DE3716833A1 - Verfahren zur herstellung von vorgespannten stahltraegern, sowie die hierdurch erhaltenen traeger - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung vorge­ spannter Stahlträger.

Es ist Aufgabe der Erfindung,vorgespannte Stahlträger zu schaffen, um die Belastbarkeit zu erhöhen, wenn der Träger einer Biegebe­ anspruchung unterworfen wird.

Die BE-PS 4 95 318 beschreibt die Herstellung aus armiertem Beton bestehenden, vorgespannten Trägers, wobei man die unumhüllte metallische Bewehrung einer Biegung aussetzt, hierauf zumindest einen Teil der Bewehrung, die durch die Biegung einem Zug ausge­ gesetzt war, in Beton einbettet, die Biegung der mit Beton um­ hüllten Armierung während der Erhärtung aufrechterhält und schließ­ lich die einwirkende Biegekraft nach Erhärtung des Betons aufhebt. Die Armierung wird durch einen Träger aus gewalztem Stahl ge­ bildet. Die Biegung kann entweder durch das Angreifen einer Kraft an einem Punkt der Armierung zwischen den Enden, die festgehalten werden, bewirkt werden, oder durch das Angreifen von Kräften an den äußeren Enden des Trägers, während ein Punkt hierzwischen fest­ gehalten wird.

Man erhält auf diese Weise vorgespannte Träger, wobei die Vor­ spannung realisiert wird mit Hilfe einer teilweisen Einhüllung in Beton. Diese Träger sind unter der Fachbezeichnung PREFLEX im Bereich des Schwerlastbaues, bei Brücken und Viadukten bekannt.

Ein Hauptnachteil, der dieser Ausgestaltung innewohnt, ist das zu­ sätzliche durch den Beton verursachte Gewicht. Ein zweiter Nach­ teil beruht auf der Tatsache, daß der Beton zur Umhüllung selbst armiert werden muß und die Stahlarmierung durch Verschweißung mit der Hauptarmierung zu verbinden ist, d.h., für die Stahlträger daß hiermit eine aufwendige Arbeit und umständliche Schweißung verbunden ist, die sich nicht in einer automatischen Weise durch­ führen läßt. Schließlich liegt ein dritter Nachteil darin, daß die Umhüllung den Stahl abdeckt und eine Weiterbehandlung des Trägers in diesen Bereichen sehr schwierig wird, wie etwa die Durchführung eines Bohrvorganges, während die Ausführung eines Schweißvorganges praktisch unmöglich wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung vorgespannter Träger zu schaffen, sowie die ent­ sprechenden Träger zur Verfügung zu stellen, mittels welcher sich die aufgezeigten Nachteile beheben lassen.

Man kann sich vorstellen, einen vorgespannten Stahlträger zu schaffen, der von zwei Abschnitten ausgeht und der frei ist von Beton, wobei man eine Vorspannung erzeugt, die auf einen der beiden Abschnitte einwirkt, indem man in diesem eine temporäre Längenaus­ dehnung erzeugt, worauf man die beiden Abschnitte wieder ver­ einigt und den Grund für die erwähnte Längenausdehnung aufhebt.

Man kann also auf einen der beiden Abschnitte eine Zugkraft aus­ üben, vor der Vereinigung mit dem anderen Abschnitt.

Man kann in gleicher Weise einen der Abschnitte erhitzen, um hierdurch eine temporäre Längenausdehnung zu erhalten.

In beiden Fällen läßt sich vorstellen, daß man einen vorgespannten Träger erhält, aber es wird erforderlich sein, eine enorme Zug­ einrichtung zur Verfügung zu stellen, bzw. entsprechende Heiz­ einrichtungen, wenn man vorgespannte Träger herstellen will, deren Querschnitt den von Kleinprofilen überschreitet.

Es wird nun die Aufgabe nach der Erfindung gelöst, indem man dem Verfahren gemäß Anspruch 1 folgt, bzw. den Träger gemäß An­ spruch 11 realisiert. Das Verfahren zeichnet sich durch die folgenden Maßnahmen aus:

• a) Man nimmt zwei einzelne Abschnitte, die zur Bildung des ange­ strebten Trägers herangezogen werden können,
• b) man legt die beiden Abschnitte aneinander, bzw. übereinander in der Weise, in welcher der fertige Träger gebildet werden soll,
• c) man unterwirft die beiden Abschnitte gleichzeitig einer Biege­ kraft in der Weise, daß man einen gebogenen Träger erhält, der scheinbar zusammengesetzt ist,
• d) man verbindet die beiden Abschnitte entlang der aneinander­ liegenden Flächen.

Andere Eigenschaften und Merkmale der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen beschrieben.

Die beiden Abschnitte gemäß dem Merkmal a) können jeweils einen T-förmigen Querschnitt besitzen, so daß sie nach der Verbindung zu einem I-förmigen Querschnitt führen. Andererseits können auch beispielsweise für den Schritt a) zwei I-Profilträger ausgewählt werden. Für die Durchführung der Maßnahme gemäß Merkmal b) rahmt man die beiden T-förmigen bzw. I-förmigen Abschnitte mit Hilfe mehrerer Stahlrahmen ein, wie weiter unten noch näher erläutert werden wird.

Die Bereitstellung der beiden Abschnitte für die Maßnahme nach a) kann darin bestehen, daß man beispielsweise einen Träger mit der Querschnittsform eines I zerschneidet, um die beiden T-förmigen Abschnitte zu erhalten. Andererseits können die beiden Abschnitte auch unzerteilte Trägerabschnitte mit I-Profil sein.

Die Maßnahme c) sieht vor, daß man die Anordnung mit den beiden aufeinanderliegenden Abschnitten und den Rahmen einer Biegekraft aussetzt. Dies kann dadurch realisiert werden, indem man zwei gleiche Kräfte in der gleichen Richtung auf die Enden des einen der beiden Abschnitte einwirken läßt, während Abstützungen an einem oder zwei Punkten des anderen Abschnittes zwischen den beiden äußeren Rahmen vorgesehen sind. Es ist notwendig, daß die Rahmen so dimensioniert sind, daß die durch die beiden T-förmigen Abschnitte geformte Anordnung zur Bildung des I so immobilisiert ist, daß bei dem Aufbringen der Biegekräfte sich die beiden Abschnitte aufeinander abstützen wie ein Gesamt­ träger, d.h., daß allein die benachbarten Bereiche sich einander gegenüberliegend aufeinander verschieben können.

Die Maßnahme d) wird vorteilhaft dadurch realisiert, daß man ein bewegbares und automatisiertes elektrisches Schweißgerät ein­ setzt.

Gemäß der Erfindung ist es möglich, die beiden Abschnitte mit T- oder I-förmigem Querschnitt aus unterschiedlicher Zusammen­ setzung bzw. verschiedenen Qualitäten des Stahls auszuwählen, d.h., man zerschneidet entweder verschiedene I-Trägerarten, oder wählt entsprechend unterschiedliche I-Träger aus.

Es kann auch sehr wohl sein, daß man gleich zwei Abschnitt in der Form von I-Trägern einsetzt und diese Abschnitte miteinander ver­ einigt. Die Verbindung kann in gebogenem Zustand durch Ver­ schweißung, Verbolzung oder irgendein anderes Verbindungsmittel erfolgen.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele der Erfindung, unter Bezugnahme auf die beige­ fügten Zeichnungen. Dabei zeigt bzw. zeigen im einzelnen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Trägers, der aus im Querschnitt T-förmigen Abschnitten gebildet wird, die von Rahmen gehalten sind, wobei die Kräfte auf die äußeren Enden übertragen werden,

Fig. 1A einen Querschnitt durch die Anordnung bei einem Halterahmen, über welchen die Biegekraft übertragen wird,

Fig. 1B einen Querschnitt durch einen Halterahmen an der Stelle einer Abstützung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die beiden Abschnitte, die den Träger bilden sollen, wobei sich die miteinander zu verbindenden Bereiche gegenüberliegen und die Fig. 2A und 2B die Anphasungen wiedergeben, entlang der zu verschweißenden Bereiche vor dem Schweißvor­ gang,

Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Träger, dessen beide Abschnitte durch Verklebung miteinander verbunden sind,

Fig. 4 ein mögliches Anwendungsbeispiel für Träger gemäß der Erfindung,

Fig. 5 einen Querschnitt durch ein anderes Ausführungs­ beispiel der Erfindung, unter Verwendung zweier I-förmiger Abschnitte mit im wesentlichen gleichen Dimensionen und

Fig. 6 einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungs­ beispiel, unter Verwendung von im Querschnitt I­ förmigen Abschnitten unterschiedlicher Dimensionen.

In Fig. 1 sind die beiden Abschnitte 1 und 2 mit T-förmigem Querschnitt wiedergegeben. Diese Abschnitte werden in einer solchen Position gehalten, daß die Flächen 11 bzw. 21 nebeneinanderliegen. In der Praxis können sich diese Flächen leicht berühren, bzw. in einem Abstand in der Größenordnung von 2 bis 5 mm voneinander an­ geordnet sein, um Schwierigkeiten bei der anschließenden Ver­ schweißung zu vermeiden. Das Halten der Abschnitte wird durch die Rahmen sichergestellt. Im dargestellten Fall handelt es sich beispielsweise um vier Rahmen, wobei sich die beiden Rahmen 3 und 4 an den äußeren Enden der Abschnitte befinden, während die beiden anderen Rahmen 5 und 6 an den Abstützstellen angeordnet sind.

Der untere Abschnitt 2 ist kürzer als der obere Abschnitt, um die sich zwangsläufig durch die Biegung ergebende Längenänderung zu berücksichtigen. Dieser Aspekt wird durch die Darstellung der Anordnung in gestrichelten Linien deutlich.

Wie man beispielhaft aus Fig. 1 sowie den Fig. 1A und 1B entnehmen kann, werden die Biegekräfte F auf die Rahmen 3 und 4 übertragen. Sie werden aufgenommen an den Abstützungen A über die Rahmen 5 und 6. Die Rahmen 3, 4, 5 und 6 sind hinsichtlich ihres Aufbaues im wesentlichen identisch. Ihre Anordnung ändert sich jedoch jeweils mit der zu erfüllenden Funktionsaufgabe. So sind die Rahmen 3 und 4 in einer solchen Weise angeordnet, daß die Öffnung nach unten gerichtet ist, während die Rahmen 5 und 6 in umgekehrter Weise aus­ gerichtet sind. Die Übertragung der Kräfte bzw. die Aufnahme der Kräfte an den Stützen ist durch die Pfeile wiedergegeben, jeweils an den Stellen, an welchen die Rahmen belastet sind.

Dank des Konzeptes mit den Rahmen wird die Verschweißung mit Hilfe von automatischen Schweißvorrichtungen sehr erleichtert. Wie sich aus den Fig. 1A und 1B ergibt, wird die Schweiß­ vorrichtung S in einem U-Profil 7 gehalten, das, entsprechend der Darstellung in Fig. 1A, im Inneren des Rahmens angeordnet ist, während es entsprechend der Darstellung in Fig. 1B sich auf dem Quersteg des Abschnitts 2 befindet, wo es über eine Zwischenunter­ lage (schraffiert) gehalten ist, die den Niveauunterschied aus­ gleicht.

Es ist noch auszuführen, daß man vorteilhaft Platten 8 bzw. 9 zwischen den Rahmen und die nicht dargestellten Schraubwinden bzw. zwischen die Rahmen und den Auflagern zur Vermeidung von Be­ schädigungen anordnet.

Um die Bereiche für die Verbindung oder Wiederverbindung durch die Verschweißung (siehe Fig. 2) vorzubereiten, sind Anphasungen, vorzugsweise im Bereich des oberen Abschnitts, vorgesehen. In Fig. 2A ist eine geeignete Anphasung für den Fall eines Trägers mit dickem Steg dargestellt. Im Fall von Trägern mit dünnen Stegen bevorzugt man die Anphasung, wie sie die Fig. 2B wieder­ gibt.

Statt die Abschnitte, aus denen sich der Träger zusammensetzt, zu verschweißen, kann man ebenso die Abschnitte miteinander ver­ kleben (siehe Fig. 3). Bei der beispielhaften Darstellung ver­ wendet man vorteilhaft Stahlplatten 33, die auf die Stege der Abschnitte 31 und 32 über die gesamte Länge aufgeklebt sind.

Die Erfindung wurde beispielhaft anhand von Abschnitten be­ schrieben, die einen T-förmigen Querschnitt besitzen. Es ist jedoch an dieser Stelle auszuführen, daß in gleicher Weise Träger auch mit Hilfe von gemischten Abschnitten, wie auch Hohlprofilen und Kombinationen von diesen, hergestellt werden können. Im be­ sonderen eignen sich für die beiden Abschnitte auch I-Profile, wobei diesbezüglich auf die Fig. 5 und 6 verwiesen wird. Die Ab­ schnitte können einen im wesentlichen identischen Querschnitt be­ sitzen, oder auch unterschiedliche Stärke aufweisen (Fig. 6). Wenn die I-Profile eine unterschiedliche Größe besitzen, ist es relativ einfach, die Flansche durch Verschweißen miteinander zu verbinden.

Durch die beschriebene Herstellung erhält man einen vorgespannten Stahlträger, dessen einer Teil unter Zug und dessen anderer Teil unter Druck steht. Ein solcher Träger vermag eine Last zu tragen, die wesentlich größer ist als bei einem gewalzten Träger der gleichen Dimensionen. Der Teil des Trägers, der unter Zug steht, übernimmt die Kompressionskräfte und der unter Druck stehende Teil übernimmt die Zugkräfte.

Eine mögliche Anwendung ist in Fig. 4 wiedergegeben, die einen vor­ gespannten und geschweißten Träger 40 zeigt, der eine Platte 41 aus armiertem Beton trägt. Die Verbindung zwischen der Platte und dem Träger ist mit Hilfe von Bolzen 42 hergestellt. Die T-förmigen Abschnitte, die für die Herstellung des Trägers verwendet wurden, besitzen unterschiedliche Querschnittsdimensionen, wobei der­ jenige mit den kleineren Dimensionen sich in Kontakt mit der Platte befindet.

Claims (15)

1. Verfahren zur Herstellung von vorgespannten Stahlträgern, dadurch gekennzeichnet, daß man zwei Trägerabschnitte, die für die Herstellung des zu fertigenden Trägers zugeschnitten sind, bereitstellt, daß man die Abschnitte aufeinanderlegt, daß man die Anordnung gleichzeitig einer Biegung unterwirft, in der Weise, daß man einen gebogenen Träger erhält, daß man die beiden Abschnitte entlang der einander angrenzenden Bereiche miteinander verbindet und abschließend, nachdem die Verbindung hergestellt ist, die äußeren Biegekräfte aufhebt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zwei Abschnitte verwendet, die hinsichtlich ihrer geometrischen Querschnittsform im wesentlichen identisch sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zwei Abschnitte verwendet, die eine unterschiedliche geometrische Querschnittsform besitzen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man die beiden Abschnitt in der Querschnittsform eines T herstellt, indem man einen I-Träger zerschneidet.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man zwei I-Träger als Abschnitte verwendet, deren Flansche man miteinander verbindet.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß man zwei Abschnitte verwendet, die hinsichtlich ihrer Stahlqualität im wesentlichen identisch sind.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man Abschnitte aus einer unterschiedlichen Stahl­ qualität verwendet, und die Abschnitte entsprechend ihrer Biege­ eigenschaften bzw. der mechanischen Zielcharakteristika des zu­ sammengesetzten Trägers einander gegenüberlegt.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Position der beiden einander gegen­ überliegenden Abschnitte mit Hilfe von Rahmen zueinander fixiert, die im wesentlichen eine rechteckige Form besitzen, wobei eine Seitenkante eine zentrale Öffnung zur Aufnahme und Führung des Steges eines der Abschnitte aufweist, dessen Flansch außen am Rahmen anliegt, wenn die gegenüberliegende Seite des Rahmens, die den Flansch des zweiten Abschnitts abstützen soll, eine Innenlänge besitzt, die im wesentlichen der Größe des Flansches dieses Abschnittes entspricht, während die beiden verbleibenden Seiten des Rahmens eine Länge besitzen, gemäß welcher, wenn sich die Abschnitte an Ort und Stelle befinden, die Teile, die mit­ einander zu verbinden sind, einen Abstand von wenigen Milli­ metern voneinander besitzen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die Biegekräfte auf mindestens zwei Rahmen aufbringt, die sich an den äußeren Enden der Abschnitte befinden, und die Reaktions­ kräfte über mindestens einen zwischen den äußeren Rahmen ange­ ordneten weiteren Rahmen aufnimmt.

10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die beiden Abschnitte mittels Schweißen, Verbolzen oder Verkleben miteinander verbindet.

11. Vorgespannter Stahlträger, dadurch gekennzeichnet, daß er aus zwei Abschnitten zweier Längsprofile besteht, die während einer Biegebelastung entlang ihrer Berührungsflächen miteinander verbunden sind.

12. Stahlträger nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abschnitte eine unterschiedliche Stahlqualität be­ sitzen.

13. Stahlträger nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abschnitte eine unterschiedliche geometrische Querschnittsform besitzen.

14. Stahlträger nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abschnitte ein T-förmiges Querschnittsprofil besitzen, wobei die Stege in der gleichen Ebene liegen.

15. Stahlträger nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abschnitte ein I-Profil be­ sitzen und entlang der einander zugewandten Flansche miteinander verbunden sind.