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Verfahren zur Herstellung von Balkenbrücken aus Stahlbeton Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Balkenbrücken aus Stahlbeton.
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Bisher geht man bei der Herstellung von Balkenbrücken aus Stahlbeton
in der Regel so vor, daB Lehrgerüste errichtet «erden, die sich über den ganzen
Brückenbereich erstrecken. Auf diesen Lehrgerüsten werden die für die Bewehrung
erforderlichen Rundeisen schlaff ausgelegt und die Betonierttng vorgenommen.
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I?in solches Verfahren 'hat erhebliche Nachteile. Mit der Herstellung
des mitunter recht komplizierten Lehrgerüstes und seinem späteren Abbau nach erfolgtem
Abbinden des Betons ist ein erheblicher Arbeitsaufwand verbunden. Weiterhin benötigt
man für die Errichtung der Lehrgerüste eine außerordentlich große ':Menge an Schalungsholz.
(las einem starken Verschleiß ausgesetzt ist. Bei der l'l@erl@rückung schiffbarer
Wasserläufe tritt durch (las Lehrgerüst eine Behinderung der Schifffahrt ein, außerdem
bestehen ernsthafte Gefahren für das Bauwerk und das Lehrgerüst wenn Hochwasser
einsetzt. Weiterhin sind der Spannweite von Stahlbetonbrücken mit der meist üblichen
schlaffen Bewehrung aus Rundeisen Grenzen gesetzt, da die Eigengewichtsmomente sehr
rasch ansteigen. Die mögliche und vertretbare Spannweite bleibt vielfach unterhalb
der praktischen Anforderungen und ihre Merschreitung führt @zu Konstruktionen, die
aus Stahlbeton wirtschaftlich und auch aus allgemeinen Gründen nicht mehr herstellbar
sind. In diesem Zusammenhang ist noch darauf hinzuweisen, daß mit steigender Spannweite
der Stahlverbrauch in einem immer ungünstiger werdenden Verhältnis ansteigt.
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Manche dieser Nachteile werden durch die bekannte Xlelanbauweise vermieden,
bei der ein
leichtes Stahlfachwerk mit angehängter Schalung (las
Lehrgerüst ersetzt. Das Fachwerk wird einbetoniert und dient als Bewehrung des endgültigen
Verbundquerschnittes. Dieses Verfahren wurde bisher nur vereinzelt, vor allem bei
einigen Bogenbrücken angewandt und konnte sich in der Praxis nicht durchsetzen,
da ihm allgemein ein unwirtschaftlich hoher Stahlverbrauch nachgesagt wird.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren, welches die oben geschilderten
Nachteile der Stahlbetonbriicken mit schlaffer Rundeisenbewehrung beseitigt durch
eine Anwendung der an sich bekannten blelanbauweise bei Balkenibrücken in einer
abgewandelten verbesserten Forma Dies wird dadurch erreicht, daß die Bewehrung -der
Hauptträger, also z. B. bei Plattenbalken die Bewehrung der Stege, aus einer starren
selbsttragenden Konstruktion vornehmlich aus hochwertigem Stahl nach den Regeln
des reinen Stahlbaues hergestellt und vor oder gleichzeitig mit dem Betonieren unter
Ausnutzung der im Stahlbau gegenüber dem Stahlbetonbau höheren zulässigen Stahlspannungen
vorgespannt wird. Dadurch wird -der hochwertige Stahl viel besser als bei Rundeisenbewehrung
ausgenutzt und es wird der bemerkenswerte Vorteil erzielt, daß der Stahlaufwand
geringer ist als bei der bisher üblichen Bewehrung mit schlaffen Rundeisen. Damit
werden gleichzeitig auch die Nachteile der bisher bekannten starren Bewehrungen
vermieden.
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Bekanntlich besteht bei der Herstellung von Stahlbetonbrücken die
Vorschrift, daß z. B. der hochwertige Stahl, den nian für die Bewehrung aus schlaffen
Rundeisen verwendet, zur Vermeidung von Zugrissen nur bis zu einem Wert von 16oo
kg/cm22 beansprucht -werden darf,. während in @\'irklichkeit seine zulässige Beanspruchung
bei 21oo kg/cni2 Zugspannung liegt. Die Differenz von 5oo kg/cm2 kann bei Anwendung
des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Aufnahme des Eigengewichtes des Betons mit
herangezogen werden, indem man dafür Sorge trägt, daß die Stahlkonstruktion durch
dieses Eigengewicht entsprechend vorgespannt wird. In Erkenntnis dieser Zusammenhänge
wird erfindungsgemäß bei der Herstellung von Balkenbrücken, die sich über eine oder
mehrere öffnungen erstrecken, die Vorspannung der Stahlkonstruktion durch das Einbringen
des Betons in die an die Stahlkonstruktion angehängte Schalung erzeugt, wobei man
eine bestimmte Reihenfolge des Betonierungsvorganges einhält und außerdem der statischen
Gliederung der Fachwerkbewehrung eine bestimmte Ausbildung gibt, nm sicherzustellen,
daß die Vorspannung sich in der gewünschten Weise über die ganze Brücke erstreckt.
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Da bei einer solchen Lenkung des Betonierungsvorgangs der Beton keine
Druckspannungen infolge Eigengewicht erhält, können mit Hilfe des neuen Verfahrens
erheblich größere Spannweiten überbrückt oder so geringe Bauhöhen erreicht werden,
wie sie mit der bisher üblichen Rundeisenbewehrung nicht verwirklicht werden konnten.
Weiter ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Bildung von Hohlräumen in der
als nicht tragend anzusehenden Zugzone des Verbundquerschnittes, wodurch der nachteilige
Einfuß des Eigengewichts bei großen Spannweiten noch weiter vermindert werden kann.
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Bei dem neuen Verfahren entfällt die Errichtung, das Absenken und
der nachträgliche Ausbau eines Lehrgerüstes. Dadurch tritt eine ganz erhebliche
Vereinfachung an Arbeit und Zeit und eine wesentliche Ersparnis an Holz ein. Beim
Bau von Brüc1:en Tiber schiffbare Wasserläufe wird eine Behinderung; der Schiftahrt
vermieden und es kann keine Gefährdung des Brückenlaues durch Hochwasser eintreten.
Weiterhin besteht der Vorteil, daß die Stahlkonstruktion, die in vorbereiteten Einheiten
an der Baustelle angeliefert werden kann, in verhältnismäßig kurzer Zeit ausgelegt
werden .kann und einen Notverkehr über die Brücke ermöglicht.
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Bei einer bevorzugten Forte der Durchführung des neuen Verfahrens
wird die im Endzustand der Brücke als Bev-ehrung des Betons dienende Stahlkonstruktion
aus geschweißten oder genieteten Pfostenfachwerken aus Profilstahl hergestellt,
die man so dimensioniert, claß sie auch das bei der Betonierung der Balkenbrücke
hinzukommende Eigengewicht des Betons aufzunehmen vermögen. Da nach dem Erhärten
-des eingebrachten Betons der Träger als Verbundquerschnitt wirkt, dessen Zugbewehrung
z. 13. bei hochwertigem Baumaterial (St 32) nur mit i6oo kg/cm'= beansprucht werden
darf, so wird man das Pfostenfachwerk so dimensiollieren, daß die Vorspannung durch
Eigengewicht in diesem Zustand mindestens 5oo kg/cni2 beträgt, damit er durch die
später hinzukommenden Belastungen durch die Fahrbahnplatte, Fahrbahndecke und Nutzlast
voll au;ge»utzt werden kann.
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Bei der Herstellung einer sich über mehrere Öffnungen erstreckenden
Balkenbrücke wird man zweckmäßig die durchlaufende starre Fachwerkbewehrungwährend
des Betonierungsvorganges als statisch bestimmte Gerber- oder Koppelträger ausbilden,
und die Reihenfolge des Betonierens in Längsrichtung der Brüche so wählen, daß zuerst
die eingehängten Träger und die Felder mit positiven Momenten, dann die svmtnetrischenAbschnitte
über den Stützen und zum Schluß die Verbindungsstücke zur Erzielung eitler Durchlaufwirkung
betoniert -werden. Dadurch wird sichergestellt, daß kein bereits betonierter Abschnitt
des Trägers durch einen darauffolgenden Arbeitsabschnitt in Spannung gesetzt wird
bis die Durchlaufwirkung eintritt. Auch den Querschnitt der Brücke kann man, damit
die Vorbelastung aus dem Eigengewicht des noch nicht erhärteten Betons nicht zu
hoch wird, ebenfalls in verschiedenen Stufen betonieren.
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Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann man die steife Bewehrung
aus mehrwandigen Fachwerkträgern herstellen und zur Verminderung des Betoneigengewichtes
in den zwischen diesen Trägern gebildeten Hohlraum vor der Betonierung, vor allem
im Bereich der Zugzone, Hohlkörper, die z. B. aus Wellblechen gebildet sind, einfügen.
Auf
diese Art und Weise lassen sich die Eigengewichtsmomente, vor
allem diejenigen, die von dem nicht tragenden Beton der Stege eines Plattenbalkens
herrühren, fast völlig beseitigen.
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Wenn es sich darum handelt, besonders große Spannweiten mit einer
geringen Bauhöhe zu erzwingen und wenn die Zugvorspannungen aus Eigengewicht zu
.groß würden, so kann man erfindungsgemäß so vorgehen, daß in den Zuggurten der
aus Stahl bestehenden Gitterträgerbewehrung 1>ruckvorspannungen erzeugt werden,
indem man -den Trägern Kabel oder Seile o. dgl. eingliedert, und in diese mit Hilfe
von hydraulischen Pressen, `'finden o. dgl., Vorspannkräfte einträgt. Da sich diese
Vorspannkräfte nur in der Stahlkonstruktion auswirken, lassen sie sich genau festlegen
und werden im Gegensatz zu dem bekannten Spannbeton von den Einflüssen des Kriechens
und Sehwindens des l;etons nicht betroffen. Durch die Verwendung einer steifen Bewehrung,
die sich selbst und das Eigengewicht des sie umgebenden Betons trägt, das stufenweise
Betonieren in bestimmter Reihenfolge, die Vorspannung der starren Bewehrung durch
Seile und die Verwendung von Hohlkörpern, wird eine Verminderung des Gesamtbedarfs
an Stahl und eine kleinere Bauhöhe der Hauptträger bei gleicher Spannweite oder
bei gleichem Stahlbedarf und gleicher Bauhöhe der Hauptträger eine nicht unwesentliche
Vergrößerung der Spannweiten gegenüber reinen Stahlbetonbrücken mit schlaffen Bewehrungen
ermöglicht.
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Weitere 1llerkmale der Erfindung und Einzelheiten der durch sie erzielten
Vorteile ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung einer an Hand der Zeichnung
zu erläuternden Durchführungsform des neuen Verfahrens.
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Fig. t zeigt im Aufriß das System einer nach dem neuen Verfahren hergestellten
Balkenbrücke, die sich über drei Öffnungen erstreckt; Fig. 2 erläutert die Reihenfolge
des Betonierens der Hauptträger in einzelnen Abschnitten und das System der Stahlkonstruktion
während des Betonierungsvorganges; Fig. 3 ist ein Querschnitt durch die Brücke in
vergrößertem Maßstab; Fig. q zeigt die Erzeugung von Druckvorspannungen in den Zuggurten
der Stahlkonstruktion durch die Anordnung und das Anspannen von Seilen oder Kabeln.
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Die in Fig. t, 2 und 3 dargestellte Balkenbrücke besteht aus zwei
Plattenbalken, deren beide Stege a und h mit einer Stahlkonstruktion bewehrt werden,
die in Form von geschweißten oder genieteten Pfostenfachwerken aus hochwertigem
Stahl hergestellt sind. Zur Erzielung einer genügenden Knicksicherheit in jedem
Baustadium und einer ausreichenden Steifigkeit gegenüber Windbelastung sind beide
Hauptträger durch leichte Stahlquerträger c miteinander verbunden, welche später
einbetoniert werden und die Bewehrung der Querträger bilden, wie Fig. 3 erkennen
läßt. Ein horizontaler Windverband in. der Ebene des Obergurtes wird ebenfalls angeordnet,
der gegebenenfalls vor dem Betonieren der Fahrbähnplatte ausgebaut und durch die
Schalung ersetzt werden kann. Bei Verwendung von Fertigplatten für die Fahrbahnplatte
kann der Verband mit einbetoniert werden.
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Die einzelnen Hauptträger der Stahlkonstruktion bestehen im vorliegenden
Fall, wie Fig.3 zeigt, aus einem doppelwandigen Fachwerk d, in dessen inneren Hohlraum
zwischen den nicht miteinander verbundenen zweiteiligen Diagonalen e vor dem Betonieren
Hohlkörper feingefügt werden. Die Hohlkörper liegen im Bereich der Zugzone des Stahlbetonquerschnittes
und 'können z. B. aus Wellblechen hergestellt werden, die man bei lotrechtem Verlauf
der Wellungen zu einem kastenförmigen Gebilde mit geschlossener Naht durch Biegen
verformt oder aus einzelnen Wandungstafeln zusammenfügt und miteinander verschweißt.,
Die obere und untere Stirnfläche wird, um ein Eindringen von Beton zu verhindern,
entsprechend abgedeckt. Gegebenenfalls können in den so gebildeten kastenförmigen
Hohlkörpern Versteifungen in Form von Zwischenstegen angebracht werden.
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Weiter erläutert Fig. 3 das Betonieren des Querschnittes in zwei Stufen.
Mit Hilfe einer an die Fachwerkträger d angehängten Schalung g werden -die Stege
des Plattenbalkens bis zur völligen Ummantelung des Stahlfachwerkes betoniert. Im
rechten Teil der Fig. 3 ist diese Betonierungszone mit d bezeichnet. Nach dem Erhärten
des Betons wird der Steg des Plattenbalkens als Stahlbetonbalken mit Rechteckquerschnitt,
auf den nun eine Fahrbahnplatte B als Druckplatte aufbetoniert wird. Die Fahrbahnplatte
und die Gehwegauskragung wird eingeschalt oder teilweise aus Fertigteilen aufgebaut;
dieses ist für das Wesen der Erfindung ohne Belang.
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In der linken Hälfte von Fig. 3 ist der Brückenquerschnitt imEndzustand
wiedergegeben;zurHerstellung der eigentlichen Fahrbahnplatte dienen beim dargestellten
Ausführungsbeispiel Fertigteile aus Beton.
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Fig. 2 zeigt das abschnittsweise Betonieren der Brückenhauptträger
inLängsrichtung, durch welche die erfindungsgemäße Vorspannung der Stahlkonstruktion
bei einem Durchlaufträger erreicht wird. Zur einwandfreien Beherrschung der Spannung
an der Stahlkonstruktion wirken im vorliegenden Fall die Hauptträger während des
Betonierens als statisch bestimmte Gerberträger mit den Gelenken h, bei denen
die Stabanschlüsse i erst zum Schluß verschraubt, vernietet oder verschweißt
und einbetoniert werden. Damit die Stahlkonstruktion im Bereich über den Stützen
eine genügend höhe Vorspannung erhält, werden in der angegebenen Reihenfolge zuerst
das eingehängte Mittelfeld I, dann die Randfelder der Seitenöffnungen II und zum
Schluß die Abschnitte III über den Stützen betoniert Dann wird durch Schließung
bei IV die Durchlaufwirkung erzielt. Die Abschnitte III über den Stützen sind für
sich symmetrisch und belasten nicht die Nachbarfelder, sondern nur die Pfeiler,
so daß man zur Erzielung der Verbundwirkung nicht abzuwarten braucht, bis der Beton
irgendeines
Trägers erhärtet ist, sondern den ganzen Betonierungsvorgang
rasch durchführen kann. Sämtliche Diagonalen der Fachwerkträger sind so angeordnet,
daß sie durch das Eigengewicht beim Betonieren Zugvorspannungen erhalten.
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Fig.4 erläutert eine besondere Art der Erzeugung von Druckvorspannungen
in den Zuggurten einer aus Stahl bestehenden starren Bewehrung, welche bei besonders
ungünstigen Verhältnissen hinsichtlich Spannweite oder Bauhöhe angewandt werden
kann. In diesem Fall werden der starren Bewehrung gemäß Fig.4 die mit k bezeichneten
Seile eingegliedert, welche sich an den Umlenkpunkten l mit Rollen oder Gleitstücken
gegen die Stahlkonstruktion abstützen und an ihren Enden m fest mit dem Untergurt
verbunden sind. Cherbeiden Pfeilern wirken hydraulische Pressen n auf die Seile
ein, durch welche Vorspannkräfte meß-barer Größen in die Seile eingetragen werden.
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Es ist ohne weiteres möglich, die beiden Arten der Erzeugung von Vorspannkräften
entsprechend den Ausführungsbeispielen nach Fig., i bis 3 einerseits und nach Fig.
4 andererseits bei ein- und derselben Brückenkonstruktion auch gleichzeitig anzuwenden.
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In allen Fällen können auch, wenn es zweckmäßig erscheint, zur besseren
Anpassung an den Momentenverlauf neben den starren Fachwerksträgern zusätzlich noch
Rundeisen in Form von schlaffen Zulagebewehrungen verwendet werden.