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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Brücke
für den Straßen- oder Schienenverkehr. Die Brücke
umfasst einen Brückenhauptträger mit einem Obergurt
aus Beton- und Fahrbahnplattenelementen, ebenfalls aus Beton. Das
Material für den Brückenhauptträger ist
an sich belanglos, kann also zum Beispiel Stahl genauso wie Beton sein,
solange der Träger über einen Obergurt aus Beton
verfügt. Die Erfindung betrifft außerdem ein System
zum Erstellen einer Brücke mit Fahrbahnplattenelementen
aus Beton und schließlich das fertige Brückenbauwerk
selbst.
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Die
Anforderungen an Brückenbauverfahren richten sich zum einen
auf die Herstellungskosten der Brücke an sich und andererseits
auf die Bauzeit, die unter anderem Einfluss auf Verkehrsbehinderungen des
zu überbrückenden Verkehrswegs hat. Sowohl die
Kosten als auch die Bauzeit sollen möglichst verringert
werden, worunter andererseits die Qualität des Bauwerks
nicht leiden darf. Einen weiteren Aspekt stellt die Arbeitssicherheit
auf der Baustelle dar.
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Um
diesen Anforderungen zu genügen, kommt es auch im Brückenbau
vermehrt zum Einsatz von Fertigteilen. Sie können in Fertigteilwerken
und damit außerhalb der Baustelle, also ohne Beeinträchtigung
des Verkehrs an der Baustelle, hergestellt werden. Aufgrund der
werksseitigen Herstellung weisen sie in der Regel eine besonders
gute Qualität auf. Nachteilig ist jedoch, dass sie schwerer
an besondere Quer- oder Längsschnitte angepasst werden
können. Weil sie meist über größere
Strecken zur Baustelle transportiert werden müssen, werden
sie in der Regel in Einzelteilen mit transportablen Abmessungen
hergestellt und müssen auf der Baustelle zusammengefügt
werden.
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Ein
dafür beliebtes Verfahren ist der Stahl-Beton-Verbundbrückenbau.
Diese Technologie wird z. B. in der Zeitschrift „Stahlbau
76", Heft 3, S. 193 (Verlag Ernst und Sohn, Berlin, 2007) beschrieben.
Auf einem Hauptträger aus Stahl werden dazu in der Regel
vorgefertigte Fahrbahnplatten aus Beton verlegt. Die Querfugen zwischen
den benachbarten Betonplatten werden verklebt, die Platten untereinander
vorgespannt. Der Verbund zwischen Beton und Stahl wird durch z.
B. L-förmige Stahl-Riffelbleche hergestellt, die auf dem
Oberflansch des Trägers Rücken an Rücken
aufgeschweißt werden. Auf dem Oberflansch kann zusätzlich
eine Haftschicht, zum Beispiel aus Epoxydharz mit eingestreutem
Grobsand ausgebildet werden. Die Betonplattenelemente weisen auf
ihrer Unterseite eine Nut auf, in die die Stahl-Riffelbleche im
Einbauzustand eintauchen. Die Fuge zwischen Stahlgurt und Betonplatte
wird mit einem Zementleim injiziert. Durch das Aushärten
des Zementleims entsteht eine Verbindung zwischen der rauen Oberfläche
der Betonplatte einerseits und derjenigen des Riffelbleches und
der Haftschicht andererseits. Dieses Bauverfahren greift auf die
aus dem Spannbeton bekannte Injektionstechnologie zurück und
ermöglicht damit einen schnellen Einbau der Betonplatten.
Die Verbundbrücke dürfte eine höhere Dauerhaftigkeit
aufweisen, weil sie ohne Dübelöffnungen in der
Plattenebene auskommt und daher eine geringere Gefahr von Rissen
bietet. Schließlich erzeugt dieses Bauverfahren nicht,
wie bei vergleichbaren Bauverfahren bislang üblich, einen
punktuellen, sondern einen linearen Verbund zwischen Stahl und Beton.
Die gesamte Breite und Länge des Oberflanschs des Stahlhauptträgers
kann jetzt nämlich als Verbundfläche zwischen
Stahl und Beton mitwirken. Daraus ergibt sich eine sehr hohe Steifigkeit
und Tragfähigkeit gegenüber traditionellen Verbundarten.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, bisher bekannte Bauverfahren unter Nutzung
von Fertigteilen weiter zu vereinfachen.
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Die
Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs
genannten Art, das sich im Wesentlichen in drei Schritte untergliedert.
In einem ersten Schritt a) wird der Brückenhauptträger
oder werden ggf. mehrere Brückenhauptträger vor
Ort derart erstellt, dass die Oberfläche seines Obergurts im
Wesentlichen waagerecht bzw. in etwa entsprechend der Neigung der
zukünftigen Fahrbahndecke verläuft. In einem weiteren
Schritt b) werden die Plattenelemente mit ihrer Unterseite auf der
Oberfläche des Obergurts zum Beispiel mittels Einhebens
durch einen Kran verlegt. In einem letzten Schritt c) wird in eine
Verbundfuge zwischen der Oberfläche des Obergurts und der
Unterseite der Plattenelemente ein Vergussmörtel injiziert.
Damit werden die Plattenelemente an der Verbundfuge quasi auf dem
Obergurt verklebt, und zwar zu einem im Bauablauf nahezu beliebig
wählbaren Zeitpunkt.
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Die
Erfindung wendet sich also ab von einer bauseitigen Erstellung eines
Verbunds zwischen Betonfertigteilen und Stahlfertigteilen, der trotz
der Bekanntheit der Technologie zur Sicherstellung der erforderlichen
Qualität bei ihrer Herstellung auf der Baustelle einen
hohen Aufwand erfordert. Sie verfolgt vielmehr das Prinzip, eine
Verbundfuge zwischen materialgleichen Bauteilen, insbesondere solchen
aus Beton, anzuordnen, weil hier der bauseitige Verbund der beiden
Bauteile wesentlich einfacher herzustellen ist. Insbesondere für
die Ausbildung einer Verbundfuge zwischen Betonteilen bieten sich dadurch
auch konstruktiv breitere Möglichkeiten. Denn die Kontaktflächen
der Verbundfuge sind bei Bauteilen aus Beton in nahezu beliebigen
Formen und Oberflächenqualitäten herstellbar.
Die Verbundfuge kann zudem in einen beispielsweise statisch oder
bauablauftechnisch günstigen Bereich eines Bauteils verlegt
werden.
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In
einer einfachen Durchführungsmöglichkeit werden
die Plattenelemente, die die spätere Fahrbahn bilden sollen,
ohne weitere Maßnahmen im Wesentlichen in ihrer Endlage
auf dem Brückenhauptträger verlegt. Längs-
oder Querneigungen der Fahrbahn müssen dann hochgenau bereits
bei der Herstellung des Brückenhauptträgers oder
der Plattenelemente berücksichtigt sein. Nach einer vorteilhaften Durchführungsform
der Erfindung werden die Plattenelemente nach ihrem Verlegen in
Schritt c) auf dem Brückenträger in ihrer Solllage
justiert. Das Verfahren nutzt also ein gewisses Spiel, das die Verbundfuge
bietet, um die Plattenelemente hochgenau verlegen zu können.
Durch die so erzielbare hohe Lagegenauigkeit der Plattenelemente
kann auf ein anschließendes Nacharbeiten oder gar Nachprofilieren der
Fahrbahn zur Erstellung einer gewünschten Gradiente des
Verkehrswegs zumindest weitgehend verzichtet werden.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Durchführungsform werden die
Plattenelemente nach ihrem Verlegen in Schritt c) auf dem Brückenhauptträger gegeneinander
vorgespannt, bevor Querfugen zwischen den Plattenelementen vergossen
werden. Durch das Aufbringen einer Vorspannung schließen sich
die quer zur Brückenlängsrichtung laufenden Stoß-
bzw. Querfugen zwischen den Plattenelementen weitgehend, sodass
sich ein anschließendes Verbinden der Plattenelemente untereinander
erleichtert. Der Verguss verschließt im Wesentlichen die Fuge
zwischen den einzelnen Plattenelementen und stellt durch die Verbindung
der Plattenelemente untereinander eine zusätzliche Lagesicherung
dar. Um die Dichtheit der Querfuge schon vor dem Verguss zu verbessern,
kann ein Dichtanstrich an den Kontaktflächen in einer Kontaktfuge
der Plattenelemente aufgebracht werden. insbesondere unter einer
Vorspannung bzw. Teilvorspannung der Plattenelemente sorgt er für
eine zuverlässige Abdichtung. Damit können ein
Verlust von Vergussmaterial durch die Querfuge und damit zusammenhängende
optische Beeinträchtigungen vermieden werden.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Durchführungsform werden die
Plattenelemente zunächst nur teilvorgespannt, um die Kontaktfuge
zwischen den Plattenelementen vollständig zu schließen,
und nach dem Vergießen der Querfugen wird eine endgültige Vorspannung
aufgebracht. Der Verguss der Querfugen erfolgt vorzugsweise mit
einem schwindfreien Mörtel. ihm folgt eine übliche
Nachbehandlung.
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Nach
einer dazu alternativen Durchführungsform des erfinderischen
Verfahrens können die Plattenelemente an den Querfugen
verklebt werden. Die Kontaktflächen der Plattenelemente
werden dazu mit einem Kleber beispielsweise auf Epoxydharzbasis versehen
und anschließend zumindest teilvorgespannt. Während
beim Verguss von Querfugen die Ränder der Plattenelemente
an ihren Kontaktflächen Fugentaschen zur Aufnahme des Mörtels
aufweisen müssen, können die Ränder verklebter
Plattenelemente mit weitgehend ebenen Kontaktflächen und damit
einfacher ausgebildet werden.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Durchführungsform des erfinderischen
Verfahrens wird vor dem Injizieren in Schritt d) an den Rändern
der Verbundfuge zwischen den Plattenelementen und dem Brückenhauptträger
ein Abdichtband angebracht. Es verschließt die Verbundfuge
an den Längsseiten des Brückenbauwerks und vermeidet
so ein unkontrolliertes Auslaufen von Vergussmörtel. Durch
Stauen des Vergusses an den Rändern hilft das Abdichtband
darüber hinaus, dass der Verguss sich möglichst
gleichmäßig und vollständig in der Vergussfuge
verteilt. Damit unterstützt es deren vollständige
Verfüllung.
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Das
erfinderische Verfahren eignet sich grundsätzlich für
alle Brückenhauptträger mit einem Obergurt aus
Beton. Nach einer weiteren vorteilhaften Durchführungsform
wird der Brückenhauptträger aus Stahl-Beton-Verbundträgern
mit einem Obergurt aus Beton hergestellt. Dafür eignen
sich geschlossene bzw. Kastenprofile als Stahlträger ebenso
wie offene Querschnitte wie beispielsweise Doppel-T-Profile. Der
Einsatz von Stahl-Beton-Verbundträgern ermöglicht
eine wirtschaftliche Herstellungsweise der Brücke bei großer
Tragfähigkeit. Die Besonderheit des erfinderischen Verfahrens
liegt jedoch darin, den Verbund auf der Baustelle eben nicht zwischen
Beton und Stahl und damit mit dem Risiko einer Qualitätseinbuße
herzustellen. Es lässt sich also nicht von dem Gedanken
leiten, die Bestandteile der Brücke, die erst auf der Baustelle
zusammengefügt werden, quasi materialrein herzustellen,
sondern verlegt die Verbundfuge bewusst in den Betonobergurt der
zukünftigen Stahl-Beton-Verbundbrücke. Damit gewinnt
es größere konstruktive Freiheit, weil die Fuge im
Beton aufgrund dessen Flexibilität hinsichtlich ihrer Form
und Gestaltung wesentlich freier gestaltet werden kann. Zur Verbindung
der Bauteile bedient es sich einer bekannten und gut beherrschbaren
Technologie, sodass der Verbund auch unter Baustellenbedingungen
in hoher Qualität hergestellt werden kann.
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Die
Betonplattenelemente können grundsätzlich baustellennah
hergestellt und in ihre Montagelage auf dem Brückenhauptträger
eingehoben werden. Nach einer weiteren vorteilhaften Durchführungsform
der Erfindung werden die Plattenelemente als Fertigteile in einem
Fertigteilwerk vorgefertigt. Sie erhalten dazu transportable Abmessungen,
um ihren Transport auf die Baustelle nicht unnötig zu verteuern.
Im Fertigteilwerk jedoch können sie in einer höheren
Betongüte als unter Baustellenbedingungen produziert werden
und damit zu einer Einsparung an Material und Gewicht beitragen.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Durchführungsform der Erfindung
können die Plattenelemente in Schritt c) von einem oder
beiden Widerlagern der Brücke aus auf dem Brückenhauptträger
durch Verschub verlegt werden. Dieses Verlegeverfahren erübrigt
einen Kran, mit dem die Plattenelemente üblicherweise in
ihre Endlage auf dem Brückenhauptträger verbracht
werden. Das erfinderische Verfahren ist damit auch bei Brücken
mit großer Höhe vorteilhaft einsetzbar, bei denen
ein Kraneinsatz hohe Kosten verursachen würde. Stattdessen
können die Plattenelemente an dem bzw. den Widerlagern
angeliefert und mit kleinen Hebezeugen auf einem widerlagernahen
Abschnitt des Obergurts des Brückenhauptträgers
abgelegt werden. Die erste Platte wird anschließend um
mindestens ihre Breite Richtung Brückenmitte gezogen, um
den Abschnitt für eine weitere zweite Platte freizumachen.
Sie wird mit der ersten gekoppelt und mit dieser gemeinsam ebenfalls
um mindestens eine Plattenbreite Richtung Brückenmitte
gezogen. Daraufhin wird eine dritte Platte eingehoben und an der
zweiten Platte gekoppelt. So wird weiter verfahren, bis alle Platten
auf dem Brückenhauptträger positioniert sind.
Je nach Brückenlänge und Verschubbedingung kann
in dieser Weise auch von zwei Widerlagern aus auf die Brückenmitte hin
verfahren werden. Selbstverständlich ist es auch denkbar,
die Platten nicht zu ziehen, sondern in Brückenlängsrichtung
zu verschieben.
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Der
Kraftaufwand für den Verschub der Plattenelemente hängt
wesentlich vom Reibungskoeffizienten zwischen ihrer Gleitebenen
einerseits und der Gleitebene des Obergurts andererseits ab. Er
kann durch konstruktive Maßnahmen reduziert werden, wie
zum Beispiel durch die paarweise Anordnung von Gleitelementen aus
Stahl und/oder deren Beschichtung mit Polytetrafluorethen (PTFE).
Alternativ oder zusätzlich kann auf wenigstens eine Gleitebene
vor Beginn des Verschubs ein Schmiermittel aufgebracht werden. Mit
der Reduzierung der erforderlichen Verschubkraft können
auch die Kosten für das Verlegen der Plattenelemente verringert
werden.
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Auf
den einzelnen Plattenelementen kann bereits vor ihrem Verschub ein
seitliches Geländer als Absturzsicherung für das
Baustellenpersonal angebracht werden. Nach Verlegen aller Plattenelemente
auf dem Brückenhauptträger entsteht so eine Arbeitsebene,
die vom Baustellenpersonal sofort gefahrlos betreten werden kann.
Mit der verschubbegleitenden Montage des Sicherungsgeländers
entfällt ein erheblicher Aufwand für die Baustellensicherung.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird außerdem durch ein System zum
Erstellen einer Brücke mit einem oder mehreren Brückenhauptträgers
mit einem Obergurt aus Beton, mit Fahrbahnplattenelementen aus Beton
und mit einem kunststoffmodifizierten Vergussmörtel gelöst,
wobei die Oberfläche des Obergurts eine Profilierung aufweist,
die mit einer Profilierung an der Unterseite der Fahrbahnplattenelemente korrespondiert.
Die Profilierungen bilden im Montagezustand die begrenzenden Flächen
einer im Wesentlichen horizontal verlaufenden Verbundfuge, die mit
dem Mörtel verfüllbar ist, womit ein Verbund zwischen
dem Obergurt des Brückenhauptträgers und dem Plattenelement
herstellbar ist. Das erfindungsgemäße System ermöglicht
also die Herstellung einer Brücke aus einem Brückenhauptträger
und darauf vergossenen Betonplattenelementen. Der Verguss der Plattenelemente
in einer Verbundfuge kann dabei zu einem beliebigen und ideal auf
den Bauablauf abgestimmten Zeitpunkt erfolgen. Unter der Profilierung
der Verbundfuge ist jede Oberflächengestaltung der Betonoberflächen
zu verstehen, sei es eine schalungsraue oder zum Beispiel durch
Formteile, Beschichtung oder eine spezielle Oberflächenbehandlung
erzielte Betonoberfläche.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfinderischen Systems
verfügt die Oberfläche des Obergurts über
eine in Brückenlängsrichtung verlaufende Profilierung,
insbesondere eine Profilierung, wie sie der DIN-Fachbericht
102 „Betonbrücken" (Deutsches
Institut für Normung 2. Auflage, 2003, Seite 273) zeigt,
und die Unterseite der Plattenelemente über eine entsprechende,
inverse Profilierung. Dadurch erhält die Verbundfuge eine
größere Oberfläche als bei einer planen
Ausführung, wodurch sie eine größere
Schubkraft zwischen den Plattenelementen und dem Obergurt übertragen
kann. Die quasi wellenförmige Profilierung gemäß DIN,
bei der sich in Brückenrichtung parallel verlaufende Rippen oder
Höcker aus der Ebene der Oberfläche bzw. Unterseite
erheben, ist für bekannte Bauformen, zum Beispiel für
das Betonieren „frisch in trocken" geläufig und
rechnerisch nachweisbar. Mit dieser Profilierung unterliegt das
erfinderische System keiner eigenen Nachweisproblematik, sondern
nutzt ein Prinzip einer bereits bekannten Bauweise.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Systems weisen die
Plattenelemente Einfüllöffnungen für
den Verguss und Entlüftungsöffnungen auf. Sie
erleichtern das vollständige Verfüllen der Verbundfuge,
sodass der Verbund auch auf der Baustelle in hoher Qualität
und Zuverlässigkeit hergestellt werden kann. An den Rändern
der Verbundfuge kann zudem ein Abdichtband angeordnet sein, das ein
unkontrolliertes Austreten des Vergusses verhindert.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die
Plattenelemente für die Montage von Spanngliedern ausgerüstet.
Dafür umfassen sie insbesondere einbetonierte Hüllrohre,
in denen die Spannglieder nachträglich eingezogen oder
bereits vormontiert sein können. Durch das Aufbringen einer
Vorspannung kann die Tragfähigkeit der Plattenelemente
gesteigert werden.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen
einander gegenüberliegende Ränder der Plattenelemente
eine stufenförmige Ausbildung mit einer verlorenen Schalung
zur Ausbildung oben liegender Querfugen zwischen den Plattenelementen
im Bauzustand auf. Die Ränder verfügen dazu in
einem unteren Bereich über einen über die gesamte
Plattenbreite verlaufenden Vorsprung, mit dem nebeneinander liegende
Platten auf ihrer gesamten Breite linear aneinander anstoßen. Dort
bildet sich eine Kontaktfuge, die durch einen Dichtanstrich zusätzlich
abgedichtet werden kann. Die aneinander anstoßenden Vorsprünge
stellen quasi eine untere Schalung der Querfuge dar. Damit kann
auf die Montage einer separaten Schalung für die Querfugen
verzichtet werden. Die im oberen Bereich zurückspringenden
Plattenränder bilden Vergusstaschen zur Aufnahme des Vergussmörtels.
Außerdem bieten sie einen Arbeitsraum für das
Einfädeln der Spannglieder in die Hüllrohre.
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Grundsätzlich
eignet sich jeder Brückenhauptträger als Bestandteil
des erfinderischen Systems, der einen Obergurt aus Beton aufweist.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann
der Brückenhauptträger ein Stahl-Beton-Verbundträger
sein. Dieser Trägertyp führt zu einer besonders
günstigen Ausnutzung der Eigenschaften des Stahls einerseits
und des Betons andererseits. Er kann bei hoher Tragfähigkeit
daher besonders schlank und wirtschaftlich ausgebildet werden. Wird
er in einzelnen, transportablen Schüssen gefertigt, so
kann er in einem Fertigteilwerk vorproduziert werden. Die werksseitige
Vorfertigung sichert insbesondere eine hohe Qualität des
Verbunds zwischen Stahl und Beton.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die
Plattenelemente als Fertigteilplatten vorgefertigt. Insbesondere
bei geraden oder gekrümmten Brücken mit konstantem
Radius lassen sich die Fertigteilplatten aufgrund ihrer Standardisierung
kostengünstig herstellen. Die Fertigung im Werk sorgt für
eine hohe Qualität und kann bei entsprechender Betongüte
Material und Gewicht einsparen.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst
die Profilierung des Obergurts Führungselemente zur Führung
von auf dem Obergurt verschiebbaren Plattenelementen. Die Führungselemente
auf dem Obergurt machen separate Führungseinrichtungen
für die Plattenelemente entbehrlich. Da die Plattenelemente
längs des Obergurts verschoben werden können,
ermöglicht die Einrichtung der Führungselemente
den Verzicht auf einen Kran. Dadurch lassen sich nicht nur Kosten
einsparen, sondern auch die Beeinträchtigungen eines überbrückten
Verkehrswegs reduzieren. Die Führungselemente auf dem Obergurt
können zum Beispiel mit an den Plattenelementen ohnehin
vorhandenen Längskanten zusammenwirken, sodass diese nicht
speziell auf die Führungselemente angepasst sein müssen.
Zur Reduzierung der für den Verschub erforderlichen Verschubkraft
können die Führungselemente eine Beschichtung
aufweisen, die die Reibzahl ihrer Oberfläche reduziert,
beispielsweise Polytetrafluorethen (PTFE).
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfassen
die Unterseiten der Plattenelemente Führungsvorrichtungen,
die mit den Führungselementen der Obergurte korrespondieren. Sie
können mit einer zu den Führungselementen inversen
Form ausgestattet sein, sodass die Führungselemente und
die -vorrichtungen bei einem Verschub der Plattenelemente auf dem
Obergurt geeignet zusammenwirken. Dadurch lässt sich ein
verkantungsfreier Verschub auch bei Brücken mit gekrümmtem Verlauf
ermöglichen.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist auf
dem Obergurt eine Gleitschiene ausgebildet, die mit einer Führungsnut
auf der Unterseite der Plattenelemente führend zusammenwirkt.
Die Gleitschiene kann beispielsweise als stählerne Trapezschiene
ausgebildet sein, die bei der Herstellung des Obergurts in den Beton
mit eingegossen werden kann. Die mit ihr korrespondierende Nut auf
der unteren Seite der Plattenelemente lässt sich in Beton
ebenfalls leicht ausbilden.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in
der Führungsnut ein Gleitblech angeordnet. Es sorgt für
ein gutes Gleitverhalten, sodass die Verschubkräfte bei
der Positionierung der Plattenelemente reduziert werden können.
Sie verringern damit nicht nur die Herstellungskosten der Brücke,
sondern vermindern auch die Gefahr eines Verkantens der Plattenelemente
während des Verschubs. Dies ist insbesondere bei gebogenen
Brückenverläufen von Bedeutung.
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Die
in der Erfindung gestellte Aufgabe wird außerdem durch
eine Brücke mit einem oder mehreren Brückenhauptträgern
mit einem Obergurt aus Beton und Fahrbahnplattenelementen ebenfalls
aus Beton und einer profilierten und verfüllten, im Wesentlichen
horizontal verlaufenden Verbundfuge zwischen dem Obergurt und den
Fahrbahnplattenelementen gelöst. Die Brücke bzw.
ihre Bestandteile kann bzw. können im Sinne der oben erläuterten
Bestandteile des erfindungsgemäßen Systems weitergebildet sein.
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Das
Prinzip der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielshalber
noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1:
eine Seitenansicht eines Brückenhauptträgers im
Montagezustand,
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2a:
eine Schnittansicht eines Brückenhauptträgerzwillings,
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2b:
eine Detailansicht an einem Trägerstoß,
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3:
das Einheben von Betonplattenelementen
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4a:
eine Schnittansicht gemäß 3,
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4b:
eine Detailansicht aus 3,
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5:
eine Querschnittsansicht im Bauzustand und
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6:
einen Teillängsschnitt durch einen Stoß der Plattenelemente.
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7:
eine Querschnittsansicht im fertig montierten Zustand, und
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8:
einen Querschnitt durch die fertige Brücke.
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Zur
Durchführung des erfinderischen Verfahrens wird zunächst
ein Zwilling aus zwei parallel nebeneinander verlaufenden Brückenhauptträgern 1 zwischen
zwei Widerlagern A, B montiert, wovon in der Seitenansicht gemäß 1 nur
ein Hauptträger 1 und ein rechtes Widerlager A
zu sehen sind. Jeder Brückenhauptträger 1 erstreckt
sich über mehrere Stützen C. Er setzt sich aus
einzelnen Schüssen 3 zusammen. Sie werden in Abmessungen
von beispielsweise zwei bis drei Metern Breite und dreißig Metern
Länge hergestellt und sind damit transportabel.
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Einen
Schnitt durch die Hauptträger 1 zeigt 2a.
Als Brückenhauptträger 1 dienen Stahlbetonverbundträger
mit einem Stahlhohlkasten 5 mit seitlichen Stegblechen 6 und
einem unteren Flansch 9. Der Stahlhohlkasten 5 wird
im Werk mit einer vorgefertigten Betonfertigteilverbundplatte 7 ergänzt. Sie
bildet einen Obergurt des Hauptträgers 1 mit etwa
zwei Metern Breite. Durch die werkseitige Herstellung der Schüsse 3 der
Hauptträger 1 kann eine hohe Qualität
insbesondere des Stahl-Beton-Verbunds erreicht werden.
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Die
einzelnen Schüsse 3 werden auf der Baustelle miteinander
verbunden. Dazu werden sie an Stößen 11,
von denen einer in 2b dargestellt ist, an den Stegblechen 6 und
am unteren Flansch 9 miteinander verschweißt.
Anschließend wird ein Korrosionsschutz aufgebracht. Die
Betonplatte 7 erstreckt sich nicht über die gesamte
Länge eines Schusses 3, sondern springt an beiden
Enden um etwa einen Meter zurück. Am Stoß 11 ergibt
sich damit eine Aussparung 13 von ca. zwei Metern Länge und
3 Metern Breite. Sie wird auf der Baustelle mit Ortbeton 15 aufgefüllt,
nachdem eine Bewehrung ergänzt wurde. Damit ist ein durchgängiges
Hauptträgersystem hergestellt. Die Brückenhauptträger 1 können
einzeln nacheinander oder jeweils parallel nebeneinander, zum Beispiel
im Taktschiebeverfahren, erstellt werden.
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3 zeigt
einen ersten Montageschritt für den Aufbau der Fahrbahnplatte
aus einzelnen Fahrbahnplattenelementen 20. Sie werden in
einem Betonfertigteilwerk vorgefertigt. Eine hohe Betongüte für
die Plattenelemente 20, wie sie im Fertigteilwerk zu erreichen
ist, reduziert deren Material, Gewicht und damit deren Transportkosten.
Jedes Plattenelement 20 hat eine Breite von etwa drei Metern
und eine Länge von ca. 15 Metern. Mit diesen Abmessungen
kann es ohne ungewöhnlichen Aufwand auf die Baustelle transportiert
werden. Es überspannt damit die gesamte Brückenbreite
der zukünftigen Brücke (vgl. 4a).
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Nach
der vollständigen Montage des Brückenhauptträgers 1 werden
die Fahrbahnplattenelemente 20 am Widerlager A (3)
angeliefert. Ein Kran 22 hebt eine erste Platte 20 auf
einen widerlagernahen Anfangsbereich des Brückenhauptträgers 1 und
legt sie dort auf der Betonfertigteilverbundplatte 7 ab,
also auf dem Obergurt des Hauptträgers 1. Das
Plattenelement 20 wird mit einer Kette 24 als
Zugelement gekoppelt, die über den Brückenhauptträger 1 hinweg
bis auf das gegenüberliegende, nicht dargestellte Widerlager
B verlegt und dort mit einer Zugvorrichtung gekoppelt wird. Ein
weiteres Plattenelement 20 wird in Brückenlängsrichtung
hinter dem ersten Plattenelement abgelegt und mit ihm gekoppelt.
Ihm folgen weitere. Anschließend werden die Plattenelemente 20 einzeln
oder in Gruppen auf dem Brückenhauptträger 1 in
Richtung D des gegenüberliegenden Widerlagers gezogen.
Zugleich werden jeweils weitere Plattenelemente 20 wie
Kettenglieder einer Kette angeschlossen, bis alle Plattenelemente 20 verlegt
sind. Alternativ dazu kann auch von beiden Widerlagern aus auf die
Brückenmitte hin gearbeitet werden.
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Sobald
die Plattenelemente 20 auf dem Zwilling aus Hauptträgern 1 verlegt
sind, sind in diesem Montagezustand keine zusätzlichen
Lagesicherungen erforderlich, da sie auf den beiden nebeneinander
liegenden Brückenhauptträgern 1 stabil
aufliegen (vgl. 4a). Sie bilden jetzt bereits
eine nahezu durchgehende Fläche, die nach entsprechender
Sicherung dem Baustellenpersonal als Arbeitsebene dienen kann.
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Um
einen sicheren Verschub der Plattenelemente 20 auf den
Verbundplatten 7 zu gewährleisten, sind sowohl
die Plattenelemente 20 als auch die Verbundplatten 7 besonders
ausgestaltet. 5 zeigt eine Teilschnittansicht
durch ein Plattenelement 20 und einen der beiden Hauptträger 1.
Vom Brückenhauptträger 1 sind noch die
Stegbleche 6 seines Stahlhohlkastens 5 zu erkennen.
Sie binden mit Verbunddübeln 10 (siehe auch 6)
an den feinen Enden der Stegbleche 6 in die ca. zwei Meter
breite Betonfertigteilverbundplatte 7 des Brückenhauptträgers 1 ein.
Die Verbundplatte 7 weist auf ihrer Oberfläche 8 eine
Profilierung 26 auf. Sie erstreckt sich zwischen zwei Aufkantungen 28,
die jeweils an den Rändern der Verbundplatte 7 in
Brückenlängsrichtung verläuft. Daran
anschließend verlaufen ebenfalls in Brückenlängsrichtung
mehrere parallel und im Wechsel zueinander angeordnete Höcker 30 und
Nuten 32, die jeweils einen trapezförmigen Querschnitt
aufweisen. In der Mitte und ebenfalls in Brückenlängsrichtung verlaufend
erhebt sich eine Gleitschiene 34 über die Ebene
der Höcker 30 und in etwa auf dieselbe Höhe wie
die Aufkantungen 28. Sie besteht aus einer Trapezsteife,
die werkseitig in die Verbundplatte 7 einbetoniert wurde.
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Die
Plattenelemente 20 weisen an ihrer Unterseite 36 eine
Profilierung 38 auf. Sie stellt quasi den Negativabdruck
der Profilierung 26 der Verbundplatte 7 dar. Sie
umfasst also ebenfalls Nuten 40, in die die Höcker 30 eingreifen,
und im Wechsel dazu Höcker 42, die in die Nuten 32 der
gegenüber liegenden Profilierung 26 eintauchen
können. In Plattenmitte und parallel zu den Höckern 42 und
Nuten 40 verläuft in Brückenlängsrichtung
eine tiefer liegende Führungsnut 44, die mit einem
Gleitblech 46 ausgekleidet ist. Damit passt die Profilierung 38 vollständig in
die Profilierung 26 der Verbundplatte 7. Die Gleitschiene 34 greift
in die Führungsnut 44 ein, und die Aufkantungen 28 umgreifen
die Profilierung 38 des Plattenelements 20 vollständig.
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Senkrecht
zu ihrer Erstreckungsebene ist jedes Plattenelement 20 von
jeweils vier Spindellöchern 48 durchzogen, die
Stellschrauben 50 aufnehmen. Sie durchbrechen das Gleitblech 46,
sodass die Stellschraube 50 eines verlegten Plattenelements 20 auf
der Gleitschiene 34 der zugeordneten Verbundplatte 7 aufsetzen
kann. In jedem Plattenelement 20 sind außerdem
jeweils zwei rohrförmige Einfüllöffnung 52 je
Plattenseite 20 angebracht, die ebenfalls die Gleitschiene 34 durchbrechen.
Sie liegen in der gleichen Flucht wie die Spindellöcher 48 und
sind daher in 8 verdeckt. In den Randbereichen
der Profilierung 38 in den Nuten 40 münden
zwei Entlüftungsöffnungen 54, die das
Plattenelement 20 ebenfalls senkrecht durchziehen. Sie
sind in gleicher Anzahl auf jeder Seite des Plattenelements 20 angeordnet.
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Jedes
Plattenelement 20 ist schließlich von Hüllrohren 56 durchzogen,
die in Brückenlängsrichtung verlaufen und parallel
nebeneinander in der Platte 20 angeordnet sind. Sie nehmen
zu einem späteren Montagezeitpunkt Spannglieder für
eine Vorspannung der Brückentafel auf.
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Nachdem
nun die Plattenelemente 20 am Widerlager A (vgl. 3)
angeliefert wurden, werden sie einzeln auf der Verbundplatte 7 abgelegt.
Dabei greifen die Profilierungen 38 auf der Unterseite 36 der
Plattenelemente 20 in die Profilierungen 26 auf der
Verbundplatte 7 ein. Beim anschließenden Verschieben
der Plattenelemente 20 wirken sie als Führungseinrichtungen
und ermöglichen eine sichere und verkantungsfreie Verschiebung
der Plattenelemente 20 auf der Verbundplatte 7,
selbst auf dem gebogenen Verschubweg einer gekrümmten Brücke. Der
Kraftaufwand für den Verschub der Plattenelemente 20 ist
relativ gering, weil mit der Gleitschiene 34 und dem Gleitblech 46 in
der Führungsnut 44 zwei Reibpartner aus Stahl
und daher mit relativ geringem Reibungskoeffizienten aufeinander
treffen und somit leichter verschoben werden können als
beim Aufeinandergleiten zweier rauer Betonflächen. Da jedes Plattenelement 20 auf
zwei Brückenhauptträgern 1 aufliegt,
ist beim Verschub der Plattenelemente 20 keine zusätzliche
Sicherung gegen Absturz erforderlich.
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Nach
dem Verlegen der Plattenelemente 20 mittels Verschub auf
dem Brückenhauptträger 1 liegen sie zunächst
noch geringfügig auf Lücke. Über Eindrehen
der vier Stellschrauben 50 werden sie angehoben und auf
die gewünschte Solllage gebracht. Beim Eindrehen treffen
die Stellschrauben 50 auf die Gleitschiene 34 aus
Stahl und damit auf eine tragfähige Oberfläche,
die die erhebliche Flächenpressung aus einem Viertel des
Gewichts der Plattenelemente 20 je Stellschraube 50 weitgehend
schadlos aufnehmen kann. Anschließend werden Spannglieder
in die Hüllrohre 56 eingefädelt.
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6 zeigt
eine Längsschnittansicht entlang der Längsachse
eines Brückenhauptträgers 1. Das Stegblech 6 bindet
mit den Verbunddübeln 10 an seinem freien oberen
Ende in die Betonverbundplatte 7 ein. Auf der durchgehenden
Betonfertigteilverbundplatte 7 stoßen zwei Plattenelemente 20 aneinander und
bilden eine Querfuge 58. Die einander gegenüberliegenden
Ränder 60 der Plattenelemente 20 sind stufenförmig
ausgebildet und weisen an der Unterseite 36 eine Auskragung 62 auf.
In einem weiteren Montageschritt wird über die Spannglieder
in den Hüllrohren 56 eine Teilvorspannung aufgebracht,
damit die Plattenelemente 20 mit ihren Auskragungen 62 an
einer Kontaktfuge 64 aneinander stoßen. Unmittelbar
vor diesem Montageschritt werden die Auskragungen 62 im
Bereich der Kontaktfuge 64 mit einem Dichtanstrich 66 versehen,
um die Kontaktfuge 64 unter der Teilvorspannung dicht zu
verschließen. Damit bilden die Auskragungen 62 einen
unteren Abschluss der Querfuge 58. Zusammen mit den Rändern 60 wirken
sie wie eine verlorene Schalung der im Querschnitt U-förmigen
Querfuge 58 (vgl. auch 4b). Sie
bietet zunächst noch einen Arbeitsraum für das
Einfädeln der Spannglieder in die Hüllrohre 56,
bevor sie mit schwindfreiem Mörtel 68 vergossen und
nachbehandelt wird. Nach dem Erhärten des Vergussmörtels 68 werden
die Spannglieder vollständig vorgespannt. Durch den konzentrischen Druck
E der vollständigen Vorspannungen verkürzen sich
die Fertigteilplatten 7 geringfügig. Daher wird
anschließend die Solllage der Fahrbahnplattenelemente 20 nochmals
kontrolliert.
-
Im
folgenden Montageschritt werden die Plattenelemente 20 auf
den Verbundplatten 7 befestigt. Diesen Vorgang erläutert 7.
Mit dem Verlegen der Plattenelemente 20 auf den Verbundplatten 7 entsteht
zwischen den beiden Bauteilen je Hauptträger 1 jeweils
eine im Wesentlichen horizontal verlaufende großflächige
Verbundfuge 70. Sie wird begrenzt durch die Oberfläche 8 der
Verbundplatte 7 und die Unterseite 36 des Plattenelements 20.
An jedem Plattenelement 20 steht damit eine große
Verbundfläche von ca. zwei Metern Breite auf dreieinhalb
Metern Länge je Hauptträger 1 für
den Verbund dieser Bauteile zur Verfügung. Bedingt durch
die Form der Höcker 30, 42 und Nuten 32, 40 der
Profilierungen 26, 38 hat die Verbundfuge 70 einen
abgeflachten Zick-Zack-Verlauf, wodurch sie eine tatsächlich
größere Schubkraft gegenüber einer planen Oberfläche
gleicher Abmessung aufnehmen kann. Jeweils in der Mitte der Profilierungen 26, 38 erhält sie
durch die Gleitschiene 34, die in die Führungsnut 44 hineinragt
und teilweise mit dem dortigen Gleitblech in Kontakt steht, eine
Verengung 72. In sie münden die Einfüllöffnungen 52.
-
An
den Rändern 74 der Verbundfugen 70, also
an den Aufkantungen 28 der Verbundplatten 7, wird
ein Abdichtband 76 angebracht. Es verschließt die
Verbundfuge 70 in Längsrichtung und verhindert ein
seitliches Austreten eines Vergussmörtels 71 und damit
auch optische Beeinträchtigungen. Über die Einfüllöffnungen 52 wird
der Vergussmörtel 71 eingebracht. Dies erfolgt
an der engsten Stelle der Verbundfuge 70, die sich in Ausbreitungsrichtung
des Mörtels 71 erweitert. Dadurch wird auch die Verengung 72 vollständig
gefüllt. Der Mörtel 71 wird so lange
eingefüllt, bis er an den Entlüftungsöffnungen 54 wieder
austritt. Da die Entlüftungsöffnungen 54 in den
Nuten 40 und damit in Hochpunkten des Verlaufs der Verbundfuge 70 münden,
kann davon ausgegangen werden, dass die Verbundfuge 70 vollständig
mit Vergussmörtel 71 gefüllt ist. Um
etwaige Lufteinschlüsse auf ein Mindestmaß zu
reduzieren, werden anschließend die Stellschrauben 50 geringfügig
abgelassen.
-
Nach
Aushärten des Vergussmörtels 71 steht
die Fahrbahnplatte aus den Plattenelementen 20 im vollständigen
Verbund mit dem Hauptbrückenträger 1 und
ist vollständig vorgespannt. Der Spannungszustand ist somit
vergleichbar mit einer Ortbetonplatte, die im Pilgerschrittverfahren
hergestellt wurde. Abschließend wird eine Brückenabdichtung 78 (6)
aufgebracht, bevor ein Fahrbahnbelag 80 und Brückenkappen 82 samt
Geländer ergänzt werden. Damit ist die Brücke
vollständig ausgerüstet, wie sie 8 in
einer Schnittansicht zeigt.
-
- 1
- Brückenhauptträger
- 3
- Schuss
- 5
- Stahlhohlkasten
- 6
- Stegblech
- 7
- Betonfertigteilverbundplatte,
Obergurt
- 8
- Oberfläche
des Obergurts 7
- 9
- unterer
Flansch des Stahlhohlkastens 5
- 10
- Stahldübel
- 11
- Stoß
- 13
- Aussparung
- 15
- Ortbeton
- 20
- Fahrbahnplattenelement
- 22
- Kran
- 24
- Kette
- 26
- Profilierung
- 28
- Aufkantung
- 30
- Höcker
- 32
- Nut
- 34
- Gleitschiene
- 36
- Unterseite
- 38
- Profilierung
- 40
- Nut
- 42
- Höcker
- 44
- Führungsnut
- 46
- Gleitblech
- 48
- Spindellloch
- 50
- Stellschraube
- 52
- Einfüllöffnung
- 54
- Entlüftungsöffnung
- 56
- Hüllrohre
- 58
- Querfuge
- 60
- Rand
- 62
- Auskragung
- 64
- Kontaktfuge
- 66
- Dichtanstrich
- 68
- Mörtel
- 70
- Verbundfuge
- 71
- Vergussmörtel
- 72
- Verengung
- 74
- Fugenrand
- 76
- Abdichtband
- 78
- Abdichtung
- 80
- Fahrbahnbelag
- A,
B
- Widerlager
- C
- Stütze
- D
- Zugrichtung
- E
- Vorspannrichtung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - der Zeitschrift „Stahlbau
76", Heft 3, S. 193 (Verlag Ernst und Sohn, Berlin, 2007) [0004]
- - DIN-Fachbericht 102 [0019]
- - „Betonbrücken" (Deutsches Institut für
Normung 2. Auflage, 2003, Seite 273) [0019]