Spannbeton - Prestressed concrete

sechs Abbildungen mit Kräften und resultierender Durchbiegung des Trägers
Vergleich nicht vorgespannter Träger (oben) und Spannbetonträger (unten) unter Belastung:
  1. Nicht vorgespannter Träger ohne Last
  2. Nicht vorgespannter Träger mit Last
  3. Vor dem Erstarren des Betons werden einbetonierte Spannglieder gespannt
  4. Nachdem der Beton erstarrt ist, üben Spannglieder Druckspannungen auf den Beton aus
  5. Vorgespannter Balken ohne Last
  6. Vorgespannter Balken mit Last

Spannbeton ist eine Form von Beton, die im Bauwesen verwendet wird. Es wird während der Produktion im Wesentlichen "vorgespannt" ( zusammengedrückt ), in einer Weise, die es gegen Zugkräfte verstärkt, die im Betrieb auftreten werden.

Diese Kompression wird durch das Spannen von hochfesten " Spanngliedern " erzeugt, die sich innerhalb oder neben dem Beton befinden, und wird durchgeführt, um die Leistung des Betons im Betrieb zu verbessern. Sehnen einzelner bestehen Drähte , Mehrdrahtstränge oder Gewindestangen , die von am häufigsten hergestellt sind hochfeste Stähle , Kohlenstofffaser oder Aramidfaser . Die Essenz von Spannbeton besteht darin, dass das resultierende Material nach dem Aufbringen der Anfangsdruckkräfte die Eigenschaften von hochfestem Beton bei späteren Druckkräften und von duktilen hochfesten Stählen bei Zugkräften aufweist . Dies kann in vielen Situationen zu einer verbesserten Tragfähigkeit und/oder Gebrauchstauglichkeit im Vergleich zu herkömmlich bewehrtem Beton führen . In einem Spannbetonbauteil werden die Eigenspannungen gezielt eingebracht, so dass den Spannungen aus den aufgebrachten Lasten im gewünschten Maße entgegengewirkt wird.

Spannbeton wird in einer Vielzahl von Hoch- und Zivilbauten verwendet, wo seine verbesserte Leistung längere Spannweiten , geringere Strukturdicken und Materialeinsparungen im Vergleich zu einfachem Stahlbeton ermöglicht . Zu den typischen Anwendungen gehören Hochhäuser , Wohnplatten, Gründungssysteme , Brücken- und Dammbauwerke , Silos und Tanks , Industrieböden und Reaktorsicherheitsstrukturen .

Erstmals im späten neunzehnten Jahrhundert verwendet, hat sich Spannbeton über das Vorspannen hinaus entwickelt und umfasst das Nachspannen , das nach dem Gießen des Betons erfolgt. Spannsysteme können entweder als Monolitze klassifiziert werden , bei denen die Litze oder der Draht jedes Spannglieds einzeln belastet wird, oder als Mehrlitze , bei der alle Litzen oder Drähte in einem Spannglied gleichzeitig belastet werden. Spannglieder können sich entweder innerhalb des Betonvolumens (innere Vorspannung) oder ganz außerhalb (äußere Vorspannung) befinden. Während bei vorgespanntem Beton direkt mit dem Beton verbundene Spannglieder verwendet werden, können bei nachgespanntem Beton entweder gebundene oder ungebundene Spannglieder verwendet werden.

Vorgespannter Beton

drei Figuren; dunkelgrüne Platte wird im hellgrünen Gießbett vorgespannt
Vorspannvorgang

Spannbeton ist eine Variante des Spannbetons, bei der die Spannglieder vor dem Betonieren gespannt werden. Die Betonbrücken zu den Sehnen , wie es aushärtet , wonach das Ende-Verankerung der Spannglieder gelöst wird , und die Sehnen Zugkräfte werden den Beton als Kompression durch übertragene Haftreibung .

Schalung für Beton-I-Träger mit Spanngliedern im unteren Bereich
Vorgespannter Brückenträger im Fertigteilbett mit durch die Schalung austretenden Einzelstrangspanngliedern

Vorspannen ist eine gängige Vorfertigungstechnik , bei der das resultierende Betonelement entfernt vom endgültigen Bauwerksort hergestellt und nach dem Aushärten zur Baustelle transportiert wird. Es erfordert starke, stabile Endverankerungspunkte, zwischen denen die Sehnen gespannt werden. Diese Verankerungen bilden die Enden eines "Gießbetts", das ein Vielfaches der Länge des herzustellenden Betonelements betragen kann. Dadurch können mehrere Elemente durchgängig in einem Vorspannvorgang aufgebaut werden, wodurch erhebliche Produktivitätsvorteile und Skaleneffekte realisiert werden können.

Die erreichbare Bindung (oder Haftung ) zwischen dem frisch abgebundenen Beton und der Oberfläche der Spannglieder ist für den Vorspannprozess entscheidend, da sie bestimmt, wann die Spanngliederverankerungen sicher gelöst werden können. Höhere Haftfestigkeiten in Beton in jungen Jahren beschleunigen die Produktion und ermöglichen eine wirtschaftlichere Herstellung. Um dies zu fördern, bestehen vorgespannte Spannglieder in der Regel aus isolierten Einzeldrähten oder Litzen, die eine größere Oberfläche für die Verklebung bieten als gebündelte Spannglieder.

Kran manövriert Betonbohle
Vorgespannte Hohlkammerdiele wird verlegt

Anders als bei Spannbeton (siehe unten) bilden die Spannglieder von Spannbetonelementen in der Regel gerade Linien zwischen den Endverankerungen. Wobei „profiliert“ oder „harped“ Sehnen erforderlich sind, ein oder mehr Zwischen Umlenkstellen zwischen dem Enden der Sehne liegen die Sehne auf die gewünschten nicht-lineare Ausrichtung beim Spannen zu halten. Solche Umlenkelemente wirken meist gegen erhebliche Kräfte und erfordern daher ein robustes Gießbettfundamentsystem. Gerade Spannglieder werden typischerweise in "linearen" Fertigteilen wie Flachbalken, Hohlkernbohlen und Platten verwendet; wohingegen profilierte Spannglieder häufiger in tieferen vorgefertigten Brückenträgern und -trägern zu finden sind.

Vorgespannte Beton wird am häufigsten für die Herstellung von Struktur verwendet Balken , Bodenplatten , Hohlkernbohlen , Balkonen , Stürzen , angetrieben Pfählen , Wassertanks und Betonrohren .

Spannbeton

vier Diagramme mit Lasten und Kräften am Balken
Kräfte auf Spannbeton mit profiliertem (gebogenem) Spannglied
Ein Dutzend paralleler Kabel sind einzeln an einer Baugruppe verankert.
Vorgespannte Sehnenverankerung; vierteilige "Lock-off"-Keile sind sichtbar, die jeden Strang halten

Spannbeton ist eine Variante des Spannbetons, bei der die Spannglieder nach dem Betonieren der umgebenden Betonkonstruktion gespannt werden .

Die Spannglieder stehen nicht in direktem Kontakt mit dem Beton, sondern sind in eine Schutzhülse oder ein Schutzrohr eingekapselt, die entweder in die Betonkonstruktion eingegossen oder an diese angebaut wird. An jedem Ende eines Spannglieds befindet sich eine Verankerungsanordnung, die fest mit dem umgebenden Beton verbunden ist. Nach dem Gießen und Abbinden des Betons werden die Spannglieder gespannt ("gespannt"), indem die Spanngliederenden durch die Verankerungen gezogen und gleichzeitig gegen den Beton gedrückt werden. Die großen Kräfte, die zum Spannen der Spannglieder erforderlich sind, führen dazu, dass auf den Beton eine erhebliche dauerhafte Kompression ausgeübt wird, sobald das Spannglied an der Verankerung "abgesperrt" ist. Die Methode zum Verriegeln der Spanngliederenden an der Verankerung hängt von der Zusammensetzung des Spannglieds ab, wobei die gebräuchlichsten Systeme die "Knopfkopf"-Verankerung (für Drahtspannglieder), Spaltkeil- Verankerung (für Litzenspannglieder) und Gewindeanker sind ( für Stabspanner).

Ein T-förmiger Brückenabschnitt wird über einem Fluss gebaut
Freitragende Brücke im Bau. Jedes hinzugefügte Segment wird von vorgespannten Spanngliedern unterstützt

Tendon Verkapselungssysteme aus Kunststoff oder konstruiert sind verzinkte Stahlmaterialien, und sind in zwei Haupttypen eingeteilt: diejenigen , bei denen das Sehnen- Element wird anschließend durch im Innern den umgebenden Beton gebunden Verfugen des Kanals nach dem Spannen ( gebondet Nachspannen); und jene , bei denen die Sehne Element permanent de aus dem umgebenden Beton verbunden ist , in der Regel mit Hilfe einer gefetteten Hülle über die Sehnensträngen ( ungebundene Nachspannen).

Das Eingießen der Spannhülsen/-hülsen in den Beton, bevor eine Spannung auftritt, ermöglicht es ihnen, leicht in jede gewünschte Form "profiliert" zu werden, einschließlich der Aufnahme einer vertikalen und/oder horizontalen Krümmung . Durch diese Profilierung werden beim Spannen der Spannglieder Reaktionskräfte auf den ausgehärteten Beton übertragen, die vorteilhaft genutzt werden können, um später auf das Bauwerk aufgebrachte Belastungen abzufedern.

Geklebte Vorspannung

ein abgelöster Anker mit Sehnenabsperrungen
Mehrlitziger Vorspannanker

In gebondet Nachspannen werden Sehnen an den umgebenden Beton durch die dauerhaft verbunden in situ Verfugen ihrer einkapselnden Führung (nach Sehnenspann). Dieses Verfugen wird zu drei Hauptzwecken durchgeführt: zum Schutz der Spannglieder vor Korrosion ; die Sehnenvorspannung dauerhaft "einzusperren", wodurch die langfristige Abhängigkeit von den Endverankerungssystemen beseitigt wird; und um bestimmtes strukturelles Verhalten der endgültigen Betonstruktur zu verbessern .

Gebundenes Vorspannen verwendet charakteristischerweise Spannglieder, die jeweils Bündel von Elementen (z. B. Litzen oder Drähte) umfassen, die innerhalb eines einzigen Spanngliedkanals angeordnet sind, mit Ausnahme von Stäben, die meistens ungebündelt verwendet werden. Diese Bündelung sorgt für effizientere Montage- und Verpressprozesse der Spannglieder, da für jedes komplette Spannglied nur ein Satz Endverankerungen und ein Injektionsvorgang erforderlich sind. Die Kanäle werden aus einem haltbaren und korrosionsbeständigen Material wie Kunststoff (zB Polyethylen ) oder verzinktem Stahl hergestellt und können im Querschnitt entweder rund oder rechteckig/oval sein. Die Sehnen verwendeten Größen sind in hohem Maße abhängig von der Anwendung im Bereich von Gebäudearbeiten typischerweise zwischen 2 und 6 Stränge pro Sehne verwendet wird , zu spezialisierten Damm arbeitet bis 91 Strängen pro Sehne zu verbrauchen.

Die Herstellung von verklebten Spanngliedern erfolgt im Allgemeinen vor Ort, beginnend mit dem Anbringen der Endverankerungen an der Schalung , dem Anbringen der Spanngliederrohre an die erforderlichen Krümmungsprofile und dem Einscheren (oder Einfädeln) der Litzen oder Drähte durch das Rohr. Nach dem Betonieren und Spannen werden die Hüllrohre druckverpresst und die Spannenden der Spannglieder gegen Korrosion abgedichtet .

Ungebundene Vorspannung

vorbereitete Betonschalungen mit Raster aus Spanngliedern und Kanälen
nach Entfernung von Formen, sichtbares Austreten von Sehnen aus den Kanälen
Ungebundene Plattenvorspannung. (oben) Eingebaute Litzen und Randanker sind sichtbar, zusammen mit vorgefertigten gewickelten Litzen für den nächsten Betoniervorgang. (unten) Stirnansicht der Platte nach dem Ausschalen mit Einzellitzen und Spannankeraussparungen.

Die ungebundene Vorspannung unterscheidet sich von der gebundenen Vorspannung dadurch, dass sie den Spanngliedern eine permanente Längsbewegung relativ zum Beton ermöglicht. Dies wird am häufigsten erreicht, indem jedes einzelne Sehnenelement mit einer Kunststoffummantelung umhüllt wird, die mit einem korrosionshemmenden Fett , normalerweise auf Lithiumbasis, gefüllt ist . Verankerungen an jedem Ende des Spannglieds übertragen die Spannkraft auf den Beton und müssen diese Funktion während der gesamten Lebensdauer der Konstruktion zuverlässig erfüllen.

Ungebundene Vorspannungen können folgende Formen haben:

  • Einzelne Litzenspannglieder werden direkt in das betonierte Bauwerk eingebracht (z. B. Gebäude, Bodenplatten)
  • Gebündelte Litzen, einzeln gefettet und ummantelt, bilden ein einzelnes Spannglied in einem einkapselnden Hüllrohr, das entweder innerhalb oder neben dem Beton platziert wird (z. B. Spannanker, externe Vorspannung)

Bei Einzellitzenspanngliedern wird im Gegensatz zu geklebten Spanngliedern keine zusätzliche Spannrohrführung verwendet und es ist kein Nachverpressen erforderlich. Ein dauerhafter Korrosionsschutz der Litzen wird durch die kombinierten Schichten aus Fett, Kunststoffummantelung und umgebendem Beton gewährleistet. Bei der Bündelung von Litzen zu einem einzigen ungebundenen Spannglied wird ein Hüllrohr aus Kunststoff oder verzinktem Stahl verwendet und dessen innere Freiräume nach dem Spannen verpresst. Auf diese Weise wird ein zusätzlicher Korrosionsschutz durch Fett, Kunststoffummantelung, Vergussmörtel, Außenummantelung und umgebende Betonschichten erreicht.

Individuell gefettete und ummantelte Spannglieder werden in der Regel extern im Extrusionsverfahren hergestellt. Der blanke Stahlstrang wird einer Befettungskammer zugeführt und dann einer Extrusionseinheit zugeführt, in der geschmolzener Kunststoff eine kontinuierliche äußere Beschichtung bildet. Fertige Litzen können je nach Projektbedarf abgelängt und mit „Sackend“-Ankerbaugruppen versehen werden.

Vergleich zwischen geklebter und ungebundener Vorspannung

Sowohl verklebte als auch unverklebte Vorspanntechnologien sind weltweit weit verbreitet, und die Wahl des Systems wird oft von regionalen Präferenzen, der Erfahrung des Auftragnehmers oder der Verfügbarkeit alternativer Systeme bestimmt. Beide sind in der Lage, gesetzeskonforme, dauerhafte Strukturen zu liefern, die die strukturellen Festigkeits- und Gebrauchstauglichkeitsanforderungen des Konstrukteurs erfüllen.

Die Vorteile, die geklebte Vorspannung gegenüber ungebundenen Systemen bieten kann, sind:

  • Reduzierte Abhängigkeit von der Integrität der Endverankerung
    Nach dem Spannen und Verpressen werden geklebte Spannglieder über ihre gesamte Länge durch hochfesten Mörtel mit dem umgebenden Beton verbunden . Nach dem Aushärten kann dieser Mörtel die volle Spannkraft des Spanngliedes innerhalb kürzester Distanz (ca. 1 Meter) auf den Beton übertragen. Infolgedessen hat ein unbeabsichtigtes Durchtrennen des Spannglieds oder ein Versagen einer Endverankerung nur einen sehr begrenzten Einfluss auf die Leistung des Spannglieds und führt fast nie zu einem Auswurf des Spannglieds aus der Verankerung.
  • Erhöhter Endfestigkeit in Biege
    Mit gebondet Nachspannen, jede Biegung der Struktur wird durch Sehne direkt widerstanden Stämme an derselben Stelle (dh keine Belastung Neuverteilung auftritt). Dies führt zu deutlich höheren Zugspannungen in den Spanngliedern als im unverklebten Zustand, wodurch die volle Streckgrenze erreicht werden kann und eine höhere Tragfähigkeit erreicht wird.
  • Verbesserte Risskontrolle
    In Gegenwart von Beton Cracken , reagieren gebondet Sehnen ähnlich zu herkömmlicher Bewehrung (Rebar). Mit den Spanngliedern, die an jeder Seite des Risses am Beton befestigt sind, wird ein größerer Widerstand gegen Rissausdehnung geboten als bei ungebundenen Spanngliedern, was es vielen Bemessungsvorschriften ermöglicht, reduzierte Bewehrungsanforderungen für geklebte Vorspannungen festzulegen.
  • Verbessertes Brandverhalten
    Das Fehlen einer Spannungsumverteilung in Verbundspanngliedern kann die Auswirkungen einer örtlich begrenzten Überhitzung auf die Gesamtstruktur begrenzen. Infolgedessen können geklebte Strukturen eine höhere Widerstandsfähigkeit gegenüber Feuerbedingungen aufweisen als nicht geklebte.

Die Vorteile, die ungebundene Vorspannung gegenüber geklebten Systemen bieten kann, sind:

  • Möglichkeit der Vorfertigung
    Unverbundene Spannglieder können problemlos vor Ort komplett mit Endverankerungen vorgefertigt werden, was eine schnellere Installation während der Bauphase ermöglicht. Für diesen Herstellungsprozess muss möglicherweise zusätzliche Vorlaufzeit eingerechnet werden.
  • Verbesserte Website Produktivität
    Die Eliminierung des post-Beanspruchung Verfugen Prozesses in gebundenen Strukturen erforderlich verbessert die ortsArbeitsProduktivität von unverbundenen Nachspannen.
  • Verbesserte Installation Flexibilität
    ohne Verbund einsträngigen Sehnen haben eine größere Flexibilität Handhabung als gebundene Führung bei der Installation, so dass sie eine größere Fähigkeit , so dass rund um Service Durchdringungen oder Hindernisse abweicht.
  • Reduzierte Betondeckung
    Ungebundene Spannglieder können eine gewisse Verringerung der Betonelementdicke ermöglichen, da ihre geringere Größe und ihr erhöhter Korrosionsschutz es ermöglichen, sie näher an der Betonoberfläche zu platzieren.
  • Einfacher Austausch und/oder Anpassung
    Da sie dauerhaft vom Beton isoliert sind, können ungebundene Spannglieder leicht entspannt, nachgespannt und/oder ersetzt werden, wenn sie beschädigt werden oder ihre Kraftwerte während des Betriebs geändert werden müssen.
  • Überragende Überlastungsleistung
    Obwohl sie eine geringere Endfestigkeit als verklebte Sehnen haben, können unverklebte Sehnen Dehnungen über ihre gesamte Länge umverteilen, was ihnen eine überlegene Duktilität vor dem Kollaps verleiht . In Extremen können Spannglieder ohne Verbund zu einer greifen catenary -Typs Aktion anstelle der reinen Biegung, so dass wesentlich größere Verformung vor dem strukturellen Ausfall.

Sehnenhaltbarkeit und Korrosionsschutz

Die Dauerhaltbarkeit ist aufgrund seiner weit verbreiteten Verwendung eine wesentliche Voraussetzung für Spannbeton. Die Erforschung der Dauerhaftigkeit von vorgespannten Tragwerken im Betrieb wurde seit den 1960er Jahren durchgeführt, und Korrosionsschutztechnologien für den Sehnenschutz wurden seit der Entwicklung der frühesten Systeme kontinuierlich verbessert.

Die Dauerhaftigkeit von Spannbeton wird hauptsächlich durch den Korrosionsschutz aller hochfesten Stahlelemente innerhalb der Spannglieder bestimmt. Kritisch ist auch der Schutz der Endverankerungen von Spanngliedern ohne Verbund oder Schrägseilsystemen, da die Verankerungen dieser beiden die Vorspannkräfte aufnehmen müssen. Ein Versagen einer dieser Komponenten kann zur Freisetzung von Vorspannkräften oder zum physikalischen Bruch von Spanngliedern führen.

Moderne Vorspannsysteme bieten eine langfristige Haltbarkeit, indem sie folgende Bereiche adressieren:

  • Verpressen von Spanngliedern (verbundene Spannglieder) Verbundene
    Spannglieder bestehen aus gebündelten Litzen, die in Hüllrohren im umgebenden Beton verlegt werden. Um einen vollständigen Schutz der gebündelten Litzen zu gewährleisten, müssen die Hüllrohre nach dem Litzenspannen mit einem korrosionshemmenden Vergussmörtel hohlraumfrei verfüllt werden .
  • Sehnenbeschichtung (ungebundene
    Spannglieder ) Ungebundene Spannglieder bestehen aus einzelnen Litzen, die mit einem Korrosionsschutzfett oder -wachs beschichtet und mit einer haltbaren, durchgehenden Hülse oder Ummantelung auf Kunststoffbasis ausgestattet sind. Die Hülse muss über die Spanngliedlänge unbeschädigt sein und muss an jedem Spanngliedende vollständig in die Verankerungsbeschläge hineinragen.
  • Zweischichtige Kapselung
    Vorspannglieder, die eine permanente Überwachung und/oder Kraftanpassung erfordern , wie Schrägseile und nachspannbare Dammanker, verwenden typischerweise einen zweischichtigen Korrosionsschutz. Solche Spannglieder bestehen aus einzelnen Strängen, die fettbeschichtet und ummantelt sind, zu einem Strangbündel zusammengefasst und in ein umhüllendes Polyethylen- Außenrohr gelegt werden. Der verbleibende Hohlraum innerhalb des Kanals ist druckverpresst, wodurch für jeden Strang ein mehrschichtiges Schutzbarrieresystem aus Polyethylen-Vergussmasse-Kunststoff-Fett bereitgestellt wird.
  • Verankerungsschutz
    Bei allen vorgespannten Installationen ist der Korrosionsschutz der Endverankerungen unabdingbar und bei unverklebten Systemen besonders wichtig.

Nachfolgend sind mehrere Ereignisse im Zusammenhang mit der Haltbarkeit aufgeführt:

  • Ynys-y-Gwas-Brücke, West Glamorgan, Wales, 1985
    Ein einfeldriges, vorgefertigtes Segmentbauwerk aus dem Jahr 1953 mit Längs- und Quervorspannung. Korrosion griff die untergeschützten Spannglieder dort an, wo sie die in-situ- Verbindungen zwischen den Segmenten kreuzten , was zu einem plötzlichen Einsturz führte.
  • Scheldebrücke, Melle, Belgien, 1991
    Eine dreifeldrige vorgespannte Kragkonstruktion aus den 1950er Jahren. Eine unzureichende Betondeckung in den seitlichen Widerlagern führte zu einer Korrosion der Spannseile , die zu einem fortschreitenden Versagen des Hauptbrückenfeldes und zum Tod einer Person führte.
  • UK Highways Agency , 1992
    Nach der Entdeckung von Spanngliederkorrosion bei mehreren Brücken in England erließ die Highways Agency ein Moratorium für den Bau neuer intern vergossener Spannbetonbrücken und startete ein 5-Jahres-Inspektionsprogramm an ihrer bestehenden Spannbetonbrücke Lager. Das Moratorium wurde 1996 aufgehoben.
  • Fußgängerbrücke, Charlotte Motor Speedway , North Carolina, USA, 2000
    Eine mehrfeldrige Stahl- und Betonkonstruktion aus dem Jahr 1995. Eine nicht zugelassene Chemikalie wurde dem Sehnenmörtel zugesetzt, um den Bau zu beschleunigen, was zur Korrosion der Spannlitzen und zum plötzlichen Einsturz des eine Spanne, verletzt viele Zuschauer.
  • Hammersmith Flyover London, England, 2011
    Vorgespanntes Tragwerk mit 16 Feldern, Baujahr 1961. In einigen Spanngliedern wurde Korrosion durch Streusalze festgestellt, die eine anfängliche Sperrung der Straße erforderlich machte, während weitere Untersuchungen durchgeführt wurden. Nachträgliche Reparaturen und Verstärkungen durch externe Vorspannung wurden durchgeführt und im Jahr 2015 abgeschlossen.
  • Petrulla-Viadukt, Sizilien, Italien, 2014
    Ein Feld des Viadukts stürzte am 7. Juli aufgrund von Korrosion der Spannglieder ein.
  • Brückeneinsturz in Genua , 2018. Die Ponte Morandi war eine Schrägseilbrücke, die sich durch eine Spannbetonkonstruktion für Pfeiler, Pylone und Deck, sehr wenige Stützen, nur zwei pro Spannweite, und ein Hybridsystem für die aus Stahl konstruierten Stützen auszeichnete Kabel mit aufgegossenen Spannbetonschalen. Der Beton wurde nur auf 10 MPa vorgespannt, wodurch er anfällig für Risse und Wassereintritt war, was zu Korrosion des eingebetteten Stahls führte.
  • Überführungen Churchill Way, Liverpool , England
    Die Überführungen wurden im September 2018 geschlossen, nachdem bei Inspektionen Beton von schlechter Qualität, Sehnenkorrosion und Anzeichen von strukturellen Schäden festgestellt wurden. Sie wurden 2019 abgerissen.

Anwendungen

Spannbeton ist ein vielseitig einsetzbarer Baustoff, da er eine nahezu ideale Kombination seiner beiden Hauptbestandteile darstellt: hochfester Stahl, vorgestreckt, um seine volle Festigkeit leicht entfalten zu können; und moderner Beton, vorverdichtet, um Rissbildung unter Zugkräften zu minimieren. Sein breites Anwendungsspektrum spiegelt sich in seiner Aufnahme in die wichtigsten Entwurfsvorschriften wider, die die meisten Bereiche des Hoch- und Tiefbaus abdecken, einschließlich Gebäude, Brücken, Dämme, Fundamente, Gehwege, Pfähle, Stadien, Silos und Tanks.

Gebäudestrukturen

Gebäudestrukturen müssen in der Regel ein breites Spektrum an baulichen, ästhetischen und wirtschaftlichen Anforderungen erfüllen. Zu diesen zählen insbesondere: eine minimale Anzahl von (intrusiven) Stützwänden oder -säulen; geringe Baudicke (Tiefe), die Platz für Serviceleistungen oder für zusätzliche Geschosse im Hochhausbau ermöglicht; schnelle Bauzyklen, insbesondere bei mehrstöckigen Gebäuden; und niedrige Kosten pro Einheitsfläche, um die Kapitalrendite des Gebäudeeigentümers zu maximieren.

Das Vorspannen von Beton ermöglicht es, "lastausgleichende" Kräfte in das Bauwerk einzuleiten, um Belastungen im Betrieb entgegenzuwirken. Dies bietet viele Vorteile für Gebäudestrukturen:

  • Größere Spannweiten bei gleicher Bautiefe Der
    Lastausgleich führt zu geringeren Durchbiegungen im Betrieb, wodurch Spannweiten (und die Anzahl der Stützen) ohne Erhöhung der Bautiefe erhöht werden können.
  • Reduzierte Strukturdicke
    Bei einer gegebenen Spannweite ermöglichen geringere Durchbiegungen während des Betriebs die Verwendung dünnerer Strukturprofile, was wiederum zu geringeren Stockwerkshöhen oder mehr Raum für die Haustechnik führt.
  • Schnellere Ausschalzeit In der
    Regel sind Spannbetonbauteile innerhalb von fünf Tagen vollständig vorgespannt und selbsttragend. An diesem Punkt können sie ihre Schalung abmontieren und im nächsten Gebäudeabschnitt wieder einsetzen lassen, was die Bau-"Zykluszeiten" beschleunigt.
  • Reduzierte Materialkosten
    Die Kombination aus reduzierter Strukturdicke, reduzierten konventionellen Bewehrungsmengen und schneller Bauzeit führt oft dazu, dass Spannbeton im Hochbau deutliche Kostenvorteile gegenüber alternativen Konstruktionsmaterialien aufweist.

Einige bemerkenswerte Gebäudestrukturen aus Spannbeton sind: Sydney Opera House und World Tower , Sydney; St. George Wharf Tower , London; CN-Turm , Toronto; Kai Tak Kreuzfahrtterminal und internationales Handelszentrum , Hongkong; Ocean Heights 2 , Dubai; Eureka-Turm , Melbourne; Torre Espacio , Madrid; Guoco Tower (Tanjong Pagar Centre), Singapur; Internationaler Flughafen Zagreb , Kroatien; und Capital Gate , Abu Dhabi VAE.

Zivile Bauwerke

Brücken

Beton ist das beliebteste Konstruktionsmaterial für Brücken, und Spannbeton wird häufig verwendet. Bei der Untersuchung in den 1940er Jahren für den Einsatz auf Schwerlastbrücken bestand der Vorteil dieses Brückentyps gegenüber traditionelleren Konstruktionen darin, dass er schneller zu installieren, wirtschaftlicher und langlebiger ist, da die Brücke weniger lebendig ist. Eine der ersten Brücken, die auf diese Weise gebaut wurden, ist das Adam Viaduct , eine Eisenbahnbrücke, die 1946 in Großbritannien gebaut wurde . In den 1960er Jahren verdrängte Spannbeton in Großbritannien weitgehend die Stahlbetonbrücken, wobei Hohlkastenträger die dominierende Form waren.

Bei kurzspannigen Brücken von etwa 10 bis 40 Metern (30 bis 130 ft) wird die Vorspannung üblicherweise in Form von vorgefertigten vorgespannten Trägern oder Bohlen verwendet. Bei mittellangen Strukturen von etwa 40 bis 200 Metern (150 bis 650 Fuß) werden in der Regel vorgefertigte Segmente, in-situ- ausbalancierte und inkrementell gestartete Konstruktionen verwendet . Bei den längsten Brücken sind Spannbetondeckkonstruktionen oft integraler Bestandteil von Schrägseilkonstruktionen .

Dämme

Staumauern werden seit Mitte der 1930er Jahre durch Vorspannung gegen Auftrieb und Erhöhung der Gesamtstabilität eingesetzt. Die Vorspannung wird auch häufig im Rahmen von Dammsanierungsarbeiten nachgerüstet, beispielsweise zur strukturellen Verstärkung oder beim Anheben von Scheitel- oder Überlaufhöhen.

Am häufigsten erfolgt die Vorspannung des Damms in Form von vorgespannten Ankern, die in die Betonstruktur des Damms und/oder die darunter liegenden Gesteinsschichten gebohrt werden. Solche Anker bestehen typischerweise aus Spanngliedern aus hochfesten gebündelten Stahllitzen oder einzelnen Gewindestäben. Spannglieder werden an ihrem äußeren (inneren) Ende mit dem Beton oder Fels vergossen und haben an ihrem äußeren Ende eine signifikante "abgebundene" freie Länge, die es dem Spannglied ermöglicht, sich während des Spannens zu dehnen. Spannglieder können nach dem Spannen über die gesamte Länge mit dem umgebenden Beton oder Gestein verklebt werden oder (häufiger) haben Litzen, die über die freie Länge dauerhaft in korrosionshemmendem Fett eingekapselt sind, um eine langfristige Lastüberwachung und Nachspannbarkeit zu ermöglichen.

Silos und Tanks

Kreisförmige Lagerstrukturen wie Silos und Tanks können mit Vorspannkräften direkt den von gelagerten Flüssigkeiten oder Schüttgütern erzeugten Auswärtsdrücken widerstehen. Horizontal gebogene Spannglieder werden innerhalb der Betonwand installiert, um eine Reihe von Reifen zu bilden, die vertikal in der Struktur angeordnet sind. Beim Spannen üben diese Spannglieder sowohl axiale (Druck) als auch radiale (einwärts gerichtete) Kräfte auf die Struktur aus, die den nachfolgenden Lagerbelastungen direkt entgegenwirken können. Wird die Höhe der Vorspannung so ausgelegt, dass sie die durch die Belastungen erzeugten Zugspannungen stets übersteigt, entsteht im Wandbeton eine bleibende Restkompression, die zum Erhalt einer wasserdichten, rissfreien Konstruktion beiträgt.

Nuklear und Explosion

Spannbeton hat sich als zuverlässiger Baustoff für Hochdruck-Containment-Strukturen wie Kernreaktorbehälter und Containment-Gebäude sowie petrochemische Tanks mit Sprengschutzwänden etabliert. Die Verwendung von Vorspannung, um solche Strukturen in einen Anfangszustand der biaxialen oder triaxialen Kompression zu versetzen, erhöht ihre Beständigkeit gegen Betonrisse und Leckagen und bietet gleichzeitig ein prüfbelastetes, redundantes und überwachbares Druckhaltesystem.

Kernreaktor- und Sicherheitsbehälter verwenden gewöhnlich getrennte Sätze von vorgespannten Spanngliedern, die horizontal oder vertikal gekrümmt sind, um den Reaktorkern vollständig zu umhüllen. Sprengschutzwände, wie zum Beispiel für Flüssigerdgas (LNG)-Tanks, verwenden normalerweise Schichten von horizontal gekrümmten Ringspanngliedern zur Eindämmung in Kombination mit vertikal geschlungenen Spanngliedern für die axiale Wandvorspannung.

Hardstands und Gehwege

Stark belastete Beton-Bodenplatten und -Beläge können empfindlich auf Risse und nachfolgende verkehrsbedingte Verschlechterungen reagieren. Aus diesem Grund wird in solchen Bauwerken regelmäßig Spannbeton verwendet, da seine Vorkompression dem Beton die Fähigkeit verleiht, den rissauslösenden Zugspannungen, die durch die Betriebsbelastung erzeugt werden, zu widerstehen. Diese Rissbeständigkeit ermöglicht auch die Herstellung einzelner Deckenabschnitte in größeren Betoniermassen als bei herkömmlich bewehrtem Beton, was zu größeren Fugenabständen, geringeren Fugenkosten und weniger Problemen bei der langfristigen Fugenwartung führt. Erfolgreich wurden auch erste Arbeiten zum Einsatz von Spannbetonfertigteilen für Straßendecken durchgeführt, wobei die Geschwindigkeit und Qualität des Baus als vorteilhaft für dieses Verfahren festgestellt wurde.

Einige bemerkenswerte zivile Bauwerke aus Spannbeton sind: Gateway Bridge , Brisbane Australia; Incheon-Brücke , Südkorea; Roseires-Staudamm , Sudan; Wanapum-Staudamm , Washington, USA; LNG-Tanks , South Hook, Wales; Zementsilos , Brevik Norwegen; Autobahn A73 Brücke , Itztal, Deutschland; Ostankino-Turm , Moskau, Russland; CN-Turm , Toronto, Kanada; und Kernreaktor Ringhals , Videbergshamn, Schweden.

Designagenturen und Vorschriften

Weltweit gibt es viele Berufsorganisationen, um bewährte Verfahren bei der Planung und dem Bau von Spannbetonkonstruktionen zu fördern. In den Vereinigten Staaten umfassen solche Organisationen das Post-Tensioning Institute (PTI) und das Precast/Prestressed Concrete Institute (PCI). Ähnliche Gremien sind das Canadian Precast/Prestressed Concrete Institute (CPCI), die britische Post-Tensioning Association, das Post Tensioning Institute of Australia und die South African Post Tensioning Association. Europa hat ähnliche länderbezogene Verbände und Institutionen.

Es ist wichtig zu beachten, dass diese Organisationen nicht die Behörden für Bauvorschriften oder -normen sind, sondern vielmehr dazu da sind, das Verständnis und die Entwicklung von Spannbetonkonstruktionen, -vorschriften und bewährten Verfahren zu fördern.

Regeln und Anforderungen für die Detaillierung von Bewehrungs- und Spanngliedern werden durch einzelne nationale Regelwerke und Normen festgelegt, wie zum Beispiel:

Siehe auch

Verweise

Externe Links