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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein System bestehend aus einer Kombination von Trocken- und Nassfugen zum Verbinden von Betonfertigteilen, die großen Lasten ausgesetzt sind, und das eine optimale Übertragung von hohen Normal- und Querkräften und Schub- und Scherkräften ermöglicht.
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Stand der Technik
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Brückenbauwerke werden üblicherweise aus Ortbeton hergestellt, der in einer Schalung direkt auf der Baustelle erstellt wird. Die Durchführung solcher Betonarbeiten vor Ort ist jedoch mit einem hohen Aufwand an Organisation, Schalungs- und Bewehrungsarbeiten verbunden und hat eine lange Bauzeit zur Folge. Lange Bauzeiten von infrastrukturell wichtigen Bauwerken, wie z.B. Brücken, sind jedoch nachteilig für die Wirtschaft und verursachen oft Unmut in der Bevölkerung. Werden Brücken neu gebaut, saniert oder ersetzt, dann kommt es oft zu lange andauernden Verkehrsbehinderungen durch Fahrbahneinschränkungen und Sperrungen. Es wäre deshalb wünschenswert, den Bau solcher Bauwerke zu beschleunigen.
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Das Verwenden von Betonfertigteilen könnte eine Möglichkeit darstellen, um solche Bauvorhaben schneller zu gestalten. Die Bauzeit vor Ort könnte sich dadurch verkürzen, dass nicht oder nur noch im geringen Umfang auf der Baustelle betoniert werden muss. Die Betonfertigteile müssten vor Ort lediglich miteinander verbunden werden. Das hätte auch den Vorteil, dass Beton von gleichbleibend hoher Qualität eingesetzt würde, weil die Fertigteile im Betonfertigteilwerk unter kontrollierten Bedingungen hergestellt werden. Die Qualität von Ortbeton hängt insbesondere von den beim Gießen oder Aushärten des Ortbetons vorherrschenden Witterungsbedingungen ab.
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Das Verwenden von Fertigbetonteilen zur Herstellung von Gebäuden ist seit langem bekannt, jedoch ist der Einsatz solcher Fertigteile beim Herstellen von Bauwerken oder Bauteilen, die großen Lasten ausgesetzt sind, wie z.B. Brückenbauwerke, Gründungs-, Flügel- oder Widerlagerwände nicht üblich. Bei solchen Bauwerken und Bauteilen kommt der kraftschlüssigen Verbindung zwischen den Fertigteilen und der Überwindung der damit verbundenen Toleranzen und Maßabweichungen sowie möglichen Ausrichtungsungenauigkeiten bei der Montage eine große Bedeutung zu.
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Grundsätzlich existieren verschiedene Möglichkeiten, Fertigteile kraftschlüssig und biegesteif zu verbinden. Betonfertigteile können beispielsweise durch Stapeln aufgelagert, mit Hilfe von Schrauben und Verguß befestigt oder durch sonstige Techniken, wie schweißen, verbunden werden. Oft werden Nassfugen oder Trockenfugen zum Verbinden verwendet.
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Eine gute Tragfähigkeit wird dabei vor allem durch Nassfugen (Vergußfugen) erreicht und eine vollflächige, kraftschlüssige Verbindung gewährleistet. Daneben haben die Nassfugen den Vorteil, dass diese jegliche Toleranzen aufnehmen und deshalb zum Verbinden jeglicher Konturen geeignet. Allerdings ist sowohl der Arbeitsaufwand beim Erstellen einer Nassfuge als auch der Aufwand zur Auswahl des passenden Füllmaterials sehr hoch. Das Füllmaterial der Nassfuge muss nämlich auf die Eigenschaften des Betonfertigteils, wie Festigkeit, Rissempfindlichkeit, Schwind- und Kriechverhalten sowie Langlebigkeit, abgestimmt sein.
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Das Verbinden mittels Trockenfugen hat den Vorteil dass diese schnell erstellt sind, d.h. die Bauteile können einfach zusammengefügt und montiert werden. Der Nachteil von Trockenfugen liegt jedoch darin, dass sie keine Toleranzen aufnehmen. Hinzukommt, dass es sich hier um eine offene Fuge handelt, in die Feuchtigkeit eindringen kann, was die Haltbarkeit und Lebensdauer des Betons und des damit gebauten Bauwerks beeinflußt.
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Diese Trocken- und Nassfugen können auch gezahnt oder glatt sein. Eine glatte Fuge ist einfach herzustellen, gewährleistet jedoch nur eine geringe Übertragung von Schub- und Scherkräften. Eine gezahnte Fuge verfügt im Gegensatz zur glatten Fuge über eine hohe Übertragung von Scher-, Schub- und Querkräften, ist jedoch aufwendiger bei der Herstellung.
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Bisher müssen sich Planer und Ausführende beim Verbinden von Betonfertigteilen zwischen dem Verwenden von Trocken- oder Nassfugen und zwischen glatter oder gezahnter Fuge entscheiden und die bekannten Vor- und Nachteile dieser Fugen im Hinblick auf die beabsichtigte Verwendung gegeneinander abwägen.
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Es wäre deshalb vorteilhaft, ein System zu finden, mit dem Bauwerke und Bauteile, die hohen Lasten ausgesetzt sind, schnell und unkompliziert und unter Verwendung von Betonfertigteilen erstellt werden können.
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Darstellung der Erfindung
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Die Erfinder haben nun gefunden, dass eine hervorragende Tragfähigkeit und eine optimale Lastenaufnahme durch das Verbinden von Betonfertigteilen mit dem erfindungsgemäßen System, bestehend aus einer Kombination aus Trocken- und Nassfugen, erreicht werden kann. Die Aufgabe wird insbesondere durch die Erfindung, wie in den Ansprüchen und Unteransprüchen definiert und wie hier beschrieben, gelöst.
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Das erfindungsgemäße System besteht nach Zusammenfügen der Betonfertigteile aus mindestens einer gezahnten Nassfuge und mindestens einer, bevorzugt zwei, glatten Trockenfugen pro Verbindungsfläche. Durch Anwenden einer Vorspannung werden die Trockenfugen kraftschlüssig verbunden, gefolgt vom Verfüllen der Nassfuge. Mit dem System wird eine optimale Kraftübertragung von Normal- und Querkräften sowie Schub- und Scherkräften erreicht, so dass Betonfertigteile zum Bau von statisch anspruchsvollen Bauwerken und Bauteilen effizient und kostengünstig verwenden werden können. Solche statisch anspruchsvollen Bauwerke und Bauteile sind z.B. Brücken, Gründungswände, Flügelwände und Widerlagerwände.
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Gleichfalls nimmt das erfindungsgemäße System Toleranzen auf, die aus der Bauteilefertigung oder der Errichtung des Bauwerks oder Bauteils stammen.
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Die Fertigteile werden im Betonfertigteilwerk standardisiert hergestellt und auf der Baustelle miteinander zum gewünschten Bauteil (z.B. Gründung oder Wand) verbunden. Die Betonfertigteile sind so ausgestaltet, dass sie an einer Verbindungsfläche bereits die glatten und gezahnten Bereiche zur Ausbildung von Trocken- und Nassfuge(n) aufweisen. Die Zahnung der Nassfugen kann jede geeignete Geometrie und Dimension einnehmen.
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Die Erfinder haben gefunden, dass es in Bezug auf die Lastenaufnahme vorteilhaft ist, wenn die Fugen innerhalb eines mit Betonfertigteilen erstellten Bauwerks oder Bauteils die gleichen Dimensionen aufweisen.
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Allgemein gilt, dass das Betonfertigteil an einer seiner Verbindungsflächen mindestens eine Zahnung, genannt Nocke, und an einer weiteren Verbindungsfläche eine zur Aufnahme dieser Zahnung geeignete Ausnehmung aufweist. Das kann für Betonfertigteile, die als Abschlüsse dienen, anders sein. Die Betonfertigteile können je nach Einsatz entsprechend ausgestaltet sein. D.h. Betonfertigteile sind möglich, die an jeder Verbindungsfläche ein erfindungsgemäßes System ausbilden können.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist der gezahnte Teil der Nassfuge als Nocke, mit einer zur Aufnahme von Kräften und Toleranzen besonders geeigneten Geometrie, und wie in 1a dargestellt, ausgeführt.
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Die Bauwerke und Bauteile entstehen, indem die Fertigteile über das erfindungsgemäße System miteinander form- und kraftschlüssig verbunden werden.
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Die Trockenfugen bilden sich, indem man die glatten Teile der Verbindungsflächen zweier Fertigteile formschlüssig verbindet, gefolgt von der kraftschlüssigen Verbindung durch Anwenden einer Vorspannung. Das formschlüssige Verbinden erfolgt normalerweise beim Aufstellen und Ausrichten der Fertigteile.
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Die Nassfugen bilden sich, indem die Zahnung(en) des einen Fertigteils in die Ausnehmung(en) des anderen Fertigteils in ihren gesamten Dimensionen eingreifen, wobei die Zahnung(en) und die Ausnehmung(en) so ausgestaltet sind, dass diese nicht formschlüssig verbunden werden können, sondern sich ein Spalt bzw. Hohlraum ausbildet, der mit Füllmaterial vergossen wird.
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Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Fugen werden bevorzugt einstückige Betonfertigteile verwendet, die an den Verbindungsflächen glatte Bereiche sowie Nocken und/oder Ausnehmungen aufweisen.
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Die Erfinder haben gefunden, dass es von Vorteil ist, wenn im erfindungsgemäßen System glatte Trockenfugen und gezahnte Nassfugen abwechselnd vorhanden sind. Besonders vorteilhaft ist, wenn die Nassfuge sich zwischen zwei Trockenfugen befindet. Die erfindungsgemäß zu verbindenden Betonfertigteile sind deshalb entsprechend ausgestaltet.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn sich die Fläche der Nassfuge in der Mitte der Verbindungsfläche des Betonfertigteils befindet.
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Zum Verfüllen der Nassfuge können alle geeigneten Materialien, die die Eigenschaften des Betons des Fertigteils, welcher gewöhnlich die Festigkeitsklasse C80/95 oder eine ähnliche Festigkeitsklasse besitzt, verwendet werden.
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Zwischen der Nass- und der Trockenfuge kann zusätzlich ein Dichtband vorhanden sein. Dichtbänder verhindern beim Gießen der Nassfuge, beispielsweise mit einem hochfesten Verpressmörtel, dass dieser nicht in die Trockenfugen gelangt.
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Durch Spannen der Fertigteile wird zusätzlich eine ausreichend hohe Belastbarkeit des zu erstellenden Bauwerks oder Bauteils erreicht. Gespannt wird beispielsweise durch das Verwenden von Spannstahl, insbesondere Stabspannglieder, die durch Hüllrohre geführt werden, die durch die Trockenfugen verlaufen.
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Das Verbinden von Betonfertigteilen mit dem erfindungsgemäßen System kann wie folgt beschrieben werden:
- Sollte ein Dichtungsband verwendet werden, dann wird zuerst das Dichtungsband an den gewünschten Stellen/Flächen der zu verbindenden Fertigteile gelegt. Die Fertigteile werden gestellt und ausgerichtet. Das Stellen der Fertigteile erfolgt wie oben beschrieben, nämlich die Verbindungsfläche mit der oder den Nocke(n) greift in die Ausnehmung(en) des zu verbindenden weiteren Fertigteils ein. Der Spannstahl wird in das Hüllrohr eingeführt, die Vorspannkraft aufgebracht und die Trockenfuge wird kraftschlüssig verbunden, da sie die Kräfte der Vorspannung aufnimmt. Dann wird die Nassfuge mit dem Füllmaterial verfüllt.
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Wichtig ist, dass die Nassfuge vollständig verfüllt ist, um Feuchtigkeitseindringen zu vermeiden. Hierzu wird der Füllvorgang kontrolliert durchgeführt, z.B. durch Volumenkontrolle oder Überlaufkontrolle mittels Rohre in verschiedenen Lagen.
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Die hier genannten und beschriebenen Varianten und Merkmale können ebenfalls in Kombination zweier oder mehrerer Varianten oder Merkmale untereinander durchgeführt werden und diese Kombinationen werden von der vorliegenden Erfindung ebenfalls umfasst, gegeben solche Kombinationen sind nicht gegenseitig inkonsistent.
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Die erfindungsgemäße Fuge eignet sich insbesondere zum Verbinden von Betonfertigteilen zum Erstellen von Gründungen, Widerlagerwänden und Flügelwänden von Brückenbauwerken, wie nachfolgend anhand der Figuren beschrieben. Gezeigt werden Ausführungs- und Anwendungsbeispiele der Erfindung, ohne diese auf diese einzuschränken.
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Figurenliste
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- 1a, 1b und 1c zeigen jeweils schematische Darstellungen einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems gemäß der vorliegenden Erfindung.
- 2a und 2b zeigen jeweils schematische Darstellung von drei miteinander verbunden bzw. zu verbindenden Betonfertigteilen über ein vertikal verlaufendes System.
- 3 zeigt einen Grundriss einer Brückenkonstruktion in Draufsicht.
- 4 zeigt die schematische Darstellung eines Teils der Brückenkonstruktion aus 3 in der Seitenansicht.
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Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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1a zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Fuge 1 in Draufsicht oder als Schnitt durch die Fuge, bestehend aus zwei glatten Trockenfugen 2 und einer gezahnten Nassfuge 3, mit einer Nocke 5, die aus einem ersten Betonfertigteil 13 ragt und von einer Ausnehmung 6 in einem anderen Betonfertigteil 13 aufgenommen wird, wobei die Ausnehmung 6 so dimensioniert ist, dass die Nocke 5 die Ausnehmung 6 nicht vollständig ausfüllt. In diesem Beispiel ist an den Rändern der Nassfuge jeweils ein Dichtband 4 vorhanden.
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1b entspricht der 1a, mit senkrecht zur Verbindungsfläche und somit senkrecht zu den Fugen verlaufenden Hüllrohren 8, die ein Stabspannglied 9 aufnehmen. Das Hüllrohr samt Stabspannglied 8, 9 verläuft jeweils durch die Trockenfugen 2, die formschlüssig und nach Anwenden der Vorspannkraft auch kraftschlüssig verbunden sind.
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1c zeigt die Fuge aus 1b, die mit Vergussmaterial 7, bevorzugt hochfestem Verpressmörtel, verfüllt ist.
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2a zeigt das erfindungsgemäße Verbinden von drei Betonfertigteilen 13, wobei nur das Fertigteil in der Mitte vollständig dargestellt ist. Die Verbindungsfläche verfügt über zwei Bereiche zum Ausbilden von glatten Trockenfugen 2 und einem Bereich, der zwischen den glatten Trockenfugen liegt, in dem die gezahnte Nassfuge 3 ausgebildet wird. Die Hüllrohre mit den Stabspannglied (die hier nicht dargestellt sind) verlaufen senkrecht zur Verbindungsfläche durch die glatte Trockenfugen.
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2b zeigt die schematische Anordnung der drei Betonfertigteile aus 2a, wobei das linke und das mittlere Fertigteil bereits so gestellt und ausgerichtet sind, dass die Nassfuge 3 verfüllt werden kann, um so die erfindungsgemäße Fuge 1 auszubilden. Das rechte und das mittlere Betonfertigteil sind hingegen noch in einem gewissen Abstand zueinander dargestellt, der für die Ausbildung der Fuge minimiert wird, was der Pfeil verdeutlichen soll. Man sieht die seitliche Verbindungsfläche 14, die Fläche 2', an denen die Trockenfugen formschlüssig ausgebildet werden, und die Nocke 5, die als gleichschenkeliges Trapez ausgeführt ist, sowie die seitliche Verbindungsfläche 14' des rechten Betonfertigteils, mit den Flächen 2' sowie die Ausnehmung 6 zur Aufnahme der Nocke.
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3 zeigt einen Grundriss einer Brückenkonstruktion in Draufsicht. Horizontal stehen zwei Flügelwände 11, die aus Betonfertigteilen 13b zusammengefügt sind. Die kombinierten Nass- und Trockenfugen 1 sind zwischen den einzelnen Fertigteilen 13b sichtbar. Mit der kombinierten Fuge 1 wird eine Übertragung aller Kräfte, sowie die Übernahme von Toleranzen und somit die optimale Verbindung der einzelnen Betonfertigteile 13b gewährleistet.
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Vertikal zwischen den beiden Flügelwänden 11 steht die Widerlagerwand 10 der Brücke. Auch die Widerlagerwand 10 wird aus einzelnen Fertigteilen 13a zusammengesetzt, die über eine Fuge 1 verbunden sind. Alle Fugen 1 innerhalb eines Bauwerks bzw. innerhalb eines Teils des Bauwerks weisen die gleichen Dimensionen auf.
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4 zeigt die schematische Darstellung eines Teils der Brückenkonstruktion aus 3 als Schnitt. Bei dieser Ansicht wird deutlich, dass auch die Gründungswand 12 aus einzelnen Betonfertigteilen 13c gebildet wird, welche wiederum durch die erfindungsgemäße Fuge 1 verbunden sind.
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Auf der Gründungswand 12 stehen die Widerlagerwand 10 und die Flügelwände 11. Durch die Widerlagerwand 10 verlaufend Hüllrohre 8, die Stabspannglieder 9 führen. Die Hüllrohre 8 verlaufen horizontal durch die Trockenfugen 2.
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Für die gesamte weitere Beschreibung gilt folgende Festlegung: Sind in einer Figur zum Zweck zeichnerischer Eindeutigkeit Bezugsziffern enthalten, aber im unmittelbar zugehörigen Beschreibungstext nicht erläutert, so wird auf deren Erwähnung in vorangehenden Figurenbeschreibungen Bezug genommen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kombinierte Nass- und Trockenfuge
- 2
- Glatte Trockenfuge
- 2'
- Trockenfugenfläche
- 3
- Gezahnte Nassfuge
- 4
- Dichtband
- 5
- Nocke
- 6
- Ausnehmung
- 7
- Vergussmaterial
- 8
- Hüllrohr
- 9
- Stabspannglied
- 10
- Widerlagerwand gebildet aus Betonfertigteilen 13a
- 11
- Flügelwand gebildet aus Fertigteilen 13b
- 12
- Fundament oder Gründungswand gebildet aus Betonfertigteilen13c
- 13
- Betonfertigteilen
- 13a
- Betonfertigteilen einer Widerlagerwand
- 13b
- Betonfertigteilen einer Flügelwand
- 13c
- Betonfertigteilen einer Gründungswand
- 14
- Verbindungsfläche mit glatten Trockenfugen und gezahnter Nassfuge, hier Nocke
- 14'
- Verbindungsfläche mit glatten Trockenfugen und einer Ausnehmung zur Aufnahme der Zahnung, hier Nocke
