DE19719409A9 - Support especially to carry magnetic trains - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Tragelement, vorzugsweise eine Spannbett-Verbundbrücke, bestehend aus einer Stahl-Spannbeton-Konstruktion, auf der Basis von Reibeverbund, bestehend aus Querschotte zwischen nebeneinanderliegenden Hohlkörpern, wobei die Hohlkörper zunächst mittels Spanndrähten vorgespannt werden und danach ein Verfüllen der Räume über den Schalungsprofilen mittels Beton erfolgt. Nach Aushärten des Betons wird die Endverankerung der Spannbewehrung freigesetzt und somit der Spannbett-Verbundquerschnitt vorgespannt. Weitgehend durch Reibung zwischen den hier großen Kontaktflächen entsteht ein Schubkraftschluß zwischen Stahlkonstruktion und Beton, der gewährleistet, daß ein Tragelement mit geringem Eigengewicht, geringer Bauhöhe und geringem Schalaufwand bei geringen Investitions- und Unterhaltungskosten sowie langen Standzeiten, hohen Sicherheiten, kurzen Bauzeiten und ohne Betonnachbehandlung entsteht. Mit dem Schutzrecht wird auch ein Verfahren zum Herstellen des Tragelementes geschützt. The present invention relates to a support element, preferably a tension bed composite bridge, consisting of a steel-prestressed concrete structure, on the basis of friction composite, consisting of transverse bulkheads between adjacent hollow bodies, the hollow bodies first being prestressed by means of tensioning wires and then filling the spaces the shuttering profiles are made using concrete. After the concrete has hardened, the end anchorage of the prestressed reinforcement is released and the composite cross-section is prestressed. Largely due to the friction between the large contact surfaces here, there is a shear force connection between the steel construction and the concrete, which ensures that a load-bearing element is created with a low dead weight, low construction height and low cost of formwork with low investment and maintenance costs as well as long service lives, high levels of safety, short construction times and without post-treatment of concrete . A method for manufacturing the support element is also protected with the property right.
Description
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft ein Tragelement entsprechend dem Oberbegriff des 1. Patentanspruches und ein Verfahren zum Herstellen eines Tragelements.The invention relates to a support element according to the preamble of the first claim and a method for Manufacture of a support element.
Die Erfindung ist überall dort anwendbar, wo Tragelemente, vorzugsweise Brücken mit geringem Eigengewicht, geringer Bauhöhe, ohne zusätzlichen Schalaufwand und ohne Leergerüst, bei geringen Investitionskosten, langer Stand zeit und hoher Sicherheit gegen den Versagenszustand sowie kurzen Bauzeiten und ohne Betonnachbehandlung erstellt werden müssen.The invention can be used wherever supporting elements, preferably bridges with a low dead weight, low construction height, without additional formwork and without empty scaffolding, with low investment costs, longer Service life and a high level of security against failure as well as short construction times and without post-treatment of concrete Need to become.
Allgemein sind als Tragelemente beispielsweise Stahlbeton- bzw. Massivbrücken, Spannbetonbrücken, Stahlbrükken und Stahl-Beton-Verbundbrücken bekannt (E Leonhardt, Vorlesung über Massivbau, Teil 6, Springer-Verlag 1979, und Teil 5, Springer-Verlag 1986; K. H. Holst, Brükken aus Stahlbeton und Spannbeton, Verlag Ernst & Sohn 1985). Diese Brückenkonstruktionen haben folgende Nachteile: In general, reinforced concrete or solid bridges, prestressed concrete bridges, steel bridges, for example, are support elements and steel-concrete composite bridges known (E Leonhardt, lecture on solid construction, part 6, Springer-Verlag 1979, and Part 5, Springer-Verlag 1986; K. H. Holst, bridges made of reinforced concrete and prestressed concrete, Verlag Ernst & Sohn 1985). These bridge constructions have the following disadvantages:
Stahlbeton- bzw. Massivbrücken: hohes Eigengewicht, großer Schalaufwand und damit lange Bauzeiten, Rißbildung durch Hydratation, Schwinden und Kriechen des Betons, was Korrosion der Bewehrung zur Folge hat und damit die Standzeiten sehr begrenzt, wobei auch die Spannweiten, bedingt durch das Eigengewicht, begrenzt sind, die Betonoberfläche, die zum großen Teil freiliegt, sehr schnell austrocknet, was wiederum erhöhtes Schwinden zur Folge hat.Reinforced concrete or solid bridges: high dead weight, high formwork effort and thus long construction times, crack formation by hydration, shrinkage and creep of the concrete, which leads to corrosion of the reinforcement and thus the Very limited service life, whereby the spans are also limited due to their own weight, the concrete surface, which is largely exposed, dries out very quickly, which in turn results in increased shrinkage.
Auch Spannbetonbrücken haben durch ihr hohes Eigengewicht eine begrenzte Spannweite, wobei ein relativ hoher Aufwand bei der Herstellung vorhanden ist. Auch bei dieser Brückenart kommen Rißbildungen vor. Das Vorspannen gegen den erhärteten Beton ist ungenau und bringt Probleme beim Korrosionsschutz der Spannbewehrung mit sich.Prestressed concrete bridges also have a limited span due to their high dead weight, although a relatively high one There is effort in the production. This type of bridge also cracks. Pre-tensioning against the hardened concrete is imprecise and causes problems with the corrosion protection of the prestressed reinforcement.
Bei Stahlbrücken entsteht ein hoher Vorfertigungs- und Montageaufwand. Durch das schnelle Abkühlen des Werkstoffes besteht Vereisungsgefahr.In the case of steel bridges, there is a high level of prefabrication and assembly work. Due to the rapid cooling of the material there is a risk of icing.
Insbesondere Korrosionsschutzmaßnahmen machen Stahlbrücken häufig teurer. Gleiches trifft bei Schallemissionsmaßnahmen , besonders bei Eisenbahnbrücken, zu.Corrosion protection measures in particular often make steel bridges more expensive. The same applies to noise emission measures , especially on railway bridges.
Auch Stahl-Beton-Verbundbrücken können diese Nachteile nicht abstellen. Da diese feldweise betoniert werden müssen und die Längsverspannung fast ausschließlich durch Stützensenkung erzeugt werden kann, entstehen lange und lohnintensive Bauzeiten.Steel-concrete composite bridges can also have these disadvantages do not turn off. Since these have to be concreted field by field and the longitudinal bracing is almost entirely through Column subsidence can be generated, resulting in long and wage-intensive construction times.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Tragelement zu entwickeln, das die die Nachteile des Standes der Technik beseitigt und bei geringem Eigengewicht gegenüber Massiv- und Spannbetonbrücken ohne zusätzlichen Schalungsaufwand, kostensparend, bei langer Standzeit und hoher Sicherheit herstellbar ist.It is therefore the object of the invention to develop a support element which has the disadvantages of the prior art eliminated and with a low dead weight compared to solid and prestressed concrete bridges without additional formwork, cost-saving, with a long service life and high security can be produced.
Diese Aufgabe wird durch ein Tragelement, vorzugsweise eine Spannbett-Verbundbrücke, nach den Merkmalen des 1. Patentanspruches gelöst.This task is achieved by a support element, preferably a composite tension bed bridge, according to the features of the 1st claim solved.
Die Herstellung des Tragelements erfolgt nach einem Verfahren entsprechend dem 9. Patentanspruch.The production of the support element takes place according to a method according to the 9th claim.
Unteransprüche geben die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wieder.Subclaims reproduce the advantageous embodiment of the invention.
Die erfindungsgemäße Lösung sieht ein Tragelement, vorzugsweise eine Spannbett-Verbundbrücke, vor, die aus einer Stahl-Spannbeton-Konstruktion auf der Basis von Reibeverbund besteht, wobei zwischen nebeneinanderliegenden Hohlkörpern Querschotte angeordnet sind. Bei den Hohlkörpern handelt es sich vorzugsweise um dicke Rohre, die mit den Querschotten verschweißt sind, wobei die Querschotte in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen zu den Rohren angebracht sind. Die Montage kann in der Weise erfolgen, daß die Rohre zwischen den Brückenpfeilern zunächst aufgelegt und dann die Verbindung mit den Querschotten erfolgt.The solution according to the invention provides a support element, preferably a composite tension bed bridge, which consists of a reinforced concrete structure based on a friction bond exists, with transverse bulkheads being arranged between adjacent hollow bodies. Both Hollow bodies are preferably thick pipes which are welded to the transverse bulkheads, the transverse bulkheads are attached to the pipes at regular or irregular intervals. The assembly can be done in the way take place that the pipes are first placed between the bridge piers and then the connection with the transverse bulkheads he follows.
Denkbar ist es aber auch, Querschotte und Rohre vor der Montage miteinander zu verbinden.However, it is also conceivable to connect transverse bulkheads and pipes to one another prior to assembly.
Als Verbindung zwischen Querschott und Hohlkörper ist es vorteilhaft, Schweißverbindungen zu wählen.As a connection between the transverse bulkhead and the hollow body, it is advantageous to choose welded connections.
Die Erfindung sieht weiterhin vor, daß längs der Hohlkörper, die vorteilhafterweise als Rohre ausgeführt sind, Spanndrähte verlaufen, mit denen die Stahlkonstruktion vorgespannt werden kann. Die Spanndrähte sind je nach statischen Erfordernissen unter- bzw. oberhalb der Mittellinie der Hohlkörper anzuordnen. Bei der Anordnung der Spanndrähte sind auch gemischte Varianten möglich. Die Anzahl der Spanndrähte richtet sich danach, welche Kräfte aufgenommen werden müssen und welche Materialstärken und qualitäten Verwendung finden sollen. Die Spanndrähte werden am jeweiligen Brückenende endverankert. Das Vorspannen erfolgt durch Freisetzen von Keilplatten nach Aushärten des Betons.The invention further provides that along the hollow body, which are advantageously designed as tubes, tension wires run with which the steel structure can be prestressed. The tension wires are depending on the static To arrange requirements below or above the center line of the hollow body. When arranging the tension wires Mixed variants are also possible. The number of tension wires depends on the forces absorbed must be and which material thicknesses and qualities should be used. The tension wires will be anchored at the end of each bridge. Tensioning takes place by releasing wedge plates after hardening of the concrete.
Weiterhin ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß bei Bedarf schlaffe Bewehrungselemente zwischen und oberhalb der Hohlkörper bzw. Rohre angeordnet sind.Furthermore, the invention is characterized in that if necessary slack reinforcement elements between and are arranged above the hollow body or tubes.
Den unteren Abschluß der Konstruktion bilden Schalungsprofile. Diese Schalungsprofile erhöhen die Stabilität der Stahlkonstruktion und bilden für den zu verfüllenden Beton eine untere Begrenzung.Formwork profiles form the lower end of the construction. These formwork profiles increase the stability the steel structure and form a lower limit for the concrete to be filled.
Die Montage der Stahlkonstruktion kann sowohl in Brükkenendposition
als auch an einem anderen Ort erfolgen.
Nachdem die Stahlkonstruktion montiert ist, erfolgt ein Vorspannen der Stahlkonstruktion. Vorteilhaft ist es, die
Stahlkonstruktion, sofern sie auf zwei Trägern ruht, nach dem Prinzip des Langer'schen Balkens in den Brückenendpositionen
vorzuspannen.The assembly of the steel structure can be done in the bridge end position as well as at another location.
After the steel structure has been assembled, the steel structure is pre-tensioned. It is advantageous to pretension the steel structure, provided it rests on two girders, in the bridge end positions according to the Langer beam principle.
Beim Träger auf zwei Stützen treten die Biegezugspannungen immer am unteren Querschnittsrand auf. Beim Träger auf drei Stützen treten sie jedoch über der mittleren Stütze am oberen Querschnittsrand auf. Also muß hier die Spannbewehrung auch am oberen Rand verlaufen. Ein für die Gesamtanordnung wesentlicher Punkt ist nun, daß die Verspannung eines Sprengwerkes (Langer'scher Balken ist nur ein Repräsentant für den Träger auf zwei Stützen) die Spannglieder genau an derselben Stelle führt, wie sie für die optimale Spanngliedführung im Spannbetonträger erforderlich sind.In the case of a beam on two supports, the tensile bending stresses always occur at the lower edge of the cross-section. At the carrier however, on three supports they occur above the middle support at the upper edge of the cross-section. So here has to be Prestressing reinforcement also run along the upper edge. An essential point for the overall arrangement is that the Bracing of a truss (Langer'scher beam is only a representative for the girder on two supports) the Tendon guides in exactly the same place as required for optimal tendon guidance in the prestressed concrete girder are.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist es, daß die Räume zwischen den Hohlkörpern bzw. Rohren und den Schalungsprofilen mit Beton verfüllt werden.Another feature of the invention is that the spaces between the hollow bodies or tubes and the Formwork profiles are filled with concrete.
Vorteilhaft ist es, dieses Verfüllen mit Beton mittels Betonpumpe vorzunehmen, erforderlichenfalls kann ein Verdichten des Frischbetons mittels Außenrüttler oder Vibrationskörper erfolgen, welcher an der Schalaußenhaut befestigt wird, wobei das Verfüllen vorzugsweise in Feldmitte, d. h. in der Mitte zwischen zwei Auflagern (Stützen), begonnen werden sollte, falls die statische Berechnung keine andere Betonierabfolge fordert.It is advantageous to do this backfilling with concrete using a concrete pump; if necessary, it can be compacted of the fresh concrete are carried out by means of an external vibrator or vibrating body, which is attached to the outer shell of the formwork is, the backfilling preferably in the middle of the field, d. H. in the middle between two supports (supports) should be used if the static calculation does not require a different concreting sequence.
An den Hohlkörpern bzw. Stahlrohren kann Wasser durch jeweils ein angeschweißtes Einlauf- bzw. Auslaufventil am jeweiligen Rohrende in den dichtgeschweißten Hohlraum desselben eingeleitet werden. Durch das Einleiten von Wasser kann ein Voreinstellen zusätzlicher Verkehrslasten oder ein Abgleichen unterschiedlicher Temperaturausdehnungen beim Einsetzen des Hydratationsvorganges erfolgen.On the hollow bodies or steel pipes, water can flow through a welded-on inlet or outlet valve on the respective pipe end are introduced into the sealed-welded cavity of the same. By introducing water can be a presetting of additional traffic loads or a balancing of different temperature expansions take place at the onset of the hydration process.
Nach Aushärten des Betons kann die Endverankerung der Spanndrähte am jeweiligen Trägerende gelöst werden, da die Zugkräfte im Spanndraht durch die Kontraktion als Druckkräfte in den Beton übertragen werden. Damit ist die Grundidee des Spannbetonbaus immer da, wo Betonquerschnitte aus äußeren Lasten Biegezugspannungen auftreten,After the concrete has hardened, the end anchoring of the tension wires at the respective end of the girder can be loosened the tensile forces in the tension wire are transmitted as compressive forces into the concrete through the contraction. That’s the The basic idea of prestressed concrete construction is always where concrete cross-sections from external loads occur, tensile bending stresses,
den Querschnitt durch Vorspannung zu Überdrücken, erfüllt.to overpress the cross-section by prestressing.
Die aus aus der resultierenden Gesamtanordnung entstehende Tragwirkung ist als verbesserte Hohlplatte oder Zellenkasten zu betrachten.The load-bearing effect resulting from the resulting overall arrangement is an improved hollow plate or cell box consider.
Es besteht natürlich jede erdenkliche Varianz in der Formgebung der Hohlkörper und der Schalungsprofile, so daß sämtliche anderen Tragwerksformen, wie Plattenbalken, Hohlkasten und Stabbögen, entstehen. Ebenso kann die Tragwirkung erst einmal quer zur Haupttragrichtung zwischen Hauptträgern derselben Bauweise erfolgen.There is of course every conceivable variance in the shape of the hollow bodies and the formwork profiles, see above that all other structural forms, such as T-beams, box girders and bar arches, are created. The The load-bearing effect is carried out transversely to the main load-bearing direction between main girders of the same construction.
Das erfindungsgemäße Tragelement hat ein geringes Eigengewicht, geringe Bauhöhe, benötigt keinen zusätzlichen Schalaufwand, keine Leergerüste, womit geringe Investitionskosten und geringe Unterhaltskosten verbunden sind, wobei sich die Standzeit erhöht und eine höhere Sicherheit gegen den Versagungszustand bei kürzeren Bauzeiten gewährleistet ist. Eine Betonnachbehandlung muß nicht erfolgen, da die Betonaußenflächen nicht austrocknen können, was einen Wegfall der Rißbildung zur Folge hat.The support element according to the invention has a low dead weight, low overall height and does not require any additional Formwork effort, no empty scaffolding, which means low investment costs and low maintenance costs, the service life is increased and a higher level of security against failure is ensured with shorter construction times is. Post-treatment of concrete does not have to be carried out, as the external concrete surfaces cannot dry out, which has the consequence of eliminating the formation of cracks.
Im folgenden soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel und 4 Figuren näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:In the following, the invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment and 4 figures. The figures show:
Fig. 1 Stahlrohre mittels eingeschweißter Querschotte verbunden, Fig. 1 steel pipes connected by means of welded transverse bulkheads,
Fig. 2 Stahlrohre mit Querschotten und eingelegten Spanndrähten, Schalungsprofil und einer schlaffen Bewehrung, Fig. 2 steel pipes with transverse bulkheads and inserted tensioning wires, formwork profile and slack reinforcement,
Fig. 3 Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Spannbett-Verbundbrücke Fig. 3 shows a longitudinal section through the chip bed composite bridge
Fig. 4 Querschnitt durch die erfindungsgemäße Spannbett-Verbundbrücke mit eingebrachtem Beton. Fig. 4 Cross section through the composite tension bed bridge according to the invention with poured concrete.
Die in Fig. 1 dargestellten Stahlrohre 1 sind in gleichen Abständen zueinander angeordnet und mittels Schweißnaht mit den Querschotten 2 verbunden, die in Abständen längs der Stahlrohre 1 angeordnet sind. Entlang der Stahlrohre 1 und in gleichem Abstand zu den Stahlrohren verlaufen, wie aus Fig. 2 zu ersehen, Spanndrähte 3, die mit der Ankerplatte für Keilanker mit konischer Bohrung an den Brückenenden verbindbar sind. Die Stahlrohre 1 wurden einzeln zwischen die Lager aufgelegt und vor Ort mit den Querschotten 2 verschweißt. Die schlaffe Bewehrung in Form von verbogenen Bügeln wird mit Abstandhaltern auf die Stahlkonstruktion abgelegt und mittels Rödeldraht an der Längsbewehrung befestigt. Danach erfolgt das Einfädeln der Spann-Bewehrung, d. h., die Spanndrähte 3 werden mittels Schablone in der Lage zueinander fixiert und mit Keilverankerung am jeweiligen Trägerende befestigt (Fig. 3). Das Schalungsprofil 5 hat die Aufgabe, die aus StahlrohrenThe steel pipes 1 shown in FIG. 1 are arranged at equal intervals from one another and connected by means of a weld to the transverse bulkheads 2, which are arranged at intervals along the steel pipes 1. As can be seen from FIG. 2, tensioning wires 3, which can be connected to the anchor plate for wedge anchors with a conical bore at the bridge ends, run along the steel pipes 1 and at the same distance from the steel pipes. The steel pipes 1 were placed individually between the bearings and welded to the transverse bulkheads 2 on site. The slack reinforcement in the form of bent stirrups is placed on the steel structure with spacers and attached to the longitudinal reinforcement using tie wire. The tensioning reinforcement is then threaded in, ie the tensioning wires 3 are fixed in position relative to one another by means of a template and attached to the respective end of the girder with wedge anchoring (FIG. 3). The formwork profile 5 has the task of being made of steel pipes
1 und Querschotte 2 bestehende Stahlkonstruktion nach unten abzudichten und die unmittelbare Belastung aus dem Frischbeton aufzunehmen und mitzutragen. Die Querschotte1 and transverse bulkheads 2 to seal the existing steel structure downwards and the direct load from the Pick up and carry fresh concrete. The transverse bulkheads
2 haben im vorliegenden Beispiel einen Längsabstand von2 in the present example have a longitudinal distance of
3 m. Oberhalb der Stahlrohre 1 wird in die Konstruktion die Querbewehrung 4 eingebracht. Wie Fig. 3 zeigt, verlaufen die Spanndrähte 3 in den Randelementen schräg nach oben, was ein Verspannen, insbesondere des mittleren Bereiches, nach oben bewirkt.3 m. Above the steel pipes 1, the transverse reinforcement 4 is introduced into the structure. As FIG. 3 shows, the tension wires 3 in the edge elements run obliquely upwards, which causes tensioning, in particular of the central area, upwards.
Die Rohre 1 werden mittels Spanndrähten 3, welche üblicherweise sonst als Spannbewehrung im Spannbett für Vorspannung mit sofortigem Verbund bei Spannbeton-Fertigteilen eingesetzt werden, als Langer'scher Balken unterspannt. Das Stahlrohr 1 mit Querschott 2 wird nun zum ungleich biegesteiferen Schalungsträger. Nachdem die Vorspannung erfolgt ist, kann durch jeweils eingeschweißte Einlauf- und Auslaufventile am jeweiligen Stahlrohrende Wasser in den dichtgeschweißten Hohlraum der Stahlrohre leingeleitet werden. Das hat den Vorteil, daß damit die Voreinstellung der Vorspannung erleichtert werden kann. Das Wasser wird nach Aushärten des Betons 10 wieder abgelassen. Nachdem die Stahlrohre 1 über die Spanndrähte 3 verspannt sind, kann zwischen ihnen in die Schalungsprofile 5 Beton 10 eingefüllt werden. Das Einfüllen des Betons 10 erfolgt mittels Betonpumpe von der Mitte zwischen zwei Auflegern (Stützen) aus. Der Beton wird mittels Vibrationskörpern, welche an der Schalenaußenhaut befestigt sind, eingerüttelt bzw. mit Flachrüttlern verdichtet. Durch das Einbringen des Frischbetons erhöhen sich die Zugkräfte in den Stahldrähten 3. Die Stahldrähte 3 sind als gerippte Stahldrähte ausgeführt, was zur Folge hat, daß höherer Verbund zwischen dem erhärteten Beton 10 und den Spanndrähten 3 herrscht.The pipes 1 are made by means of tensioning wires 3, which are usually used as tension reinforcement in the tensioning bed for prestressing can be used with immediate bonding for pre-stressed concrete elements, spanned as Langer's beams. The steel pipe 1 with transverse bulkhead 2 now becomes a formwork beam that is unevenly more rigid. After the preload has taken place, water can enter the water through the welded-in inlet and outlet valves at the respective end of the steel pipe tightly welded cavity of the steel pipes. This has the advantage that it is the default setting the preload can be facilitated. After the concrete 10 has hardened, the water is drained off again. After the steel pipes 1 are braced via the tension wires 3, 5 concrete 10 can be poured into the formwork profiles between them will. The concrete 10 is filled in by means of a concrete pump from the middle between two supports (supports) out. The concrete is shaken in or out by means of vibration bodies which are attached to the shell's outer skin. compacted with flat vibrators. Introducing the fresh concrete increases the tensile forces in the steel wires 3. The steel wires 3 are designed as ribbed steel wires, which has the consequence that higher bond between the hardened concrete 10 and the tension wires 3 prevails.
Nach Aushärten des Betons 10 werden die Endverankerungen der Spanndrähte 3 am jeweiligen Tägerende gelöst, so daß die Zugkräfte im Spanndraht 3 durch die Kontraktion als Druckkräfte in den Beton 10 übertragen werden. Die Oberfläche der Konstruktion muß in geeigneter Weise unmittelbar nach Betonieren abgedeckt werden 9.After the concrete 10 has hardened, the end anchors of the tension wires 3 at the respective end of the girder are loosened, so that the tensile forces in the tension wire 3 are transmitted as compressive forces into the concrete 10 by the contraction. the The surface of the construction must be covered in a suitable manner immediately after concreting 9.
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