Vorgespanntes Stahlbetonseil und Verfahren zur Anwendung von vorgespannten Stahlbetonseilen bei der Herstellung einer Hängebrücke

Abstract

 Zur Herstellung eines vorgespannten Stahlbetonseils werden in einem Außenmantelrohr (10) Hüllrohre (12) für die Aufnahme der Spannstähle (16) angeordnet und der Innenraum des Außenmantelrohres (10) ausbetoniert. Nach dem Spannen der Spannstähle (16) werden die Hüllrohre (12) durch Injektion ausbetoniert. Bei einem solchen Stahlbetonseil dient das Außenmantelrohr (10) als verlorene Schalung und als Schutz für das Stahlbetonseil. Ein derartiges Stahlbetonseil findet für Tragseile und Hängestäbe einer Hängebrücke Verwendung.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein vorgespanntes Stahlbetonseil mit in einem Betonkörper in Hüllrohren verlegten Spannstählen und ferner ein Verfahren zur Anwendung von vorgespannten Stahlbetonseilen bei der Herstellung einer Hängebrücke.

[0002] Derartige vorgespannte Stahlbetonseile sind vielseitig für das Abspannen oder Abhängen von Lasten bekannt und insbesondere auch für die Tragseile und Hängestäbe von Hängebrücken, da derartige aus Spannbeton hergestellte Hängebrücken zumindest, was die Wartung der Brücke anbetrifft, wesentlich billiger sind.

[0003] Es läßt sich heute bereits erkennen, daß die Verwendung hochfester Stähle für Stahlhängebrücken und Stahl schrägseilbrücken immer kritischer wird, da diese hochfesten Stähle eine wesentlich größere Anfälligkeit für Korrosion zeigen. Da bisher im Stahlbau keine wirtschaftlichen Verfahren und Techniken gefunden werden konnten, die einen längeren Einbau von hochfesten Stählen ohne immer wieder nötige und sehr kostenintensive Maßnahmen zum Korrosionsschutz zulassen, wird die Tendenz, vorgespannte Stahlbetonseile. zu verwenden, immer größer. Es zeigt sich jedoch, daß gerade beim Brückenbau die Verwendung von vorgespannten Stahlbetonseilen auf Vorurteile stößt, da wegen der Verwendung von Streusalz und dem in den Beton eindringenden Salzwasser immer noch eine Gefahr der Korrosion der Stahlteile besteht. Weitere Schwierigkeiten bei der Herstellung von vorgespannten Stahlbetonseilen werden auch in der Notwendigkeit von Schalungen gesehen, welche mit verhältnismäßig großem Aufwand auf- und abgebaut werden müssen.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vorgespanntes Stahlbetonseil zu schaffen, bei dem ein Teil des Tragsystems eine verlorene Schalung darstellt, die gleichzeitig die Beeinträchtigung des Stahlbetonseils durch die Korrosion begünstigende Einflüsse weitgehend ausschaltet. Ferner soll ein Verfahren zur Verwendung derartiger vorgespannter Stahlbetonseile für die Herstellung abgespannter oder abgehängter Brücken gefunden werden.

[0005] Ausgehend von dem eingangs erwähnten vorgespannten Stahlbetonseil wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Betonkörper mit einem Außenmantelrohr umgeben ist, das bei der Herstellung des Betonkörpers als verlorene Schalung dient.

[0006] Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Hüllrohre jeweils aus einem auf Zug und Druck beanspruchbaren Stahlrohr bestehen, welches gegebenenfalls aus mehreren miteinander durch Schraubmuffen verbundenen Stahlrohrabschnitten hergestellt ist. Diese Hüllrohre können im Außenmantelrohr in Zwischenschotts geführt sein. Es ist auch vorgesehen, daß das Außenmantelrohr aus einem nicht rostenden Stahlblech hergestellt ist und dicht verschließbare Öffnungen zum abschnittsweisen Einbringen des Betons hat.

[0007] Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung werden derartige vorgespannte Stahlbetonseile für die Tragseile und Hängeseile einer Hängebrücke bzw. für die Tragseile von Schrägseilbrücken verwendet.

[0008] Derartige nach den Maßnahmen der Erfindung hergestellte vorgespannte Stahlbetonseile haben den Vorteil, daß das Mantelrohr und die Stahlhüllrohre die Bewehrung für den Betonkörper darstellen, der zusammen mit dem Außenmantelrohr eine sehr hohe Beulsteifigkeit besitzt und praktisch nicht ausbeulen kann. Von weiterem Vorteil ist auch, daß durch die Verwendung eines Außenmantelrohres sowohl die Hüllrohre als auch die in die Hüllrohre eingezogenen Spannstähle während der Bauzeit sehr gut gegen Korrosion und Verschmutzung geschützt sind und daher wegen der guten Verbindungsoberflächen eine innige Verbindung mit dem eingebrachten Beton eingehen.

[0009] Die Erfindung sieht ferner ein Verfahren zur Anwendung von vorgespannten Stahlbetonseilen bei der Herstellung einer Hängebrücke vor, das darin besteht, daß für die Tragseile der Hängebrücke abschnittsweise Außenmantelrohre mit schottweise geführten Hüllrohren an einem über die Pylone geführten Montageseil aufgehängt, die Hüllrohre miteinander vermufft und die Außenrohre miteinander verschraubt bzw. verschweißt werden, daß für die Hängestäbe der Brücke vom Arbeitssteg aus die Außenmantelrohre mit schottweise geführten Hüllrohren abgehängt werden, daß in die Hüllrohre des Tragseils und der Hängestäbe Spannstähle eingezogen werden und der Innenraum des Außenmantelrohres des Tragseiles sowie gegebenenfalls der Hängestäbe ausbetoniert wird, daß die Tragseile und die Hängestäbe schrittweise der Belastung entsprechend vorgespannt werden, daß die Längsträger der Brücke entweder im freien Vorbau oder als Fertigteile an den Hängestäben abgehängt werden und als Montage stege für die Fertigstellung der Fahrbahnplatte dienen, und daß die Tragseile und die Hängestäbe fertig vorgespannt sowie die Hüllrohre ausbetoniert werden.

[0010] Mit einem solchen Verfahren gemäß der Erfindung ist es möglich, auch große Hängebrücken aus Spannbeton herzustellen, wobei der Aufbau und Abbau einer aufwendigen Schalung entfällt und eine Schrägabhängung der Schalung für die Tragseile bzw. eine Abstützung der Schalung für die Hängestäbe nicht mehr erforderlich wird. Da das Ausbetonieren der Außenmantelrohre vor dem Herstellen der Längsträger und der Fahrbahnplatte erfolgt, können sowohl die Tragseile als auch die Hängestäbe bereits vorgespannt werden, um Punktbelastungen bei der Herstellung der Längsträger und der Fahrbahnplatte aufzunehmen. Durch das Vermuffen der aus Stahlrohren bestehenden Hüllrohre sowie das Verschweißen der Außenmantelrohre entsteht bereits vor dem Ausbetonieren ein Tragsystem, das die beim Ausbetonieren der Tragseile und Hängestäbe aufnehmenden Lasten ohne Schwierigkeiten aufnehmen kann.

[0011] Die Vorteile und Merkmale derErfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein vorgespanntes Stahlbetonseil gemäß der Erfindung vor dem Einbringen des Betons;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht einer unter Verwendung von vorgespannten Stahlbetonseilen gemäß der Erfindung hergestellten Hängebrücke;

Fig. 4 eine Schnittdarstellung durch den Knotenpunkt zwischen dem Tragseil und einem Hängestab bei der Hängebrücke gemäß Fig. 3;

Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine verschraubte und verschweißte Stoßstelle von Außenmantelrohrabschnitten.

[0012] In Fig. 1 ist ein Schnitt durch einen Abschnitt eines vorgespannten Stahlbetonseils gemäß der Erfindung dargestellt, wobei ein Montagezustand mit einem eingezogenen Spannstahl und vor dem Einbringen des Betons gezeigt ist.

[0013] In einem Außenmantelrohr 10 sind in vorgegebenen Abständen, z. B. zwischen 2 und 6 m, ringförmige Schotts 11 angeordnet, durch welche entlang dem äußeren Randbereich Hüllrohre 12 geführt sind. Diese Hüllrohre bestehen vorzugsweise aus Stahlrohren mit einer verhältnismäßig großen Wandstärke, die abschnittsweise mit Muffen 14 verbunden sind. Diese Muffen 14 sind vorzugsweise auf Außengewinde an den Hüllrohren aufgeschraubt. Durch die Hüllrohre verläuft in herkömmlicher Weise ein stabförmiger Spannstahl 16. Je nach der Länge des Stahlbetonseiles ist dieses abschnittsweise aufgebaut, wobei die einzelnen Hüllrohre mit Muffen verbunden und die entsprechenden Abschnitte der Außenmantelrohre verschweißt sind. Eine derartige Verschweißung ist mit dem Bezugszeichen 18 gekennzeichnet.

[0014] Bei einem derartigen Aufbau dient das Außenmantelrohr 10 als verlorene Schalung und wird in seiner Gesamtheit mit Beton gefüllt. Dabei stellen die Hüllrohre aus verhältnismäßig dickwandigen Stahlrohren zusammen mit den Schotts 11 eine Bewehrung dar, die dem Stahlbetonseil bereits eine außerordentliche Festigkeit und Beulsteifigkeit gibt. Nach dem Vorspannen der Spannstähle 16 werden dann die Hüllrohre in herkömmlicher Weise injiziert, womit das vorgespannte Stahlbetonseil fertiggestellt ist.

[0015] Für das Außenmantelrohr wird in vorteilhafter Weise ein nicht rostender Stahl benutzt, so daß nach der Fertigstellung des vorgespannten Spannbetonseils dieses optimal korrosionsgeschützt ist und keinerlei Wartung zum Unterdrücken von Korrosion bedarf. Je nach der Einsatzart des vorgespannten Stahlbetonseiles kann selbstverständlich das Außenmantelrohr auch aus normalem Stahl hergestellt sein, der nachträglich mit einem Korrosionsschutz überzogen wird.

[0016] Durch die Verwendung des Außenmantelrohres als verlorene Schalung und als Schutz gegen korrosionsauslösende Einflüsse ergibt sich ein vorgespanntes Stahlbetonseil extrem hoher Qualität, wobei die Hüllrohre und die Spannstähle während der Bauzeit bereits sehr gut gegen Verschmutzung und Korrosion geschützt sind, so daß gute Verbindungsoberflächen erhalten bleiben und beim Betonieren eine einwandfreie Verbindung von Beton und Stahl gewährleistet ist. Durch die Verwendung vermuffter Stahlhüllrohre, die bereits eine gewisse Beulsteifigkeitund Biegesteifigkeit haben, ist es möglich, daß bereits vor dem Einbringen des Betons in das Außenmantelrohr die Stahlteile im Bauzustand auf Zug beansprucht werden können. Dabei besteht die Möglichkeit, die auf Zug beanspruchten Stahlrohre durch eine geringe Vorspannung der Spannstähle zu entlasten.

[0017] Bei der Montage der Stahlteile für ein solches vorgespanntes Stahlbetonseil können diese, wie üblich, abschnittsweise zusammengebaut werden, wobei die einzelnen Abschnitte des Außenmantelrohres miteinander verschweißt und die Hüllrohre durch Schraubmuffen miteinander verschraubt werden. Es ist jedoch auch möglich, für das Vermuffen der Hüllrohre Steckmuffen vorzusehen und die Abschnitte der Außenmantelrohre miteinander zu verschrauben.

[0018] Die Außenmantelrohre sind in gewissen Abständen mit Öffnungen versehen, durch welche der Beton eingefüllt wird. Diese Öffnungen werden mit einem Deckel verschlossen, der vorzugsweise aufgeschraubt ist.

[0019] In Fig. 3 ist perspektivisch eine Seitenansicht einer Hängebrücke dargestellt, bei der die vorgespannten Stahlbetonseile gemäß der Erfindung für die Tragseile und die Hängestäbe Verwendung finden. Im Knotenpunktbereich zwischen den Tragseilen und den Hängestäben sind die Außenmantelrohre mit einem Anschlußstutzen 20 zum Anschweißen bzw. Anschrauben der Außenmantelrohre der Hängestäbe versehen. Im oberen Teil des Außenmantelrohres des Tragseiles ist eine mit einem Deckel 22 verschließbare Öffnung 24 angebracht, durch welche ein Spannkopf 26 einsetzbar ist. Dieser Spannkopf 26 kann mit einer Ringschulter 28 versehen sein, welche auf einem Bund 30 eines vorzugsweise in das Außenmantelrohr eingeschweißten Ringes 32 aufliegt.

[0020] Die Herstellung einer Hängebrücke unter Verwendung der vorgespannten Stahlbetonseile gemäß der Erfindung ermöglicht erstmalig die Herstellung einer Spannbetonhängebrücke mit verhältnismäßig einfachen Mitteln. Beim Bau der Brücke werden zunächst die Pylone erstellt und in herkömmlicher Weise über die Pylone ein Montageseil gespannt, an dem ein Arbeitssteg abgehängt ist. Zur Montage des Tragseiles wird abschnittsweise das Außenmantelrohr 10 mit dem im Innern in den Schotts 11 montierten Hüllrohren abgehängt und die Hüllrohre an den St oßstellen durch Muffen miteinander verschraubt. Die Stoßstelle der Außenmantelrohrabschnitte wird verschweißt. Auf diese Weise werden alle Metallteile des Tragseiles montiert, wobei an den Knotenpunkten Außenmantelrohrabschnitte nach dem Aufbau gemäß Fig. 4angebracht sind. Aufgrund der schottweisen Führung der aus Stahlrohren bestehenden Hüllrohre und deren Vermuffung sowie aufgrund der Verschweissung der einzelnen Außenmantelrohrabschnitte entsteht ein sehr tragfähiges, an den Pylonen abgehängtes Gebilde, das bereits in der Lage ist, erhebliche Lasten aufzunehmen. Die Spannstähle werden in die Hüllrohre entweder abschnittsweise beim Zusammenbau der Außenmantelrohrabschnitte eingebracht oder nach der Fertigstellung des Außenmantelrohres in die miteinander vermufften Hüllrohre eingefädelt. An den Knotenpunkten zwischen dem Tragseil und den Hängestäben wird anschließend das für die Hängestäbe vorgesehene Außenmantelrohr mit den schottweise geführten Hüllrohren abgehängt und an den Anschlußstutzen 20 angeschraubt. Die in diesem Abschnitt des Außenmantelrohres verlaufenden Hüllrohre werden in den Spannkopf 26 eingeschraubt. Die abgehängten Außenmantelrohre der Hängestäbe werden unten verschlossen, so daß nach der Montage der Metallteile nunmehr das Außenmantelrohr des Tragseiles sowie die der Hängestäbe ausbetoniert werden können.

[0021] Durch die Verwendung von Stahlrohren für die Hüllrohre und die Verschweißung der Außenmantelrohrabschnitte miteinander entsteht ein sehr tragfähiges Gebilde, das ohne weiteres in der Lage ist, die gesamte Betonlast im Innern der Außenmantelrohre aufzunehmen. Wenn es wünschenswert sein sollte, kann jedoch bereits vor dem Ausbetonieren und/oder während des Ausbetonierens ein Teil der Spannstähle im Interesse einer Zugentspannung vorgespannt werden. Nach dem Betonieren des Tragseiles und zumindest einem teilweisen Betonieren der Hängestäbe werden die Fahrbahnlängsträger der Brücke entweder von den Pylonen aus im freien Vorbau erstellt oder als Fertigteile an den Hängestäben abgehängt. Nach dem Fertigstellen der Fahrbahnlängsträger werden die Querträger eingebaut und die Fahrbahnplatte fertiggestellt. Es ist auch vorgesehen, daß während dieser Baumaßnahmen zur Herstellung der Fahrbahnplatte das Tragseil teilweise vorgespannt oder die Vorspannung weiter erhöht wird. Nach der Fertigstellung der Fahrbahnplatte werden sowohl die Tragseile als auch die Hängestäbe fertiggespannt und die Spannstähle durch Injizieren von Beton einbetoniert.

[0022] Eine nach dem Verfahren gemäß der Erfindung unter Verwendung der vorgespannten Stahlbetonseile mit einem Außenmantelrohr hergestellte Hängebrücke bietet bei der Verwendung von nicht rostendem Edelstahl für die Außenmantelrohre den Vorteil einer außerordentlichen Wirtschaftlichkeit infolge geringster Unterhaltskosten, da die Außenmantelrohre eine Beeinflussung des Betons, sei es durch Witterungseinflüsse oder durch sonstige Einflüsse wie z. B. Salzwasser, verhindert. Abgesehen davon, daß die vorgespannten Spannbetonseile gemäß der Erfindung mit den Außenmantelrohren aus Edelstahl einen sehr attraktiven optischen Eindruck hinterlassen, bietet das Verfahren auch die Möglichkeit, eine solche Spannbetonhängebrücke äußerst wirtschaftlich herzustellen, da die Außenmantelrohre als verlorene Schalung für das Tragseil und die Hängestäbe Verwendung finden. Der konstruktive Aufbau der Außenmantelrohre mit den schottweise gegeführten Hüllrohren aus Stahlrohren erleichtert die Herstellung des Tragseils und der Hängestangen ganz außergewöhnlich, denn bei der Verwendung von herkömmlichen Schalungsteilen, die sowohl montiert als auch wieder abmontiert werden müssen, ist es kaum möglich, das Tragseil oder die Hängestäbe ohne eine zusätzliche Schrägabspannung bzw. zusätzliche Stützkonstruktionen

[0023] zu betonieren. Durch die Verwendung der Hüllrohre aus Stahlrohren, die ferner in Schotts längs der Innenwandung des Außenmantelrohres geführt sind, ergibt sich eine sehr stabile und tragfähige Konstruktion der abgehängten Metallteile bereits vor dem Betonieren, die ohne Abstützung oder dergleichen in ihrer endgültigen Lage beim Betonieren gehalten werden kann. Auch ist es möglich, während des Betonierens durch schrittweises Vorspannen die Lage der Tragseile genau in der Position festzulegen, in der der Beton eingebracht wird und erhärtet. Durch ein geringes Vorspannen der zwischen den Pylonen hängenden Metallkonstruktion können die Außenmantelrohre zugentlastet werden, so daß mit verhältnismäßig dünnen Blechen, z. B. in der Größenordnung von 8 bis 10 mm bei rostfreiem Stahl für Brückenkonstruktionen gearbeitet werden kann, wobei sich die Durchmesser der Tragseile in der Größenordnung von 0, 8 bis etwa 1, 2 m und die Hängestäbe bei einem Durchmesser von etwa 0, 4 bis 0, 7 m für derartige Brückenkonstruktionen mittlerer Größe bewegen können.

[0024] Die in Fig. 5 dargestellte Stoßstelle von Abschnitten des Außenmantelrohres ist insbesondere für Außenmantelrohre mit großem Durchmesser geeignet, wie sie für die Tragseile von Hängebrücken vorgesehen sind.

[0025] Am Ende des Rohrabschnittes ist jeweils ein Schott 40 angebracht, durch welches die Hüllrohre 12 in einem solchen Abstand vom Außenmantelrohr 10 verlaufen, daß die beiden einander anliegenden Schotts 40 zweier Abschnitte mit Schraubbolzen 42 gegeneinandergeschraubt werden können. Damit ist eine Montage unabhängig von dem Ausführen der Verschweißung 18 möglich. Da der Durchmesser der Innenbohrung der Schotts bei einem Außenmantelrohr von etwa 1 m Durchmesser zumindest 0, 6 m beträgt, sind die Schrauben zugänglich.

Ansprüche

1. Vorgespanntes Stahlbetonseil mit in einem Betonkörper in Hüllrohren verlegten Spannstählen, dadurch gekennzeichnet, - daß der Betonkörper mit einem Außenmantelrohr (10) umgeben ist, das bei der Herstellung des Betonkörpers als verlorene Schalung dient.

2. Vorgespanntes Stahlbetonseil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
- daß die Hüllrohre (12) jeweils aus einem auf Zug und Druck beanspruchbaren Stahlrohr bestehen, welches gegebenenfalls aus mehreren miteinander durch Muffen (14) verbundenen Stahlrohrabschnitten hergestellt ist.

3. Vorgespanntes Stahlbetonseil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
- daß die Hüllrohre (12) im Außenmantelrohr (10) in Zwischenschotts (11) geführt sind.

4. Vorgespanntes Stahlbetonseil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
- daß das Außenmantelrohr mit dicht verschließbaren Öffnungen zum abschnittsweisen Einbringen des Betons versehen ist.

5. Vorgespanntes Stahlbetonseil nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
- daß das vorgespannte Stahlbetonseil für die Tragseile und die Hängeseile einer Hängebrücke Verwendung findet.

6. Vorgespanntes Stahlbetonseil nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
- daß das vorgespannte Stahlbetonseil für die Tragseile von Schrägseilbrücken Verwendung findet.

7. Verfahren zur Anwendung von vorgespannten Stahlbetonseilen nach den Ansprüchen 1 bis 4 bei der Herstellung einer Hängebrücke, bei der über die Pylone ein Montageseil verlegt wird, an dem ein Arbeitssteg hängt, dadurch gekennzeichnet,

- daß für die Tragseile der Brücke abschnittsweise das Außenmantelrohr mit schottweise geführten Hüllrohren an dem über die Pylone geführten Montageseil aufgehängt wird,

- daß die Hüllrohre miteinander vermufft und die Außenmantelrohre miteinander verschraubt bzw. verschweißt werden,

- daß für die Hängestäbe der Brücke vom Arbeitssteg aus Außenmantelrohre mit schottweise geführten Hüllrohren abgehängt werden,

- daß in die Hüllrohre des Tragseils und der Hängestäbe Spannstähle eingezogen werden,

- daß der Innenraum des Außenmantelrohres der Tragseile und gegebenenfalls der Hängestäbe ausbetoniert wird,

- daß c'ie Tragseile und die Hängestäbe gegebenenfalls schrittweise der Belastung entsprechend vorgespannt werden,

- daß die Längsträger der Brücke entweder im freien Vorbau oder als Fertigteile an den Hängestäben abgehängt werden und anschließend die Querträger und die Fahrbahnplatte fertiggestellt wird,

- und daß die Tragseile sowie die Hängestäbe fertig vorgespannt sowie die Hüllrohre durch Injektion ausbetoniert werden.

Zeichnung