DE19536701C2 - Verfahren zum Spannen eines Zugglieds aus einer Mehrzahl von Einzelelementen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spannen von zueinander parallelen Spanngliedern eines Bauwerks oder Bauwerksteils aus Spannbeton oder eines Zugglieds aus einer Mehrzahl von Einzelelementen, wie Stahlstäben, -drähten oder -litzen, bei dem die Einzelelemente einzeln oder in Gruppen nacheinander gespannt werden.

Bauwerke oder Bauwerksteile aus Spannbeton erleiden unter der beim Spannen der Spannglieder eingetragenen Druckvorspannung Verformungen, insbesondere Stauchungen, die dann, wenn die Spannglieder einzeln oder in Gruppen nacheinander gespannt werden, zu einem Abbau der Spannkräfte in den jeweils zuvor gespannten Spanngliedern führen. Um zu erreichen, daß im Endzustand alle Spannglieder die gleiche Spannkraft aufweisen, muß gemäß üblicher Vorspanntechnik die Reihenfolge des Spannens vorausbestimmt und müssen die in jedes Spannglied einzutragenden Spannkräfte unter Berücksichtigung der jeweils eintretenden Verformungen exakt berechnet werden. Da insbesondere die für die Verformungen des Bauwerks zu treffenden Annahmen oft unsicher sind, führt dieses aufwendige Verfahren nicht immer zu einer gleichmäßigen Spannungsverteilung.

Gleiches gilt grundsätzlich auch für freie Zugglieder, wie z. B. Schrägseile für Schrägseilbrücken. Solche Zugglieder, insbesondere Schrägseile für Schrägseilbrücken, bestehen oft aus 100 oder mehr Einzelelementen, die zur Erreichung des Gebrauchszustandes gespannt werden müssen. Das Aufbringen der Spannkraft kann entweder in der Weise erfolgen, daß alle Einzelelemente gleichzeitig oder einzeln nacheinander gespannt werden.

Auch hier entstehen durch die Einwirkung der Spannkraft auf das Bauwerk, bei einer Schrägseilbrücke z. B. auf die Spitze des Pylons und den Fahrbahnträger, am Bauwerk Verformungen, die beim Aufbringen der Spannkraft berücksichtigt werden müssen. Wird die Spannkraft auf alle Einzelelemente gleichzeitig aufgebracht, was sehr aufwendige große und entsprechend schwere hydraulische Pressen erfordert, dann kann die endgültige Spannkraft unter Berücksichtigung der Verformungen ohne weiteres eingestellt werden. Werden die Einzelelemente aber einzeln nacheinander gespannt, dann vermindert sich beim Spannen eines zweiten sowie aller weiteren Einzelelemente jeweils die Spannkraft des zuvor gespannten Einzelelements bzw. aller zuvor gespannten Einzelelemente. Dies bedeutet, daß alle Einzelelemente bis auf das jeweils letzte um einen bestimmten, für jedes Einzelelement charakteristischen Betrag überspannt werden müssen.

In diesem Zusammenhang ist es bei einem Zugglied aus Stahldrahtlitzen bereits bekannt geworden, die erste gespannte Litze als "Bezugslitze" zu verwenden und mit einer Kraftmeßeinrichtung zu versehen sowie jede weitere Litze jeweils auf die Spannkraft zu spannen, welche die Bezugslitze zum Zeitpunkt des Spannens der weiteren Litze besitzt (EP 0 421 862 B1). Damit muß zwar die der ersten Litze zu vermittelnde Spannkraft, die über der endgültigen Spannkraft liegt, aufgrund der zu erwartenden Verformungen des Bauwerks berechnet werden; da die den jeweils gespannten Litzen innewohnende Spannkraft aber unter diesen Litzen immer gleich ist, spiegelt die Bezugslitze immer die den bereits gespannten Litzen innenwohnende Spannkraft wieder. Bei diesem Verfahren beeinflussen Verformungsänderungen, z. B. aus Temperaturunterschieden, den gleichmäßigen Spannungszustand nicht.

Zur Durchführung dieses Verfahrens sind jedoch nicht nur Kraftmeßeinrichtungen, wie z. B. Kraftmeßdosen, erforderlich, um die Spannkraft der Bezugslitze zu jedem Zeitpunkt ermitteln und die Spannkräfte der jeweils als nächste zu spannenden Litzen auf die entsprechenden Werte einstellen zu können, sondern es muß auch die Bezugslitze zunächst vorläufig gegenüber einem die Verankerung überspannenden Stuhl verankert und am Ende des gesamten Spannvorganges zum Ausbau der Kraftmeßdose entspannt und neu gespannt werden. Außerdem sind zwei Meßinstrumente erforderlich, die sensibel und aufwendig sind und es ist nicht möglich, die Keilverankerungen vorzuverkeilen.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine einfache und praktikable Möglichkeit zu schaffen, um die Spannglieder eines Bauwerks oder die Einzelelemente eines freien Zugglieds einzeln nacheinander oder auch in Gruppen spannen zu können.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung baut auf der Überlegung auf, daß eine in eine Mehrzahl von Spanngliedern oder Einzelelementen eingetragene Spannkraft sich auf diese gleichmäßig verteilt.

Erfindungsgemäß wird deshalb vorgesehen, die Spannkräfte des jeweils zu spannenden Spannglieds bzw. Einzelelements mit dem bzw. einem der zuvor gespannten und verankerten Einzelelemente unmittelbar zu vergleichen, nämlich dadurch, daß die zum Spannen verwendeten Pressen auf gleichen Pressendruck gebracht werden. Dieser unmittelbare Vergleich ist einerseits auf mechanische Weise möglich, z. B. mittels einer Art Waage, bei der das zuvor gespannte Spannglied gegenüber einem Arm eines Waagebalkens verankert und das jeweils als nächstes zu spannende Spannglied gegen den anderen Arm des Waagebalkens gespannt wird, oder auch auf hydraulische Weise, im einfachsten Fall durch Verwendung zweier Einzelspannpressen, die hydraulisch kommunizierend miteinander verbunden sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Spannvorrichtung gemäß der Erfindung mit einem Waagebalken,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Spannvorrichtung entlang der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine vergrößerte Detaildarstellung der Waage,

Fig. 4 eine andere Ausführungsform einer Spannvorrichtung nach der Erfindung aus zwei hydraulisch miteinander verbundenen Einzelspannpressen und die

Fig. 5 bis 7 aufeinanderfolgende Phasen des Spannvorganges unter Verwendung der Spannvorrichtung gemäß Fig. 4.

In den Fig. 1 und 2 ist lediglich das Prinzip einer mechanischen Waage anhand von zwei nacheinander zu spannenden Einzelelementen dargestellt. Die Anwendung der Erfindung ist selbstverständlich nicht auf dieses Beispiel beschränkt; vielmehr können auf diese Weise Zugglieder bzw. Spannbetonbauteile aus beliebig vielen Einzelelementen bzw. Spanngliedern gespannt werden.

Im dargestellten Beispiel liegt an einem Bauwerksteil 1 eine Widerlagerplatte 2 an. Gegen diese Widerlagerplatte 2 stützt sich über einen Muffenring 3 eine Gewindehülse 4 ab, die an ihrem oberen Ende eine Ankerscheibe 5 trägt, in der vier ein Zugglied 6 symbolisierende Litzen A, B, C und D mittels Keilen 7 verankert werden. Auf die Ankerscheibe 5 stützt sich über eine Keilrückhalteplatte 8 ein Stuhl 9 ab, der aus seitlichen Stützen 10 und diese überspannenden Querträgern 11 besteht, über die sich ein Auflagerbalken 12 erstreckt. Der Auflagerbalken 12 besteht aus zwei Teilen 12a und 12b (Fig. 2), zwischen denen die jeweils zu spannenden Litzen, hier die Litzen A und C, hindurchlaufen. Der Auflagerbalken 12 trägt an seiner Oberseite ein keilförmiges Widerlager 13 für einen W-förmigen Waagebalken 14 aus zwei Armen 14a und 14b. Die Spitze des Widerlagerkeils 13 befindet sich jeweils im gleichen Abstand L von den Achsen der Litzen A und C.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird unterstellt, daß die - in der Darstellung linke - Litze A bereits unter Verwendung einer Einzelspannpresse gespannt wurde und mittels einer Keilverankerung 15 gegenüber dem Arm 14a des Waagebalkens 14 verankert ist. Die Spannkraft wurde zuvor rechnerisch unter Berücksichtigung der Endverformung von Bauwerk und Zugglied ermittelt; sie liegt jedenfalls über der rechnerischen Spannkraft des gesamten Zugglieds. Die Einzelspannpresse 16 wurde daraufhin an der Litze C angesetzt; sie stützt sich mit ihrem Spannkopf 17 gegenüber dem Arm 14b des Waagebalkens 14 ab. Die Verankerungskeile 7 für die endgültige Verankerung der Litzen A und C sind schon eingesetzt; sie werden beim Spannen durch die Keilrückhalteplatte 8 zurückgehalten.

Sobald beim Spannen der Litze C mittels der Spannpresse 16 die in die Litze C eingetragene Spannkraft derjenigen der zuvor gespannten Litze A entspricht, kippt der Waagebalken 14 um die Spitze des Widerlagerkeils 13. Der Kippvorgang kann durch einen Wegsensor oder induktiven Annäherungsschalter 18 angezeigt werden; Schwachstromleitungen 19 führen zur Hydraulikpumpe, um diese abzuschalten, sobald der Schalter 18 anspricht.

Sobald die Spannkraft in der Litze C mit derjenigen in der Litze A übereinstimmt, können die Spannkräfte auf die Keile 7 umgesetzt und so die Litzen A und C verankert werden; der Waagebalken 14 kann dann umgesetzt werden, um eine nächste Litze spannen und deren Spannkraft z. B. mit derjenigen der Litze C vergleichen zu können, die dann, also beim Spannen der nächstfolgenden Litze, den den Litzen A und C innewohnenden Spannkräften entspricht.

Über den Muffenring 3 mit Innen- und die Gewindehülse 4 mit Außengewinde kann gegebenenfalls nachträglich noch die Spannkraft des gesamten Zugglieds, z. B. für eine Gradientenkorrektur, nachgestellt werden.

In den Fig. 4 bis 7 ist eine andere nach der Erfindung gegebene Möglichkeit dargestellt, die Spannkräfte einer bereits gespannten Litze mit der einer zu spannenden Litze zu vergleichen, nämlich durch eine Art hydraulische Waage.

In Fig. 4, die den grundsätzlichen Aufbau am Beispiel einer aus zwei Einzelspannpressen 20 und 21 bestehenden Spannvorrichtung zeigt, ist mit 1 wieder das Bauteil angedeutet, an dem die Widerlagerplatte 2 anliegt, gegen die sich die Ankerscheibe 5 über eine Gewindehülse 4 und eine Gewindemuffe 3 abstützt. Die Einzelelemente des Zugglieds 6 sind hier wieder durch vier Litzen A, B, C und D symbolisiert.

Die beiden Pressen 20 und 21 sind jeweils durch eine Speiseleitung 22 und eine Rücklaufleitung 23 mit einer hydraulischen Pumpe 24 verbunden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich die Presse 20 in Kontakt mit der Litze A. Unter Umgehung der Presse 21 wird nur die Presse 20 betätigt; der Pressenkolben ist ausgefahren, die Litze A wird gespannt. Das Spannen der Litze A erfolgt bereits gegen die - endgültige - Ankerscheibe 5 bis zu einer rechnerisch vorausbestimmten Spannkraft, die unter Berücksichtigung der Endverformung von Bauwerk und Zugglied über der rechnerischen Spannkraft des gesamten Zugglieds 6 liegt. Nach dem Spannen wird die Litze A verankert; hierzu kann der Ringkeil 7 mittels eines in die Presse 20 integrierten Verkeilkolbens eingetrieben werden.

Im nächsten, in Fig. 5 dargestellten Verfahrensschritt, wird unter Belassung der Presse 20 die Presse 21 angesetzt, beispielsweise an die Litze D; die Presse 20 befindet sich nach wie vor in Kontakt mit der Litze A bzw. deren Verankerung. Durch Beaufschlagung der Presse 21 unter Aufrechterhaltung einer hydraulisch kommunizierenden Verbindung zwischen den Pressen 21 und 20 über die Leitungen 22 bzw. 23 wird mit dem Erreichen der bereits in die Litze A eingetragenen Spannkraft der Kolben der Presse 20 um eine geringe Strecke ausfahren und so die Übereinstimmung der Spannkräfte beider Litzen A und D signalisieren. In diesem Stadium können die Keile 7 beider Litzen A und D eingetrieben, die Litzen somit endgültig verankert werden (Fig. 7).

Um von einer äußeren Beobachtung der Pressen 20 und 21 unabhängig zu sein, ist es möglich, an den Pressen 20 und 21 an ausschwenkbaren Konsolen 25 Schalter 26, wie z. B. einen Wegsensor oder einen induktiven Annäherungsschalter 26 anzuordnen. Die Konsolen 25 sind beim Spannen ausgeschwenkt (Presse 20 in Fig. 4), können zur Anzeige der Bewegung der Presse an einer bereits gespannten Litze, z. B. der Litze A, aber eingeschwenkt werden (Presse 20 in Fig. 5). Die Schalter 26 können über Schwachstromleitungen 27 wieder unmittelbar mit der Pumpe 24 verbunden sein, um diese bei Erreichen der entsprechenden Spannkraft abzuschalten.

Der Spannvorgang ist nicht auf die in den Zeichnungen dargestellte Anwendung auf zwei hydraulische Pressen beschränkt; es können vielmehr mittels einer entsprechenden Anzahl von Einzelspannpressen, die jeweils kommunizierend miteinander verbunden sind, auch Gruppen von Litzen gespannt werden. Es ist auch möglich, den jeweils ersten Spannvorgang, nicht wie in Fig. 3 dargestellt, mit n - 1 Spannpressen, also nur einer von zwei Pressen zu vollziehen, sondern mit n Pressen; allerdings muß der nächste bzw. müssen alle weiteren Spannvorgänge unter Belassung einer Presse an einer bereits gespannten Litze mit n - 1 Pressen erfolgen.

Claims (3)

1. Verfahren zum Spannen von zueinander parallelen Spanngliedern eines Bauwerks oder Bauwerksteils aus Spannbeton oder eines Zugglieds aus einer Mehrzahl von Einzelelementen, wie Stahlstäben, -drähten oder -litzen, bei dem die Einzelelemente einzeln oder in Gruppen nacheinander gespannt werden, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

• a) Spannen eines ersten Einzelelements oder einer Gruppe von Einzelelementen bis zu einer vorausbestimmten Spannkraft und Verankern derselben,
• b) Spannen eines zweiten Einzelelements oder einer Gruppe von Einzelelementen, bis deren Spannkraft ebenso groß ist wie diejenige des bzw. der zuvor gespannten Einzelelemente zur selben Zeit, wobei aus dem bzw. mindestens einem der zuvor gespannten und verankerten Einzelelemente und dem zu spannenden Einzelelement bzw. den zu spannenden Einzelelementen unter Zwischenschaltung eines Vergleichsmechanismus ein Regelkreis zum unmittelbaren Vergleich der Spannkräfte gebildet wird, worauf das zweite Einzelelement oder die Gruppe von Einzelelementen verankert werden,
• c) Wiederholen der Verfahrensschritte von b), bis alle Einzelelemente gespannt und verankert sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das jeweils erste Einzelelement (A) gegenüber einem Arm (14a) eines Waagebalkens (14) verankert und das jeweils zweite Einzelelement (C) gegenüber dem anderen Arm (14b) des Waagebalkens (14) gespannt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Spannen der Einzelelemente Einzelspannpressen (20, 21) verwendet werden, die hydraulisch kommunizierend miteinander verbunden sind und daß beim Spannen des zweiten und der folgenden Einzelelemente jeweils eine Spannpresse (20) an einem der zuvor gespannten Einzelelemente belassen wird.