Stahl-Beton-Verbundtrog als Brückenüberbau und Verfahren zu seiner Herstellung

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Stahlbetonverbundtrog (10) als Brückenüberbau mit Hauptträgern (12) im Wesentlichen aus Stahl in Längsrichtung der Brücke, mit einer Betonplatte (14) als Bodenplatte mit quer zur Längsrichtung der Brücke verlaufenden Walzträgern in Beton (WiB) (36) als externer Querbewehrung und mit einer internen Querbewehrung (46), und mit einem Kopplungsabschnitt (16) an je einer Stirnseite (34) der Betonplatte (14) und einer Innenseite (24) der Hauptträger (12), wobei im Kopplungsabschnitt (16) im Wesentlichen die interne Querbewehrung (46) der Betonplatte (14) zugfest an den Hauptträgern (12) angeschlossen ist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Verbundtrogs (10)

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Stahl-Beton-Verbundtrog für einen Brückenüberbau mit einer Betonplatte als Bodenplatte, mit quer zur Längsrichtung der Brücke verlaufenden Walzträgern in Beton (WiB) als externer Querbewehrung und mit einer internen Querbewehrung der Betonplatte, mit Hauptträgern im Wesentlichen aus Stahl in Längsrichtung der Brücke und mit einem Kopplungsabschnitt, an dem eine Stirnseite der Betonplatte an einer Innenseite eines der Hauptträger befestigt ist. Die Erfindung betrifft darüber hinaus die Bodenplatte für einen Stahl-Beton-Verbundtrog nach obiger Art sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Stahl-Beton-Verbundtrogs als Bmckenüberbau mit Wangen als Hauptträger in Längsrichtung der Brücke und einer daran befestigten Bodenplatte aus Beton.

[0002] Bei Brückenüberbauten ist es im Allgemeinen wünschenswert, dass sie eine möglichst geringe Konstruktianshöhe aufweisen, dabei aber dennoch robust, dauerhaft und einfach herzustellen sind. Die Konstruktionshöhe eines Brockenüberbaus wird im Wesentlichen von den Lasten bestimmt, die er zu tragen hat. Das Bemühen und die Kunst der mit derartigen Bauwerken befassten Bauingenieure richtet sich also in der Regel darauf, bei möglichst großen Tragfähigkeiten eine möglichst geringe Überbauhöhe mit geringem Materialeinsatz und bei einer einfachen Herstellungsweise zu erzielen.

[0003] In der Fachzeitschrift "Stahlbau 71", Jahrgang 2002. Heft 6, Seiten 452 ff. ist eine Eisenbahnbrücke für kurze Stützweiten mit extrem gedrückter Konstruktionshöhe beschrieben. Aus zwei Hauptträgern, die in Brückenlängsrichtung verlaufen und einen Doppel-T-Querschnitt aufweisen, und einer dazwischen quergespannten, in Brockenlangsrichtung mitwirkenden Fehrbahnplatte wird ein niedriger Trogquerschnitt gebildet. Als Längsträger dienen schwere Walzprofile der Größe W920 x 420 x 967 in der Materialqualität S355M. Als Fahrbahnplatte wird unter anderem eine in Querrichtung gespannte Verbundplatte in WiB-Bauweise vorgeschlagen. Diese Fahrbahnplatte wird mit ihren Rändern beidseits jeweils auf dem unteren Flansch eines Hauptträgers abgelegt. Sie umfasst in ihrer Längsrichtung und damit in Brückenquerrichtung verlaufende Stahlträger HE-B260 im Feldbereich und HE-M240 im Auflagebereich. An den Stahlträgern werden Kopfplatten angeschweißt, die in einem unteren Stegbereich des Hauptträgers mit diesem verschraubt oder verschweißt werden. Die Fahrbahnplatte verfügt außerdem über eine zusätzliche Querbewehrung und eine Langsbewehrung, die sowohl über den oberen als auch über den unteren Flanschen der Stahfträger verlaufen. Die untere Längsbewehrung verläuft durch Öffnungen in den Stegen der Stahlträger.

[0004] Zur Herstellung der Brücke können die Vorarbeiten an den Stahlkomponenten sowohl des Hauptträgers als auch der Fahrbahnplatte im Werk vorgenommen werden. Wenn möglich, kann ein Gerippe aus den Stahlkomponenten der Fahrbahnplatte insgesamt vorgefertigt und einstückig auf die Baustelle transportiert werden. Dort wird es mit den Hauptträgem verschweißt bzw, verschraubt. Anschließend wird die gesamte Stahlkonstruktion der Brücke in die Endlage gehoben. Daraufhin wird die Schalung für die Fahrbahnplatte angebracht, indem der Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Stahlträgern durch eine verlorene Schalung auf den unteren Flanschen geschlossen wird. Anschließend wird die Platte in der Endlage der Brücke betoniert.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, einen Stahl-Beton-Verbundtrog anzugeben, dessen Aufbau und Herstellung einfacher und damit wirtschaftlicher ist.

[0006] Diese Aufgabe wird bei einem Stahl-Beton-Verbundtrog der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass im Kopplungsabschnitt im Wesentlichen die interne Querbewehrung der Bodenplatte an den Hauptträgern zugfest angeschlossen ist. Die Walzträger-in-Beton als externe Querbewehrung dagegen sind frei von einer zugfesten Kopplung an den Hauptträgern ausgebildet. Die Erfindung wendet sich also davon ab, die in Querrichtung zur Brückenlängsrichtung verlaufenden Stahlträger am Hauptträger zu befestigen. Sie verfolgt vielmehr das Prinzip, die Bodenplatte nicht über die externe, sondern über die interne Querbewehrung zugfest mit dem Hauptträger zu koppeln. Damit besteht die zugfeste Kopplung zwischen den Walzträgern-in-Beton und den Hauptträgern eben nicht über die externe Querbewehrung, sondern so gut wie ausschließlich über die interne Querbewehrung. Damit fällt die externe Querbewehrung nicht weg, sondern lediglich ihre Kopplung an die Hauptträger. Durch die in aller Regel filigranere Ausgestaltung der internen Querbewehrung bieten sich damit einfachere und flexiblere Anschlussmöglichkeiten der Querbewehrung der Bodenplatte an den Hauptträger. Dies ermöglicht einen einfacheren Ausgleich von Toleranzen zwischen Hauptträger und Bodenplatte auf der Baustelle. Außerdem sind damit die Funktionen der internen und der externen Querbewehrung gleichmäßig verteilt. Neben der jeweiligen Kraftübertragung in Querrichtung dient die externe Querbewehrung im Wesentlichen auch noch als Auflager der Betonplatte auf dem Hauptträger. Die interne Querbewehrung dagegen übernimmt von der herkömmlichen externen Querbewehrung die Aufgabe, die Schubkräfte aus der Betonplatte in die Haupttrager einzuleiten. Entsprechend geringer kann die externe und größer muss die interne Querbewehrung gemäß der Erfindung dimensioniert werden.

[0007] Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Staht-Beton-Verbundtrogs besteht darin, dass die interne Querbewehrung eine schlaufenförmige Anschlussbewehrung umfasst, die im Kopplungsabschnitt mittels Ortbetonverguss am Haupkträger befestigbar ist. Damit bietet sich eine Befestigungsmethode, die auf der Baustelle mit dort üblicherweise vorhandenen Mitteln einfach hergestellt werden kann und die eine schnelle Montage über große Längen ermöglicht. Sowohl die einfache Herstellung als auch die Schnelligkeit der Montage machen das Herstellungsverfahren und damit das Bauwerk kostengünstiger. Sofern nur der Kopplungsabschnitt betoniert werden muss, sind dafür nur geringe, auf jeder Baustelle leicht zu handhabende Betonmengen erforderlich, Die Kopplung mittels Ortbeton ist umso überraschender, als mit dem Hauptträger einerseits und der internen Querbewehrung andererseits zwei Stahlkomponenten gekoppelt werden, was üblicherweise mittels Schrauben oder Schweißen geschieht.

[0008] Die Qualität des Verbunds der Stahl- mit dem Ortbeton im Kopplungsabschnitt kann durch den Einsatz von Verbundmitteln noch verbessert werden. Sie vergrößern die Kontakt- bzw. Haftfläche zwischen Beton und Stahl und damit die Schubtragfähigkeit des Stahl-Ortbeton-Verbunds. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verbundtrogs trägt der Hauptträger auf seiner Innenseite zumindest im Kopplungsabschnitt Verbunddübel. Sie ermöglichen eine ideale Schubübertragung zwischen dem Ortbeton des Kopplungsabschnitts und dem Stahl des Hauptträgers, Dieser Verbund stellt damit eine zuverlässige Verbindung zwischen Hauptträger und Bodenplatte über deren interne Querbewehrung her.

[0009] Alternativ kann nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die interne Querbewehrung durch Verschweißen oder Verschrauben mit dem Hauptträger gekoppelt werden. Die Kopplung kann zusätzlich durch Ortbeton vergossen werden. Auch diese an sich bekannte und übliche Kopplungsmethode lässt sich bei der Erfindung anwenden, womit sie eine große Flexibilität bietet, In Sonderfällen, in denen eine Kopplung mittels Ortbeton allein nicht ausreichend oder möglich ist, kann also auch auf diese Kopplungstechnologie zurückgegriffen werden.

[0010] Da die Bodenplatte erfindungsgemäß über die interne Querbewehrung mit dem Hauptträger verbunden ist, also den durch sie übertragenen Belastungen entsprechend belastbar dimensioniert sein muss, kann die externe Querbewehrung geringere Dimensionen aufweisen. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht daher die externe Querbewehrung aus halbierten Stahlträgern (Hatbträgern). Durch ihren Einsatz als externe Querbewehrung bleiben der Bodenplatte sowohl eine tragfähige Bewehrung in Querrichtung als auch definierte Auffagerpunkte auf dem unteren Flansch des Hauptträgers erhalten, die hohe Flächenpressungen abtragen können. Außerdem lässt sich die externe Querbewehrung aus Halbträgern einfach und kostengünstig ohne Verschnitt herstellen. Der halbierte Trager bindet mit dem Steg in die Betonplatte ein. Der Flansch verläuft sichtbar auf der Unterseite der Betonplatte, also in deren Zugzone. Die Halbträger bilden damit unverändert sowohl eine externe Querbewehrung als auch eine verlorene Schalung auf der Unterseite der Betonplatte. Durch die geringere Konstruktionshöhe der halbierten Stahlträger gegenüber den IDoppel-T-Trägem im Stand der Technik bieten sie zudem größere Freiheiten für die Anordnung der übrigen, insbesondere der Längsbewehrung der Bodenplatte,

[0011] Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die halbierten Stahlträger in ihrem Stegbereich Verbunddübel auf. Sie bewirken neben einer Vergrößerung der Kontakt- bzw. Haftfläche eine besonders belastbare Verzahnung zwischen Beton und Stahl. Der Stegbereich der halbierten Walzträger kann zudem derart ausgeschnitten sein, dass sich an beiden Schnitthälften dieselbe Kontur ergibt, die als Verbunddübel des halbierten Stahlträgers im Beton wirkt. Der gegenüber einem Doppel-T-Träger aufgrund seiner geringeren Oberfläche verringerte Haftverbund des halbierten Walzträgers wird somit durch die Anordnung von Verbunddübeln im Stegbereich wieder wettgemacht. Durch die Zwischenräume zwischen den Verbunddübeln lässt sich außerdem die untere Längsbewehrung der Betonplatte durchführen, so dass ein aufwändiges Durchbohren der Walzträger im Stegbereich entfällt. Der halbierte Walzträger mit Verbunddübeln bietet also größtmögliche Konstruktionsfreiheit für die übrige Bewehrung und erleichtert ihre Montage.

[0012] Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Betonplatte zumindest in Längsrichtung vorgespannt sein. Die Betonplatte kann vorteilhaft bereits im Werk vorgespannt und erst auf der Baustelle mit dem Längstragsystem verbunden werden. Infolge der Vorspannung bleibt die Platte auch zum Beispiel bei Biegebeanspruchungen unter Eigenlast dauerhaft über ihre gesamte Dicke unter einer Druckbelastung in Plattenebene, so dass die Platte keine Steifigkeit durch Rissbildung verliert. Damit bleibt das Gesamttragwerk ausreichend steif. Die Betonplatte muss insbesondere unter der Verkehrslast der zukünftigen Brücke auf ihrer Unterseite Zugbelastungen infolge Durchbiegung aufnehmen. Die Vorspannung kann daher so groß ausgelegt werden, dass auch unter voller Verkehrslast keine Zugspannungen im Beton auftreten, Die Vorspannung kann also die im Beton unerwünschten Zugkräfte auf der Unterseite der Betonplatte überdrücken, um eine steifigkeitsmindemde Rissbildung zu vermeiden.

[0013] Eine weitere Reduzierung der Bauhöhe der Plattendicke kann dadurch erzielt werden, dass die Bodenplatte auch in Querrichtung vorgespannt ist. Eine innere Vorspannung, also eine solche mit Verbund, ermöglicht eine kontinuierliche Lasteinleitung aus der Vorspannung in die Brückentafel, Die dafür erforderlichen Spannglieder beanspruchen wegen ihrer direkten Einbettung in den Beton nur geringen Konstruktionsraum und sind kostengünstiger. Alternativ oder auch zusätzlich kann eine äußere Vorspannung sowohl in Längs- als auch in Querrichtung aufgebracht werden. Sie bietet den Vorteil, dass sie auch nachträglich noch an gegebene Belastungsfälle angepasst werden kann,

[0014] Eine geringe Konstruktionshöhe des Brückenoberbaus kann nicht nur konstruktiv, sondern auch betontechnologisch erzielt werden. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Betonplatte aus ultrahochfestem Beton ausgebildet sein. Wegen der höhere Steifigkeit und Tragfähigkeit dieses Betons kann die Platte noch dünner ausgebildet werden, wodurch der Brückenoberbau eine schlankere Erscheinung erhält.

[0015] Der Hauptträger besteht im Allgemeinen aus einem geschweißten Stahlträger mit Doppel-T-profil und unterschiedlichen Blechdicken von Ober- bzw. Untergurt einerseits und dem Steg andererseits. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der Obergurt des Hauptträgers aus Beton bestehen. Er wird dann als Betonbalken ausgebildet, der bei als Einfeldträgern ausgeführten Verbundtrögen in der Druckzone liegt. Um den Betonbalken besonders schlank zu gestalten, kann auch er aus ultrahochfestem Beton bestehen. Auch dadurch kann die Konstruktionshöhe des Brückenoberbaus reduziert und die Optik der Brücke in Seitenansicht variiert bzw. positiv beeinflusst werden.

[0016] Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der Steg des Hauptträgers in der Brückenquerrichtung geneigt konstruiert sein. Der Stahl-Beton-Verbundtrog erhält damit einen sich nach oben erweiternden Querschnitt. Bei gleicher Konstruktionshöhe erscheint der Brückenoberbau dadurch schlanker als bei senkrecht stehenden Stegen des Hauptträgers.

[0017] Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Hauptträger Versteifungselemente zwischen dem Ober- und Untergurt einerseits und dem Steg andererseits. Die Versteifungselemente können entweder als Querschotte bzw. Steifen aus Stahl oder auch als Betonausfachung ausgebildet sein. Sie verleihen dem Haupttrager eine höhere Stabilität gegen Durchbiegung und Ausbauchen unter Last und gegen Zuganprall. Der Hauptträger selbst kann damit schlanker dimensioniert werden. Durch eine Betonausfachung anstelle von Stahlschotten kann auf Schweißnähte am Steg und an den Stahlflanschen verzichtet werden, die sich auf das Ermüdungsverhalten des Hauptträgers ungünstig auswirken können. Zudem kann die Bewehrung einer Betonausfachung in den Kopplungsabschnitt hineinragen und dort zu einer verbesserten Verbindung der Anschlussbewehrung der Bodenplatte mit dem Hauptträger beitragen.

[0018] Die Aufgabe der Erfindung wird außerdem durch eine Bodenplatte aus Beton für einen Stahl-Beton-Verbundtrog nach einem der obigen Ansprüche gelöst, die als Fertigteil hergestellt ist. Sie kann dadurch in einer besonders hohen Qualität produziert werden, was einerseits bei der Verwendung von ultrahochfestem Beton und beim Aufbringen einer internen Vorspannung erforderlich und für eine externe Vorspannung günstig ist. Als Fertigteil lassen sich sowohl der Hauptträger als auch die Betonplatte auf der Baustelle, insbesondere bei einer Koppelung durch Ortbeton, leicht montieren, so dass der Fertigungsaufwand auf der Baustelle minimiert ist. Insbesondere die Bodenplatte lässt sich zudem in Abmessungen vorfertigen, die keinen unerschwinglichen Transportaufwand verursachen.

[0019] Die Aufgabe der Erfindung wird schließlich durch ein Verfahren zur Herstellung eines Stahl-Beton-Verbundtrogs als Brückenüberbau mit Wangen als Hauptträger in Längsrichtung der Brücke und einer daran befestigten Bodenplatte aus Beton gelöst, das in den folgenden Schritten abläuft:

a) Betonieren der Bodenplatte,

b) Herstellen der Hauptträger,

c) Koppeln der Haupttrager mit der Betonplatte durch Ortbetonverguss zu einem Trog,

d) Aushärtenlassen des Vergusses, und

e) Einheben des Trogs in seine Einbaulage

[0020] Die Herstellung der Bodenplatte in Schritt a) und der Hauptträger in Schritt b) kann grundsätzlich unabhängig voneinander ablaufen. Sie ist also weder räumlich noch zeitlich zwingend miteinander verknüpft. Auch die Koppelung zwischen der Bodenplatte und den Hauptträgern ist jeweils unabhängig von ihrer Herstellung. Damit gewinnt das Herstellungsverfahren an Flexibilität, die eine insbesondere organisatorische Anpassung an unter Umständen weniger günstige Gegebenheiten eines Bauvorhabens erleichtern. Es eignet sich zum Beispiel auch für Herstellungsbetriebe mit geringeren Kapazitäten, So können die Bestandteile des Brückentrogs, also die Bodenplatte einerseits und die Hauptträger andererseits, beispielsweise von unterschiedlichen kleineren Betrieben erstellt werden, die mit der Gesamterstellung des Brückentrogs überfordert wären. Alternativ kann ggf, auch ein kleinerer Betrieb nacheinander zum Beispiel zuerst die Platte und erst anschließend die Hauptträger fertigen.

[0021] Grundsätzlich lässt sich der Brückentrog auch direkt in seiner Endlage fertigen. Dazu können nach dem Schritt b) die Hauptträger in ihre Endlage gebracht und dort gemäß Schritt c) mit der Betonplatte gekoppelt werden, woran sich das Aushärtenlassen des Schritt d) anschließen kann. Bei diesem Vorgehen ist jedoch der Fahrweg über die Brücke zumindest für die Zeitspanne vom Einheben der Hauptträger bis zum Aushärten des Vergussbetons nach der Kopplung der Trogbestandteile blockiert. Dies kann bei Brückenneubauten hingenommen werden. Bei einem Austausch eines alten Brückenoberbaus gegen einen neuen ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren dagegen kürzestmögliche Sperrpausen, in denen lediglich ein alter gegen einen neuen, in unmittelbarer Nähe liegenden Überbau ausgetauscht werden muss.

[0022] Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfinderischen Verfahrens wird die Betonplatte in Schritt a) mit einer Vorspannung vorzugsweise in Längsrichtung hergestellt. Durch das Aufbringen von Vorspannung in Schritt a), egal ob mit oder ohne Verbund, wird die Brücke in Längsrichtung wesentlich steifer. Denn die Vorspannung überdrückt auftretende Zugkräfte und vermeidet, dass die Betonplatte in den so genannten Zustand 11 übergeht, also Risse in der Platte entstehen, die die Steifigkeit des Tragwerks reduzieren.

[0023] Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Herstellungsverfahrens kann die Betonplatte in Schritt a) mit Warme behandelt werden. Dadurch lassen sich die Schwind- und Kriechverformungen beim Abbinden des Betons unter Vorspannung zu einem großen Teil vorwegnehmen, so dass die Platte eine bessere Maßhaltigkeit erhält. Bei diesem Verfahren kann zunächst nur ein Vorspannanteil von beispielsweise 50 % aufgebracht werden. Die volle Vorspannung erhält die Platte dann erst nach Abschluss ihrer Wärmebehandlung.

[0024] Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Betonplatte in Schritt a) als Fertigteil und damit im Werk hergestellt werden und anschließend zum Einbauort bzw, zum Vormontageplatz des Stahl-Beton-Verbundtrogs gefahren werden. Dadurch lässt sich eine bei weitem höhere Qualität der Betonplatte erzielen. Insbesondere das Aufbringen einer Vorspannung ist werkseitig einfacher und mit höherer Qualität zu bewerkstelligen als bauseits. Die Verwendung von ultrahochfestem Beton, durch die die Betonplatte eine besonders hohe Schlankheit erhalten kann, ist schließlich auf eine Fertigung im Werk angewiesen.

[0025] Auch der Hauptträger kann als Fertigteil auf der Baustelle angeliefert werden. Als herkömmlicher Doppel-T-Träger dürfte das der Normalfall sein. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Hauptträger nach seiner Herstellung in Schritt b) an seinem Steg über seinen ganzen Bereich mit Stahlschotten oder einer Betonausfachung versehen werden. Die Stahlschotte werden am Steg senkrecht zwischen Ober- und Untergurt eingeschweißt. Die Betonausfachung kann auf den seitlich liegenden Hauptträger im Stegbereich aufbetoniert werden und über Dübelleisten und Bewehrung den Verbund zum Steg erhalten. Insbesondere eine Ausbildung einer Betonausfachung aus ultrahochfestern Beton kann eine Herstellung im Werk erfordern.

[0026] Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfinderischen Verfahrens kann vor der Kopplung in Schritt c) eine Querbewehrung der Betonplatte mittels Schrauben oder Schweißen an dem Hauptträger befestigt werden. Die Befestigung der Querbewehrung am Hauptträger kann einerseits der Lagesicherung der Betonplatte gegenüber dem Hauptträger dienen, also als Montagefixierung. Andererseits kann sie aber auch einen wesentlichen Bestandteil der Kraftübertragung zwischen Betonplatte zum Hauptträger darstellen, der durch den anschließenden Ortbetonverguss noch verbessert wird.

[0027] Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei Brückenneubauten zu einer schnellen und kostengünstigen Erstellung des Überbaus führen. Dieser Vorteil wirkt sich noch positiver bei dem Ersatz eines vorhandenen Brückenüberbaus aus, weil zur Montage des neuen Überbaus nur kurze Sperrpausen erforderlich sind. Daher kann der erfindungsgemäße Stahlbetonverbundtrog auch sehr vorteilhaft als Behelfsbrücke verwendet werden, Ihre schnelle Montage kann für eine schnelle Wiederherstellung eines Fahrwegs von Vorteil sein.

[0028] Das Prinzip der Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung eines Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigen,

Figur 1;

einen Querschnitt des Stahl-Beton-Verbundtrogs,

Figur 2:

eine Detailansicht aus Figur 1,

Figur 3:

eine Schnittansicht durch die Betonplatte in Brückenlängsrichtung, und

Figur 4:

einen Schnitt durch den Steg des Hauptträgers in Brückenlängsrichtung,

[0029] Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Stahl-Beton-Verbundtrog 10 eines Brückenüberbaus in einem Schnitt quer zu seiner und der Brückenlängsrichtung. Er setzt sich zusammen aus einem Hauptträger 12 und einer Betonplatte 14, die in einem Kopplungsabschnitt 16 miteinander verbunden sind.

[0030] Der Hauptträger 12 umfasst einen Obergurt 18, einen Steg 20 und einen Untergurt 22. Der Obergut 18 weist einen Querschnitt von 700 x 100 mm auf, der Untergurt besteht aus einem Blech mit den Maßen 500 x 30 mm. Der Steg 20 ist auf der Unterseite des Obergurts 18 in etwa mittig angeschweißt und verläuft abwärts geneigt zum Untergurt 22, mit dem er an dessen äußeren Rand verschweißt ist. Auf seiner Innenseite 24, also auf der einem Schotterbett 26 zugewandten Seite des Hauptträgers 12 sind auf dem Steg 20 drei Verbunddübelleisten 28 aufgeschweißt. Zwei weitere Verbunddübelleisten 30 sind auf der Oberseite des Untergurt 22 befestigt. Sie und die untere Leiste 28 am Steg 20 liegen in dem Kopplungsabschnitt 16 zwischen dem Hauptträger 12 und der Betonplatte 14. Von der Unterseite des Obergurts 18 bis hin zum Kopplungsabschnitt 16 trägt der Hauptträger 12 auf seiner Innenseite 24 eine etwa 15 cm dicke Betonausfachung 32.

[0031] Zwischen den Hauptträgern 12 spannt sich die Betonplatte 14 in Brückenquerrichtung. Sie liegt an ihren Stirnseiten 34 auf dem inneren Rand des Untergurts 22 auf, Sie umfasst einen halbierten WiB-Trager 36 mit einem Stegabschnitt mit VerbunddübeIn 38 und einem Untergurt 40 als externe Bewehrung. Der WiB-Träger 36 ist aus einem Doppel- T-Profil eines Walzträgers HEM 200 hergestellt, indem es im Steg in etwa mittig geteilt ist. Im Stegbereich bildet der WiB-Träger 36 Verbunddübel 38 aus, mit denen der WiB-Träger 36 in der Betonplatte 14 schubfest verankert ist. Sein Untergurt 40 ragt aus der Betonplatte 14 heraus und unterteilt ihre Unteransicht in Querrichtung. An den Stirnseiten 34 liegt die Betonplatte 14 daher mit dem Untergurt 40 der WiB-Träger 36 auf dem Untergurt 22 des Hauptträgers 12 auf, Weil die Betonplatte 14 nur eine geringe Auflagerfläche auf dem Untergurt 22 hat, entstehen hier hohe Flächenpressungen, die aber der Untergurt 40 gut übernehmen kann. Die Oberseite 42 der Betonplatte 14 ist zur Mitte hin mit einem Gefälle von etwa 2 % versehen, da sie an ihren Stirnseiten 34 etwa 20 cm und in Brückenmitte 15 cm dick ist. Niederschlagswasser wird im Schotterbett 26 zur Brückenmitte hin geleitet.

[0032] Im Kopplungsabschnitt 16 stoßen die Betonplatte 14 mit ihrer Stirnseite 34 und der Hauptträger mit dem Untergurt 22. dem Steg 20 und der Betonausfachung 32 aneinander. Sie werden mit einem ergänzten Ortbeton 44 miteinander gekoppelt.

[0033] Eine vergrößerte Ansicht des linken Kopplungsabschnitts 16 in Figur 1 zeigt Figur 2. Vom Hauptträger 12 sind ein unterer Abschnitt des Stegs 20 und der Untergurt 22 zu sehen. Auf seinem rechten Rand lagert die Betonplatte 14 mit dem Untergurt 40 ihres WiB-Trägers 36 auf. Neben der externen Querbewehrung durch den WiB-Träger 36 umfasst die Betonplatte 14 eine interne Querbewehrung 46. Sie ragt über die Stirnseite 34 der Betonplatte 14 heraus und bildet eine schlaufenförmige Anschlussbewehrung 48. Sie läuft sowohl zwischen den Verbunddübeln der beiden Dübelleisten 30 auf dem Untergurt 22 als auch zwischen den Verbunddübeln der untersten Verbunddübelleiste 28 am Steg 20 hindurch. In diesem Bereich überlappt sie mit einer' Querbewehrung 50 aus der Betonausfachung 32 des Hauptträgers 12. Auch sie bildet eine schlaufenförmige Anschlussbewehrung 52, die bis zur untersten Verbunddübelleiste 28 am Steg 20 reicht. Der Kopplungsabschnitt 16 weist außerdem noch eine Bewehrungsschlinge 54 auf, die parallel zu den schlaufenförmigen Anschlussbewehrungen 48, 52 angeordnet ist. In Längsrichtung der Brücke sind die Anschlussbewehrungen 48, 52 und die Bewehrungsschlinge 54 über eine Längsbewehrung 56 miteinander gekoppelt.

[0034] Auch die Betonplatte 14 verfügt über eine Längsbewehrung, In den Zwischenräumen zwischen den Verbunddübeln 38 verläuft eine untere Lage von Spannlitzen 58 und über den Verbunddübeln 38 eine obere Lage. Die Betonplatte 14 ist also in Längsrichtung vorgespannt. Durch den inneren Verbund der Spannlitzen 58 mit der Betonplatte 14 erfordern sie keinen großen Konstruktionsraum und können so gut in der relativ schlanken Platte 14 untergebracht werden. Die ohnehin schon geringe Konstruktionshöhe der Betonplatte 14 infolge des niedrigen WiB-Trägers 36 wird noch verringert, wenn sie aus ultrahochfestem Beton hergestellt wird. Auch die Betonausfachung 32 des Hauptträgers 12 kann daraus bestehen. Lediglich im Kopplungsabschnitt 16 wird herkömmlicher Ortbeton verwendet, weil er bauseits eingebracht wird.

[0035] Figur 3 zeigt eine Schnittansicht im Bereich der Stirnfläche 34 der Betonplatte 14 mit Blick in den Kopplungsabschnitt 16. Dort liegen die Bewehrungsschlinge 54, die Anschlussbewehrung 52 aus der Betonausfachung 32 und die Anschlussbewehrung 48 aus der Betonplatte 14 in Dreierbündeln nebeneinander. Sie bilden zusammen mit der quer dazu verlaufenden Längsbewehrung 56 einen. Bewehrungskorb, der in die Zwischenräume zwischen den Verbunddübeln 30 am Untergurt 22 und den Verbunddübeln 28 am Steg 20 eingreift. In der Achse der Verbunddübel 28, 30 liegen auch die gestrichelt angedeuteten Verbunddübel 38 der WiB-Träger 36.

[0036] Den gleichen Ausschnitt zeigt die Figur 4 in einer Draufsicht. Die Betonplatte 14 weist ein Gerüst aus WiS-Trägem 36 auf, die in einem Abstand von 50 cm parallel nebeneinander angeordnet sind. Sie ragen aus der Betonplatte 14 geringfügig über deren Stirnseite 34 hinaus. Parallel dazu verläuft die interne Querbewehrung 46, die jenseits der Stirnfläche 34 in die schlaufenförmige Anschlussbewehrung 48 übergeht. Sie überlappt mit der Anschlussbewehrung 52 aus der Betonausfachung 32. Beide Anschlussbewehrungen 48, 52 werden ergänzt durch die Bewehrungsschlinge 54, die den Querschnitt des Kopplungsabschnitts 16 im Wesentlichen ausfüllt. Die Anschlussbewehrungen 48, 52 und die Bewehrungsschlinge 54 werden durch die Längsbewehrung 56, die parallel zu den Dübelleisten 28, 30 verläuft, zu einem Bewehrungskorb ergänzt.

[0037] Der erfindungsgemäße Stahl-Beton-Verbundtrog eignet sich sehr gut für eine weitgehende Vorfertigung seiner Einzelteile im Werk. So wird die Betonplatte 14 komplett als Fertigteil vorgefertigt. Sie wird in voller Länge im Spannbett mit einem Vorspannanteil von ca. 50 % in Längsrichtung hergestellt. Dazu werden die WiB-Träger 36 als externe Bewehrung und die interne Querbewehrung in das Spannbett eingelegt. Die Stirnflächen 34 werden rau oder profiliert abgeschalt. Quer zur Querbewehrung 36, 46 werden die in Längsrichtung verlaufenden Spannlitzen 58 eingelegt. Sie erhalten einen Vorspannanteil von ca. 50 %, mit dem sie in den Beton der Betonplatte 14 einbetoniert werden. Die Platte 14 erhält eine sehr schlanke Gestaltung, indem sie an ihren Seitenflächen 34 etwa 20 cm stark und in Brückenmitte ca. 15 cm dick ausgebildet wird. Dadurch erhält die Oberseite 42 der Betonplatte 14 eine Neigung von Stirnseiten 34 zur Brückenmitte hin von ca. 2 %. Nach dem Einbringen des Betons wird die Betonplatte 14 mit Wärme behandelt, um Schwind- und Kriechverformungen vorwegzunehmen. Anschließend wird die volle Vorspannung auf die Spannlitzen 58 aufgebracht.

[0038] Auch der Stahlträger kann weitestgehend vorgefertigt werden. Sein Obergurt 18 mit einem Querschnitt von 700 x 100 mm wird über Halskehlnähte an den Steg 20 angeschlossen, der eine Dicke von 20 mm aufweist. Der Untergurt 22 hat die Abmessungen 500 x 30 mm und wird an seinem einen Rand mit dem Steg 20 verschweißt. In seinem mittleren Bereich trägt er die Dübelleisten 30. Sein dem Steg 20 gegenüberliegender Rand dient als Auflagerfläche für die Betonplatte 14.

[0039] Nach dem Verschweißen des Obergurts 18, des Stegs 20 und des Untergurts 22 zum Hauptträger 12 und Aufbringen seines Korrosionsschutzes erhält der Hauptträger 12 auf einem oberen Bereich seines Stegs 20 auf einer Länge von etwa zwei Dritteln die Betonausfachung 32 in einer Dicke von ca. 15 cm. Sie erhält die Querbewehrung 50, die in zwei Dübelleisten 28 auf dem Steg 20 eingreift.

[0040] Die Betonplatte 14 und der vorbereitete Hauptträger 12 werden in diesem Zustand am Einbauort angeliefert. Die Hauptträger 12 erhalten durch ihre Betonausfachung 32 bei einer Länge von ca. 18m ein Gesamtgewicht von ca. 17 t, die Verbundplatte in einer Breite von 4 m in etwa 31 t. Die Hauptträger 12 und die Betonplatte 14 werden an einem Montageplatz in eine der Einbaulage entsprechend relative Lage zueinander gebracht. Dazu wird die Betonplatte 14 auf dem Untergurt 22 jedes Hauptträgers 12 abgelegt, In den Eckbereichen über den Untergurten 22 erhebt sich nun der Kopplungsabschnitt 16, der vom Untergurt 22, dem Steg 20, der Betonausfachung 32 und der Betonplatte 14 begrenzt ist. In den Kopplungsabschnitt 16 ragen bereits die Anschlussbewehrungen 48 der Betonplatte 14 und die Anschlussbewehrung 52 aus der Betonausfachung 32 hinein. Sie werden noch ergänzt durch die Bewehrungsschlinge 54 und die in Längsrichtung der Brücke verlaufenden Längsbewehrungen 56. Anschließend wird der Kopplungsbereich 16 mit Ortbetonverguss gefüllt und damit jeder Hauptträger 12 mit der Betonplatte 14 verbunden. Nach einer Abbindezeit von ca. zwei bis drei Tagen kann der gesamte Brückentrog 10 vom Montageplatz aus in seine Endlage eingehoben werden. Sein Verlegegewicht betragt jetzt ca. 70 t.

Bezugszeichenliste

[0041] 

10

Stahl-Beton-Verbundtrog

12

Hauptträger

14

Bodenplatte, Betonplatte,

16

Kopplungsabschnitt

18

Obergurt

20

Steg

22

Untergurt

24

Innenseite des Hauptträgers 12

26

Schotterbett

28

Verbunddübelleiste am Steg 20

30

Verbunddübelleiste am Untergurt 22

32

Betonausfachung

34

Stirnseite der Betonplatte 14

36

halbierter WiB.Träger

38

Verbunddübei

40

Untergurt des WiB-Trägers 36

42

Oberseite der Betonplatte 14

44

Ortbeton

46

Interne Querbewehrung

48

Anschlussbewehrung

50

Querbewehrung der Betonausfachung 32

52

Anschlussbewehrung der Betonausfachung 32

54

Bewehrungsschlinge

56

Längsbewehrung

58

Spannlitzen, Spanndrähte

Ansprüche

1. Stahlbetonverbundtrog (10) als 8rückenüberbau

- mit Hauptträgern (12) in Längsrichtung der Brücke, im Wesentlichen aus Stahl,

- mit einer Betonplatte (14) als Bodenplatte mit quer zur Längsrichtung der Brücke verlaufenden Walzträgem in Beton (WiB) (36) als externer Querbewehrung und mit einer internen Querbewehrung (46), und

- mit einem Kopplungsabschnitt (16) an je einer Stirnseite (34) der Betonplatte (14) und einer Innenseite (24) der Hauptträger (12),

dadurch gekennzeichnet, dass im Kopplungsabschnitt (16) im Wesentlichen die interne Querbewehrung (46) der Betonplatte (14) zugfest an den Hauptträgern (12) angeschlossen ist, die Walzträger-in-Beton (36) dagegen frei von einer zugfesten Kopplung an den Hauptträgern (12) ausgebildet sind.

2. Stahlbetonverbundtrog (10) nach dem obigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die interne Querbewehrung (46) eine schlaufenförmige Anschlussbewehrung (48) umfasst, die mittels Ortbetonverguss (44) am Hauptträger (12) befestigbar ist.

3. Stahlbetonverbundtrog (10) nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Verbunddübel (28) auf der Innenseite (24) des Hauptträgers (12) zumindest im Kopplungsabschnitt (16).

4. Stahlbetonverbundtrog (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die interne Querbewehrung (46) mit dem Hauptträger (12) verschweißt und/oder verschraubt ist.

5. Stahlbetonverbundtrog (10) nach dem obigen Anspruch, gekennzeichnet durch Verbunddübel (38) im Stegbereich der halbierten Walzträger (36).

6. Stahlbetonverbundtrog (10) nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betonplatte (14) zumindest in Längsrichtung vorgespannt ist.

7. Stahlbetonverbundtrog (10) nach einem der obigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Betonplatte (14) aus UHPC,

8. Stahlbetonverbundtrog (10) nach einem der obigen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Obergurt (18) des im Übrigen stählernen Hauptträgers (12) aus Beton.

9. Stahlbetonverbundtrog (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, gekennzeichnet durch Versteifungselemente (32) zwischen Obergurt (18) und Steg (20).

10. Bodenplatte (14) eines Stahlbetonverbundtrogs (10) nach einem der obigen Ansprüche, mit quer zur Längsrichtung der Brücke verlaufenden Walzträgem in Beton (WiB) (36) als externer Querbewehrung und mit einer internen Querbewehrung (46), dadurch gekennzeichnet, dass sie als Fertigteil hergestellt ist.

11. Verfahren zur Herstellung eines Stahlbetonverbundtrogs (10) als Brückenüberbau mit Wangen als Hauptträger (12) in Längsrichtung der Brücke und einer daran befestigten Bodenplatte (14) aus Beton in den folgenden Schritten:

a) Betonieren der Bodenplatte (14),

b) Herstellen der Hauptträger (12),

c) Koppeln der Haupttrager (12) mit der Bodenplatte (14) durch Ortbetonverguss (44) zu einem Trog (10),

d) Aushärtenlassen des Vergusses (44), und

e) Einheben des Trogs (10) in seine Einbaulage

12. Herstellungsverfahren nach einem der Verfahrensansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Betonplatte (14) in Schritt a) mit Wärme behandelt wird.

13. Herstellungsverfahren nach einem der obigen Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betonplatte (14) in Schritt a) als Fertigteil hergestellt wird.

14. Herstellungsverfahren nach einem der obigen Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Kopplung der Betonplatte (14) mit den Haupttragern (12) in Schritt c) eine Querbewehrung (46) der Betonplatte (14) mittels Schrauben oder Schweißen an dem Hauptträger (12) befestigt wird.

15. Verwendung eines Stahlbetonverbundtrogs (10)'mit Hauptträgern (12) in Längsrichtung der Brücke, im Wesentlichen aus Stahl, mit einer Betonplatte (14) als Bodenplatte mit quer zur Längsrichtung der Brücke verlaufenden Walzträgem in Beton (WiB) (36) als externer Querbewehrung und mit einer internen Querbewehrung (46), und mit einem Kopplungsabschnitt (16) an je einer Stirnseite (34) der Betonplatte (14) und einer Innenseite (24) der Hauptträger (12), nach einem der obigen Vorrichtungsansprüche 1 bis 13 als Behelfsbrücke.

Zeichnung