EP2431524A1

EP2431524A1 - Brückenüberbau mit externer Bewehrung

Info

Publication number: EP2431524A1
Application number: EP11007509A
Authority: EP
Inventors: Günter Dr.-Ing. Seidl
Original assignee: SSF Ingenieure AG
Current assignee: SSF INGENIEURE AG
Priority date: 2010-09-15
Filing date: 2011-09-14
Publication date: 2012-03-21
Also published as: DE102010045454A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen trogförmigen, in einer Längsrichtung gespannter Brückenüberbau, mit einer Brückentafel (2) aus Stahlbeton, mit seitlich an der Brückentafel (2) in Längsrichtung verlaufenden Wangen (4), die sich über eine Erstreckungsebene der Brückentafel (2) erheben und die mit einer Unterseite (6) monolithisch an der Brückentafel (2) anbinden und eine gegenüberliegende freie Oberseite (8) aufweisen, wobei balkenförmige Wangen (4) aus Beton und durch jeweils mindestens eine längs verlaufende obere Stahllamelle (10) auf der Oberseite jeder Wange (4), die über Verbunddübel (12) in die Wange (4) eingebunden ist, als eine externe Längsbewehrung. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zu Herstellung eines derartigen Brückenüberbaus.

Description

Die Erfindung betrifft einen trogförmigen, in einer Längsrichtung gespannten Brückenüberbau, mit einer Brückentafel aus Stahlbeton, die eine unten liegende Trogplatte des Brückenüberbaus bildet, mit seitlich an der Brückentafel in Längsrichtung verlaufenden Wangen, die sich über eine Erstreckungsebene der Brückentafel erheben und die mit einer Unterseite monolithisch an der Brückentafel anbinden und eine gegenüberliegende freie Oberseite aufweisen.
Bei Brückenüberbauten ist es im Allgemeinen wünschenswert, dass sie eine möglichst geringe effektive Konstruktionshöhe zwischen Konstruktionsunterkante und Schienenoberkante aufweisen, dabei aber dennoch steif, robust, dauerhaft und einfach herzustellen sind. Die Konstruktionshöhe eines Brückenüberbaus wird im Wesentlichen von seiner Spannweite und von den Lasten bestimmt, die er zu tragen hat. Das Bemühen und die Kunst der mit derartigen Bauwerken befassten Bauingenieure richten sich also in der Regel darauf, bei möglichst großen Tragfähigkeiten und Spannweiten eine möglichst geringe Überbauhöhe mit geringem Materialeinsatz zu erzielen. Dadurch kann der Abstand zwischen den Gradienten der beiden sich kreuzenden Verkehrswege möglichst gering gehalten werden. Außerdem soll der Brückenüberbau eine einfache Herstellungsweise bieten. Vor allem für Brückenerneuerungen ist eine Vorfertigung des Brückenüberbaus in Teilen oder vollständig in einem Fertigteilwerk wünschenswert, weil dadurch eine besonders gute Herstellungsqualität erzielt werden kann. Die Montage des neuen Brückenüberbaus auf den alten Widerlagern soll wenig Zeit beanspruchen, um nur kurze Vollsperrungen einer Straße oder kurze Sperrpausen eines Eisenbahnstrangs zu erfordern.
Die DE 10 2008 032 209 A1 beschreibt einen niedrigen Brückenüberbau aus einem Stahlbetonverbundtrog mit Hauptträgern im Wesentlichen aus Stahl in Längsrichtung der Brücke, mit einer Betonplatte als Bodenplatte bzw. Trogplatte mit quer zur Längsrichtung der Brücke verlaufenden Walzträgern in Beton als externer Querbewehrung und mit einer internen Querbewehrung, und mit einem Kopplungsabschnitt an je einer Stirnseite der Betonplatte und einer Innenseite der Hauptträger, wobei im Kopplungsabschnitt im Wesentlichen die interne Querbewehrung der Betonplatte zugfest an den Hauptträgern angeschlossen ist. Außerdem beschreibt die Druckschrift ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Verbundtrogs.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen derartigen Brückenüberbau hinsichtlich seines Herstellungsaufwands weiterzuentwickeln.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten trogförmigen Brückenüberbau dadurch gelöst, dass er balkenförmige Wangen aus Beton und jeweils mindestens eine längs verlaufende obere Stahllamelle auf der Oberseite jeder Wange aufweist, die über Verbunddübel in die Wange eingebunden ist. Die Stahllamelle hat einen T-förmigen Querschnitt und stellt einen Teil eines Walzträgers mit Doppel-T-Profil dar, der in seinem Steg etwa mittig geteilt wird und bei dem durch den Teilungsvorgang die Verbunddübel im Steg mit ausgebildet werden. Die balkenförmigen Wangen aus Beton stellen längs verlaufende Betonbalken dar, die von Widerlager zu Widerlager spannen und zwischen denen sich die Brückentafel aufspannt. Die Stahllamelle, die in die Wagen einbindet, stellt also einen so genannten "Walzträger-in-Beton" dar, kurz "WiB" genannt. Abweichend von bekannten Bauformen besteht sie allerdings aus einem geteilten, regelmäßig halbierten WiB-Träger. Sie stellt ein im Feld des Überbaus auf Druck belastetes externes Bewehrungselement dar, deren Flansch auf der Oberseite der Wange und damit auf ihrer Außenseite verläuft. Bei einfeldrigen Trogbrücken stellt sie eine Druckbewehrung dar und entlastet die Druckspannungen in der Betonwange. Sie bindet in den Beton der Wange über Verbunddübel am Steg ein, die kontinuierlich über ihre Längserstreckung angeordnet sind, um eine kontinuierliche Kraftübertragung in Längsrichtung sowohl der Stahllamelle als auch der Wange zu gewährleisten. Jede balkenförmige Wange hat einen quadratischen oder rechteckigen massiven Betonquerschnitt mit weitgehend herkömmlicher interner Längs- und Querbewehrung und bildet einen Längsträger des Brückenüberbaus.
Die Erfindung wendet sich also davon ab, den Betontrog aus einer Betonplatte einerseits und aus stählernen Wangen andererseits auszubilden. Sie verfolgt vielmehr das Prinzip, den trogförmigen Brückenüberbau vollständig aus Beton auszubilden. Dadurch vereinfacht sich die Herstellung ganz wesentlich, weil die Brückentafel an materialgleiche balkenförmige Wangen angeschlossen bzw. bereits zusammen mit ihnen geschalt werden kann. Mit dem Einsatz der Stahllamellen als halbiertem WiB-Träger gelingt eine externe Längsbewehrung mit optimaler Materialausnutzung, weil ihr belastungsfähiger Flansch mit dem bestmöglichen, nämlich mit dem größten inneren Hebelarm in bzw. an der Wange positioniert werden kann, ohne dass weiteres Material des Trägers in einem unbelasteten Bereich ungenutzt zu liegen käme. Auch eine Betonüberdeckung oberhalb des Stahlflanschs wird hinfällig, die sonst eine wesentliche Erhöhung der Konstruktionshöhe darstellte.
Bekanntermaßen eignen sich WiB-Träger in Überbauten für Brücken mit gedrückter Bauhöhe, weil sie eine geringe Konstruktionshöhe der Brückentafel ermöglichen. Bei WiB-Trägern mit einem herkömmlichen Doppel-T-Profil liegt der untere Flansch des Trägers regelmäßig außerhalb des Betons und stellt eine externe Zugbewehrung dar. Der obere Flansch liegt vollständig im Betonquerschnitt und dort meist in einer neutralen Zone oder einem wenig belasteten Druckbereich. Sein Querschnitt wird im Feldbereich des Überbaus regelmäßig kaum genutzt. Dadurch gilt die WiB-Trägerbauweise als materialaufwändig in Bezug auf den Verbrauch an Konstruktionsstahl. Die Erfindung dagegen bietet eine Lösung, die Vorteile der WiB-Trägerbauweise zu nutzen, ohne die Nachteile eines hohen Materialeinsatzes in Kauf nehmen zu müssen. Mit dem regelmäßig symmetrischen Teilen eines Trägers mit Doppel-T-Profil stehen zwei gleiche Stahllamellen für einen materialgerechten und -sparsamen Einsatz als externe Bewehrung eines WiB-Trägers zur Verfügung.
Die beiden längs verlaufenden Wangen des trogförmigen Brückenüberbaus haben im Wesentlichen die Aufgabe, sich von Widerlager zu Widerlager zu spannen. Zwischen ihnen erstreckt sich die Brücktafel, die sich zwischen den beiden Wangen als Trogplatte aufspannt. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst sie eine externe, quer zur Längsrichtung der Brücke verlaufende Querbewehrung, ebenfalls aus geteilten Walzträgern-in-Beton (WiB). Die externe Querbewehrung kann mit geringem Aufwand bei der Herstellung des trogförmigen Brückenüberbaus eingebaut werden. Dazu werden die Walzträger bei einer Herstellung des Brückenüberbaus in Endlage lediglich auf einem Schalungsboden der Brückentafel abgelegt und anschließend der Beton eingebracht. Bei einer Herstellung des Brückenüberbaus überkopf werden die freiliegenden Stege der WiB-Träger in den noch frischen Beton der Brückentafel eingedrückt bzw. eingerüttelt. Die externe Querbewehrung senkt so die Herstellungskosten des Brückenüberbaus. Außerdem können ihre Flansche als stabile Auflagefläche des Brückenüberbaus auf seinen Widerlagern genutzt werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Brückentafel zumindest in Längsrichtung vorgespannt sein. Dadurch erhält der Brückenüberbau eine weitgehend rissfreie Untersicht. Durch die Vorspannung bleibt die Platte auch bei Zugbelastungen infolge Durchbiegung unter Eigen- und Verkehrslast dauerhaft über ihren gesamten Querschnitt unter einer Druckbelastung in Plattenebene. Die Vorspannung kann also die im Beton unerwünschten Zugkräfte auf der Unterseite der Brückentafel überdrücken, um eine steifigkeitsmindernde Rissbildung zu vermeiden.
Nach einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann der Brückenüberbau über eine schlaffe Längsbewehrung und über Platten, zum Beispiel aus zementgebundenen Fasern, als Verschalung einer Untersicht des Brückenüberbaus bzw. der Brückentafel verfügen. Die Platten können vorteilhaft zwischen der externen Querbewehrung eingelegt und durch sie gehalten werden. Zementgebundene Faserplatten verbinden sich darüber hinaus mit dem Beton und haften vollflächig an ihm. Dadurch wird nicht nur eine gleichmäßige Optik erreicht, sondern auch das Eindringen von Feuchtigkeit und Schadstoffen in den Beton und ein Fortschreiten der unerwünschten Karbonatisierungsfront in das Innere des Betonquerschnitts hinein wirkungsvoll unterbunden.
Die oberen Stahllamellen schließen die oberen freien Seiten der Wangen mehr oder weniger ab. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können den oberen Stahllamellen untere Stahllamellen an den Wangen bzw. der Brückentafel als ebenfalls externe Längsbewehrung im Wesentlichen gegenüberliegen. Auch sie weisen Verbunddübel auf, mit denen sie in den Wangen bzw. in der Brückentafel eingebunden sind. Bei senkrecht stehenden Wangen liegen sich die oberen und die unteren Stahllamellen damit einander quasi spiegelbildlich gegenüber. Sind die Wangen dagegen geneigt ausgebildet, können die oberen und die unteren Stahllamellen einander entsprechend versetzt gegenüberliegen. Die unteren Stahllamellen übernehmen als untere externe Bewehrung die Tragwirkung einer schlaffen Bewehrung oder einer Spannbewehrung im Gebrauchs- und im Bruchzustand. Die externe Querbewehrung der Brückentafel verläuft bei Anordnung der unteren Stahllamellen nicht über die gesamte Breite des Brückenoberbaus, sondern lässt den Platz der unteren Stahllamellen am Rand der Untersicht des Brückenüberbaus frei. Demzufolge können die unteren Stahllamellen dann als Auflagefläche des Brückenüberbaus auf ihrem Widerlager dienen. Eine Ausbildung der Wangen mit der erfinderischen Anordnung der oberen und der unteren Stahllamellen als externer Längsbewehrung hat den Vorteil, dass jedenfalls die Höhe der Wangen unabhängig von der Höhe der WiB-Träger dimensioniert werden kann. Weil erfindungsgemäß halbierte Doppel-T-Profile als Stahllamellen eingebaut werden, kann die externe Bewehrung so angeordnet werden, dass die Wangen eine größtmögliche Steifigkeit erhalten.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die oberen und/oder die unteren Stahllamellen eine Vorbiegung entgegen ihrer zukünftigen Durchbiegung unter Belastung auf. Dadurch erhalten die Wangen eine gewisse Überhöhung, um eine Durchbiegung zumindest infolge Eigengewichts auszugleichen.
Vor allem im Eisenbahnbau ist es bekannt, zwischen einem Erdbauwerk und dem Brückenüberbau eine so genannte Schleppplatte anzuordnen, um Steifigkeitssprünge der Fahrbahn zwischen dem Erdbauwerk und dem Brückenüberbau abzumildern und Setzungserscheinungen im Widerlagerbereich entgegenzuwirken. Die Schleppplatte besteht aus Beton, liegt auf dem Widerlager der Brücke schwenkbar auf und erstreckt sich über die Breite der Brücke und über mehrere Meter und ggf. mit einer Neigung in die aufgeschüttete Brückenrampe hinein und ist darin eingebettet. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann alternativ oder zusätzlich eine Tangentialplatte monolithisch am Brückenüberbau angeordnet sein, die sich in der Erstreckungsebene der Brückentafel fortsetzt und ebenfalls monolithisch am Widerlager befestigbar ist bzw. befestigt werden kann. Im Gegensatz zu einer Schleppplatte ist die Tangentialplatte im Einbauzustand monolithisch sowohl mit der Brückentafel als auch mit dem Widerlager ausgebildet, verbindet also den Brückenüberbau mit seinem Widerlager. Sie minimiert den Endtangentendrehwinkel der Brückentafel an den Widerlagern unter Belastung. Damit sorgt sie für eine Reduzierung der Gleiskörperverformung, vermindert also eine Anhebung, Absenkung und Verdrehung der Schienenstützpunkte im Widerlagerbereich. Durch ihren monolithischen Anschluss sowohl am Brückenüberbau als auch am Unterbau bzw. Widerlager fixiert sie darüber hinaus den Überbau in Längs- und Querrichtung auf dem Widerlager. Sie dient zudem einer Stabilisierung des Widerlagers, weil dessen Verankerung zur Aufnahme von Horizontalkräften aus Erddruck und Bremskräften entfallen kann. Je nach Dimensionierung und Gestaltung der Brücke bzw. des Brückenüberbaus kann sich die Tangentialplatte über ein Überbauende hinaus erstrecken mit ihm abschließen oder kürzer als dieses ausfallen.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der Brückenüberbau über eine Fuge verfügen, die die Wangen auf einer statisch erforderlichen Länge von der Brückentafel trennt, um in deren Erstreckungsebene am Überbauende eine Tangentialplatte auszubilden. Die Tangentialplatte dieser Ausführungsform ragt dann zumindest nicht über das Ende des Brückenüberbaus hinaus. Sie stellt quasi einen Bestandteil der Brückentafel dar, der jedoch im Gegensatz zur übrigen Brückentafel keine belastbare Verbindung mit den sie begleitenden Wangen hat. Die Wangen können im Bereich der Tangentialplatte über Lager auf dem Widerlager aufliegen. Die Tangentialplatte dagegen bildet auch in dieser Ausführungsform einen monolithischen Anschluss bzw. Verbund am Widerlager aus.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung eines Brückenüberbaus umfasst zwei Widerlager am Brückenende, wobei die Wangen über die unteren Stahllamellen und über Einzellagern auf den Widerlagern aufgelagert sind und die Tangentialplatte monolithisch in das Widerlager einbindet. Die monolithische Anbindung der Tangentialplatte an das Widerlager kann in langen Sperrpausen gemeinsam mit der Betonage des Überbaus erfolgen. Steht dagegen nur eine kurze Sperrpause zum Austausch des Überbaus zur Verfügung, so kann der monolithische Anschluss der Tangentialplatte am Widerlager durch einen streifenförmigen, schnell erhärtenden Verguss hergestellt werden, der ggf. zwischen den Schwellen eines Gleisoberbaus eingebracht wird. Damit muss auch bei kurzen Sperrpausen nicht auf die Ausbildung einer Tangentialplatte verzichtet werden.
Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines trogförmigen Brückenüberbaus nach einem der obigen Ansprüche, der eine Brückentafel und seitlich an der Brückentafel in Längsrichtung verlaufende Wangen umfasst. Das erfinderische Verfahren umfasst dabei die folgenden Herstellungsschritte:

a) Erstellen einer Schalung für den trogförmigen Überbau in einer Überkopflage,
b) Einlegen von oberen Stahllamellen in die Schalung der Wangen,
c) Einbringen von Beton in die Schalung, und
d) Aushärten lassen, Entschalen und Wenden des Überbaus.

Erfindungsgemäß werden also nicht nur die Brückentafel, sondern auch die balkenförmigen seitlichen Wangen aus Stahlbeton und gemeinsam in demselben Herstellungsschritt erstellt. Herstellungstechnisch ist die Betonage des trogförmigen Überbaus in seiner Überkopflage, also in seiner gegenüber der späteren Einbaulage um 180° um die Längsachse des Brückenüberbaus verkehrten Lage jedenfalls bei geringeren Überbaulängen günstiger, weil in dieser Position die senkrechten Wangen von der Erstreckungsebene der Brückentafel abwärts weisen und mit ihr eine gemeinsame Oberfläche bilden. In dieser Lage lässt sich der Überbau einfacher betonieren. Die (späteren) oberen Stahllamellen als externe Bewehrungselemente lassen sich bereits in die fertige Schalung unten einlegen, was gegenüber einer internen Bewehrung einen deutlich geringeren Bewehrungsaufwand bedeutet. Auch das anschließende Einbringen des Betons in die Schalung wird durch die (späteren) oberen Stahllamellen als externe Bewehrung nicht gestört. Nach Aushärten des Betons und Entschalen des Überbaus muss er gewendet werden, um in seine Einbaulage gebracht zu werden. Das Wenden kann kurz nach dem Entschalen oder auch erst kurz vor dem Einbau erfolgen, wenn beispielsweise der Transport des Überbaus in Überkopflage günstiger sein sollte.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des oben genannten Verfahrens können in Schritt b) Hüllrohre für eine Spannstahlbewehrung eingelegt werden. Der Brückenoberbau kann dadurch für eine Längsvorspannung oder Quervorspannung vorbereitet werden, wodurch die Brückentafel einen geringeren Querschnitt erhalten kann. Dadurch lässt sich die Oberbauhöhe reduzieren. Weil der trogförmige Brückenüberbau in Überkopflage hergestellt wird, ist seine spätere Untersicht leicht zugänglich und liegt nach der Betonage vollkommen frei. Daher kann auch zusätzlich zu den Hüllrohren oder stattdessen im Schritt c) eine externe Querbewehrung, beispielsweise Walzträger in Beton, so genannte WiB-Träger, und/oder in Längsrichtung verlaufende untere Stahllamellen in den noch frischen Beton durch einen Absenkvorgang eingebracht bzw. eingerüttelt werden. Damit bietet die Herstellung des Brückenüberbaus in Überkopflage in Verbindung mit externen Bewehrungen eine besonders einfache Montagemöglichkeit für die Längs- bzw. Querbewehrung.
Nach einer zum oben genannten Verfahren alternativen Herstellungsweise eines trogförmigen Brückenüberbaus nach einem der obigen Ansprüche, der eine Brückentafel und seitlich an der Brückentafel in Längsrichtung verlaufende Wangen umfasst, kann das Verfahren mit den folgenden Herstellungsschritten ablaufen:

a) Erstellen einer Schalung für den trogförmigen Überbau in Einbaulage,
b) Einlegen einer externen Querbewehrung und der unteren Stahllamellen in die Schalung der Brückentafel,
c) Einbringen von Beton in die Schaltung, und
d) Aushärten lassen und Entschalen des Überbaus.

Abweichend vom zuerst beschriebenen Verfahren erfolgt die Herstellung also bereits in der Einbaulage. Dies erscheint bei längeren Spannweiten des Brückenüberbaus oder bei einer Herstellung vor Ort sinnvoll, weil auf das Wenden des Brückenüberbaus nach seiner Herstellung verzichtet werden kann. Dieses Verfahren eignet sich also insbesondere für Brückenüberbauten, die auf dem Widerlager oder in unmittelbarer Nachbarschaft mit einem anschließenden Verbringen des Brückenoberbaus über eine kurze Distanz hergestellt werden. Auch bei diesem Verfahren lassen sich die unteren Stahllamellen und die externe Querbewehrung ohne großen Aufwand einbringen, weil sie lediglich in der Herstellebene der Brückentafel aufgelegt werden müssen. Ggf. können zwischen die WiB-Träger der externen Querbewehrung noch Verschalungsplatten, beispielsweise Faserzementplatten, in die Schalung eingelegt werden, die im Fertigzustand zusammen mit der Querbewehrung eine Untersicht des Brückenüberbaus darstellen. Nach Möglichkeit werden die seitlichen Wangen zusammen mit der Brückentafel geschalt und mitbetoniert. Sollte dies nicht möglich sein, ist eine Arbeitsfuge in ausreichendem Abstand über der Trogplatte anzuordnen, um die Wangen in einem späteren Arbeitsschritt zu betonieren.
Auch dieses Verfahren lässt es ohne nennenswerten Zusatzaufwand zu, dass in Schritt b) Hüllrohre für eine Spannstahlbewehrung eingelegt werden und/oder dass nach dem Schritt c) obere Stahllamellen in den noch frischen Beton der Wangen eingebracht werden.
Nach einer weiteren alternativen Herstellungsweise können die balkenförmigen Wangen zunächst vor der Brückentafel und separat hergestellt werden. Dazu wird zunächst die Schalung für die Wangen erstellt, und zwar in einer um 90° gegenüber der Einbaulage gedrehten Lage. Die Wagen werden folglich auf ihrer späteren Außen- oder Ansichtsseite liegend hergestellt. Dazu braucht lediglich ein Schalboden vorbereitet zu werden, der die spätere Ansichtsseite berührt. Die senkrecht stehende Schalung für die spätere Ober- und Unterseite der Wangen bilden die WiB-Träger, so dass eine separate Schalung dafür entfallen kann. Dadurch reduziert sich der Schalungsaufwand. Lediglich für die Stirnseiten können Schalflächen erforderlich werden. Anschließend wird die Bewehrung für die Wangen eingebracht einschließlich einer Anschlussbewehrung für die spätere Trogplatte. Die Anschlussbewehrung steht in der Herstellungslage der Wangen senkrecht nach oben aus der Schalung heraus. Nach dem einbringen des Betons in die Schalung der Wangen, dem Aushärten des Betons und dem Entschalen der Wangen werden sie in ihre Einbaulage oder in die Überkopflage gebracht, also um 90° gegenüber der Herstellungslage gedreht. Anschließend kann die Trogplatte weitgehend wie oben beschrieben hergestellt und an den Wangen angeschlossen werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der oben genannten Verfahren können die oberen und/oder unteren Stahllamellen vor ihrem Einbau eine Vorbiegung erhalten, die zu einer Überhöhung der Wangen entgegen einer Durchbiegung unter Belastung führt. Die Überhöhung kann beispielsweise durch eine gerichtete Durchbiegung infolge Eigengewichts aufgebracht werden. Durch die Vorbiegung verändert sich das Herstellungsverfahren nicht nennenswert. Die Verarbeitung der Stahllamellen bei ihrem Einbau ist jedenfalls unverändert.
Das Prinzip der Erfindung wird anhand der Zeichnung beispielshalber noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Figur 1:: einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Brückentrog,
Figur 2:: einen Querschnitt durch einen alternativen Brückentrog mit "Fester Fahrbahn" ohne Schotterbett,
Figur 3a:: einen Längsschnitt eines Brückentrogs auf einem Widerlager,
Figur 3b:: eine Seitenansicht einer alternativen Konstruktion,
Figur 4 bis 7:: einzelne Stadien des Herstellungsprozesses.

Ein erfindungsgemäßer trogförmiger Brückenüberbau besteht gemäß Figur 1 aus einer ebenflächigen Brückentafel 2 aus Stahlbeton, die eine horizontale Trogplatte bildet. Sie erstreckt sich im Wesentlichen in Längsrichtung zwischen zwei nicht dargestellten Widerlagern der Brücke. Seitlich an ihren Rändern und in Brückenlängsrichtung verlaufen zwei vertikal aufragende balkenförmige Wangen 4 mit einem rechteckigen Querschnitt, ebenfalls aus Stahlbeton. Sie werden mit einer herkömmlichen, nicht dargestellten internen Bügel-, Längs- und Querbewehrung versehen. An ihren Unterseiten 6 binden sie über eine entsprechende Anschlussbewehrung monolithisch an der Brückentafel 2 an. Ihre freien Oberseiten 8 werden von T-förmigen oberen Stahllamellen 10 abgedeckt. Sie setzen sich aus einem Flansch 11 und senkrecht vom Flansch abstehenden Verbunddübeln 12 zusammen. Sie werden als geschweißtes Blechprofil oder alternativ aus einem Walzträger mit dem Doppel-T-Profil hergestellt, indem der Steg des Walzträgers in Längsrichtung durchtrennt und der Walzträger in zwei im Wesentlichen gleiche Teile geteilt wird. Beim Durchtrennen des Stegs werden zugleich die späteren Verbunddübel 12 ausgebildet. Mit ihnen binden die oberen Stahllamellen 10 in den Beton der Wangen 4 ein. Sie werden bei der Herstellung des Brückenüberbaus unmittelbar an den Wangen 4 anbetoniert und stellen so genannte Walzträger-in-Beton (WiB-Trägern) dar. Sie haben die gleiche Breite wie die Wangen 4, decken damit deren Oberseiten 8 vollständig ab und bilden eine externe Längsbewehrung des Brückenüberbaus für Druckbeanspruchungen.
Die Brückentafel 2 ist in Längsrichtung und in Querrichtung bewehrt. In Längsrichtung verlaufen Hüllrohre 16 einer Längsvorspannung. Sie setzt die Brückentafel 2 unter eine Druckvorspannung, so dass sie unter Belastung kaum oder keine nennenswerte Zugspannung infolge Durchbiegens erfährt und dadurch die Brückentafel 2 rissfrei bleibt. In Querrichtung weist die Brückentafel 2 eine nicht dargestellte herkömmliche interne Querbewehrung und eine externe Querbewehrung aus T-förmigen Walzträgern-in-Beton bzw. WiB-Trägern 14 auf. Die WiB-Träger 14 setzen sich aus einem waagrechten Flansch 13 und davon senkrecht abstehenden Stahldübeln 15 zusammen. Sie werden nach derselben Technologie wie die oberen Stahllamellen 10 hergestellt und binden wie sie über die Stahldübel 15 in den Beton der Brückentafel 2 ein. Zwischen den Stahldübeln 15 bilden sich Zwischenräume 17 aus. In jedem zweiten Zwischenraum 17 verlaufen die Hüllrohre 16 der internen Vorspannung. Dabei trägt die nicht dargestellte interne Längsbewehrung zusammen mit den Stahllamellen 10 als externe Bewehrung der beiden Wangen 4 die Zugkräfte in Längsrichtung ab. Eine schlaffe Bewehrung ist rein konstruktiv vorzusehen, da die Biegemomente über die WiB-Träger 14 als externe Querbewehrung abgetragen werden.
Auf der Außenseite des trogförmigen Brückenüberbaus sind in Längsrichtung zwei Randwege 30 angeordnet, die als Betonfertigteile hergestellt und anschließend an den Überbau gedübelt werden. Unter einer Lauffläche 34 des Randwegs 30, die aus einem Plattenbelag besteht, beherbergt der Randweg 30 einen Kabelkanal 32. Als Absturzsicherung ist ein Geländer 36 auf einem Rand des Randwegs 30 befestigt.
Der trogförmige Brückenüberbau trägt einen Eisenbahnoberbau 38, vorliegend einen Schotteroberbau mit einem Schwellengleis. Aus Gründen der Fahrbahnelastizität liegt der Oberbau 38 auf einer Unterschottermatte 40 auf, die die Brückentafel 2 vollflächig bedeckt.
Figur 2a zeigt einen ähnlichen Querschnitt wie Figur 1. Im Gegensatz zum zuerst beschriebenen Querschnitt verlaufen die WiB-Träger 14 nicht bis zu den Längsrändern bzw. den Unterseiten 6 der Wangen 4, sondern erstrecken sich nur über die Breite der Brückentafel 2. An den Unterseiten 6 der Wangen 4 und den oberen Stahllamellen 10 gegenüber verlaufen untere Stahllamellen 18, die mit Stahldübeln 12 genauso in den Beton der Wangen 4 einbinden wie ihre gegenüberliegenden oberen Stahllamellen 10. Mit den unteren Stahllamellen 18 erhält der Brückenüberbau eine externe Längsbewehrung, die Zugkräfte übernimmt. Die interne Längsbewehrung innerhalb der Wangen 4 kann daher reduziert werden.
Die Längsschnittansicht in Figur 2b, die zur Querschnittsansicht der Figur 2a gehört, verdeutlicht die Lage der Stahllamellen 10, 18 in den Wangen 4: Sie bilden einen oberen bzw. unteren Abschluss der Wangen 4 und durchziehen die Wangen 4 mit ihren Stahldübeln 12 in etwa einem oberen bzw. unteren Viertel des Betonquerschnitts. Figur 2a zeigt außerdem die Anordnung der WiB-Träger 14. Sie tragen die Stahldübel 15, die in den Beton der Brückentafel 2 einbinden, und weisen jeweils beidseits des Stahldübels 15 den durchlaufenden Flansch 13 auf. Zwischen den WiB-Trägern 14 sind Faserzementplatten 19 angeordnet, die auf den Flanschen 13 lediglich aufgelegt sind. Sie stellen zusammen mit den Flanschen 13 der WiB-Träger 14 eine Untersicht des fertigen Brückenüberbaus dar. Die Faserzementplatten 19 schützen die Brückentafel 2 dauerhaft vor einem Eindringen von Wasser und Schadstoffen.
Figur 3a ist ein Längsschnitt durch eine Brückentafel 2 und ein anschließendes Widerlager 26, Figur 3b eine alternative Konstruktion in einer Seitenansicht. Die Figuren 3a, 3b verdeutlichen den Anschluss des Brückenüberbaus an eine Stirnwand eines Widerlagers 26 und die Ausbildung einer Tangentialplatte 20. Figur 3a zeigt die geschnittene Brückentafel 2 mit der externen Längsbewehrung 10, der externen Querbewehrung aus WiB-Trägern 14 und einer schlaffen Längsbewehrung 50. Sie verläuft über die gesamte Länge der Brückentafel 2 und durchgehend bis in die Tangentialplatte 20 hinein. Dort überdeckt sie sich mit einer Anschlussbewehrung 52, die L-förmig aus dem Widerlager 26 heraussteht. Der vorgefertigte Brückenüberbau liegt mit seinen Wangen 4 auf Einzellagern 42 aufgelagert auf dem Widerlager 26 auf. Die Brückentafel 2 ist um eine Länge L kürzer als die Wangen 4 und wird erst von der Tangentialplatte 20 auf die Länge der Wangen 4 ergänzt. Die Tangentialplatte 20 wird, wie unten in den Figuren 4 bis 9 erläutert, erst nachträglich in einem separaten Herstellungsschritt erstellt und bildet eine eigene Trageinheit im Anschluss an die Brückentafel 2. Sie verläuft in deren Erstreckungsebene und bindet monolithisch an die Brückentafel 2 an. Sie ist über die definierte Länge L von den Wangen 4 durch eine Trennfuge 49 (vgl. Figur 8) entkoppelt. Die Trennfuge 49 wird durch ein oben liegendes Fugenband abgedeckt, um das Eindringen von Wasser auszuschließen. Auf der Seite des Widerlagers 26 ist die Tangentialplatte 20 im Betriebszustand starr eingespannt. Damit gleicht die Tangentialplatte 20 einen möglichen Verdrehwinkel ϕ am Ende der Brückentafel 2 hin zum Widerlager 26 auf nahezu Null aus. Die Tragwirkung der Tangentialplatte 20 ist die einer zweiseitig starr eingespannten Platte. Durch den Ausgleich des Verdrehwinkels ϕ auf rund ϕ=0 zum Widerlager 26 und damit auch zum anschließenden Fahrweg werden Schotter, Schwellen, Schiene und Schienenstützpunkte aus einer Relativbewegung zwischen dem Brückenüberbau gegenüber dem Gleisoberbau kaum mehr belastet. Die Unterhaltungskosten für den Gleisoberbau verringern sich dadurch deutlich.
Figur 3b zeigt eine andere Konstruktionsmöglichkeit für eine Tangentialplatte 20' eines Brückenüberbaus. Er liegt unverändert mit seinen Wangen 4 über Einzellager 42 auf einem Widerlager 26 auf. Seine Brückentafel 2 ist um die Länge M kürzer als die Wangen 4. Im Unterschied zu Figur 3a verläuft die Tangentialplatte 20' jedoch über die Wangen 4 hinaus und hat statischen Erfordernissen gemäß eine Länge N, die sie über den Brückenüberbau hinausragen lässt.
Die Figuren 4 bis 8 verdeutlichen das Herstellungsverfahren des erfinderischen Brückenüberbaus in seiner Einbaulage. Dazu werden zunächst die WiB-Träger 14 höhengenau in einem gleichmäßigen Abstand quer zur Längsrichtung des zukünftigen Brückenüberbaus und parallel zueinander in einer nicht dargestellten Schalung abgelegt. Die freibleibenden Flächen zwischen ihnen wird mit Faserzementplatten 19 abgedeckt, die auf den Flanschen 13 der WiB-Träger 14 aufgelegt werden. Ggf. werden sie dort gegen Verrutschen gesichert. Eine gesonderte Befestigung ist nicht erforderlich, weil sie sich später zumindest physikalisch mit dem Beton der Brückentafel 2 verbinden. Anschließend wird eine schlaffe Längsbewehrung 50 in die Zwischenräume 17 zwischen den Stahldübeln 15 der WiB-Trägern 14 eingelegt. Die Zwischenräume 17 lassen dazu ausreichend Raum. Zudem sorgen die WiB-Träger 14 dafür, dass die Längsbewehrung 50 eine ausreichende Betonüberdeckung erhält, da sie quasi als Abstandhalter für die interne Längsbewehrung 50 gegenüber der Betonoberfläche dient. Die Montage separater Abstandhalter ist daher nicht erforderlich. Eine nicht dargestellte Querbewehrung wird ggf. nach konstruktiven Erfordernissen vorgesehen.
Daraufhin wird der Beton in die Schalung eingebracht und die Brückentafel 2 gegossen (vgl. Figur 5).
Anschließend erfolgt die Herstellung der Wangen 4. Dazu wird für sie eine in Figur 6 nicht gezeigte Schalung erstellt. In die Schalung werden die unteren Stahllamellen 18 eingelegt, so dass sie den unteren Abschluss der Wangen 4 an deren Unterseite 6 bilden. Nach Einbringen des Betons für die Wangen 4 werden die oberen Stahllamellen 10 in den noch frischen Beton eingedrückt bzw. eingerüttelt. Sie schließen die Oberseite 8 der Wangen 4 ab. Die Wangen 4 stehen in Längsrichtung beidseits über die vorläufige Brückentafel 2 über, nicht aber über die Längsbewehrung 40, mit der sie auf einer gleichen Höhe abschließen.
Zeitgleich können die Widerlager 26 für die Montage des Brückenüberbaus vorbereitet werden. Auf den Widerlagern 26 werden Einzellager 42 positioniert, auf denen der Brückenüberbau schließlich zu liegen kommt. Dazwischen wird mit nicht dargestellten Faserzementplatten eine Schalung für die spätere Tangentialplatte 20 erstellt.
Nach Aushärten des Brückenüberbaus wird er in seine Endlage auf die Widerlager 26 eingehoben. Dabei bilden die unteren Stahllamellen 18 die Auflageflächen des Brückenüberbaus auf den Einzellagern 42. Die aus der Brückentafel 2 hervorstehende Längsbewehrung 40 ragt nun über die Schalung hinweg bis auf die Widerlager 26.
Den Zustand des eingehobenen Brückenüberbaus in seiner Endlage auf den Widerlagern 26 zeigt Figur 7. Die freistehenden Wangen 4 werden gegenüber der zukünftigen Tangentialplatte 20 durch eine Trennplatte 46 aus einem Hartschaum abgegrenzt. Zum Verbinden des Brückenüberbaus mit dem Widerlager 26 wird die Brückentafel 2 zwischen den Wangen 4 mit einem schnell erhärtenden Beton oder Mörtel 44 ergänzt (vgl. Figur 8). Dadurch wird die bislang freiliegende Längsbewehrung 40 vollständig umschlossen. Die Trennplatte 46 verhindert, dass beim Einbringen des Vergusses 44 ein statisch wirksamer Verbund zwischen ihm und den Wangen 4 entsteht. Nach Abbinden des Vergusses 44 bildet er eine Tangentialplatte 20, die monolithisch einerseits mit der Brückentafel 2 und andererseits mit den Widerlagern 26 verbunden ist. Gegenüber den Wangen 4 jedoch hat er keinen unmittelbaren Verbund.
Nach Aushärten des Vergusses 44 bzw. der Tangentialplatte 20 wird ein Gleisoberbau 38 eingebracht und die Brücke kann in Betrieb genommen werden.

Bezugszeichenliste

2: Brückentafel
4: Wange
6: Unterseite der Wange 4
8: Oberseite der Wange 4
10: Obere Stahllamelle
11: Flansch
12: Verbunddübel
13: Flansch
14: Walzträger in Beton
15: Stahldübel
16: Hüllrohr
17: Zwischenraum
18: Untere Stahllamelle
19: Faserzementplatte
20: Tangentialplatte
22: Überbauende
26: Widerlager
30: Randweg
32: Kabelkanal
34: Lauffläche
36: Geländer
38: Oberbau
40: Unterschottermatte
42: Einzellager
44: Mörtelbett
46: Trennplatte
48: Verguss
50: Längsbewehrung

Claims

Trogförmiger, in einer Längsrichtung gespannter Brückenüberbau,
- mit einer Brückentafel (2) aus Stahlbeton,

- mit seitlich an der Brückentafel (2) in Längsrichtung verlaufenden Wangen (4), die sich über eine Erstreckungsebene der Brückentafel (2) erheben und die mit einer Unterseite (6) monolithisch an der Brückentafel (2) anbinden und eine gegenüberliegende freie Oberseite (8) aufweisen,
gekennzeichnet durch balkenförmige Wangen (4) aus Beton und durch jeweils mindestens eine längs verlaufende obere Stahllamelle (10) auf der Oberseite jeder Wange (4), die über Verbunddübel (12) in die Wange (4) eingebunden ist, als eine externe Längsbewehrung.
Brückenüberbau nach obigem Anspruch, gekennzeichnet durch eine externe, quer zur Längsrichtung verlaufende Querbewehrung aus Walzträgern in Beton (14).
Brückenüberbau nach einem der obigen Ansprüche, gekennzeichnet durch zementgebundene Faserplatten (19) als Verschalung einer Untersicht des Brückenüberbaus.
Brückenüberbau nach einem der obigen Ansprüche, gekennzeichnet durch jeweils eine der oberen Stahllamelle (10) gegenüberliegende untere Stahllamelle (18) in den Wangen (4) bzw. der Brückentafel (2) als externe Längsbewehrung.
Brückenüberbau nach einem der obigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Tangentialplatte (20), die sich in der Erstreckungsebene der Brückentafel (2) über wenigstens ein Überbauende (22) hinaus fortsetzt.
Brückenüberbau nach einem der obigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Fuge (24), die die Wangen (4) auf einer statisch erforderlichen Länge von der Brückentafel (2) trennt, um in deren Erstreckungsebene am Überbauende (24) eine Tangentialplatte (20) auszubilden.
Brückenüberbau nach einem der Ansprüche 4 bis 6 für die Montage auf zwei Widerlagern (26) am Brückenende, dadurch gekennzeichnet, dass die Wangen (4) über die unteren Stahllamellen (18) mittels Lagern (28) auf den Widerlagern (26) auflagerbar sind und die Tangentialplatte (20) monolithisch in das Widerlager (26) einbindbar ist.
Verfahren zur Herstellung eines trogförmigen Brückenüberbaus im Wesentlichen aus Stahlbeton, mit einer Brückentafel (2), mit seitlich an der Brückentafel (2) in Längsrichtung verlaufenden balkenförmigen Wangen (4) nach einem der obigen Ansprüche, mit den folgenden Herstellungsschritten:
a) Erstellen einer Schalung für den trogförmigen Überbau in Überkopflage,

b) Einlegen von oberen Stahllamellen in die Schalung der Wangen,

c) Einbringen von Beton in die Schalung,

d) Aushärten lassen, Entschalen und Wenden des Überbaus.
Verfahren nach dem obigen Verfahrensanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) Hüllrohre für eine Spannstahlbewehrung eingelegt werden und/oder dass nach dem Schritt c) eine externe Querbewehrung (14) und/oder in Längsrichtung verlaufende untere Stahllamellen (10) in den noch frischen Beton eingebracht werden.
Verfahren zur Herstellung eines trogförmigen Brückenüberbaus im Wesentlichen aus Stahlbeton, mit einer Brückentafel (2), mit seitlich an der Brückentafel (2) in Längsrichtung verlaufenden balkenförmigen Wangen (4) nach einem der obigen Ansprüche, mit den folgenden Herstellungsschritten:
a) Erstellen einer Schalung für den trogförmigen Überbau in Einbaulage,

b) Einlegen einer externen Querbewehrung (14) in die Schalung der Brückentafel (2),

c) Einbringen von Beton in die Schalung,

d) Aushärten lassen und Entschalen des Überbaus.
Verfahren nach dem obigen Verfahrensanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) Hüllrohre (16) für eine Spannstahlbewehrung eingelegt werden und/oder dass nach dem Schritt c) obere Stahllamellen (10) in den noch frischen Beton der Wangen (4) eingebracht werden.