-
Stahlbeton-Bauteil mit vorgespannter Bewehrung und Verfahren zu seiner
Herstellung Es sind Stahlbeton-Bauteile bekannt, bei denen auf Zug vorgespannte
Stahlbewehrungen dem Beton im Zuggurt hohe Druckspannungen verleihen und Schwind-
bzw. Kriechrisse verhindern sollen. Die Stafilbewehrungen werden bei solchen Bauteilen
mit hohen Vorspannkräften (40oo bis 1:2 ooo kg/CM2) in die später wieder zu entfernende
Verschalung eingelegt. Um die Vorspannungskräfte erzeugen zu können, sind teure
maschinelle Einrichtungen und ein beträchtlicher Arbeitsaufwand erforderlich.
-
Demgegenüber ist die Erfindung dadurch ge-Z> kennzeichnet, daß die
Bewehrung des Bauteils im t>
wesentlichen, aus einem der Außenform des fertigen
Bauteils entsprechenden, vorzugsweise dünne#n Stahlmantel besteht, der bei der Herstellung
des Bauteils zugleich als Verschalung für die noch nicht erhärtete Betonmasse dient
und unter einer Vorspannung steht, deren Kräfte sowohl in der Richtung der Längsachse
des Bauteils als auch senkrecht zu dieser von außen, nach innen. gerichtet sind.
Diese Vorspannung wird erfindungsgemäß :dadurch erzielt, daß der Stahlmantel durch
Vermittlung des plastischen Betonggemischs unter einen hydraulischen inneren Überdruck
gesetzt und bis zum Erstarren des Betons unter diesem Druck -gehalten wird. Der
Druck auf das plastische Betongemisch, das möglieh-st flüssig gehalten werden muß,
um eine gleichmäßige Fortpflanzung des Drucks nach allen Seiten zu gewährleisten,
muß dabei so groß sein, daß die unter seinem Einfluß entstehende elastische Formänderung
des als Druckkessel; beanspruchten Stahlmantels die Schwindung des erhärteten Betonkerns
übertrifft. Bei diesem Herstellun,-,sverfahren ist es nicht nur möglich, dem Stahlmantel
eine hohe Zugvo
#rspan-n-ung zu geben, ohne dazu mehr als eine einfache
hydraulische Presse zu benötigen, sondern, auch das Betongemisch so stark zu verdichten',daß
der erhärtete Beton eine besonders hohe Festigkeit erhält. Infolgedessen kann man
auch den auf diese Weise hergestelltenBauteilenverhältnismäßigkleine Querschnitte
geben und Bewehrungsstahl einsparen. Der Mantel kann dabei mit der jeweiligen besonderen
Belastung des Bauteils entsprechenden zusätzlichen. Versteifungen, z. B. mit Rippen
od. dgl. versehen werden, die sowohl auf seiner Innen- als auch auf seiner Außenseite
angeordnet sein können. Außerdem kann der Stahlmantel mit dem jeweiligen Venvendungszweck
entsprechenden Anschl-ußmitteln für weitere Bauteile versehen werden, z. B. mit
Niet- oder Schraubenflanschen, Laschen, Stutzen oder #Gelenkteilen, welche das Verbinden
des fertigen Bauteils mit anderen Bauteilen vereinfachen. Die Anschlußflansche umgeben
da#bei zweckmäßig Einfüllöffnungen für das Einbringen des- plastischen Betongemischs
in, den Stahlmantel, die während des Herstellungsvorgangs mittels Druckplatten -verschlossen
werden können, welche mit Saug- -bzw. Druckanschlüssen versehen sind, um das eingefüllte
Betongeinisch entlüften bzw. .unter Druck setzen zu können. Der Stahlmantel wird
zweckmäßig aus einem niedrig legierten Stahl von hoher Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit
hergestellt, wodurch sich der weitere Vorteil ergibt, daß der Mantel sehr dünn und
leicht gemacht werden kann und daß man in der Regel auf einen besonderen Korrosionsschutz
durch Anstrich oder durch einen nachträglichen B-,tonbewurf verzichten kann, wenn
nicht in besonderen Fällen ganz besonders bbhe Ansprüche in dieser Hinsicht gestellt
werden, z. B. wegen vollkommener Fe#uersicherheit. Natürlich ist es auch möglich,
in das Innere des Betonkerns eine weitere Bewehrung einzulegen, falle dies als!
erforderlich oder zweckmäßig angesehen wird.
-
Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung in mehreren beispielsweisen
Ausführungszi formen dargestellt. Es zeigt Fig. i in senkrechtem Schnitt ein als
Stützpfeiler ausgebildetes Bauteil, Fig..2 und 4 zwei Bauteile in Ansicht, (die
als waagerechte Träger ausgebildet sind, Fig. 3 und 5 zugehörige Querschnitte
nach den Linien A-B bzw. C-D der Fig. :2 bzw. 4, Fig. 6 einen Schnittdurch
eine Gelenkverbindung zwischen zwei Bauteilen, Fig. 7 einen waagerechten
Querschnitt durch die Ecke eines Bau-,verks, die aus drei säulenförmigen Bauteilen
gebildet ist, Fig. 8 einen Querschnitt durch ein Hohlbauteil, Fig.
9 eine Teilansicht eines Gebäudeskeletts, das aus 'säulenförmigen und trägerförmigen
Bauteilen zusammengesetzt ist.
-
Das in Fig. i dargestellte pfosten- bzw. säulenförmige Bauteil hat
eine Bewehrung, die aus einem Stahlrohr i besteht, das an seinem unteren Ende mit
einer konischen Erweiterung:2 versehen ist. Hierdurch wird eine verbreiterte Standfläche
erzielt. Der konische Teil 2 ist mit einem angeschweißten Ringflan-sch
3 und einem eingeschweißten. Boden 4 versehen-. An dem Stahlrohr i sind vier
durch Flanschdeckel verschlossene Flanschstutzen 5 angebracht, vorzugsweise
angeschweißt. Sie,dienen zum Anschließen von Querträgern. u. dgl. und sind daher
zweckmäß ig in Stockwerksabstanci voneinander angeordnet. Das Stahlröhr i wird entweder
in der -Werkstatt oder auf dem Bauplatz mit Beton. gefüllt, der nach dem Erhärten
einen festen Kern 6 bildet. Nach dem Einfüllen des Betons 6 wird das
obere En-de des Stahlrohrs i mittels einer Platte 8 verschlossen. Die Platte
8
wird,' mit Schrauben 9 an einem Ringflansch 7 beel festigt,
der an dem Stahlrohr angeschweißt ist. Die Verschlußplatte 8 trägt einen
Saugstutzen io, der an eine Saugleitung ii an-geschlossen ist und dazu dient, die
Betonfüllung möglichst luftleer zu saugen. Nach dem Absaugen, der in 4em Beton eingeschlossenen
Luft wirdder Saugstutzen, io durch einen Verschlußnippel ersetzt oder verschlossen
-und ein bis dahin verschlossener Druckstutzen 12 geöffnet, der zum Nachfüllen von
Beton benutzt wird. Man füllt nun eine gewisse Überrnenge an Beton unter Druck nach,
derart, daß das Stahlrohr i unter einem inneren überdruck steht, der natürlich unter
der Elastizitätsgrenze des Stahlrohrs bleiben muß. Hierzu wird in den Druckstutzen
12 eine vorberechnete Betomnenge 13 eingebracht, die mittels eines in &n. Druckstutzen
eingesetzten Stempels 14 in das Stahlrohr i hineingedrückt wird, wobei auf den Stempel,ir-gendeine
durch den Pfeil 15 angedeutete Kraft wirkt. Der -dabei in dem Stahlrohr auftretende
innere Überdruck wird so hoch gehalten, ;daß die durch ihn hervorgerufene elastische
Formänderung (Dehnung) des Stahlrohrs größer ist als das Schwindmaß des erhärtenden
Betonkerns 6, damit das Stahlrohr i iden erhärteten Betonkern unter Spannung
umschließt. Um dies zu erreichen, muß natürlich der Betonkern bis zu seiner vollständigen
Erhärtung unter Druck gehalten werden-. Erst dann kann die Platte, 8 mit
ihren Zubehörteilen entfernt und z. B. durch einen einfachen Deckel ersetzt -werden.
An Stelle der abnehmbaren Platte 8 könnte man das Stahlrohr auch wie bei
!dem Boden 4 mit einem starr befestigten Deckel versehen; das Einfüllen und Unterdrucksetzen
der Betonfüllung könnte dann durch einen der seitlichen Anechlußstutzen erfolgen.
Wenn man den Beton nicht erst nach dem Einfügen des Stahlrohrs in ein Stahlskelett,
sondern schon vorher in der Werkstatt oder auf dem Bauplatz einfüllt, kann man natürlich
während des Einfüllens, die bekannten Verfestigungsverfahren, wie z. B. Rütteln,
Stampfen oder Schwingen, anwenden. Ebenso können dem Betongemisch besondere Zusätze
zur Erzielung be-
stimmter Eigenschaften, wie z. B. schnelles Erhärten, hinzugefügt
werden. Bei der Herstellung von Säulen und anderen Druckstäben wirkt es sich besoir,ders
günstig aus, daß die Stahlbewehrun#g sich erfindungsgemäß am äußersten Umfang der
Säulen befindet, weil sie dadurch -das größte Träglieitsmonient und infolgedessen
größte Knick- und
T - orsionssicherheit auf w.2ist. Die in
den Fig. 2 und 4 in Ansicht und in den. Fig. 3 und 5 im Querschnitt
gezeigt-en Bauteile sind als waagerechte Träger gedacht, die als Balken, Unterzüge
od. dgl. verwendet werden. Um die Biegefestigkeit dieser Bauteile zu erhöhen, sind
die an ihren Enden mit Flanschen 16 versehenen Stahlrohre 17 mit angeschweißten
Zugbewehrungen ausgerüstet, die in den Fig. 2 und zn 3
aus einem Vierkantstab
18, in den, Fig. 4 und 5 aus einer T-Schiene ig bestehen. Ebenso können auch
im Innern des Betonkerns zusätzliche Zugbewehrungen vorgesehen sein, so wie als
Beipiel in Fig. 4 ein an den Enden aufgebogener, gestrichelteingezeichneter Draht
4o angedeutet ist.
-
Die bisher gezeigten und beschriebenen Bauteile können mittels der
Flansche 7 bzw. 16 starr oder gelenkig miteinander verbunden werden. In.
Fig. 6
ist eine Gelenkverbindung gezeigt, welche dadurch Z,
gebildet
wird, daß die Stahlrohre:2o bzw. :23 der beiden miteinander zu verbindenden Bauteile
mit ineinanderggreifenden kugelhaubenfÖrmigen Abschlußteilen 21 bzw. :22 versehen
sind. Derartige sphärisch gewölbte Abschlußteile können nicht nur ZD bei Gelenkverbindungen,
sondern auch bei starren Verbindungen mit Vorteilangewendet werden, weil sie sich
unter dem Einfluß inneren Überdrucks bei der Herstellung` der Bauteile nur unwesentlich
verformen. Den gleichen Vorteil bieten 1,c"-elfö#rmi,-e d-)schlußteile, die #sich
jedoch nur für starre Verbindunggen.eignen. Es ist Übrigens nicht
unbedingt erforderlich, jedes Bauteil mit einem besonderen Abschlußglied zu versehen.
Es genügt vielmehr, wenn das zu gleich als Bewehrung und als Form dienende
Stahlrohr bis zum Erhärten. des Betonkerns an. beiden Enden verschlossen bleibt.
Danach können die Endverschlußteile, z. B. Boden 4 und Verschlußplatte
8, entfernt werden. In diesem Fall stoßen die Betonkerne der miteinander
verbundenen Bauteile unmittelbar zusammen-. Um geringe Herstellungsungenauigk,eiten
an den Stoßstellen zwischen den Bauteilen auszugleichen, werden ihre Endflächen
vor dem Zusammenfügen zweckmäßig mit Zementmilch oder einer anderen Kittmasse be#-strichen,
die unter dem Druck, mit dem die Bauteile zusammenggehalten werden, nacb-ie-big
ausweicht ZD und später erhärtet.
-
Fig- 7 zeigt einen waagerechten Schnitt durch die Ecke eines
Bauwerks, die aus drei ungefähr der Fig. i entsprechenden Säulen zusammengesetzt
ist. Die Säulen werden untereinander durch Laschen, Bindebleche, Schellen. oder
ähnliche Verbindungserlieder zu einem zusammengesetzten Druckstab verbunden. Eine
Stahlhaut--4 aus niedrig legiertem Stahl hoher Zugfestigkeit und guter Korrosionsbeständigkeit
bildet nveckmäßig die Alißenfläche des Bauwerks. Die Hohlräume --,5 zwischen
den einzelnen Säulen oder Stützen und der Stahlhaut 24 werden vorteilhaft mit Beton
ausgegossen. Die Wandstärke des Bauwerks wird dem Durchmesser der stärksten Säule
angepaßt. Die Anschlußflansche :26 für die Querträger 27 liegen zweckmäßig
inner-e,
halb der Wand- bzw. Deckenstärken und sind deshalb nach außen nicht
sichtbar. bisher nur Bauteile besprochen wurden, bei welchen der Hohlraum des Stahlmantels
vollständig mit Beton ausgefüllt ist, ist in Fig. 8 ein Bauteil dargestellt,
das einen ringförmigen Querschnitt hat. Das Bauteil besteht hierbei aus einem äußeren
Stahlmantel 28, einem gleichachsigen Innenmantel 29 und einem mit Beton ausgefüllten
Ringraum 3o, der zwischen den beiden als Bewehrungen dienenden StaIllMänteln
2,8, 29 liegt, Zwischen den beiden Mänteln sind Abstandhalter 31 angeordnet
sowie Versteifungtn 32, welche eine gegenseitige Verdrehung der beiden Mäntel
verhindern. Solche Hohlbauteile sind besonders geeignet für die Errichtung sehr
hoher Säulen, also z. B. für Schornsteine von Kra..ftwerken, für Silos, Aufzugschächte
u. d.,gl.
-
In Fig. 9 schließlich ist der Eckausschnitt des Skeletts eines
Bauwerks gezeigt, bei welchem die den Gegenstand der Erfindung bildenden Bauteile
sowohl als tragende Säulen als auch als waagerechte Träger verwendet sind. Die Säulen
33 sind so lang, daß sie jeweils vier Stockwerke überbrücken. Entsprechend
der geringeren Last, die auf den Säulen der oberen Stockwerke ruht ', nimmt der
Ouerschnitt der aufeinanderfolgenden, Säulen nach iben immer mehr ab. Um die Ouerschnittsunterschiede
zwischen den übereinandergestellten Säulen auszugleichen, sind diese an ihren unteren
Enden jeweils mit konischen Erweiterungen 34 versehen, die als Ausgleichsstücke
dienen, indem sie von (Jem kleineren Ouerschnitt der oberen Säule zu dem g ur ößeren
(Juerschnitt der unteren Säule überleiten.
-
Die waagerechten Träger 35 übertragen die Last der auf ihnen
ruhenden Decken und Wände auf die Säulen 33, zwischen denen sie mittels der
Anschlußflansche 5, 16, 26 befestigt sind. Der Aufbau eines solchen Skeletts
erfolgt nach den bei der Stablskelett-Bauweise gewonnenen Erfahrungen und Erkenntnissen.
Der Beton wird bei derartigen Bauten zweckmäßia erst eingefüllt, nachdem die leeren
Stahlbewehrungen zu einem fertigen Skelett züisammengefügt sind, das mindestens
eine Säulenhöhe. umfaßt.
-
Das Einfüllen des Betons unter Druck in die Stahlmäntel hat zur Folge,
daß der hochverdichtete Beton eine besonders hohe Druckfestigkeit erhält. Außerdem
werden dadurch aber die bei der bisher üblichen- Stahlbetonbauweise auftretenden
Anfangszugspannungsrisse, welche auf die voneinander sehr verschiedenen Elastizitätsmoduln
von Beton und Stahl, die sich im Mittel wie i : 15 verhalten, zurückzuführen
sind, ganz vermieden oder -,venigstens auf Fälle sehr hoher Belastung be-, schränkt,
und zwar deshalb, weil der unter Druck erhärtete Beton: sieh von vornherein in dem
für ihn günstigen Druckspannungszustand befindet, und sich nicht wie bisher unter
der Last zuerst elastisch verformen muß, um aus dem anfänglichen Zugspannungszustand
über den Nullspannungszustand hinweg in den Druckspannungsv-Listand zu gelangen.
Sowohl der Beton als auch die Stahlbewehrung wirken vielmehr bei Anwendung des erfindungsgemäßen
Herstellungsverfahrens sofort im
richtigen Sinn der Belastung entgegen.
Dem beim Einfüllen, des Betons anzuwendenden Druck sind außer,der Elastizitätsgrenze
des Stahlinantels keine weiteren Grenzen gesetzt. Ein Zertrümmern der in dem Betongemisch
enthaltenen Gesteinstbrocken ist auch bei höchsten Drücken nicht zu befürchten,
weil sie in, den als flüssig zu bezeichnenden Mischungsbestandteilen (Wasser, Sand,
Zement) hydraulisch umbettet liegen und dahez unzerdrückbar sind. Es ist lediglioh
Vorsorge itt treffen, daß die verfürmbaren Bestandteile so reichlich vorhanden sind,
daß alle Hohlräume zwischen den nichtverformbaren Bestandteilen. (Gesteinsbrochen)
mit verformbarer Masse vollgedrückt werde#n. Durch genügend reichliche Zugabe von
Zement und feinkörnigem Sand kanndiese Vorbedingung leicht erfüllt werden.
-
Der Stahlmantel der Bauteile wird vorzugsweise aus einem niedrig -legierten
Stahl von hoher Festigkeit hergestellt, dessen Streckgrenze bei mindestens
35 kg/mM2 liegt und der zugleich eine hohe Korrosionsbeständigkeit hat. Hierdurch
können die Stahlmäntel nicht nur leichter als die bisher üb-
lichen Stahleinlagengemacht
werden, sondern man kann außerdem das. Aufbringen einer besonderen Korrosionsschutzsch-icht
ersparen. Der höhere. Preis solcher Stahlsorten wird in der Regel dadurch aufgehoben,
daß infolge der höheren Belastbarkeit geringere Stahlmengen benötigt werden und
daß die Kdsten für eine besondere Karrosionsschutzschicht wegfallen. Muß aber aus
irgendwelchen Grün-den, z. B. zur Erzielung einer besonders hohen Feuersicherheit,
doch eine besondere Schutzschicht angebracht werden, so kann dies in. beliebiger
Weise, z. B. durch Auf spritzen von Beton, geschehen.
-
Der Gegenstand der Erfindung weist gegenüber der bisher üblichen,
Stahlbeton- oder Stahlskelett-I#auweise eine überragende Wirtschaftlichkeit auf.
Unter Zugrundelegung gleicher Betonstahlqualitäten beträgt -die Einsparung an Stahl
gegenüber der üblichen Stahlbeton-Bauweise im Mittel ungefähr 3 0 0/@, gegenüber
der Stahlskelett-Bauweise ungefähr 5o bis 6o%, wozu infolge der Verwendung von unter
Druck verdichtetem Beton noch eine Ersparnis. von 5o% an Beton gegenüber der bisherigen
Stahl-beton-Ba.uweise tritt. Dazu kommt noch die Einsparung der beträchtlichen Kosten
für die erfindungsgemäß wegfallende Verschalung sowie der Wegfall einer besonderen
Korrosionsschutzschicht. Die Anwendbarkeit der Erfindung erstreckt sich auf das
gesamte Baugebiet, also nicht nur auf Wohn-oder Geschäftsbauten, Fabrikbauten, sondern
auch auf alle Ingenieurbauten, wie z. B. Brücken u. dgl.