förspänd betong

Effekten av förspänningen

Förspänd betong är en variant av armerad betong där stålinsatser är förspända med en dragkraft. Den förspänning stål skapar tryckspänningar i betongen, så att en komponent med få sprickor är möjlig. Konstruktionsmetoden används främst för balkar och brobalkar och möjliggör större spännvidd för samma konstruktionshöjder (tjocklekar) jämfört med slakt armerad betong .

Handlingssätt

Basplatta på en bro med senakanaler

Förspänd skiljer sig från annan armerad betong genom en systematisk förspänning (= förspänning) av stålarmeringen, de förspännande senorna . De sträckta senor stöds av sina ankare eller direkt genom bindning med betongen på betongen, varvid betongen erhåller en tryckbelastning och ett ögonblick belastning på grund av någon excentricitet av förankrings relativt tvärsnittsgravitationslinjen . Dessutom genereras avböjningskrafter i böjda eller knäckta senastyrningar. Komponenten laddas av förspänningen på ett sådant sätt att när den läggs över med yttre påverkan som sin egen vikt, finns det inga eller bara små betongspänningar i betongens tvärsnitt. Eftersom betong endast kan absorbera låga dragspänningar (cirka 10% jämfört med kompressionsspänning) innan det spricker, men höga tryckbelastningar, kan den förspända (pressade) betongen användas bättre. Komponenten är styvare i arbetsbelastningsområdet på grund av brist på eller kraftigt minskad sprickbildning och visar därför mindre deformationer (avböjningar) med stora spännvidd och höga belastningar. En ökning av lastkapaciteten kan uppnås genom att använda förspänningsstål, eftersom detta har en högre hållfasthet jämfört med normalt armeringsstål . Förspänd betong används idag särskilt i brokonstruktioner , men också i containerkonstruktion eller i byggkonstruktion för balkar , ihåliga golvbrädor eller förspända betongtak .

PT-system

Spänningsmetoderna skiljer sig åt i typen av bindningseffekt, vilket är hur de får sina namn, liksom i hur spänningskrafterna matas in i en komponent.

Förspänning med band

Spännande säng med omedelbar bindning
Kabelförspänning med efterföljande anslutning

Omedelbar bindning (förspänningsbädd)

Spänningstrådarna eller spänningstrådarna är friktionsbundna med betongen, så att det praktiskt taget inte finns någon relativ förskjutning mellan de två materialen. Vid förspänning med omedelbar bindning finns det ett direkt band mellan förspänningsstål och betong. Denna metod används huvudsakligen i förspänningsbädden i prefabricerade fabriker, i vilka spänningstrådar eller trådar som är spända mot yttre anliggningar, gjuts in i det förgjutna elementet . Efter att betongen har gjutits och härdats släpps förspänningen. På grund av bindningen mellan betong och förspänningsstål och kilning av den avslappnade tråden (eller tråd) (Hoyer-effekt) appliceras spänningskraften i den färdiga delen. Denna typ av förspänning är endast möjlig med en rak förspänningsstålstyrning. Den används till exempel för tillverkning av järnvägsbetongslipare och förspända ihåliga brädor.

Efterföljande förening

Vid efterspänning och efterspänning kombineras spänningstrådarna eller trådarna i ett profilerat plåt- eller plastmantelrör, senan eller kabeln, och gjuts in i en struktur med ankarkroppar i båda ändar utan förspänning. Efter att betongen har härdat spänns förspänningsstålen på de rörliga ankarna. Slutligen är beklädnadsrören injekterade med en speciell cementupphängning, injekteringsbruk , vilket skapar en icke-positiv bindning mellan förspänningsstål och betong. Spännkabelstyrningen kan också böjas i denna metod, vilket innebär att denna metod har stora användningsmöjligheter.

Förspänning utan band

Intern förspänning utan band
Extern förspänning utan band

Spänningstrådarna eller trådarna kan röra sig relativt betongen mellan fästpunkterna. Med den externa förspänningen är spänningskablarna inte belägna i betongens tvärsnitt, utom i förankrings- eller avböjningsområdet, utan är fritt spännande. Med den inre förspänningen gjuts senorna in, som med den efterföljande bindningen, men inte inneslutna med cement utan med fett, som med monostrand . Detta eliminerar behovet av att pressa kanalerna, vilket gör att spänningskabeln har en betydligt mindre diameter och därmed användningen av förspänd betong för tunna komponenter såsom byggtak. En böjd dragkabelstyrning är möjlig. Eftersom det inte finns någon bindning, finns det knappast några förändringar i spänningen i förspänningsstålet på grund av yttre belastningar med denna typ av förspänning, och det finns också möjlighet till återspänning.

I betongtvärsnittet (internt)

”En invändig sena utan bindning består av en eller flera konkreta och därefter förspända trådar, trådar eller stavar i en korrosionsskyddande beläggning, i vilken förspänningsstålet kan röra sig fritt i längdriktningen och endast är ordentligt ansluten till strukturen vid ankaret poäng. Dessa senor måste vara utbytbara. "

Utanför betongtvärsnittet (utvändigt)

”En yttre sena är en efterspänd sena som ligger utanför betongens tvärsnitt men inom betongkonstruktionens hölje. Senan är endast ansluten till betongöverbyggnaden med förankringselement och avböjningselement. ”I Tyskland har vägbroar med förspända betonglådor tvärsnitt endast tillåtits i två varianter sedan slutet av 1990-talet, främst på grund av dålig erfarenhet av otillräckligt injekterade kanaler : förspänning uteslutande med yttre senor och den blandade konstruktionsmetoden (yttre och inre längsgående förspänning).

Förspända balkar av kompositstål

Kompositstålbalkar består av stålbalkar och betongbälten som är sammankopplade med varandra med hjälp av kompositmedel. De kan förspännas genom riktad elastisk deformation av stålbjälken i tvärriktningen innan bindningen upprättas, så att betongen inte utsätts för dragspänning eller endast belastas i begränsad utsträckning.

Till exempel är dubbla T-balkar med bultar som är svetsade på överst och botten först välvda uppåt, sedan belastade med enskilda krafter och tryckt igenom (förspänd) mot förkurvningsriktningen. Den nedre flänsen betongas sedan i fabriken. Efter att betongen stelnat och efter att lasten har tagits bort böjs balken något uppåt igen. På plats får han det övre baslagret av betong. Sammansatta balkar är styvare och plattare än jämförbara stålbjälkar.

Rostskydd

Eftersom krypning och krympning av betongen reducerar förspänningskrafterna hos senorna krävs särskilt höga förförlängningar av förspänningsstålet. Detta innebär att för en given spänningskraft bör senans tvärsnittsarea vara så liten som möjligt. Detta kan endast uppnås med höghållfast stål. Senorna på de förspända betongkomponenterna, som utsätts för hög dragspänning, är särskilt känsliga för korrosion. Korrosionsskydd med injekteringsbruk eller betong måste därför utföras med särskild försiktighet. Vid förspänning utan bindning uppnås vanligtvis korrosionsskyddet med en fabriksfettinsprutning av plaströret i vilket förspänningsstålet är beläget.

Problem

Under efterkrigstiden ledde brist på erfarenhet av den nya tekniken och en underskattning av miljöpåverkan till kollapser, nödvändiga rivningar och dyra reparationer av olika förspända betongkonstruktioner. Spelade z. Till exempel problem med spänningskorrosion i förspänning av stål (t.ex. Neptun stål), okunnighet om byggmaterialegenskaper (olika E-moduler av betong beroende på bergaggregat som används) och brister i beräkningsmetoden (försummelse av temperaturgradienter i korset -avsnitt) spelar en viktig roll. Idag anses dessa problem till stor del vara lösta. Genom att använda det utbytbara externa förspänningen bör en ytterligare förbättring av robustheten och därmed en förlängning av livslängden uppnås i brokonstruktionen. Dessutom är det möjligt att upptäcka sprickor i förspänningsstålet i de redan existerande, eventuellt kritiska, konstruktionerna med användning av metoden för spänning av trådbrott .

historia

Halvskalelement med förstärkning av spänningszonen: typiska förspända betongelement i DDR

Det första förslaget att förspänna betong gjordes 1886 av amerikanen Jackson. 1888 ansökte W. Döhring från Berlin om patent som innehöll trådinsatser i plattor, lameller och balkar för att minimera sprickor i sängen. Från 1907, på förslag av Mathias Koenen vid tekniska universitetet i Stuttgart, utfördes de första testerna med förstärkning gjutna i spänt tillstånd. Emellertid var den applicerade förspänningskraften nästan helt ineffektiv på grund av den låga stålspänningen på 60 N / mm² på grund av krympning och krypning . År 1919 använde den bohemiska ingenjören Karl Wettstein pianosträngar av höghållfast stål med hög spänning för tunna betongbrädor och lyckades, men han såg inte skälen till det. Det var först 1923 som den amerikanska dillen insåg att höghållfasta ledningar med hög spänning var nödvändiga. Saale-bron i Alsleben byggdes 1928 enligt Franz Dischinger planer . När det gäller den välvda bron av armerad betong infördes spännremmar av konstruktionsstål St48 i spårbalkarna och förspändes med pressar när bryggan utrustades och gjordes sedan in.

Den franska ingenjören Eugène Freyssinet (1879–1962) måste beskrivas som fadern till dagens förspända betong . Han insåg snabbt den stora vikten av förspänning och ägde sig intensivt åt denna teknik. Freyssinet skapade nödvändiga förutsättningar för en framgångsrik förspänning av betong genom sina undersökningar om krypning och krympning av betong samt användningen av höghållfasta, högspända trådar. Från 1928 till 1936 patenterade han olika uppfinningar relaterade till förspännande domkrafter och förankring av senor med höghållfasta stål- och stålspänningar på 400 N / mm². Freyssinet uppförde de första förspända betongkonstruktionerna, som bestod av element som var förspända i den förspända sängen samt element som var förspända med kablar.

Bendorf Rhen Bridge från 1965

Den första förspända betongbron i Tyskland var Aue stationbro . Den korsar en väg med en maximal spännvidd på 69 meter över stationsområdet och designades av Franz Dischinger med en yttre spänning och byggdes 1937. Den första tyska förspända betongbroen med förspänning i en komposit, med Freyssinet-metoden, var Weg Hesseler-korsningen mellan Beckum och Oelde , byggd 1938 , som sträckte sig över den federala motorvägen 2 med en spännvidd på 33 meter och har varit ett tekniskt monument vid serviceområdet Vellern sedan 2012 (södra sidan, körriktning Hannover). Den Lahn Bridge i Balduinstein från 1951 var den första utskjutande förspänd betongbro. 1965 byggdes Bendorfer Rhine Bridge, en förspänd betongbalk med en spännvidd på 208 m, som då var den största i världen.

Den första vägen i Europa med förspända körbanor öppnades i november 1953 mellan Herbrechtingen och Mergelstetten. Den första rondellen med en betongväg i Tyskland byggdes på denna del av B19 2013.

Vid kärnkraftverket THTR-300 enligt Rudolf Schulten , som togs i drift 1985, ett reaktortryckkärl tillverkade av förspänd betong med ett stålfoder ( liner ) användes, men detta inte visa sig i drift.

litteratur

  • Andrej Albert, Heiko Denk, Peer Lubasch, Andreas Nitsch: förspänd betong. Grunder och tillämpningsexempel. 2: a upplagan. Werner Verlag, Köln 2013, ISBN 978-3-8041-1094-6 .
  • Günter Rombach: Förspänd betongkonstruktion. Verlag Ernst & Sohn, Berlin 2003, ISBN 3-433-02535-5 .

Individuella bevis

  1. ↑ a b German Institute for Standardization eV (Ed.): DIN-Fachbericht 102: 2009-03: Betonbrücken. Tysk utgåva, Beuth Verlag, Berlin 2009., kap. III, avsnitt 2.
  2. ↑ Federal Transport Ministry (red.): Allmänt cirkulär vägbyggande nr 28/1998 Förspända betongbroar - Riktlinje för betongbroar med externa senor.
  3. ↑ https://www.meyer-steel-tech.de/(S(2eewykrtwwsjeqtsv1rcxo5x))/PREFLEX-Traeger_Herstellung.aspx Illustration av Meyer Steel Tech GmbH
  4. ↑ http://www.spannverbund.eu/deutsch/verbundtraeger/ Spannverbundträger-Beskrivning av företaget Spannverbund GmbH, nås den 28 januari 2018
  5. ↑ Friedrich Standfuß: Saale-bron i Alsleben - Dokumentation av byggnadens historia . Proceedings of the 10th Dresden Bridge Construction Symposium 1998, s. 39–63.
  6. ↑ Artikel om återöppning av B19 i Heidenheimer Zeitung från 17 oktober 2013.
  7. ↑ B 19 till Herbrechtingen: äntligen fri resa , Heidenheimer Zeitung av den 28 juli 2014.