefabricated part in the abutment wall.
  • the prefabricated parts are placed on settling bearings and the abutment wall is reinforced and concreted up to the upper edge of the prefabricated part. This results in a rigid connection in the abutment wall.
  • Such a frame system offers the following advantages:
  • a continuous system is understood to mean a rigid connection of the two adjacent prefabricated composite parts by creating an in-situ concrete crossbeam.
  • the continuous effect is achieved by connecting reinforcement in the prefabricated part, which is integrated into the in-situ concrete beam.
  • high-strength threaded rods can be arranged, which participate in the absorption of the support torque.
  • a lifting coupling device is advantageously provided for the cross connection. It serves to compensate for the flange level in the transverse direction and consists of a base plate concreted in the flange of the respective VFT and a cantilever plate welded into it. Bridging both, a cantilever arm welded to a cantilever plate is provided, which can each be screwed to the opposite cantilever plate. It is important that the concrete flanges can be made from high-strength concretes, especially grades greater than B 55. Until now, high-strength concretes were considered to be too brittle in their fracture behavior because the connecting means became stiff. In contrast, no headed dowels are used in this construction.
  • Welded docked roller beams (double-T beams) can be welded in the center of the load-bearing steel beam and thereby create the connection between steel and high-strength concrete. This makes the construction in the composite joint softer.
  • the load-bearing capacity of the composite cross-section is increased. This avoids the brittle failure behavior of the stud bolts.
  • the ductile load-bearing capacity of the composite cross-section is increased and a robust structure is created.
  • tab joints can be provided between the individual girders for the production of multi-field systems; the central cross girder and the end cross girder can already be concreted from in-situ concrete before concreting the roadway slab.
  • the concrete flange concreted onto the steel belt can form the beam stabilizer.
  • Angle plates can be welded onto the end face plate to initiate pressure in oblique-angled systems.
  • the upper steel flange of the steel beam is preferably dimensioned significantly smaller than the lower one.
  • the composite precast girders can be used as formwork for the in-situ concrete pavement.
  • the steel girders are advantageously pretensioned during the concreting in the precast plant by pressing in the center of the girder with a negative field torque in order to enter compressive stresses in the lower flange of the steel girder and tensile stresses in the upper concrete flange (see also AT-PS 336 847).
  • the measure of the invention the development of the VFT beam, makes the steel's low weight and higher material strength stand out. It can be used with both single-field and continuous systems. For girders over 40 m in length, box girder cross-sections can be used because they are significantly more torsion-resistant than I-shaped cross-sections.
  • the procedure can be as follows: the VFT beam is transported to the construction site on a low loader. The carrier is lifted onto the mounting structure and coupled in the transverse direction with the remaining VFT carriers. In multi-field systems, the precast upper chords in the center crossmember are pushed through overlapping reinforcement. The support and end cross members are then concreted and a continuous effect is created. There is also torsional clamping, which secures the VFT beams against tipping during concreting of the carriageway slab.
  • the VFT beams lying next to each other have only one longitudinal joint, compared to many joints in the transverse direction with conventional precast formwork elements.
  • the training of single field systems as Frame is particularly advantageous in systems prone to vibration, since the natural frequency is increased by the frame effect and the amplitudes are reduced.
  • a structure with VFT beams has a longer service life than composite structures with precast panel formwork.
  • the increase in the load capacity of the structure that is desired in the event of a change in use can be achieved relatively simply by welding on reinforcement straps. This advantage also applies to repair measures.
  • the stiffness of a VFT beam can be increased by adding high-strength concrete to the lower chord side, especially in the hollow steel box, and preventing it from cracking (transition to state II) by prestressing.
  • Fig. 1 shows a longitudinal section through a building with a superstructure on abutments
  • Fig. 2 is a top view of Fig. 1;
  • Fig. 3 shows a first variant of a composite part carrier in section
  • Fig. 4 shows another variant of the composite precast member with box girder in cross section
  • Fig. 5 shows a cross section of several composite prefabricated parts according to the invention in bridge cross section
  • Fig. 6 shows a variant with box girder in section, the central cross member is shown with two supports;
  • Fig. 7 shows a welded assembly joint on the support cross member in plan
  • Fig. 8 is a sectional view of Fig. 7 along line A-A, showing a cross member with a tab joint;
  • Fig. 9 shows a variant of Fig. 7, this time not welded but screwed
  • Fig. 10 is a section along the line A-A of Fig. 9;
  • Fig. 11 shows several prefabricated composite girders that tie into an end cross member, using the example of a skewed structure
  • Fig. 12 is a detail section through Fig. 11;
  • Figure 13 is a detail in plan view of Figure 11;
  • the elements 2 and 3 are conventional.
  • the superstructure 4 is constructed according to the invention from a plurality of prefabricated composite component carriers, which are described in more detail below. As also explained below, such a superstructure is composed of steel girders 5, concrete flanges 6 and in-situ concrete slab 7, six prefabricated composite girders per field; 6 and 12 are present in the construction shown in Figures 1 and 2.
  • FIG. 3 shows a standard beam 5, 6.
  • Steel beam 5 and concrete flange 6 are already connected by means of composite 13.
  • a roller girder with a welded tab on the lower flange can be used.
  • the concrete flange 6 On the upper steel flange 9 of the beam is the concrete flange 6, which was already concreted in the precast plant, but in any case before installation. Shorter connecting means protrude into the concrete flange, e.g. Head pin plug 13.
  • the concrete flange has a connecting reinforcement 10, which will later become part of the in-situ concrete slab.
  • higher connecting means 10 protrude over the concrete flange into the later in-situ concrete.
  • the steel girder is provided in a manner known per se with a steel girder web 8 and an upper steel girder flange 7 next to the lower steel girder flange 9.
  • the head bolt anchors provided for example (other composite means can of course also be used, which are welded to the upper steel flange 7, for example, in order to make the connection) can be applied in a staggered manner in height. While the one part in the concrete belt 5, 6, provides the other part with the heads 13 connects to the in-situ concrete supplement (in-situ concrete slab).
  • VFT composite prefabricated parts
  • Figure 6 which shows a variant with box girder in section, shows a central cross member with two supports. The whole thing rests on pillars 3.
  • FIG. 7 explains an assembly joint as a plate joint 16 on the cross-member in the plan. Vent holes 17 improve the design.
  • Figure 8 (section to Figure 7) shows an assembly joint using the example of a skewed structure in the area of the support beam.
  • the upper flange of the steel girder protrudes halfway into the in-situ concrete support cross girder.
  • the two steel girders are connected to each other via welded steel brackets.
  • a longitudinal reinforcement is designated by 11.
  • the position of the tab joint 17 is clearly visible.
  • End plates 14 and angle plates 15 round off the construction, which again rests on a pillar 13.
  • a continuous effect is achieved by concreting the in-situ concrete crossbeam.
  • Figure 9 which reveals a variant of Figure 7, is alternatively screwed and not welded, as can be seen by the indicated screws 18 at the tab joint 16. Vent holes 17 ensure proper compaction of the concrete. 10
  • Figure 10 shows a variant of the support cross member joint.
  • Several composite prefabricated girders, which are integrated into an end cross member, are shown.
  • the construction is screwed (screws 18).
  • the continuous longitudinal reinforcement 11 can be seen, as can the end plates 14 and angle plates 15 already mentioned in another figure.
  • FIG. 11 shows several prefabricated composite girders that bind into an end cross member, using the example of an oblique building.
  • the compressive forces must be entered at right angles to the steel girder axis.
  • steel angles 15 are attached to the end plate 14 according to FIG. 11, which ensure a vertical introduction of the compressive force (for details see FIGS. 12 and 13). This possibility of introduction exists both on the end cross member and on the support cross member.
  • Figure 12 is a detail cross section through Figure 11, Figure 13 is a detail of Figure 11, this time in plan.
  • the construction sits on the abutment 2; for example, head anchors extend from the end plate 14 into the concrete.
  • the plan view shows the steel beam 5 with the web 8, flanges 7, 9 and the concrete flange 6 already manufactured in the factory, for example, by means of composite 13.
  • the concrete flange ( Figures 1 to 14) is usually cast in a thickness of 10 to 12 cm.
  • FIG. 13 also shows the welding, for example, between the end plate 14 and the steel girder web 8.
  • Angle plates 15 are assigned to end plate 14.
  • Figure 14 shows the lifting structure for coupling the precast beams in the transverse direction of the bridge.
  • the finished parts lie side by side.
  • the coupling is established as follows:
  • Round steel anchors 19 are already concreted in the factory; Steel sheets are placed on a mortar bed 25 and screwed. Another steel sheet is welded with a connecting profile 21 11 welded at right angles to the existing horizontal steel sheet, a flat iron 24 and a lifting pin 23 pull the two concrete flanges to the same height. The flanges are then articulated to one another by means of a connecting bolt 22. The flat iron 24 was laid on leveling mortar 25.
  • FIG. 15 describes a frame system made of VFT beams 4, which integrate into the abutment 2 via a frame corner 29.
  • VFT beam 4 binds into the abutment wall 2 with the connecting reinforcement and a steel flange bent and anchored by 90 °. 28 is a settling bearing.
  • FIG. 17 shows the creation of the continuous system using in-situ concrete cross beams.
  • the connecting bars of the prefabricated concrete element bind in.
  • the tensile force of the flange can be transmitted via high-strength threaded rods 26 which are screwed to brackets 27.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verbundträger als Stahlträger mit werkseitig oder in situ aufbetoniertem Flansch und zeichnet sich dadurch aus, dass für Brückenbauwerke als Deckbrücken der Betonflansch (6) des Verbundfertigteilträgers als vollflächiges Schalungselement ausgebildet ist und (mit einem daneben liegenden Verbundfertigteilträger) die Schalung für die Ortbetonplatte bildet.

Description

Verbundfertigteilträger sowie Verfahren zur Herstellung von Trägern, insbesondere für Brückenbauwerke
Die Erfindung betrifft einen Verbundfertigteilträger als Stahlträger mit werkseitig oder in situ aufbetoniertem Flansch.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Verfahren zum Herstellen von Verbundträgern, insbesondere für Brückenbauwerke.
Bisher wurden Brückenteilkonstruktionen, aus Stahlträgern gefertigt, vormontiert. Auf der Baustelle wurde der Ortbeton aufgegossen. Dies hatte beachtliche Mengen an Konstruktionsstahl zur Folge.
In den bisherigen Bauverfahren wurden die Lasten der Fahrbahnplatte immer auf den Stahlträger aufgebracht. Erst die nachfolgenden Lasten wirkten auf den Verbundquerschnitt. In dieser Phase zeigen aber die Stahlträger ein instabiles Verhalten, dem durch den Einbau an Aussteifungsverbänden in horizontaler und vertikaler Richtung begegnet werden muß. Diese Verbände sind aber aufwendig und teuer.
Es wurden auch schon Spannbetonträger eingesetzt. Das Einsatzgebiet dieses Verfahrens ist im wesentlichen auf den Brückenbau in Spezialbereichen beschränkt. Sie dürfen u.a. nicht eingesetzt werden bei Großbrücken, schiefwinkligen Bauwerken mit einem Kreuzungswinkel kleiner 60 gon.
Neben diesen administrativen Beschränkungen ist der Einsatz von Spannbetonfertigteilen durch das hohe Eigengewicht und den damit verbundenen Transport- und Einbauschwierigkeiten und durch die meist beschränkte Konstruktionshöhe bei einer Spannweite bis maximal 35,0 m möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bisher in Kauf zu nehmende instabile Verhalten beim Stahlträger bzw. dem zusätzlichen Einbau von Aussteifungsverbänden, insbesondere bei Brückenbauwerken in horizontaler und vertikaler Richtung zu begegnen, und dies mit möglichst geringen Gewichten der Einzelelemente.
Es wird nicht verkannt, daß durch die US-PS 5 279 093 an sich Stahlträger mit aufbetoniertem Betonflansch als Trägerrost für Anwendung im Parkhausbau bekannt sind. Es werden dort zwei Träger verlegt und Querplatten werden zwischen die Flansche geschoben. Weitere Schalungselemente sind notwendig, um eine flächige Tragwirkung des Systems zu erreichen.
Weiterhin bekannt, vor allen Dingen für kurze Spannweiten bis zu maximal 15 m, ist eine Konstruktion (DE-OS 2 645 064), allerdings nicht als Deckbrücke geeignet. Dort werden zur Stabilisierung des Stahlträgerobergurtes nur verschweißte Armierungseisen eingesetzt. Der vorbetonierte Betonflansch wird rein auf Zug, im Bauzustand wird der nackte Stahlflansch auf Druck beansprucht. Der ergänzte Betonflansch wird also nur als belastetendes Schalelement, nicht als tragendes Element, verwendet. Im Endzustand sind die Stahlträger als Vollplatte mit vollständig einbetonierten Stahlträgern vorgesehen.
Ein Verbundträger gemäß der DE 2 300 733 C2 dient lediglich als Versteifungselemen .
Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für Brückenbauwerke als Deckbrücken der Betonflansch des Verbundfertigteilträgers als vollflächiges Schalungselement ausgebildet ist und (mit einem daneben liegenden Verbundfertigteilträger) die Schalung für die Ortbetonplatte bildet.
Die Verbundfertigteilträger nach der Erfindung wirken ausschließlich in Bauwerkslängsrichtung tragend und sind für Längen von 25 bis 50 m Spannweite ausgebildet.
Auch können vorzugsweise die Verbundfertigteilträger in Mehr- fachanordnung über vorbetonierte Mittelquerträger zu einem Durchlaufsystem vor Belastungsbeginn verbunden sein.
Vor Belastungsbeginn können sie in die Widerlagerwände der Pfeiler zur Bildung eines Rahmensystems im Bauzustand eingespannt sein.
Unter Rahmensystem versteht man hier eine biegesteife Verbindung des Überbautragwerks mit den Unterbauten in Form eines Rahmenecks. Diese Einspannung wird über eine Anschlußbewehrung im Fertigteil in die Widerlagerwand verwirklicht. Dabei werden die Fertigteile auf Absetzlager aufgesetzt und die Widerlagerwand bewehrt und bis zur Oberkante des Fertigteils betoniert. Dies ergibt einen biegesteifen Anschluß in die Widerlagerwand. Solch ein Rahmensystem bietet die folgenden Vorteile:
geringere Verformungen des Überbaus
Reduzierung der Gründung durch abstützende Wirkung des
Überbaus
Entfall von Lagern und Übergangskonstruktionen.
Unter Durchlaufsystem wird eine biegesteife Verbindung der beiden aneinander anliegenden Verbundfertigteile durch die Erstellung eines Ortbetonquerträgers verstanden. Die DurchlaufWirkung wird durch Anschlußbewehrung im Fertigteil, die in den Ortbetonträger einbindet, verwirklicht. Zusätzlich können hochfeste Gewindestangen angeordnet werden, die bei der Aufnahme des Stützmoments mitwirken .
Vorteilhaf ist eine Hubkoppeleinrichtung für die Querverbindung vorgesehen. Sie dient zu Ausgleich des Flanschniveaus in Querrichtung und besteht aus im Flansch des jeweiligen VFT einbetonierter Grundplatte und darin angeschweißtem Kragblech. Beide überbrückend ist ein mit einem Kragblech verschweißter Kragarm vorgesehen, der jeweils mit dem gegenüberliegenden Kragblech verschraubt sein kann. Wichtig ist, daß die Betonflansche aus hochfesten Betonen, insbesondere Güte größer B 55, hergestellt sein können. Bisher hielt man hochfeste Betone in ihrem Bruchverhalten für zu spröde, da die Verbindungsmittel steif wurden. Dagegen werden jetzt bei dieser Konstruktion keine Kopfbolzendübel eingesetzt. Aufgeschweißte kupierte Walzträger (Doppel-T-Träger) können mittig auf den tragenden Stahlträger aufgeschweißt sein und schaffen dadurch die Verbindung Stahl/hochfester Beton. Hierdurch ist die Konstruktion in der Verbundfuge weicher. Die Tragwirkung des Verbundquerschnitts wird erhöht. Das spröde Versagensverhalten der Kopfbolzendübel wird hiermit umgangen. Die duktile Tragwirkung des Verbundquerschnitts wird erhöht, ein robustes Tragwerk geschaffen .
Nach einer anderen Konstruktion können zur Herstellung von Mehrfeldsystemen zwischen den einzelnen Trägern Laschenstöße vorgesehen sein, Mittelquerträger und Endquerträger können vor dem Betonieren der Fahrbahnplatte aus Ortbeton bereits betoniert sein.
Besonders günstig ist es, wenn die nebeneinander liegenden Verbundfertigteilträger die Schalung für die Ortbetonplatte bilden, da dann auf eigene Schalelemente verzichtet werden kann.
Der auf den Stahlgurt aufbetonierte Betonflansch kann den Trä- gerstabilisator bilden .
Zur Druckeinleitung bei schiefwinkligen Systemen können Winkel- bleche auf der Trägerstirnplatte aufgeschweißt sein.
Neu und besonders günstig ist, daß der Beton/Stahlquerschnitt von Anfang an gemeinsam belastet wird.
Vorzugsweise wird der obere Stahlflansch des Stahlträgers wesentlich kleiner als der untere dimensioniert.
Die Durchführung eines Verfahrens gemäß der Erfindung kann so erfolgen, daß Stahlträger werkseitig oder in situ mit einem Betonflansch versehen werden, für Brückenbauwerke als Deckbrük- ken dieser Betonflansch als vollflächiges Schalungselement für den Ortbeton benutzt wird und für die Schalung der Ortbetonplatte mehrere dieser Verbundfertigteilträger nebeneinander gelegt werden .
Die Verbundfertigteilträger können so als Schalung für die Ortbetonfahrbahndecke benutzt werden.
Vorteilhaft werden die Stahlträger während des Betonierens im Fertigteilwerk durch Pressen in der Trägermitte mit einem negativen Feldmoment vorgespannt, um Druckspannungen in den unteren Flansch des Stahlträgers und Zugspannungen in den oberen Betonflansch einzutragen (siehe auch AT-PS 336 847).
Durch die Maßnahme der Erfindung, der Entwicklung des VFT-Trä- gers fällt das geringe Eigengewicht und höhere Materialfestigkeit des Stahls auf. Er kann sowohl bei Einfeld- als auch bei DurchlaufSystemen verwendet werden. Bei Trägern über 40 m Länge können Hohlkastenquerschnitte, da sie wesentlich verwindungs- steifer sind als I-förmige Querschnitte, zum Einsatz kommen.
Die Vorgehensweise kann die folgende sein: der VFT-Träger wird auf einem Tieflader auf die Baustelle befördert. Der Träger wird auf die Montagekonstruktion gehoben und in Querrichtung mit den restlichen VFT-Trägern gekoppelt. Bei Mehrfeldsystemen werden die Fertigteilobergurte im Mittelquerträger durch überlappende Bewehrung gestoßen. Anschließend werden Stütz- und Endquerträger betoniert und eine DurchlaufWirkung erzeugt. Außerdem entsteht eine Torsionseinspannung, die die VFT-Träger während des Betonierens der Fahrbahnplatte gegen Kippen sichert.
Neben zahlreichen Vorteilen sind die folgenden zu nennen: die nebeneinander liegenden VFT-Träger besitzen nur eine Längsfuge, gegenüber vielen Fugen in Querrichtung bei herkömmlichen Fertig- teilschalungselementen. Die Ausbildung von Einfeldsystemen als Rahmen ist vor allen Dingen bei schwingungsanfälligen Systemen von Vorteil, da die Eigenfrequenz durch die Rahmenwirkung erhöht wird und die Amplituden geringer werden.
Mit der Fertigung wesentlicher Teile des Tragwerks (Stahlträger und Flansch) bereits im Werk wird eine hohe Verarbeitungsqualität erreicht.
Durch die Mitwirkung des Betonflansches schon im Bauzustand verringern sich die Massen des Konstruktionsstahls wesentlich.
Durch den Entfall der zeitintensiven Arbeiten "Einbau Kippverbände" und "Schalen Ortbetonplatte" können Bauwerke in einer wesentlich kürzeren Zeit erstellt werden. Dies schlägt sich sowohl in den Investitionskosten als auch in volkswirtschaftlichen Kosten durch weitgehende Vermeidung einer evtl. Behinderung durch die Baumaßnahmen nieder.
Ein Bauwerk mit VFT-Trägern hat eine längere Standzeit als Verbundbauwerke mit Fertigteilplattenschalung.
Die bei einer Nutzungsänderung gewünschte Erhöhung der Traglast des Bauwerks kann verhältnismäßig einfach durch das Aufschweißen von Verstärkungslaschen erreicht werden. Dieser Vorteil ist auch bei Instandsetzungsmaßnahmen gegeben.
Die Steifigkeit eines VFT-Trägers kann dadurch erhöht werden, daß die Untergurtseite, besonders beim Stahlhohlkasten, durch hochfesten Beton ergänzt und durch Vorspannung an der Rißbildung (Übergang in den Zustand II) gehindert wird.
Die hier nicht erwähnten Unteransprüche bilden Teil der Beschreibung, sind hier aber nicht wiederholt. Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung soll nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden in denen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Bauwerk mit einem überbau auf Widerlagern zeigt;
Fig. 2 ist eine Draufsicht zur Fig. 1;
Fig. 3 zeigt eine erste Variante eines Verbundteilträgers im Schnitt;
Fig. 4 zeigt eine andere Variante des Verbundfertigteilträgers mit Hohlkasten im Querschnitt;
Fig. 5 zeigt einen Querschnitt mehrerer Verbundfertigteile nach der Erfindung im Brückenquerschnitt;
Fig. 6 zeigt eine Variante mit Hohlkastenträger im Schnitt, wobei der Mittelquerträger mit zwei Stützen gezeigt ist;
Fig. 7 zeigt einen geschweißten Montagestoß am Stützquerträger im Grundriß;
Fig. 8 ist ein Schnitt zu Fig. 7 längs der Linie A-A, wobei ein Querträger mit Laschenstoß gezeigt ist;
Fig. 9 zeigt eine Variante zu Fig. 7, diesmal nicht verschweißt, sondern verschraubt;
Fig. 10 ist ein Schnitt längs der Linie A-A der Fig. 9;
Fig. 11 zeigt mehrere Verbundfertigteilträger, die in einem Endquerträger einbinden, am Beispiel eines schiefwinkligen Bauwerks;
Fig. 12 ist ein Detailschnitt durch Fig. 11;
Fig. 13 ist ein Detail im Grundriß zu Fig. 11;
Fig. 14 zeigt eine Hubkonstruktion zum Koppeln von Fertigteil- trägern in Querrichtung der Brücke, wobei durch diese Konstruktion eine Höhenverstellbarkeit der beiden Fertigteilträger vorgesehen sein soll;
Fig. 15 definiert ein Rahmensystem;
Fig. 16 erläutert ein Rahmeneck; und
Fig. 17 erläutert ein Durchlaufsystem. 8
In den Figuren im einzelnen zeigt Figur 1 und Figur 2 einen Längsschnitt durch das Bauwerk mit einem überbau aus VFT-Trägern (VFT = Verbundfertigteil) 4 auf zwei Widerlagern 2 und einer Stütze 3. Die Elemente 2 und 3 sind konventionell. Der überbau 4 ist erfindungsgemäß aus mehreren Verbundfertigteilträgern, die weiter unten genauer beschrieben werden, aufgebaut. Wie ebenfalls weiter unten dargelegt, setzt sich ein solcher überbau zusammen aus Stahlträgern 5, Betonflanschen 6 und Ortbetonplatte 7, jeweils sechs Verbundfertigteilträger pro Feld; 6 bzw. 12 sind in der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Konstruktion vorhanden.
Figur 3 zeigt einen Standardträger 5, 6. Stahlträger 5 und Betonflansch 6 sind hierbei über Verbundmittel 13 bereits verbunden. Anstatt des geschweißten Stahlträgers kann ein Walzträger mit einer aufgeschweißten Lasche am Untergurt verwendet werden.
Auf dem oberen Stahlflansch 9 des Trägers sitzt der Betonflansch 6, der bereits im Fertigteilwerk, auf jeden Fall aber vor dem Einbau aufbetoniert wurde. In den Betonflansch ragen kürzere Verbindungsmittel, z.B. Kopfbolzendübel 13 hinein. Der Betonflansch besitzt eine Anschlußbewehrung 10, die Teil im späteren Verbund zur Ortbetonplatte wird. Außerdem ragen höhere Verbindungsmittel 10 über den Betonflansch in den späteren Ortbeton hinein. Der Stahlträger ist in an sich bekannter Weise mit Stahlträgersteg 8 und oberem Stahlträgerflansch 7 neben dem unteren Stahlträgerflansch 9 versehen. Auf den oberen Flansch 9 wird Beton vergossen, der zusammen mit dem Träger 5, 6 das Verbundfertigbauteil (VFT) 5, 6 bildet und gleichzeitig mit anderen Verbundfertigteilträgern als Schalung für die Fahrbahndecke dient. Gleichzeitig hat er die Funktion eines Traggliedes.
Die beispielsweise vorgesehenen Kopfbolzendübel (andere Verbundmittel sind selbstverständlich ebenfalls anwendbar, die z.B. mit dem oberen Stahlflansch 7, um die Verbindung herzustellen, verschweißt sind) können der Höhe nach gestaffelt aufgebracht sein. Während das eine Teil in den Betongurt 5, 6 einbindet, stellt das andere Teil mit den Köpfen 13 die Verbindung in die Ortbetonergänzung (Ortbetonplatte) her.
Die in Figur 4 gezeigte Variante des Verbundfertigteilträgers mit Hohlkasten im Querschnitt findet z.B. Anwendung bei größeren Trägerlängen, insbesondere 35 m, um eine größere Verwindungs- steifigkeit zu erreichen. Sonst ist der Aufbau analog zu Figur 3.
Mehrere Verbundfertigteile (VFT) nach der Erfindung sind im Brückenquerschnitt der Figur 5 zu sehen. Gleiche Bezugszeichen haben gleiche Bedeutungen wie in anderen Figuren. Schön zu sehen sind die Stahlträger mit Betonflansch 5, 6 und den Verbundmitteln 13 auf Widerlagern 2.
Figur 6, die eine Variante mit Hohlkastenträger im Schnitt zeigt, läßt einen Mittelquerträger mit zwei Stützen erkennen. Das Ganze ruht auf Pfeilern 3. Die Einzelheit der Figur 7 erläutert einen Montagestoß als Laschenstoß 16 am Stützquerträger im Grundriß. Entlüftungsbohrungen 17 verbessern die Konstruktion.
Figur 8 (Schnitt zu Figur 7) zeigt einen Montagestoß am Beispiel eines schiefwinkeligen Bauwerks, im Bereich des Stützträgers. Für den Montagestoß ragt der obere Flansch des Stahlträgers zur Hälfte in den Ortbetonstützquerträger hinein. Die beiden Stahlträger werden über geschweißte Stahllaschen miteinander verbunden. Eine Längsbewehrung ist mit 11 bezeichnet. Die Lage des Laschenstoßes 17 ist gut erkennbar. Stirnplatten 14 und Winkelbleche 15 runden die Konstruktion ab, die wieder auf einem Pfeiler 13 ruht. Es wird eine DurchlaufWirkung durch das Betonieren des Ortbetonquerträgers erreicht.
Figur 9, die eine Variante zu Figur 7 erkennen läßt, ist alternativ verschraubt und nicht verschweißt, wie durch die angedeuteten Schrauben 18 beim Laschenstoß 16 zu sehen ist. Entlüftungsbohrungen 17 gewährleisten eine ordentliche Verdichtung des Betons. 10
Figur 10 zeigt eine Variante des Stützquerträgerstoßes . Mehrere Verbundfertigteilträger, die in einen Endquerträger einbinden, sind gezeigt. Die Konstruktion ist geschraubt (Schrauben 18). Die durchgehende Längsbewehrung 11 ist zu sehen, genauso wie die in einer anderen Figur bereits erwähnten Stirnplatten 14 und Winkelbleche 15.
Figur 11 zeigt mehrere Verbundfertigteilträger, die in einen Endquerträger einbinden, am Beispiel eines schwiefwinkligen Bauwerks. Bei schiefwinkligen Bauwerken müssen bekanntlich die Druckkräfte rechtwinklig zur Stahlträgerachse eingetragen werden. Hierfür werden gemäß Figur 11 an der Stirnplatte 14 Stahlwinkel 15 angebracht, die eine senkrechte Einleitung der Druckkraft gewährleisten (Details siehe die Figuren 12 und 13). Diese Möglichkeit der Einleitung besteht sowohl am Endquerträger wie am Stützquerträger.
Figur 12 ist ein Detailquerschnitt durch Figur 11, Figur 13 ein Detail zu Figur 11, diesmal im Grundriß. Gemäß Figur 12 sitzt die Konstrukion auf dem Widerlager 2; von der stirnplatte 14 aus reichen beispielsweise Kopfdübel in den Beton. Man erkennt in der Draufsicht wieder den Stahlträger 5 mit Steg 8, Flanschen 7, 9 sowie dem beispielsweise über Verbundmittel 13 bereits im Werk gefertigten Betonflansch 6. Der Betonflansch wird (Figuren 1 bis 14) meist in 10 bis 12 cm Stärke gegossen.
Figur 13 läßt im übrigen die beispielsweise Verschweißung zwischen Stirnplatte 14 und Stahlträgersteg 8 erkennen. Der Stirnplatte 14 sind Winkelbleche 15 zugeordnet.
Figur 14 zeigt die Hubkonstruktion zum Koppeln der Fertigteilträger in Querrichtung der Brücke. Die Fertigteile liegen nebeneinander. Die Kopplung wird wie folgt hergestellt:
Rundstahlanker 19 sind bereits im Werk einbetoniert; Stahlbleche werden auf ein Mörtelbett 25 aufgesetzt und verschraubt. Ein weiteres Stahlblech wird mit angeschweißtem Verbindungsprofil 21 11 rechtwinklig auf das vorhandene horizontale Stahlblech aufgeschweißt, über ein Flacheisen 24 und einen Hubbolzen 23 werden die beiden Betonflansche auf gleiche Höhe gezogen. Anschließend werden die Flansche gelenkig durch einen Verbindungsbolzen 22 zueinander gehalten. Das Flacheisen 24 wurde auf Ausgleichsmörtel 25 verlegt.
In Figur 14 erkennt man neben der Längsbewehrung 11 die Querbewehrung 12.
Figur 15 beschreibt ein Rahmensystem aus VFT-Trägern 4, die über ein Rahmeneck 29 in die Widerlager 2 einbinden.
In Fig. 16 ist ein Detail des Rahmenecks 29 zu sehen. Hier bindet der VFT-Träger 4 mit der Anschlußbewehrung und einem um 90° gebogenen und verdübelten Stahlflansch in die Widerlagerwand 2 ein. 28 ist ein Abseztlager .
Fig. 17 zeigt die Erstellung des DurchlaufSystems mittels Ortbetonquerträger. Die Anschlußeisen des Ortbetonfertigteils binden ein. Zusätzlich kann über hochfeste Gewindestangen 26, die an Konsolen 27 verschraubt sind, die Zugkraft des Flansches übertragen werden.

Claims

12Patentansprüche
1. Verbundträger als Stahlträger mit werkseitig oder in situ aufbetoniertem Flansch, dadurch gekennzeichnet, daß für Brückenbauwerke als Deckbrücken der Betonflansch (6) des Verbundfertigteilträgers als vollflächiges Schalungselement ausgebildet ist und (mit einem daneben liegenden Verbundfertigteilträger) die Schalung für die Ortbetonplatte bildet.
2. Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Betonflansch (6) über Verbundmittel, insbesondere Dübel, kraftschlüssig mit dem Stahlträger (5) verbunden ist.
3. Träger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahlträger aus einem oberen (7) und unteren (9) Flansch und einem oder mehreren Stegen (8) zwischen diesen Flanschen besteht, wobei der obere Stahlflansch (7) wesentlich geringer als der untere dimensionierbar ist.
4. Verbundträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er als ausschließlich in Bauwerkslängsrichtung tragend und für Längen von 25 bis 50 m Spannweite ausgebildet ist.
5. Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie im Bauwerk vor Belastungsbeginn durch Querträger miteinander verbunden und so gegen Kippen gesichert sind.
6. Träger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung von Mehrfeldsystemen zwischen den einzelnen Trägern ein Laschenstoß (16) mit betoniertem Ortbetonquerträger vorgesehen ist.
7. Träger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Verbundfertigteilträger in Querrichtung miteinander, insbesondere über verschweißte Laschen (16), gekoppelt sind. 13
8. Träger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelträger und Endquerträger vor dem Betonieren der Fahrbahnplatte aus Ortbeton betoniert sind.
9. Träger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der auf den Stahlgurt aufbetonierte Betonflansch (6) den TrägerStabilisator (gegen Kippen) bildet.
10. Träger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Druckeinleitung bei schiefwinkligen Systemen Winkelbleche (15) auf der Trägerstirnplatte aufgeschweißt sind.
11. Träger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für Eigengewichtlast jeweils der Beton/- Stahlquerschnitt gemeinsam belastbar ist.
12. Träger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zu Einfeldsystemen zusammengefaßten VFT- Träger als Rahmensystem ausgebildet sind.
13. Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie in Mehrfeldanordnung über vorbetonierte Mittelquerträger zu einem DurchlaufSystem vor Belastungsbeginn verbunden sind.
14. Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie vor Belastungsbeginn in die Widerlagerwände (der Pfeiler) zur Bildung eines Rahmensystems im Bauzustand eingespannt sind.
15. Träger nach Anspruch 1, die in Querrichtung durch eine Hub-/Koppeleinrichtung verbunden sind.
16. Träger nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Hub-/Koppeleinrichtung, zum Ausgleich der Flanschniveaus in Querrichtung, aus im Flansch des jeweiligen VFT einbetonierter Grundplatte und daran angeschweißtem Kragblech, in regelmäßigen Abständen, besteht und beide überbrückend ein mit dem einen 14
Kragblech verschweißter Kragarm vorgesehen ist, der mit dem gegenüberliegenden Kragblech verschraubbar ist.
17. Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß seine Betonflansche aus hochfesten Betonen (insbesondere Güte größer B 55) hergestellt sind.
18. Träger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur nachträglichen Nutzungsänderung Verstärkungsflansche am unteren Stahlträgerflansch aufgeschweißt sind.
19. Verbundfertigteilträger, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahlträger ein Hohlkastenträger (Figur 4) ist, wobei innerhalb des Hohlträgers, insbesondere laserverschweißte, Queraussteifungen, vorgesehen sind.
20. Verbundfertigteilträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägeruntergurt mit Beton, insbesondere hochfestem Beton (insbesondere Güte größer B 55) verstärkt und mit Spanngliedern vorgespannt wird.
21. Verbundfertigteilträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Betonflansch aus hochfestem Beton (Güte größer B 55) besteht und die Verbundmittel zwischen tragendem Stahlträgerobergurt und Beton aus jeweils mittig aufgeschweißtem kupierten Walz-Doppel-T-Träger bestehen.
22. Verbundfertigteilträger, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er frei von jedem oberen Stahlflansch ist und nur einen unteren Stahlflansch aufweist und daß sein Stegblech gelocht und mit der Längsbewehrung mit dem Betongurt verbunden ist.
23. Verfahren zum Herstellen von Verbundträgern, wobei Stahlträger werkseitig oder in situ mit einem Betonflansch versehen werden, für Brückenbauwerke als Deckbrücken dieser Betonflansch als vollflächiges Schalungselement für den Ortbeton benutzt wird 15 und für die Schalung der Ortbetonplatte mehrere dieser Verbundfertigteilträger nebeneinander gelegt werden.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die VFT vor Betonieren der Fahrbahndecke über Stütz- und Endquerträger miteinander verbunden werden.
25. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die so gefertigten Verbundfertigteilträger als Schalung für die Ortbeton-Fahrbahndecke benutzt werden.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlträger während des Betonierens im Fertigteilwerk durch Pressen in der Trägermitte mit einem negativen Feldmoment vorgespannt werden, um Druckspannungen in den unteren Flansch des Stahlträgers und Zugspannungen in den oberen Betonflansch einzutragen .
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Betonflansch aus hochfestem Beton (insbesondere Güte größer B 55) hergestellt wird und zwischen tragenden Stahlträgerobergurten und Beton mittig kupierte Walzträger zur Verbundsicherung aufgeschweißt werden.
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