DE19719409C2 - Tragelement und Verfahren zum Herstellen eines Tragelementes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Tragelement entsprechend dem Oberbegriff des 1.Patentanspruches und ein Verfahren zum Herstellen eines Tragelements.

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 Standzeit und hoher Sicherheit gegen den Versagenszustand sowie kurzen Bauzeiten und ohne Betonnachbehandlung erstellt werden müssen.

Allgemein sind als Tragelemente beispielsweise Stahlbeton- bzw. Massivbrücken, Spannbetonbrücken, Stahlbrücken und Stahl-Beton- Verbundbrücken bekannt (F. Leonhardt, Vorlesung über Massivbau, Teil 6, Springer-Verlag 1979, und Teil 5, Springer-Verlag 1986; K. H. Holst, Brücken aus Stahlbeton und Spannbeton, Verlag Ernst & Sohn 1985). Diese Brückenkonstruktionen haben folgende Nachteile:

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.

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.

Bei Stahlbrücken entsteht ein hoher Vorfertigungs- und Montageaufwand. Durch das schnelle Abkühlen des Werkstoffes besteht Vereisungsgefahr.

Insbesondere Korrosionsschutzmaßnahmen machen Stahlbrücken häufig teurer. Gleiches trifft bei Schallemissionsmaßnahmen, besonders bei Eisenbahnbrücken, zu.

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.

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.

Diese Aufgabe wird durch ein Tragelement, vorzugsweise eine Spannbett- Verbundbrücke, nach den Merkmalen des 1. Patentanspruches gelöst.

Die Herstellung des Tragelements erfolgt nach einem Verfahren entsprechend dem 9. Patentanspruch.

Unteransprüche geben die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wieder.

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.

Denkbar ist es aber auch, Querschotte und Rohre vor der Montage miteinander zu verbinden.

Als Verbindung zwischen Querschott und Hohlkörper ist es vorteilhaft, Schweißverbindungen zu wählen.

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.

Weiterhin ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß bei Bedarf schlaffe Bewehrungselemente zwischen und oberhalb der Hohlkörper bzw. Rohre angeordnet sind.

Den unteren Abschluß der Konstruktion bilden Schalungsprofile. Diese Schalungsprofile erhöhen die Stabilität der Stahlkonstruktion und bilden für den zu verfüllenden Beton eine untere Begrenzung.

Die Montage der Stahlkonstruktion kann sowohl in Brückenendposition 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.

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.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist es, daß die Räume zwischen den Hohlkörpern bzw. Rohren und den Schalungsprofilen mit Beton verfüllt werden.

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.

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.

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, den Querschnitt durch Vorspannung zu überdrücken, erfüllt.

Die aus aus der resultierenden Gesamtanordnung entstehende Tragwirkung ist als verbesserte Hohlplatte oder Zellenkasten zu betrachten. 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.

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.

Im folgenden soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel und 4 Figuren näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:

Fig. 1: Stahlrohre mittels eingeschweißter Querschotte verbunden,

Fig. 2: Stahlrohre mit Querschotten und eingelegten Spanndrähten, Schalungsprofil und einer schlaffen Bewehrung,

Fig. 3: Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Spannbett- Verbundbrücke,

Fig. 4: Querschnitt durch die erfindungsgemäße Spannbett- Verbundbrücke mit eingebrachtem Beton

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 Stahlrohren 1 und Querschotte 2 bestehende Stahlkonstruktion nach unten abzudichten und die unmittelbare Belastung aus dem Frischbeton aufzunehmen und mitzutragen. Die Querschotte 2 haben im vorliegenden Beispiel einen Längsabstand von 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.

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 1 eingeleitet 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.

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.

Claims (17)

1. Tragelement, vorzugsweise ausgebildet als Spannbett-Verbundbrücke, bestehend aus einer Stahl-Spannbeton-Verbundkonstruktion auf der Basis von Reibeverbund, wobei

• 1. Querschotte (2) zwischen nebeneinanderliegenden Hohlkörpern (1),
• 2. Spanndrähte (3) zwischen und längs der Hohlkörper (1) verlaufend,
• 3. Bewehrungselemente (4) zwischen und oberhalb der Hohlkörper (1) angeordnet sind, wobei
• 4. Schalungsprofile (5) den unteren Abschluß der Konstruktion bilden, und
• 5. die Räume zwischen den Hohlkörpern (1) und den Schalungsprofilen (5) verfüllt sind.

2. Tragelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Querschotte (2) und Hohlkörper (1) miteinander verbunden sind.

3. Tragelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper (1) als Rohre ausgebildet sind.

4. Tragelement nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanndrähte (3) so gestaltet sind, daß sie eine große Oberfläche aufweisen.

5. Tragelement nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanndrähte (3) unterhalb der Mittellinie der Hohlkörper (1) angeordnet sind.

6. Tragelement nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Brücke mit abdichtendem Material (9) versehen ist.

7. Tragelement nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an den Rohren (1) Öffnungen an den Stahlrohren (1) zum Befüllen und Entleeren der Stahlrohre (1) mit Flüssigkeit vorhanden sind.

8. Tragelement nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch Varianten in der Wahl und Anordnung der Hohlkörper und Schalungsprofile andere Tragwerksformen, wie Plattenbalken, Hohlkasten und Stabbögen, entstehen.

9. Verfahren zum Herstellen eines Tragelements nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. Hohlkörper untereinander mittels Querschotte verbunden,
• 2. zwischen den Hohlkörpern Spanndrähte, schlaffe Bewehrung und Schalungsprofile eingebracht werden,
• 3. die Stahlkonstruktion mittels in der Stahlkonstruktion vorhandener Spanndrähte vorgespannt wird,
• 4. die Zwischenräume zwischen Hohlkörper und Schalungsprofil verfüllt werden und
• 5. nach Aushärten der Verfüllmasse die Spanndrähte von ihren Endverankerungspunkten gelöst werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung von Hohlkörper und Querschott vor der Montage auf die Tragpfeiler erfolgt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Montage der Stahlkonstruktion in Montageendposition erfolgt.

12. Verfahren nach den Ansprüchen 9, 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorspannen der Stahlkonstruktion nach dem' Prinzip des Langer'schen Balkens erfolgt.

13. Verfahren nach den Ansprüchen 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorspannen der Tragelementkonstruktion mittels Freisetzen der Endverankerungen an den Tragwerkenden erfolgt.

14. Verfahren nach den Ansprüchen 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Voreinstellen von Kräften durch Füllen der Stahlrohre mit Wasser erfolgt.

15. Verfahren nach den Ansprüchen 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Einrütteln von Beton von der Mitte zwischen den Auflagepunkten aus erfolgt.

16. Verfahren nach den Ansprüchen 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verdichten des eingebrachten Betons mittels Rüttler erfolgt.

17. Verfahren nach den Ansprüchen 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß nach Aushärten des Betons die Spanndrähte mittels zu lösender Keilplatte freigesetzt wird.