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Dokumentenidentifikation DE102006060695B4 28.04.2011
Titel Verfahren zur Herstellung von zwei- oder mehrfeldrigen Stahlverbundbrücken
Anmelder Hochschule Wismar University of Technology, Business and Design, 23966 Wismar, DE
Erfinder Latz, Kersten, Prof. Dr.-Ing., 23628 Krummesse, DE;
Bittermann, Thomas, Dipl.-Ing., 19406 Kobrow, DE
Vertreter Wablat, W., Dipl.-Chem. Dr.-Ing. Dr.jur., Pat.-Anw., 14129 Berlin
DE-Anmeldedatum 18.12.2006
DE-Aktenzeichen 102006060695
Offenlegungstag 26.06.2008
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 28.04.2011
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.04.2011
IPC-Hauptklasse E01D 21/00  (2006.01)  A,  F,  I,  20061218,  B,  H,  DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von zwei- oder mehrfeldrigen Stahlverbundbrücken, bei dem mindestens ein in Längsrichtung orientierter, mit Kopfbolzendübeln oder anderen Verbundelementen versehener Stahlträger auf mindestens einer verstellbaren Mittelunterstützung einer Mittelstütze und an den Enden auf Widerlagern abgestützt und auf dem Stahlträger in Betonbauweise eine Fahrbahnplatte hergestellt wird, und bei dem in einem nicht mehr viskosen Zustand des Betons die Mittelunterstützung aus einer erhöhten Position abgesenkt wird, so dass in den Beton eine Druckspannung und in den Stahlträger eine Zugspannung eingeprägt werden.

Stahlverbundbrücken bestehen im sogenannten Überbau aus mindestens einem sich in Längsrichtung der Brücke erstreckenden, als Hohlprofil oder offenes Profil ausgebildeten Stahlträger und einer mit diesem über am Stahlträger angeformte Verbundelemente, insbesondere Kopfbolzendübel, kraftschlüssig verbundenen Fahrbahnplatte aus Stahlbeton. Durch den Verbund aus Stahlträger und Betonplatte wird eine gemeinsame Tragwirkung erreicht. Die Festigkeitseigenschaften beider Baustoffe werden optimal genutzt, denn der Stahlträger ist für die Übertragung von Zugkräften und der Beton für die Aufnahme von Druckkräften hervorragend geeignet. Der Unterbau der Stahlverbundbrücke besteht aus an den Enden der Stahlträger angeordneten Widerlagern, die bei Zweifeldbrücken durch mindestens eine Mittelstütze oder bei mehrfeldrigen Stahlverbundbrücken auch durch mindestens zwei oder mehrere Mittelstützen ergänzt sind.

Die Herstellung von zwei- oder mehrfeldrigen Stahlverbundbrücken bereitet jedoch insofern Schwierigkeiten, als während des Abbindens des Betons infolge meteorologischer Einflüsse sowie insbesondere der Hydratationswärmeentwicklung und der damit verbundenen Dehnung und späteren Schrumpfung des Betons Trennrisse entstehen, die zu einer Schädigung des Bauwerks führen. Es ist zwar möglich, den durch Risse beschädigten Beton nachzubehandeln, jedoch ist diese Nachbehandlung nicht immer ausreichend, so dass, insbesondere bei klimatisch ungünstigen Bedingungen, Schadensfälle an derartigen Bauwerken auftreten.

Es ist bekannt, dass bei der Biegebeanspruchung eines Einfeldträgers, bei der in der Betonplatte nur Druckspannungen und in dem Stahlträger nur Zugspannungen auftreten, die Eigenschaften der beiden Baustoffe optimal genutzt werden, während bei Zwei- oder Mehrfeld-Stahlbetonbrücken die Beanspruchung und die Spannungsverhältnisse im Bereich der Mittelstütze umgedreht werden und somit der Beton in diesem Bereich auf Zug beansprucht wird. Um das Tragverhalten der Brücke unter diesen Voraussetzungen zu verbessern, ist es bekannt, eine verstellbare Abstützung zwischen den Mittelstützen und dem Stahlträger nach Fertigstellung der Betonplatte der Brücke, d. h., wenn der Beton der Fahrbahnplatte vollständig ausgehärtet ist und die Trennrisse bereits gebildet sind, bis in die Endlage auf dem Brückenlager abzusenken. Dennoch besteht das Problem der Rissbildung während der Aushärtung des Betons mit den daraus resultierenden Folgeschäden weiterhin.

Aus DE 806 727 C ist ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von Stahlbetonbrücken vorbekannt, bei dem auch die Mittelunterstützung aus einer erhöhten Position abgesenkt wird und als Kriterium für die Absenkung das Auftreten von Zugspannungen, die es zu verhindern gilt, benutzt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von zwei- oder mehrfeldrigen Stahlverbundbrücken zu schaffen, das die Ausbildung von Trennrissen in der Fahrbahnplatte aus Beton während des Aushärtens verhindert.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, dass während des Abbindens und Aushärtens des Betons dessen Temperaturen und Verformungen sowie Dehnungs- und Schrumpfspannungen gemessen und/oder berechnet werden und beim Erreichen einer bestimmten Anfangsfestigkeit, jeweils bei einer auf der Basis der Mess- und/oder Berechnungsergebnisse festgestellten Rissgefahr, die Mittelunterstützung allmählich aus der erhöhten Position abgesenkt wird, um noch während des Aushärtungsprozesses entgegen der dabei auftretenden Beanspruchungen – jeweils in Zeitpunkt und Größe entsprechend der festgestellten Rissbildungsgefahr – die Druck- und Zugspannung einzuprägen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden somit die Art und Weise, wie der Zeitpunkt bestimmt wird, an dem mit dem Aufbringen der Druckvorspannung begonnen wird, und das allmähliche Aufbringen der Druckvorspannung näher beschrieben.

Der Kern des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, bei einer zwei- oder mehrfeldrigen Verbundbrücke nach dem Schütten des Betons im Falle einer festgestellten Rissgefahr schon während des Abbindens und Aushärtens des nicht mehr viskosen Betons eine temporäre verstellbare Unterstützung zwischen Mittelstütze und Träger und damit den Stahlträger mit dem eingeschalten Beton aus einer mittig erhöhten Position in einem oder mehreren Schritten teilweise oder bis in die Endlage abzusenken und damit entgegen der beim Abbinden und Aushärten aufgrund des Verbundes zwischen dem Beton und dem Stahl zu verzeichnenden Druckbeanspruchung des Stahlträgers bzw. Zugbeanspruchung der Betonplatte eine Druckspannung in den Beton und eine Zugspannung in den Stahlträger einzuprägen und dadurch die beim Aushärten infolge der Volumenänderung zu erwartende Ausbildung von Trennrissen zu verhindern.

Erfindungsgemäß werden der Beginn, die Geschwindigkeit und die Dauer des Absenkens auf der Grundlage der Verformungen, Dehnungen und Temperaturen sowie Spannungen des Betons, die während des Aushärtens gemessen bzw. berechnet werden, festgelegt, jedoch in Abhängigkeit von zusätzlich erfassten meteorologischen Messwerten und auf das Bauwerk bezogenen Daten wie Betonrezeptur, Bauwerks- und Bauwerksumgebungsgeometrie, Betonschalung und Betonnachbehandlung sowie Betonierverlauf. Unter Einbeziehung aller erfassten Daten und Berechnungs- bzw. Messergebnisse erfolgt bei einer daraus gefolgerten Rissgefahr computergestützt die Absenkung der Mittelunterstützung und damit die mittige Absenkung des Beton-Stahl-Verbunds noch während des Abbindens und Aushärtens des Betons. Die aus allen ermittelten Daten gebildeten Simulationsergebnisse ermöglichen dem Fachmann die Entscheidung zur vorzeitigen Absenkung der Stahlverbundbrücke.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand der eine Zweifeld-Stahlverbundbrücke darstellenden Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt:

1 eine schematische Darstellung der Zweifeld-Stahlverbundbrücke zum Zeitpunkt der Herstellung der Fahrbahnplatte aus Beton und

2 die Stahlverbundbrücke nach 1 nach dem Absenken.

Die Stahlverbundbrücke besteht aus einem Stahlträger 1, der an den Enden jeweils auf einem Widerlager 2, 3 und in einer mittig erhöhten Position auf einer absenkbaren Mittelstütze 4 abgestützt ist, sowie einer mit dem Stahlträger verbundenen Fahrbahnplatte 5 aus Stahlbeton. Der Verbund zwischen dem Stahlträger 1 und der Fahrbahnplatte 5 erfolgt über an der oberen Seite des Stahlträgers 1 angeformte Kopfbolzendübel 6. Nach dem Vergießen des Betons der Fahrbahnplatte 5 in einer Schalung mit in diese eingelegter Bewehrung (nicht dargestellt) befindet sich der Stahlträger 1 samt Fahrbahnplatte 5 in einer in 1 schematisch angedeuteten Position, in der der Stahlträger-Beton-Verbund im Zeitpunkt des noch frischen, nicht abgebundenen Betons spannungsfrei ist. Während des anschließenden Abbindens des Betons steigt – aufgrund der Hydratationswärme – die Temperatur des Betons, der sich mit steigender Temperatur zunächst ausdehnt, um dann während des Aushärtens und beim Absinken der Temperatur sowie in Abhängigkeit von den jeweiligen meteorologischen Bedingungen zu schrumpfen. Da die Fahrbahnplatte 5 über die Kopfbolzendübel 6 bereits mit dem Stahlträger 5 verbunden ist, wird dem Gesamtquerschnitt eine Zwängungsbeanspruchung eingeprägt, aus der Zugbeanspruchungen im Beton und Druckbeanspruchungen im Stahlträger resultieren. In Abhängigkeit von der Betonrezeptur, dem zeitlichen Betonierverlauf, der Schalung und Nachbehandlung des Betons sowie der Geometrie des Bauwerks und der Bauwerksumgebung sowie den klimatischen Gegebenheiten würden die unter den oben genannten Bedingungen auftretenden Spannungen zu Trennrissen im Beton und zu einer Schädigung des Bauwerks führen.

Nach dem Schütten des Betons zur Herstellung der Fahrbahnplatte 5 wird ab einem bestimmten Zeitpunkt des Abbindens während des Versteifens, wenn der Beton nicht mehr viskos ist, aber die Erhärtung noch nicht soweit fortgeschritten ist, dass bereits eine Rissbildung eintritt, etwa mit dem Einsetzen der Schrumpfung die Mittelstütze 4 entsprechend der fortschreitenden Festigkeitsentwicklung des Betons abgesenkt und dabei, wie aus einem Vergleich der 1 und 2 deutlich wird, in den Beton der Fahrbahnplatte 5 eine Druckspannung und in den Stahlträger 1 eine Zugspannung eingeprägt. Die mit dem Absenken der Mittelunterstützung eingeprägten Druckspannungen wirken den mit dem Aushärten des Betons auftretenden Zugspannungen entgegen und verhindern die Ausbildung von Trennrissen. Das Absenken der Mittelunterstützung 4 – nach Zeitpunkt, Geschwindigkeit, Absenkweg – erfolgt auf Basis der Ergebnisse einer Computerberechnung unter Berücksichtigung der jeweiligen feststehenden bauwerksspezifischen Daten, nämlich Betonrezeptur, Bauwerksgeometrie und Umgebungsgeometrie, des zeitlichen Betonierverlaufs, der Art der Schalung und der Nachbehandlung des Betons nach dem Betonieren, der im Zeitraum des Betonierens und Aushärtens herrschenden meteorologischen Daten wie Richtung und Dauer der Sonneneinstrahlung, Bewölkung, Luftfeuchtigkeit, Lufttemperatur und Windverhältnisse sowie einer am Beton während des Abbindens und Aushärtens durchgeführten Messung der Dehnung, der Verformung und der Temperatur. Das heißt, auf der Basis all dieser feststehenden und fortlaufend gemessenen und von einer Software verarbeiteten Daten wird eine gegebenenfalls bestehende Rissgefahr signalisiert und daraufhin wird die Mittelunterstützung 4 in einer bestimmten Zeit um einen bestimmten Wert abgesenkt, um so entgegen der beim Aushärten des Betons auftretenden Beanspruchung wirkende Spannungen in den Stahlträger und die Betonplatte einzuprägen und eine Rissbildung zu verhindern.

Bezugszeichenliste

1
Stahlträger
2
Widerlager
3
Widerlager
4
Mittelunterstützung
5
Fahrbahnplatte
6
Kopfbolzendübel


Anspruch[de]
Verfahren zur Herstellung von zwei- oder mehrfeldrigen Stahlverbundbrücken, bei dem mindestens ein in Längsrichtung orientierter, mit Kopfbolzendübeln (6) oder anderen Stahlelementen versehener Stahlträger (1) auf mindestens einer verstellbaren Mittelunterstützung (4) und an den Enden auf Widerlagern (2, 3) abgestützt und auf dem Stahlträger in Betonbauweise eine Fahrbahnplatte (5) hergestellt wird, und bei dem in einem nicht mehr viskosen Zustand des Betons die Mittelunterstützung (4) aus einer erhöhten Position abgesenkt wird, so dass in den Beton eine Druckspannung und in den Stahlträger (1) eine Zugspannung eingeprägt werden, dadurch gekennzeichnet, dass während des Abbindens und Erhärtens des Betons dessen Temperaturen und Verformungen sowie Dehnungs- und Schrumpfspannungen gemessen und/oder berechnet werden und bei Erreichen einer bestimmten Anfangsfestigkeit, jeweils bei einer auf der Basis der Mess- und/oder Berechnungsergebnisse festgestellten Rissgefahr, die Mittelunterstützung (4) allmählich aus der erhöhten Position abgesenkt wird, um noch während des Aushärtungsprozesses entgegen der dabei auftretenden Beanspruchungen – jeweils in Zeitpunkt und Größe entsprechend der festgestellten Rissbildungsgefahr – die Druck- und Zuspannung einzuprägen. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betonrezeptur, die Geometrie des Bauwerks und der Bauwerksumgebung, der Betonierverlauf sowie die Bauwerksabdeckung und -nachbehandlung und die meteorologischen Daten während des Abbindens und Aushärtens erfasst und zusammen mit den Verformungs-, Spannungs- und Temperaturdaten in einer an einen Computer angeschlossenen Auswerteeinheit verarbeitet werden und das Absenken der Mittelunterstützung auf der Basis einer alle Daten erfassenden Software erfolgt. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach Auswertung der Messdaten eine Rissgefahr signalisiert und daraufhin die Mittelunterunterstützung entsprechend abgesenkt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Absenken der Mittelunterstützung während des Abbindens des Betons entsprechend der Rissgefahr teilweise oder bis in die Endlage des Stahlträgers erfolgt.






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