DE1634406C3 - überschüttetes bogenförmiges Flächentragwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein überschüttetes bogenförmiges Flächentragwerk, dessen Dicke bei zylindrischer Krümmung kleiner als '/30 des Krümmungsradius, bei nichtzylindrischer Krümmung kleiner als ¹Ao des größten Krümmungsradius und bei dem die Höhe der Überschüttung an der höchsten Stelle des Tragwerks bei zylindrischer Krümmung kleiner als'/io des Krümmungsradius, bei nichtzylindrischer Krümmung kleiner als '/20 des größten Krümmungsradius ist.

Es sind überschüttete bogenförmige Flächentragwerke mit derartigen Abmessungen in der Ausführungsform von Straßenbrücken und Fußweg-Überführungen bekannt, welche aus Ortbeton bestehen und eine zu ihren Fundamenten hin zunehmende Dicke aufweisen. Derartige Flächentragwerke verlangen aufwendige Herstellungsmaßnahmen. So ist einerseits der Einsatz von Schalungen und Betoniergerüsten erforderlich, müssen andererseits die Betonierarbeiten an Ort und Stelle erfolgen. Hinzu kommt, daß nur ein kleiner Lichtraum freigehalten werden kann, so daß sich bei der Überführung von Verkehrswegen die Herstellung von Flächentragwerken in Ortbeton kaum unter Aufrechterhaltung des Verkehrs durchführen läßt. Verkehrsstörungen sind die Folge. Schließlich befriedigen bogenförmige Flächentragwerke in Ortbeton nicht immer.

Es ist ferner ein überschüttetes bogenförmiges Flächentragwerk bekannt, welches aus Stahlbetonschalen oder -bögen aufgebaut ist. Dabei kann sowohl ein Mehrgelenkbogen als auch ein Gelenkbogen mit »unendlich« vielen Gelenken verwirklicht werden, um eine möglichst hohe Flexibilität und damit Verformungsfähigkeit zu erhalten. Die Bogenform ist in diesem Fall ein Hufeisenprofil oder geschlossenes Kreisprofil. Um

zu erreichen, daß die Überschüttung bei dieser bekannten Ausführungsform in genügender Weise mitwirkt, ordnet man eine Mehrzahl Gelenke an. Auf ein Flächentragwerk mit eigener Biegesteifigkeit wird hier (Sh praktisch verzichtet. Somit kann sich das Flächentragwerk verhältnismäßig stark verformen und ruft damit den vollen Erdwiderstand hervor. Eine derartige Bauweise mag allenfalls für die Herstellung eines Hohlraums mit großer Überschüttung geeignet sein. Ihre Anwendung bei geringer Überschüttung kann statisch nicht zum Erfolg führen und ist auch keineswegs beabsichtigt. Denn überschüttete bogenförmige Flächentragwerke mit Scheitelgelenken oder gar Mehrfachgelenken und mit verhältnismäßig geringen Tragwerkdikken sind auch bei Einbezug des seitlichen Widerstandes kaum ausführbar, da der Widerstand im Scheitel gegen . eine übermäßige Bewegung nach oben bei geringer Überschüttung naturgemäß gering ist. Aus diesem Grunde müssen im Bauzustand besondere Vorkehrungen zur Stabilisierung des sonst unstabilen bogenförmigen Flächentragwerks getroffen werden. Es handelt sich im einzelnen um unwirtschaftliche Zusatzmaßnahmen zur Stützung der Tragwerkkonstruktion während des Bauzustandes.

Bei Durchlässen und Bogenbrücken, insbesondere t

Wölbdurchlässen, ist es bekannt, den Überbau als einen Halbkreis- oder Segmentbogen mit dachförmiger Übermauerung auszuführen. Für beschränkte Bauhöhen kennt man einen Platten- oder Rahmendurchlaß aus Stahlbeton. Die Verwendung von Stahlbeton wird darüber hinaus auch bei geringer Überschüttung und hoher Verkehrslast empfohlen. Über die in diesem Zusammenhang in Frage kommenden Überschüttungshöhen und Tragwerkdicken ist jedoch keine Aussage gemacht. — Darüber hinaus ist die Verwendung von Stahlfertigteilen aus gewellten, gebogenen und feuerverzinkten Stahlplatten in diesem Zusammenhang bekannt, welche durch Überlappen und VerschraUben zu kreisförmigen oder elliptischen Querschnitten oder zu Maulprofilen — ohne irgendwelche Beton- oder Stahlbetonummantelung — zu voll tragfähigen Überbauten zusammengesetzt werden können. Jedoch lassen sich Stahlfertigteile grundsätzlich nicht mit Stahlbetonfertigteilen vergleichen, und zwar wegen ihrer völlig unterschiedlichen Festigkeits- und Verformungseigenschäften.

Weiter sind Gewölbe mit Massivaufbau bekannt, bei welchem im Falle gelenkloser und flacher Bögen einfach eine lose Überschüttung auf dem Gewölberücken

aufgebracht wird. Die Stirnflächen erhalten eine Steinverkleidung, die am Gewölbe durch in die Fugen eingreifende Flachstäbe mit dem Stahlbeton verankert sind. Derartige lose Überschüttungen über dem Gewölbe werden heute nicht mehr ausgeführt und kamen überhaupt nur für gelenklose und flache Bögen in Betracht.

Im Kanalbau kennt man die Verwendung von Fertigteilgewölbeschalen oder bogenförmigen Stahlbetonfertigteilen. So besteht eine Ausführungsform aus einem Trockenwettergerinne mit Betonsohlschalen aus Halbrohren und darüber angeordnetem Maulprofil aus Dreigelenkgewölbeschalen. Bei einer anderen Ausführungsform werden die bogenförmigen Stahlbetonfertigteile unmittelbar aneinander angeschlossen, und zwar unter Bildung eines elliptischen, dreieckförmigen oder viereckförmigen Querschnitts. In beiden Fällen erfolgt übliche Überschüttung von beliebiger Höhe.

Schließlich ist ein Bunker für Luftschutzzwecke bekannt, der als dünnwandige Stahlbetonhohlkugel ausgebildet ist und in eine kegelstumpfförmige Erdaushebung eingesetzt wird. Durch diese bekannten Maßnahmen sind jedoch die Probleme um den Bau überschütteter bogenförmiger Flächentragwerke nicht maßgebend beeinflußt worden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein überschüttetes bogenförmiges Flächentragwerk zu schaffen, welches sich durch einfache und schnelle Montage sowie dadurch besonders wirtschaftlicher Bauweise unter Berücksichtigung einwandfreier Qualität auszeichnet.

Diese Aufgabe löst die Erfindung bei einem gattungsgemäßen überschütteten bogenförmigen Flächentragwerk dadurch, daß das Flächentragwerk aus einem der Bogenform angenäherten prismatischen Faltwerk aus Stahlbetonfertigteilen mit gleichbleibender Dicke besteht. — Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die Wirkung des reibungsbehafteten Überschüttungsgutes selbst bei niedrigen Überschüttungshöhen geeignet ist, die Verformungen des bogenförmigen Flächentragwerkes auf zulässige Grenzen zu beschränken, wenn dieses aus einem prismatischen Faltwerk besteht. Hinzu kommt die Ausbildung des Faltwerkes aus Stahlbetonfertigteilen als äußerst flacher Bogen. Daraus resultiert, daß das der Bogenform angenäherte Faltwerk selbst bei extrem niedrigen Überschüttungshöhen in den oben angegebenen Grenzen nur eine solche gleichbleibende Faltwerkdicke und Bogenform verlangt, daß aus dem Eigengewicht der Stahlbetonfertigteile und der Überschüttung im wesentlichen lediglich Druckspannungen und mäßige Biegebeanspruchungen resultieren, darüber hinaus jedoch noch hinreichende Biegesteifigkeit zur Aufnahme der Verkehrslastmomente gewährleistet ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der obere, mittlere Teil des Flächentragwerks einem Bogen mit größerem Krümmungsradius als die unteren, seitlichen Teile angenähert. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Bogen im oberen, mittleren Teil ein Kreisbogen mit dem Radius R ist, an dessen Enden je eine Klothoide mit nach außen wenigstens annähernd nach der Gleichung r ■ L = a² abnehmenden Krümmungsradius ranschließt, wobei R = etwa 2,4 · a ist, L die auf den Ursprung des Koordinatensystems der Klothoide bezogene Bogenlänge derselben bezeichnet, dieser Koordinatensprung an der der Klothoide abgewandten Seite der Mittelsenkrechten der Sehne des Kreisbogens etwa 0,08 · a von dieser Mittelsenkrechten entfernt und etwa 0,015 · a oberhalb der Scheiteltangenten des Kreisbogens liegt, die Ordinate dieses Koordinatensystems in einem Winkel von etwa 4 Neugrad in bezug auf diese Mittelsenkrechte nach unten divergiert und an den Enden des Kreisbogens R = r ist. Vorzugsweise beträgt der im Zentrum des größten Krümmungskreises gemessene Winkel zwischen den auf den Fundamenten aufgesetzten Tragwerkrändern 50 bis 100°. Bei einer Unterführung kann das Flächentragwerk gemäß der Erfindung an zumindest einem Ende der Unterführung schräg abgeschnitten und die Schnittebene eine Böschungsebene der Überschüttung des Flächentragwerks sein.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß ein überschüttetes bogenförmiges Flächentragwerk verwirklicht wird, welches sich in montagetechnischer Hinsicht durch eine besonders einfache, schnelle und daher wirtschaftliche Bauweise auszeichnet. Tatsächlich ist für die Herstellung des der Bogenform angenäherten prismatischen Faltwerks, aus welchem das bogenförmige Flächentragwerk besteht, nicht länger eine Schalung und ein Betoniergerüst erforderlich, sondern lediglich ein Montagegerüst. Ein solches Montagegerüst ermöglicht die Freihaltung eines verhältnismäßig großen Lichtraumes, so daß im Zuge der Herstellung des Flächentragwerkes gemäß der Erfindung der Verkehr auf zu überführenden Verkehrswegen aufrechterhalten bleiben kann. Selbst eine Montage der das prismatische Faltwerk bildenden Stahlbetonfertigteile aus der Luft ist denkbar.

Die Qualität des bogenförmigen Flächentragwerks beeinträchtigende Betonierarbeiten an Ort und Stelle sind nicht erforderlich. Vielmehr kann nach Lehre der Erfindung mit vorfabrizierten Stahlbetonfertigteilen gearbeitet werden, welche von besserer Qualität als Ortbeton sind. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, bei dem prismatischen Faltwerk nach der Erfindung unter Verwendung von Stahlbetonfertigteilen gleicher Abmessungen unterschiedliche Knickwinkel zu verwirklichen. Insoweit ist auch variable Bauweise mit gleichbleibenden Bauelementen unschwer möglich.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigt

F i g. 1 ein überschüttetes bogenförmiges Flächentragwerk gemäß der Erfindung in perspektivischer Darstellung,

F i g. 2 eine Dimensionierungsskizze von dem Gegenstand nach F i g. 1,

F i g. 3 eine spezielle, nicht kreiszylindrische Ausführungsform des Gegenstandes nach F i g. 1 und

F i g. 4 in schematischer Darstellung den Gegenstand nach F i g. 1 als Zwillingsbogen.

In F i g. 1 ist eine Unterführung mit zwei sich kreuzenden Verkehrswegen 1, 2 und einer Böschung 3 dargestellt. Die Verkehrswege können Straße, Schiene, Wasserweg sein. Die Unterführung wird von einem überschütteten, angenähert bogenförmigen Flächentragwerk 4 gebildet, dessen Dicke bei zylindrischer Krümmung kleiner als '/30 des Krümmungsradius, bei nichtzylindrischer Krümmung kleiner als '/40 des größten Krümmungsradius und bei dem die Höhe der Überschüttung an der höchsten Stelle des Tragwerks bei zylindrischer Krümmung kleiner als >/io des Krümmungsradius, bei nichtzylindrischer Krümmung kleiner als V20 des größten Krümmungsradius ist. Das Flächentragwerk 4 besteht aus einem der Bogenform angenäherten prismatischen Faltwerk aus Stahlbetonfertigteilen 5 mit gleichbleibender Dicke. Es ist an den Enden der Unter-

führung entsprechend dem Böschungswinkel der Böschung 3 schräg abgeschnitten und besteht in diesem Bereich aus Stahlbetonfertigteilen 5, welche die Form eines Dreiecks oder eines Trapezes mit zwei rechten Winkeln haben. Die schräg angeschnittenen Enden des Flächentragwerks 4 sind ausreichend steif und werden vom restlichen Teil des Flächentragwerks 4 hinreichend festgehalten, um die Böschung 3 zu stützen. Es genügt, die schräg abgeschnittenen Enden mit einem Fundament gelenkig oder biegungssteif zu verbinden. An den äußeren Teilen der schräg abgeschnittenen Enden kann auf ein Fundament verzichtet werden. Die Schnittgrade der Böschung 3 bzw. ihrer Ebene mit dem oberen Verkehrsweg 2 kann die Längsrichtung des Verkehrsweges 1 auch in einem schiefen Winkel von beispielsweise 45° schneiden. — In F i g. 2 ist eine Überschüttung durch eine ausgezogene, gebrochene Linie dargestellt. Es sind die Höhe V10 rder Überschüttung im Scheitel des Flächentragwerks 4, die Neigung 1 :1 einer zu einer Tangentialebene des Flächentragwerks 4 parallelen Böschung und deren Abstand ¹A r von dem Flächentragwerk 4 im Verhältnis zu dessen Krümmungsradius reingetragen.

Das Flächentragwerk 4 kann aus gewölbten oder aus ebenen Stahlbetonfertigteilen 5 zusammengesetzt sein, wobei es sich stets um ein Faltwerk handelt, welches der Bogenform des Flächentragwerks 4 prismatisch angenähert ist. Ebene Stahlbetonfertigteile 5 sind besonders einfach und mit hoher Qualität herzustellen, bequem zu lagern und zu transportieren sowie für FaItwerke mit weitgehend beliebigem Krümmungsradius des bogenförmigen Flächentragwerks 4 verwendbar. Die Stahlbetonfertigteile 5 haben in der Umfangsrichtung des Prismas zweckmäßig eine Breite von 1,6 bis 2,3 m, vorzugsweise 2 m. Der Querschnitt des Flächentragwerks 4 kann kreisbogenförmig sein oder die Form einer Scheitel-Klothoide (F i g. 3) haben, wobei der Krümmungsradius vom oberen mittleren Teil nach außen hin abnimmt. Diese Form hat den Vorteil, daß die Bauhöhe sehr gering ist und das Eigengewicht des Flächentragwerks 4 im wesentlichen nur Druckspannungen und keine nennenswerten Biegemomente im Tragwerk erzeugt. — Eine sowohl aus statischen Gründen als auch hinsichtlich des Lichtraumprofils besonders günstige Bogenform wird an Hand F i g. 3 erläutert, welche die Hälfte eines Bogens zeigt, dessen oberer, mittlerer Teil ein Kreisbogen ist, an dessen Enden je eine Klothoide mit nach außen abnehmendem Radius anschließt. Die dargestellte Hälfte des Kreisbogens ist mit b, das dargestellte Ende des Kreisbogens ist mit Bund die anschließende Klothoide ist mit cbezeichnet. O ist der Ursprung des Koordinatensystems x, y der Klothoide und O' ist der Scheitelpunkt des Bogens, das ist die Mitte des nur zur Hälfte dargestellten Kreisbogens, y' ist die Mittelsenkrechte der nur zur Hälfte dargestellten Sehne s des Kreisbogens und auch die Symmetriegerade des Bogens, x'ist die Tangente im Punkte O'. der Ursprung O des Koordinantensystems liegt an der der Klothoide c abgewandten Seite der Mittelsenkrechten /'oberhalb der Scheiteltangente x', wobei der Ursprung O von der Mittelsenkrechten y' einen Abstand von etwa 0,08 a und von der Scheiteltangente x' einen Abstand von etwa 0,015 · a hat. Die Ordinate y und die Mittelsenkrechte y' divergieren nach unten in einem Winkel von etwa 4 Neugrad (entsprechend etwa 3° 36'). Dabei ist der Faktor a wenigstens annähernd durch die Gleichung R = 2,4 · a bestimmt, in welcher R der Radius des Kreisbogens ist. Die Klothoide verläuft wenigstens annähernd nach der Gleichung r · L = a², wobei rden Krümmungsradius der Klothoide und L die vom Ursprung O längs der Klothoide gemessene Entfernung bezeichnen. Im Punkt B ist R = r. Die beschriebene Unterführung kann auch mit mehreren Bögen bzw. einem diesen entsprechenden Flächentragwerk 4 ausgeführt werden. F i g. 4 zeigt eine Ausführungsform mit einem Flächentragwerk, welches als Zwillingsbogen ausgebildet und in der Mitte durch eine Pendelwand abgestützt ist.

Das Flächentragwerk 4 enthält zweckmäßig eine solche Form, daß sein Eigengewicht im wesentlichen nur Druckspannungen und keine nennenswerten Zugspannungen oder Biegemomente im Tragwerk erzeugt. Eine besonders geeignete Form liegt bei zumindest annähernd kreisbogenförmiger Krümmung vor, wobei der Zentriwinkel des Bogens zweckmäßig 50 bis 100°, insbesondere 65 bis 75° beträgt. Die auf den Fundamenten aufliegenden Enden des Flächentragwerks 4 haben vorzugsweise eine Neigung von 35 bis 55°, insbesondere 40 bis 50°, und bei Ausführung mit mehreren Bögen haben die von den Pfeilern getragenen Enden der Bögen zweckmäßigerweise eine Neigung von 5 bis 25°, insbesondere 10 bis 20°, gegen die Horizontale. Dadurch werden spitzwinklige Räume für die Überschüttung, in denen eine Verdichtung des Überschüttungsmaterials schwierig ist, vermieden. Insbesondere wird ein maschinelles Verdichten ermöglicht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Überschüttetes bogenförmiges Flächentragwerk, dessen Dicke bei zylindrischer Krümmung kleiner als V30 des Krümmungsradius, bei nichtzylindrischer Krümmung kleiner als '/40 des größten· Krümmungsradius und bei dem die Höhe der Überschüttung an der höchsten Stelle des Tragwerks bei zylindrischer Krümmung kleiner als Vio des Krümmungsradius, bei nichtzylindrischer Krümmung kleiner als V20 des größten Krümmungsradius ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Flächentragwerk (4) aus einem der Bogenform angenäherten prismatischen Faltwerk aus Stahlbetonfertigteilen (5) mit gleichbleibender Dicke besteht.

2. Flächentragwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der obere, mittlere Teil des Flächentragwerks (4) einem Bogen mit größerem Krümmungsradius als die unteren, seitlichen Teile angenähert ist.

3. Flächentragwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bogen im oberen, mittleren Teil ein Kreisbogen mit dem Radius R ist, an dessen Enden je eine Klothoide mit nach außen wenigstens annähernd nach der Gleichung r · L = a² abnehmenden Krümmungsradius /-anschließt, wobei R = etwa 2,4 · a ist, L die auf den Ursprung des Koordinatensystems der Klothoide bezogene Bogenlänge derselben bezeichnet, dieser Koordinatensprung an der der Klothoide abgewandten Seite der Mittelsenkrechten der Sehne des Kreisbogens etwa 0,08 · a von dieser Mittelsenkrechten entfernt und etwa 0,015 · a oberhalb der Scheiteltangenten des Kreisbogens liegt, die Ordinate dieses Koordinatensystems in einem Winkel von etwa 4 Neugrad in bezug auf diese Mittelsenkrechte nach unten divergiert und an den Enden des Kreisbogens R = r ist.

4. Flächentragwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der im Zentrum des größten Krümmungskreises gemessene Winkel zwischen den auf den Fundamenten aufgesetzten Tragwerkrändern 50 bis 100° beträgt.

5. Flächentragwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, für eine Unterführung, dadurch gekennzeichnet, daß das Flächentragwerk (4) an zumindest einem Ende der Unterführung schräg abgeschnitten und die Schnittebene eine Böschungsebene der Überschüttung des Tragwerks ist.