DE20010270U1 - Beam-shaped steel-concrete composite construction, in particular composite bridge - Google Patents
Beam-shaped steel-concrete composite construction, in particular composite bridgeInfo
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Description
13.06.2000 M/Mr.13.06.2000 M/Mr.
Dyckerhoff & Widmann Aktiengesellschaft, 81902 MünchenDyckerhoff & Widmann Aktiengesellschaft, 81902 Munich
Balkenförmige Stahl-Beton-Verbundkonstruktion, insbesondere VerbundbrückeBeam-shaped steel-concrete composite structure, in particular composite bridge
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Beschreibung:Description:
Die Erfindung betrifft eine balkenförmige Stahl-Beton-Verbundkonstruktion, insbesondere eine Verbundbrücke, mit mindestens einem Längsträger aus Stahl und einer Fahrbahnplatte sowie gegebenenfalls Auflagerquerträgern aus Stahloder Spannbeton.The invention relates to a beam-shaped steel-concrete composite structure, in particular a composite bridge, with at least one longitudinal beam made of steel and a roadway slab and optionally support cross beams made of reinforced or prestressed concrete.
Beim Neubau, Ausbau und bei der Verbreiterung zweibahniger Bundesfernstraßen müssen zahlreiche kreuzende Straßen, Wege und Gewässer überführt werden. Zudem müssen oft bei älteren Brückenbauwerken im Rahmen von Sanierungsund Instandsetzungsarbeiten die Überbauten durch neue ersetzt werden. Bei Spannweiten zwischen 20 und 40 m werden hierzu vorgespannte Plattenbalkenbrücken als Überbautragwerke bevorzugt. Zu ihrer Herstellung ist allerdings in der Regel ein Lehrgerüst erforderlich.When building, expanding or widening two-lane federal highways, numerous intersecting roads, paths and bodies of water have to be crossed. In addition, the superstructures of older bridge structures often have to be replaced with new ones as part of renovation and repair work. For spans between 20 and 40 m, prestressed plate-beam bridges are preferred as superstructures. However, a falsework is usually required for their construction.
Daneben wird auch die Verbundbauweise mit Stahlträgern in Längsrichtung und Stahlbetonplatte als Fahrbahntafel angewandt. Bei der Verbundbauweise werden die Baustoffe Stahl und Beton entsprechend ihren Eigenschaften gezielt eingesetzt; die kraftschlüssige Verbindung zwischen beiden Werkstoffen wird in der Regel durch besondere Verbundmittel, hauptsächlich auf die Stahlteile aufgeschweißte Kopfbolzendübel, herbeigeführt.In addition, the composite construction method is also used, with steel beams in the longitudinal direction and a reinforced concrete slab as a roadway panel. In the composite construction method, the building materials steel and concrete are used specifically according to their properties; the force-fit connection between the two materials is usually achieved by special bonding agents, mainly headed bolts welded onto the steel parts.
Die Verbundbauweise gewährt dann auch den Vorteil, dass auf ein Lehrgerüst verzichtet werden kann, wenn die Stahllängsträger so ausgebildet sind, dass sie im Bauzustand, also noch ohne Verbundwirkung, das Fahrbahngewicht tragen können. Die Fahrbahntafel wird in diesem Fall mittels eines Schalwagens oder mittels an den Stahlträgem befestigter Schalungen betoniert. Bei der Verbundbauweise werden im wesentlichen der Biegezug im Feldbereich, der Biegedruck im Stützenbereich und der Schub den Stahlträgern zugewiesen, die daher in ihrer Dimensionierung den unterschiedlichen Beanspruchungen anzupassen sind.The composite construction method also offers the advantage that a falsework is not required if the steel longitudinal beams are designed in such a way that they can bear the weight of the roadway in the construction state, i.e. without the composite effect. In this case, the roadway slab is concreted using a formwork carriage or formwork attached to the steel beams. In the composite construction method, the bending tension in the span area, the bending pressure in the column area and the shear are essentially assigned to the steel beams, which must therefore be dimensioned to suit the different loads.
Als Stahllängsträger werden gewalzte oder geschweißte I-Träger, bei Großbrücken auch Fachwerkträger, oder Hohlkästen eingesetzt. Werden Querträger über den Endauflagern oder gegebenenfalls an einer Mittelstütze angeordnet, dann schließen in der Regel die Stahlträger über Kopfplatten an den Seitenwänden der Querträger an; die Einleitung der Querkräfte erfolgt bei Querträgern aus Stahl durch Schraubverbindungen. Daneben sind auch schon Querträger aus Stahlbeton bekannt; bei diesen erfolgt die Einleitung der Querkräfte über Kopfbolzendübel, die -je nach Variante - entweder an den Kopfplatten oder an den Stahlträgerstegen angeschweißt sind.Rolled or welded I-beams, or lattice girders in large bridges, or hollow boxes are used as longitudinal steel girders. If cross girders are arranged above the end supports or possibly on a central support, then the steel girders are usually connected to the side walls of the cross girders via head plates; the introduction of the transverse forces in steel cross girders is done by screw connections. Cross girders made of reinforced concrete are also known; in these, the introduction of the transverse forces is done via headed bolts, which - depending on the variant - are welded either to the head plates or to the steel girder webs.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Möglichkeiten zu finden, um die bei der Verbundbauweise angestrebte Ausnutzung der Werkstoffe entsprechend ihren Festigkeiten noch zu steigern und so zu einer noch wirtschaftlicheren Bauweise zu kommen.Against this background, the invention is based on the task of finding ways to further increase the utilization of the materials in composite construction in accordance with their strengths and thus to achieve an even more economical construction method.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.According to the invention, this object is achieved by the features specified in claim 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous further developments arise from the subclaims.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, bei Verbundkonstruktionen, insbesondere Verbundbrücken, bei denen der bzw. die Längsträger als Stahlhohlkasten ausgebildet sind, den im Feldbereich nur die Fahrbahnplatte bildenden Stahlbeton schon vor dem Stützbereich, also bereits vor etwaigen Auflager- oder Stützenquerträgern, bis zu den Lagern herunterzuführen. Der Stahlbeton übernimmt dann dort als räumliche Druckstrebe den wesentlichen Teil der Schubkraft, über einer etwaigen Mittelstütze auch die Druckkraft des Untergurtes. Damit wird das Druckaufnahmevermögen des Betons vorteilhaft genutzt bei gleichzeitiger Minimierung von Material und Arbeitsaufwand für die Stahlkonstruktion.The invention is based on the idea of leading the reinforced concrete, which only forms the roadway slab in the field area, down to the bearings in front of the support area, i.e. in front of any bearing or column cross beams, in composite structures, in particular composite bridges in which the longitudinal beam(s) are designed as steel hollow boxes. The reinforced concrete then takes on the majority of the shear force there as a spatial compression strut, and also the compression force of the bottom flange above any central support. This makes advantageous use of the concrete's pressure-absorbing capacity while simultaneously minimizing the material and labor required for the steel structure.
i, t i, t
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Da auf diese Weise der Kraftschluss zwischen zwei beispielsweise über einer Mittelstütze zusammenstoßenden Stahlträgern über die erfindungsgemäße Kämpferausbildung erzielt wird, entfallen auf der Baustelle aufwendige Schweißarbeiten, weil für die Stahlträger keine kraftschlüssige Verbindung hergestellt zu werden braucht. Insbesondere bei Mehrfeldbrücken wird dadurch erreicht, dass die vorgefertigten Stahlhohlkästen ohne Stahlbautätigkeit auf der Baustelle nur auf den Lagern abgelegt zu werden brauchen und dass nach Abdichtung der Stoßfuge und den Schalungs- und Bewehrungsarbeiten direkt betoniert werden kann. Auf der Baustelle ist somit nur noch das Gewerk "Stahlbeton" tätig; das Gewerk "Stahlbau" kann vollständig in der Werkstatt ausgeführt werden und wird dadurch zur reinen Materiallieferung.Since the frictional connection between two steel girders, for example, which meet over a central support, is achieved in this way via the inventive abutment design, there is no need for complex welding work on the construction site because no frictional connection needs to be made for the steel girders. In the case of multi-span bridges in particular, this means that the prefabricated steel hollow boxes only need to be placed on the bearings without any steel construction work on the construction site and that concrete can be poured directly after the butt joint has been sealed and the formwork and reinforcement work has been carried out. This means that only the "reinforced concrete" trade is active on the construction site; the "steel construction" trade can be carried out entirely in the workshop and thus becomes a pure material delivery.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigtThe invention is explained in more detail below using an embodiment shown in the drawing. It shows
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine zweifeldrige Verbundbrücke nach der Erfindung,Fig. 1 is a longitudinal section through a two-span composite bridge according to the invention,
Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie M-Il in Fig. 1,Fig. 2 is a cross-section along the line M-II in Fig. 1,
Fig. 3 einen Querschnitt durch den Verbundträger im Bereich eines Endauflagers,Fig. 3 a cross-section through the composite beam in the area of an end support,
Fig. 4 einen Querschnitt durch den Verbundträger über der Mittelstütze, Fig. 5 die Draufsicht auf die Darstellung der Fig. 4 vor dem Betonieren und Fig. 6 einen Querschnitt im Kämpferbereich.Fig. 4 is a cross-section through the composite beam above the central support, Fig. 5 is a top view of the representation of Fig. 4 before concreting and Fig. 6 is a cross-section in the impost area.
In den Fig. 1 und 2 ist die Erfindung an einer zweifeldrigen Verbundbrückenkonstruktion gezeigt. Der Längsschnitt gemäß Fig. 1 lässt einen Brückenüberbau 1 erkennen, der aus Stahllängsträgern 2 und einerIn Fig. 1 and 2, the invention is shown on a two-span composite bridge construction. The longitudinal section according to Fig. 1 shows a bridge superstructure 1, which consists of steel longitudinal beams 2 and a
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Betonfahrbahnplatte 3 besteht. Der Überbau 1 erstreckt sich zwischen zwei Widerlagern 4 und einer Mittelstütze 5, die in an sich bekannter Weise ausgebildet sein können. In Fig. 1 ist im Brückenfeld zwischen Widerlager 4 und Mittelstütze eine Hilfsstütze 6 angedeutet, die lediglich für den Bauzustand dient und weiter unten noch beschrieben werden wird.Concrete roadway slab 3. The superstructure 1 extends between two abutments 4 and a central support 5, which can be designed in a manner known per se. In Fig. 1, an auxiliary support 6 is indicated in the bridge span between the abutment 4 and the central support, which only serves for the construction stage and will be described further below.
Wie der Querschnitt durch die Brückenkonstruktion entlang der Linie U-Il gemäß Fig. 2 zeigt, umfasst der Brückenüberbau 1 zwei Stahllängsträger 2, die jeweils als Hohlkasten aus einem Bodenblech 2a, zwei Seitenwänden 2b und einem Deckblech 2c bestehen. Die Betonfahrbahnplatte 3 besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel aus Stahlbeton-Fertigteilplatten, und zwar zwei äußeren Fertigteilplatten 3a und einer inneren Fertigteilplatte 3b sowie der Ortbetonergänzung 3c. Die Fertigteilplatten 3a und 3b dienen als Schalung für den Ortbeton und beteiligen sich im Endzustand an der Tragwirkung. Die Betonfahrbahnplatte 3 wird ergänzt durch einen Fahrbahnbelag 7 sowie Gehwegkappen 8.As the cross-section through the bridge construction along the line U-II in Fig. 2 shows, the bridge superstructure 1 comprises two steel longitudinal beams 2, each of which consists of a hollow box made up of a base plate 2a, two side walls 2b and a cover plate 2c. In the embodiment shown, the concrete roadway slab 3 consists of precast reinforced concrete slabs, namely two outer precast slabs 3a and an inner precast slab 3b as well as the in-situ concrete supplement 3c. The precast slabs 3a and 3b serve as formwork for the in-situ concrete and contribute to the load-bearing effect in the final state. The concrete roadway slab 3 is supplemented by a road surface 7 and sidewalk caps 8.
Der Brückenüberbau 1 liegt an den Widerlagern 4 und an der Mittelstütze 5 auf zentralen Lagern 9 auf; die in Fig. 2 dargestellten Hilfslager 10 dienen nur dem Bauzustand.The bridge superstructure 1 rests on central bearings 9 at the abutments 4 and at the central support 5; the auxiliary bearings 10 shown in Fig. 2 serve only for the construction stage.
Die den Kern der Erfindung ausmachende Kämpferausbildung der Betonkonstruktion kann anhand der Fig. 3 bis 5 erläutert werden. Die Fig. 3 und zeigen Längsschnitte durch diese Kämpferausbildung, und zwar Fig. 3 im Bereich eines Endauflagers, z.B. am Widerlager 4, und Fig. 4 im Bereich der Mittelstütze 5.The impost design of the concrete structure, which forms the core of the invention, can be explained using Fig. 3 to 5. Fig. 3 and 4 show longitudinal sections through this impost design, namely Fig. 3 in the area of an end support, e.g. at the abutment 4, and Fig. 4 in the area of the central support 5.
Wie schon in Fig. 2 angedeutet ist und Fig. 3 erkennen lässt, umfasst der Brückenüberbau 1 im Bereich eines Endauflagers mit der Auflagerlinie A einen Querträger 11 aus Stahlbeton. Erfindungsgemäß ist ein Bereich K feldseits vor dem Querträger als Kämpferbereich ausgebildet. Dies ist im dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch erreicht, dass das Deckblech 2c des HohlkastensAs already indicated in Fig. 2 and as can be seen in Fig. 3, the bridge superstructure 1 comprises a cross girder 11 made of reinforced concrete in the area of an end support with the support line A. According to the invention, an area K on the field side in front of the cross girder is designed as a transom area. In the embodiment shown, this is achieved by the cover plate 2c of the hollow box
schräg (2d) zum Auflagerbereich hin zum Bodenblech 2a heruntergezogen ist. Die Seitenwände 2b laufen gewissermaßen als Schalung für den Kämpferbereich K durch bis zum Querträger 11, das Bodenblech 2a läuft durch bis über das Lager Damit erstreckt sich die Betonkonstruktion von der Ortbetonplatte 3 über diesen Kämpferbereich K bis zu dem Querträger 11.diagonally (2d) to the support area down to the base plate 2a. The side walls 2b run as formwork for the transom area K through to the cross member 11, the base plate 2a runs through to over the bearing. The concrete construction thus extends from the in-situ concrete slab 3 over this transom area K to the cross member 11.
Zugleich ist der Hohlkasten 2 an dem Knickpunkt 12 durch ein vertikales Stahlblech 2e als Schott ausgesteift, das über das Deckblech 2c hinaus in die Fahrbahnplatte 3 hineinreicht und dort beidseits mit Kopfbolzendübeln 13 besetzt ist. Zusätzlich sind in diesem Bereich der Druckkraftumlenkung zusätzliche Längsbewehrungsstäbe 14 angeordnet; die Schubkräfte werden durch vertikale Bügel 15 aufgenommen. Die übrige Bewehrung der Fahrbahnplatte und des Querträgers sowie die Spaltzugbewehrung sind nicht dargestellt. Schließlich sind die beiden Seitenwände 2b des Hohlkastens 2 in diesem Bereich durch Winkelstäbe 16 ausgesteift (Fig. 6); zur Erhöhung der Verbundwirkung sind Kopfbolzendübel 17 angeordnet.At the same time, the hollow box 2 is stiffened at the bending point 12 by a vertical steel plate 2e as a bulkhead, which extends beyond the cover plate 2c into the roadway slab 3 and is fitted with headed bolts 13 on both sides. In addition, additional longitudinal reinforcement bars 14 are arranged in this area of the compressive force deflection; the shear forces are absorbed by vertical stirrups 15. The remaining reinforcement of the roadway slab and the cross beam as well as the split tensile reinforcement are not shown. Finally, the two side walls 2b of the hollow box 2 are stiffened in this area by angle bars 16 (Fig. 6); headed bolts 17 are arranged to increase the composite effect.
Durch diese Kämpferausbildung im Bereich K, die nicht unbedingt die Schrägführung 2d des Deckblechs 2c voraussetzt, wird eine räumliche Wirkung des Tragsystems erzielt, wodurch in diesen Bereichen diagonal gerichtete Druckkräfte auftreten, deren horizontale Komponente durch zusätzliche Mittel zur Druckabstützung aufgenommen werden, beispielsweise vom Bodenblech 2a winkelförmig aufragende Widerlager 18. Diese können aus Winkelstücken aus Stahl bestehen, die auf das Bodenblech 2a aufgeschweißt sind.This transom design in area K, which does not necessarily require the inclined guidance 2d of the cover plate 2c, achieves a spatial effect of the support system, whereby diagonally directed compressive forces occur in these areas, the horizontal component of which is absorbed by additional means of pressure support, for example abutments 18 projecting at an angle from the base plate 2a. These can consist of angle pieces made of steel which are welded onto the base plate 2a.
Eine im Prinzip gleiche Ausbildung erfährt der Auflagerbereich über der Mittelstütze 5, der in Fig. 4 im Längsschnitt dargestellt ist. Hier sind zu beiden Seiten der Auflagerlinie L Kämpferbereiche K der vorbeschriebenen Art angeordnet. Die Ausbildung eines Querträgers ist über der Mittelstütze 5 nicht erforderlich, wenn auch nicht ausgeschlossen, so dass die Seitenwände 2b und das Bodenblech 2a der Hohlkästen 2 bis zur Auflagerlinie L durchlaufen können. Durch die erfindungsgemäße Kämpferausbildung werden alle Kräfte aus denThe support area above the central support 5, which is shown in longitudinal section in Fig. 4, has a basically identical design. Here, transom areas K of the type described above are arranged on both sides of the support line L. The formation of a cross member above the central support 5 is not necessary, although not excluded, so that the side walls 2b and the base plate 2a of the hollow boxes 2 can run through to the support line L. The transom design according to the invention absorbs all forces from the
Längsträgern 2 in die Kämpferbereiche übertragen, so dass die Längsträger 2 im eigentlichen Stützbereich spannungslos sind.Longitudinal beams 2 are transferred into the transom areas so that the longitudinal beams 2 are stress-free in the actual support area.
Dies schafft die Voraussetzung für eine Vereinfachung des Bauablaufs durch die Anordnung zusätzlicher Lagerkörper 10 zu beiden Seiten der zentralen Lager 9. Diese Situation zeigt Fig. 5, die den Montagestoß zweier Längsträger 2 über der Mittelstütze erkennen lässt. Bei dem in Fig. 5 rechts dargestellten Hohlkasten 2 läuft das Bodenblech 2a mit einem zentralen Teil 19 bis über das Lager 9 durch, während der in der Darstellung linke Hohlkasten 2' in diesem Bereich eine Ausklinkung 20 aufweist. Beide Träger 2 und 2' liegen im Bauzustand auf den beiden äußeren Lagerkörpem 10 auf, die nach Fertigstellung des Überbaus entfernt werden. Eine kraftschlüssige Verbindung ist zwischen den Hohlkastenträgern 2 und 2' nicht erforderlich; sie wird durch die Stahlbetonkonstruktion bewirkt. Lediglich die Stoßfuge zwischen den beiden Trägern 2 und 2 wird durch ein Fugenblech 21 abgedeckt.This creates the prerequisite for simplifying the construction process by arranging additional bearing bodies 10 on either side of the central bearing 9. This situation is shown in Fig. 5, which shows the assembly joint of two longitudinal beams 2 above the central support. In the hollow box 2 shown on the right in Fig. 5, the base plate 2a runs with a central part 19 through to the bearing 9, while the hollow box 2' on the left in the illustration has a notch 20 in this area. During construction, both beams 2 and 2' rest on the two outer bearing bodies 10, which are removed after completion of the superstructure. A force-locking connection is not required between the hollow box girders 2 and 2'; it is brought about by the reinforced concrete structure. Only the butt joint between the two beams 2 and 2 is covered by a joint plate 21.
Einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Verbundträger im Auflagerbereich zeigt Fig. 6. Hier sind sowohl das über das Deckblech 2c hinausragende Schott 2e zu erkennen, als auch die Streben 16 und die auf die Seitenwände 2b aufgeschweißten Kopfbolzendübel 17. Des gleichen sind im Bereich der Fahrbahnplatte 3 die Kopfbolzendübel 13 zu erkennen, wie auch die durch das Schott 2e hindurchgeführten Längsbewehrungsstäbe 14 und die Bügel 15. Auch hier ist auf die Darstellung der Platten- und Spaltzugbewehrung verzichtet.Fig. 6 shows a cross-section through a composite beam according to the invention in the support area. Here, both the bulkhead 2e protruding beyond the cover plate 2c can be seen, as well as the struts 16 and the headed bolt dowels 17 welded onto the side walls 2b. Likewise, in the area of the roadway slab 3, the headed bolt dowels 13 can be seen, as well as the longitudinal reinforcement bars 14 and the stirrups 15 leading through the bulkhead 2e. Here, too, the plate and split tensile reinforcement are not shown.
Anhand Fig. 6 kann auch eine Möglichkeit zur Herstellung der Brücke erläutert werden. Die Hohlkastenträger 2 sind seitlich am Übergang der Seitenwände 2b zum Deckblech 2c mit seitlichen Ansätzen 22, 23 versehen, auf welche die Fertigteilplatten 3a bzw. 3b aufgelegt werden können. Der Einsatz industriell vorgefertigter Großflächenplattenelemente und die fertigungs- und montagegerechte Durchbildung der Stahlkonstruktion, die dank der erfindungsgemäß ausgebildeten Kämpferbereiche keine Verbindung derOne possibility for the construction of the bridge can also be explained using Fig. 6. The hollow box girders 2 are provided with lateral projections 22, 23 at the transition from the side walls 2b to the cover plate 2c, onto which the prefabricated panels 3a and 3b can be placed. The use of industrially prefabricated large-area panel elements and the design of the steel structure for production and assembly, which, thanks to the impost areas designed according to the invention, does not require any connection of the
Stahlträger im Stützenbereich erfordert, ermöglicht in Verbindung mit den zugleich Schalungs- und Tragfunktion erfüllenden Großflächenplattenelementen eine kurze Bauzeit (eine Zwischenunterstützung 6 je Feld kann hilfreich sein), eine
Minimierung des Schalungsaufwandes und damit eine Minimierung lohnintensiver Tätigkeiten auf der Baustelle, d.h. niedrige Herstellungskosten. Die kurze Bauzeit bringt zugleich den Vorteil einer geringen Verkehrsbeeinträchtigung.Steel beams in the column area, in conjunction with the large-area slab elements that simultaneously fulfil formwork and load-bearing functions, enables a short construction time (an intermediate support 6 per field can be helpful), a
Minimization of formwork costs and thus minimization of labor-intensive activities on the construction site, ie low production costs. The short construction time also has the advantage of minimal disruption to traffic.
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DE10127987A Withdrawn DE10127987A1 (en) | 2000-06-13 | 2001-06-08 | Continuous reinforced girder for bridge extends between end abutments and has thickened portions resting on intermediate support columns |
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Country | Link |
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DE (2) | DE20010270U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102015118241A1 (en) * | 2015-10-26 | 2017-04-27 | Ssf Ingenieure Ag | Reinforced concrete composite beam and method for its production |
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- 2001-06-08 DE DE10127987A patent/DE10127987A1/en not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102015118241A1 (en) * | 2015-10-26 | 2017-04-27 | Ssf Ingenieure Ag | Reinforced concrete composite beam and method for its production |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE10127987A1 (en) | 2002-01-10 |
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