Entwicklung eines neuen Brückenbauverfahrens durch die Kombination von dünnwandigen Betonfertigteilen und Vorspannung

Abstract

Um leichte und flexibel einsetzbare Fertigteile für den Brückenbau zu entwickeln, wurde am Institut für Tragkonstruktionen ein Forschungsvorhaben durchgeführt, dass den Einsatz dünnwandiger Fertigteilplatten, die bisher nur im Hochbau als verlorene Schalung von Ortbetondecken verwendet wurden, erprobt. Aus 7 cm dicken Wandelementen und einer 12- 20 cm Bodenplatte wurden U-förmige Halbfertigteile hergestellt, die später das Gewicht der Ortbetonergänzung des endgültigen Tragwerks tragen sollen. Die Fertigteilelemente dienen somit als verlorene Schalung und Rüstträger, beinhalten aber sämtliche für den Endzustand erforderliche schlaffe und vorgespannte Bewehrung. Durch diese Hybridbauweise aus Fertigteilen und Ortbeton kann auf Grund des Entfalls von Schalungs- und Lehrgerüstarbeiten eine wesentliche Verkürzung der Bauzeit erzielt werden. Die Bauweise zeichnet sich im Gegensatz zu herkömmlichen Betonfertigteilträgern durch eine wesentliche Reduktion des Eigengewichts in den Bauzuständen und ihr leichteres Transport- und Hubgewicht aus. Die Fertigteile eignen sich für die Errichtung von Brückenbauwerken, bei denen eine Herstellung auf einem Traggerüst auf Grund der örtlichen Rahmenbedingungen (Gewässer, Aufrechterhaltung des Verkehrs unterhalb der Brücke) nicht möglich ist. Ein Teil der Arbeit widmet sich der Herstellung der Fertigteilträger. Es wurden 7 Prototypen gebaut. Alle Bauteile wurden im Maßstab 1:1 oder 1:1,5 gefertigt, um Erfahrungen im Produktionsablauf zu gewinnen. Mehrere Trägerabschnitte wurden unter Baustellenbedingungen zu 30 bzw. 50 m Brückenträgeren bzw. Brückenabschnitten zusammengefügt. Die Arbeit soll zukünftigen Projekten als Erfahrungssammlung und Planungsgrundlage dienen. Anschließend wurde eine Reihe von Feldversuchen durchgeführt, um die Tragfähigkeit der dünnwandigen vorgespannten Fertigteilträger unter realistischen Belastungen und in realen Dimensionen zu testen. Die Feldversuchsreihe umfasst einen Belastungsversuch an einem 30 m langen Brückenträger unter der Betonier-Belastung und Vorspannung, Belastungstests an Verankerungs- und Umlenkbalken, einen Torsionsversuch an einem 30 m langen ausbetonierten Brückenträger bis zur Bruchgrenze und zwei zentrische Druckversuche an 30 m langen Brückenträgern bis zum Versagen.

In order to develop light precast elements for bridge construction, thin prestressed precast elements were designed at the Institute of Structural Engineering to carry the weight of subsequently cast in-situ concrete. The U-shaped precast elements are used as lost formwork and consist of 70mm thick wall-elements and a 120-200mm bottom plate. They include all the reinforcement and tendons which are necessary for the final state. This hybrid construction-method between precast and in-situ elements enables a reduction of construction time and formwork processes. The essential difference between conventional precast elements and this new development lies in a significant diminution of the construction-self-weight. The construction method is suitable for building bridges, where an assembly by using a falsework is not possible, like for example bridges over rivers, canals, rail- or motorways. A part of this thesis is about the production of this precast girders. Seven prototypes in a scale of 1:1 and 1:1.5 were be built to gain experience in handling and the production process. The connecting of several precast parts has been tested under field conditions. The present paper is meant as a collection of practical knowledge and basic concept of building bridges with thin prestressed, precast elements. A set of full-scale tests was carried out to test the capacity of the elements under realistic loads and dimensions.