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Vorrichtung und Verfahren zur abschnittweisen Herstellung eines auskragenden Spannbetonbalkens
Ein komplettes Lehrgerüst für einen Spannbetonbalken mit grosser Spannweite z. B. für eine Balkenbrücke erfordert ausserordentlich hohe Kosten, besonders wenn das Tragwerk hoch über dem Gelände oder über einem Flusslauf liegt.
Die Methode der abschnittweisen Herstellung der Kragarme des Tragwerkes im freien Vorbau ohne feste Gerüste, die diesen Nachteil beseitigt, ist schon lange bekannt. Ursprünglich hat man sich dabei nur schlaffer Bewehrung bedient, wodurch der erreichbaren Kraglänge, dem damaligen Stand der Technik entsprechend, gewisse Grenzen gesetzt waren.
Als später der Spannbeton seine stürmische Entwicklung erfuhr und allgemeine Verbreitung fand, und insbesondere die vielseitig verwendbare Technik des Spannens der in Kanälen geführten Spannglieder gegen den erhärteten Beton schon beherrscht wurde, kam der Vorschlag, bei der abschnittweisen Herstellung der Kragkonstruktionen im freien Vorbau ohne feste Gerüste die Stahleinlagen der Kragkonstruktionen in an sich bekannter Weise durch längsbewegliche Anordnung abschnittweise gegen den erhärteten Beton vorzuspannen.
Dabei wird im einzelnen so vorgegangen, dass die schlaffe und die in Gleitkanälen angeordnete Spannbewehrung in die Schalung eingebracht wird. Anschliessend wird der Vorbauabschnitt betoniert
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Die nach diesem bekannten Vorschlag hergestellten Vorbauabschnitte sind üblicherweise 3 bis 4 m lang, weil die das gesamte Frischbetongewicht tragende Vorbaurüstung bei längeren Betonierabschnitten sehr schwer würde und sich auch zu stark verformen würde. Eine zu starke Verformung der Rüstung kann an den Übergangsstellen von dem erhärteten Abschnitt zum frischbetonierten Abschnitt zu Rissen führen, da bei den verhältnismässig grossen Querschnitten einer solchen Konstruktion der unten liegende Beton bereits zu erhärten beginnt, wenn oben noch Beton in die Schalung eingebracht wird. Die Vorbaurüstung soll also in jedem Falle möglichst steif sein.
Weiterhin ist es beim Bau von Spannbetonbalken im freien Vorbau, bei dem in Gleitkanälen des Tragwerkes eingebrachte Spannglieder gegen den erhärteten Beton gespannt und einbetoniert werden, noch bekannt, dass in den nacheinander zu betonierenden Vorbauabschnitten zunächst nur in an sich bekannter Weise Gleitkanäle für die später einzubetonierenden Spannglieder freigehalten werden, jedoch in der Weise, dass jeder Vorbauabschnitt einmal mit den Kanälen für die speziell zu seiner Verankerung dienenden Spannglieder und ausserdem zusätzlich mit Kanälen für alle noch weiter an dem gleichen Kragarm anzuschliessenden Vorbauabschnitte versehen wird, worauf jeweils nach dem Erhärten eines Abschnittes nur die zu seiner Verankerung dienenden, als Stahldrahtbündel ausgebildeten Spannglieder eingezogen,
auf passende Länge abgeschnitten sowie unter Spannung gesetzt und verankert werden.
Den bisher angeführten bekannten Verfahren gemeinsam ist das nachträgliche Spannen von Spanngliedern am Ende jedes Vorbauabschnittes gegen den erhärteten Beton. Die im folgenden geschilderten, beim freien Vorbau mit dem Spannen gegen den erhärteten Beton verbundenen
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Schwierigkeiten und Nachteile beziehen sich deshalb auf beide Verfahren.
Die Endverankerungen und die eventuell erforderlichen Stossmuffen der Spannglieder sind teuer und erhöhen dadurch die Gesamtkosten der eingebauten Spannbewehrung wesentlich. Durch das
Kriechen des hoch beanspruchten Betons in der Nähe dieser Endverankerungen besteht immer die
Gefahr, dass an der Betonierfuge zwischen dem gespannten und dem anbetonierten Vorbauabschnitt
Zugkräfte entstehen, die durch eine entsprechende schlaffe Zusatzbewehrung aufgenommen werden müssen. Die tatsächliche Grösse dieser Zugkräfte ist nach dem heutigen Stand der Theorie noch nicht genau ermittelbar. Der Aufwand für die zur Abdeckung dieser Kräfte nötige schlaffe Bewehrung ist beträchtlich. Bei der konzentrierten Einleitung der Spannkräfte durch Ankerkörper ist weiterhin ein bedeutender Bedarf an schlaffer Bewehrung zur Aufnahme der Spaltzugkräfte vorhanden.
Es wurde auch schon vorgeschlagen (Lazarevic), auskragende Tragwerke abschnittweise vorzubauen, indem man die den jeweiligen Abschnitt durchsetzende Gesamtspannbewehrung vor dem Betonieren des
Abschnittes gegen ausserhalb des endgültigen Tragwerks liegende Druckglieder, die im heutigen Sinn ein
Spannbett bilden, vorspannt und sie später durch Verbund verankert. Diese Bauweise hat unter anderem den Nachteil, dass die das Spannbett bildenden Hilfsglieder sehr stark sein müssen, besonders in der Nähe der Einspannstelle, und auf die ganze Tragwerkslänge durchgehen müssen. Ausserdem muss die den in Ausführung befindlichen Abschnitt unterstützende Rüstung das gesamte Frischbetongewicht,
Schalung, Mannschaften und Geräte durch Kragwirkung zum bereits erhärteten Teil des Tragwerks tragen.
Das Ziel der Erfindung ist es nun, die den bekannten Vorrichtungen und Verfahren durch ihre technischen Eigenheiten auferlegten angeführten Beschränkungen oder Nachteile zu beseitigen und ausserdem noch weitere Vorteile zu bieten.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur abschnittweisen Herstellung eines auskragenden Spannbetonbalkens mit Betonierung im freien Vorbau unter Verwendung von den erhärteten Abschnitt längsbeweglich durchsetzenden Spanngliedern, von denen diejenigen, die in dem zu betonierenden Abschnitt durch Verbund verankert werden, dort zumindest auf die kleinste zulässige Verankerungslänge hüllenlos geführt sind und gegen die Vorbaukonstruktion gespannt werden.
Das Neue besteht darin, dass die gegen die Vorbaukonstruktion zu spannenden Spannglieder in dem zu betonierenden Abschnitt nach abwärts gegen die Horizontale geneigt angeordnet sind, so dass die Vertikalkomponente der Vorspannkraft einen Teil des Gewichtes der Vorbaukonstruktion und des Frischbetongewichtes trägt, und das die das Spannbett bildende Vorbaukonstruktion zur übertragung der Horizontalkomponente der Vorspannkraft kraftschlüssig mit dem bereits betonierten Teil des Spannbetonbalkens verbunden ist.
Mit der Bauweise nach der Erfindung können wesentlich weiter auskragende Abschnitte der Konstruktion als bisher im freien Vorbau hergestellt werden.
Gegenüber jenem oben erwähnten Verfahren, das mit einem Spannbett arbeitet, dessen Länge gleich der Spanngliederlänge ist, hat die neue Bauweise unter anderem den Vorteil, dass jeweils nur ein über die Abschnittlänge führendes Spannbett und dieses nur für die im Abschnitt zu verankernden Kräfte notwendig ist.
Die Bauweise nach der Erfindung besitzt ferner gegenüber den bekannten Verfahren zum Freivorbau von Tragwerken, bei welchen die Spannglieder in Hüllen bis zur Verankerungsstelle geführt werden, den namhaften Vorteil, dass in jedem Vorbauabschnitt vor dem Betonieren nur soviel offene oder geschlossene Kanäle, beispielsweise Schlitze bzw. Hüllrohre, vorgesehen werden müssen wie zum Einführen jener Spannglieder benötigt werden, die in den noch folgenden Vorbauabschnitten zu verankern sind. Dadurch wird eine namhafte Ersparnis an Arbeitszeit und Material erzielt.
Nach einem weiteren Erfindungsgedanken geht man bei der Herstellung eines Vorbauabschnittes so vor, dass die in dem jeweiligen Vorbauabschnitt endende Bewehrung während des Betonierens gespannt oder deren Spannung erhöht wird, wodurch drei weitere Vorteile erzielt werden können :
Erstens kann die Steigerung der Vorspannung dem Gewicht des jeweils eingebrachten Frischbetons so angepasst werden, dass die Vorbaurüstung jeweils nur einen Bruchteil des gesamten Frischbetongewichtes zu tragen hat, zweitens können dadurch Verformungen der Vorbaurüstung korrigiert werden und drittens ist es dadurch möglich, ein Abreissen des in den tieferen Lagen bereits abbindenden Betons von dem vorhergehenden Vorbauabschnitt zu vermeiden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus den nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläuterten Ausführungsbeispielen hervor. In den Zeichnungen zeigen : Fig. l einen Vorbauabschnitt mit Vorbaugerüst und Spannbewehrung im Aufriss und die Fig. 2 und 3 ähnliche schematische Darstellungen von Vorbauabschnitten mit Varianten der Spannbewehrung.
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In Fig. l ist der stark umrandete Teil der Kragarm, von dem die schraffierten Abschnitte-l und 2-bereits fertiggestellt sind. Das in den Abschnitten-l und 2-noch längsbeweglich, z. B. in einem Hüllrohr geführte Spannglied --4--. der Einfachheit halber ist in jedem Abschnitt nur ein Spannglied dargestellt, wird im zugeordneten Vorbauabschnitt --3-- hüllenlos und schräg nach unten geführt und die Enden der Spanngliederelemente gegen die Vorbaurüstung-5-in bekannter Weise vor dem Betonieren des Abschnittes vorgespannt und sodann temporär in Verankerungen-7festgelegt.
Dann erst wird der Abschnitt --3-- ausbetoniert,
Wegen des Spannens der Bewehrung gegen das Vorbaugerüst-5-oder die Schalung vor dem Betonieren des Abschnittes wird die Hauptlast des Vorbaugerüstes, nämlich das Eigengewicht des Gerüstes und das gesamte Frischbetongewicht des Vorbauabschnittes-3--niemals von dem Vorbaugerüst allein getragen, sondern hängt zum Teil an den Spanngliedern --4--, Dies wird aus dem in Fig. 1 eingezeichneten Kräftedreieck klar.
Die resultierende Zugkraft Z der Spannglieder --4-- schliesst mit der resultierenden, vom Abschnitt --2-- aufgenommenen Druckkraft D des Spannbettes einen Winkel 6 ein, was eine auf die Vorbaukonstruktion vertikal nach oben wirkende Komponente V hervorruft, die den grössten Teil des Frischbetongewichtes und des Eigengewichtes der Vorbaukonstruktion aufnimmt. Als Folge davon kann die Vorbaurüstung leichter gebaut oder können längere Vorbauabschnitte gewählt werden. Es entfallen auch die sonst nötigen, im Bauwerk verbleibenden Ankerkörper der Spannglieder und auch die Hüllrohre auf die Länge des ganzen Vorbauabschnittes.
Die Ankerkörper --7-- werden nach Erhärten des Betons abgenommen und
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fortschreitend gespannt oder die Spannung erhöht werden, was die schon einleitend genannten Vorteile zu erzielen gestattet.
Nach einem weiteren Erfindungsgedanken ist es zweckmässig, die Spannkraft eines Spanngliedes, auf eine grössere Länge verteilt, stufenweise oder stetig in den seiner Verankerung dienenden Betonierabschnitt einzuleiten. Nach einer bevorzugten Ausführungsform, die in Fig. 2 dargestellt ist, bestehen die Spannglieder aus mehreren Litzen von denen aus Versuchen bekannt ist, dass die Verankerungslängen bei Verbundverankerung mit mehrfacher Sicherheit unter 1 m liegen. Um nun
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einen Teil ihrer Länge so abisoliert, dass die einzelnen Litzen des Bündels an verschiedenen Stellen ihre Kraft auf den Beton übertragen, wodurch die erwünschte stufenweise Einleitung der Kraft erreicht ist.
Auf Grund der erfindungsgemässen Massnahme ist die konstruktiv nicht erwünschte, stark sprunghafte Spannkraftänderung im Tragwerk vermieden und eine wesentlich schwächere Spaltzugbewehrung erforderlich, als sie bei konzentrierter Einleitung der Spannkraft durch eine Endverankerung notwendig wäre. Durch diese Massnahme ist auch die hinter dem Ende --13-- der innerhalb des Betons verankerten Spannglieder durch Kriechen entstehende Zugkraft, die bei konzentrierter Verankerung, wie bereits erwähnt, einen beträchtlichen Aufwand an schlaffer Bewehrung erfordert, auf ein Minimum reduziert, wodurch sich eine weitere bedeutende Ersparnis ergibt.
Zu den bisher angeführten Vorteilen, die sich aus dem Spannen der Bewehrung vor dem Betonieren des Abschnittes ergeben, tritt ein weiterer hinzu, der sich besonders bei Tragwerken mit hohen, schlanken Stegen auswirkt.
Um die zulässigen Hauptzugspannungen nicht zu überschreiten, ist es oft erforderlich, dem Steg auch in lotrechter Richtung eine Vorspannkomponente zu geben. Die ist unter anderem dadurch erreichbar, dass die Spannglieder dort, wo sie zur Längsvorspannung nicht mehr vordringlich gebraucht werden, stark schräg geführt werden. An den Übergangsstellen ist für die Umlenkung ein kleiner Krümmungsradius notwendig, der beim Spannen des Spanngliedes zu grossen Reibungsverlusten führen kann. Bei dem Verfahren nach der Erfindung kann man nun, da erst nach dem Spannen der Bewehrung betoniert wird, die Reibung dadurch vermindern, dass an den Stellen starker Krümmung Umlenkvorrichtungen-16-, z. B. gemäss Fig. 3 angebracht werden, die ein Abrollen oder ein leichtes Gleiten der Spannglieder erlauben.
Diese werden vor dem Spannen eingebaut und können wiedergewonnen werden. Die aus Fig. 3 ersichtliche umlenkvorrichtung-16-besteht beispielsweise aus einem Rollensatz-17--, der zur Aufnahme der Umlenkkraft mit der darüber befindlichen, am bereits erhärteten Tragwerk befestigten Konstruktion über einen hydraulischen Zylinder-18- od. dgl. fest verbunden ist, so dass er unter Kraft nachgelassen werden kann.
Geschieht das Nachlassen unter gleichzeitigem Wirken der unter der vollen Vorspannkraft am Ende des Spanngliedes-4-ziehenden Spannpresse--19--, so entsteht durch die Straffung des Spanngliedes beim Nachlassen der
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Umlenkvorrichtung --16-- kein Spannkraftverlust, sondern das Spannglied wird durch die Presse bei der Spannstelle um den entsprechenden Weg weiter herausgezogen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur abschnittweisen Herstellung eines auskragenden Spannbetonbalkens mit Betonierung im freien Vorbau unter Verwendung von den erhärteten Abschnitt längsbeweglich durchsetzenden Spanngliedern, von denen diejenigen, die in dem zu betonierenden Abschnitt durch Verbund verankert werden, dort zumindest auf die kleinste zulässige Verankerungslänge hüllenlos
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dass die gegen die Vorbaukonstruktion (5) zu spannenden Spannglieder (4) in dem zu betonierenden Abschnitt nach abwärts gegen die Horizontale geneigt angeordnet sind, so dass die Vertikalkomponente (V) der Vorspannkraft (Z) einen Teil des Gewichtes der Vorbaukonstruktion und des Frischbetongewichtes trägt, und dass die das Spannbett bildende Vorbaukonstruktion zur übertragung der Horizontalkomponente (D)
der Vorspannkraft kraftschlüssig mit dem bereits betonierten Teil des Spannbetonbalkens verbunden ist.