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Aus Werkstoffen verschiedener Festigkeitseigenschaften zusammengesetzter Träger
Stahltragwerke werden unter Zugrundelegung bestimmter zulässiger Spannungen hergestellt.
Letztere sind derart gewählt, dass sie bei der grössten zulässigen Belastung des Tragwerkes einen bestimmten Sicherheitsgrad gegenüber dem
Erreichen der Streckgrenze des verwendeten
Stahles gewährleisten.
Ursprünglich gelangte für ein bestimmtes
Stahltragwerk immer nur eine bestimmte Stahl- sorte zur Verwendung. Für Blechträger ist durch verschiedene Patente (siehe z. B. deutsches Patent Nr. 449633) eine gewisse Verbesserung dadurch herbeigeführt worden, dass zur Herstellung der Trägergurte oder der wesentlichsten Teile derselben Stahl höherer Festigkeit verwendet wird als in den übrigen Querschnittsteilen. Hiebei wird jedoch im Sinne der Elastizitätstheorie auch weiterhin grösster Wert darauf gelegt, dass die zulässige Beanspruchung beim Stahl geringerer Festigkeit (Streckgrenze) nicht überschritten wird. Der auf diese Weise erreichte Vorteil ist ein sehr geringer, weil durch die Einhaltung der zulässigen Beanspruchung des geringerwertigen Stahles die Ausnützungsmöglichkeit des höherwertigen Stahles eine sehr beschränkte ist.
Die vorliegende Erfindung bezweckt eine weitergehende Ausnützung der aus zwei verschiedenartigen Werkstoffen zusammengesetzten Träger auf Grund folgender Gedankengänge bzw. Tatsachen : Der Sicherheitsgrad eines Trägers ist nicht von der Einhaltung einer bestimmten zulässigen Spannung abhängig, sondern von der Vermeidung bestimmter übermässiger Form- änderungen, wobei im übrigen die jeweils massgebenden Baustoffeigenschaften weitestgehend ausgenützt werden können. Die Berichte des deutschen Ausschusses für Stahlbau (s.
Heft 11, 1940, S. 6 und 9 ; Heft 12,1941, S. 16 und 17, sowie Heft 13,1942, S. 13) haben nämlich gezeigt, dass die den Biegeversuchen unterzogenen Blechträger noch Biegemomente auszuhalten vermögen, bei welchen die unter den Annahmen der Elastizitätstheorie berechneten Spannungswerte nicht nur die Streckgrenze des verwendeten Stahles wesentlich überschreiten (Spannungswerte von 5280 bis 5370 kg/cm2 gegenüber einer
Streckgrenze von 3100 bis 3520 /c, also Überschreitungen der letzteren bis zu 72%), sondern in anderen Fällen sogar weit über die
Zerreissfestigkeit des betreffenden Stahles hinaus- gingen (Spannungswerte von 4450 bzw. 6900 kgl cm2 bei St. 37).
Das bei diesen Versuchen fest- gestellte Ausmass der gesamten Dehnung der
Träger in den Gurten überschritt selbst bei einem sehr hohen, also auch sehr steifen Träger (Träger- höhe 1150mm) an der Innenkante der 60 mm starken Gurtbleche noch 20/"und erreichte in den Schweissnähten sogar fast zu
Die für die oben erwähnten Spannungswerte angewendete Berechnungsweise ist in diesen
Fällen jedoch nicht mehr zutreffend. Die an den
Trägern gemessenen Dehnungen zeigen vielmehr an, dass die Streckgrenze der verwendeten
Stähle sich jeweils bereits weitgehend auch auf
Querschnittsteile ausgebreitet hat, welche von den Querschnittsrändern weiter abseits liegen.
Nur auf diesen Umstand ist es zurückzuführen, dass die von den Trägern jeweils noch ertragenen Biegemomente weit über jene Momente hinausgehen, welche dem Erreichen der Streckspannung an den äussersten Querschnittsrändern entsprechen.
Die angeführten Versuche zeigen, dass für die Beurteilung des Sicherheitsgrades nicht das Erreichen der Streckgrenze am äussersten Querschnittsrande ausschlaggebend ist, sondern vielmehr ein Biegemoment (Streckmoment) als Ausgangspunkt der Berechnung gewählt werden kann, bei welchem bereits wesentliche Teile des Trägerquerschnittes von der Streckspannung des verwendeten Werkstoffes voll erfasst sind.
Von dieser Tatsache ausgehend, werden im Wege der vorliegenden Erfindung bei Trägern aus zwei verschiedenen Werkstoffen die Trag- (Streck) momente unter der Annahme errechnet, dass im äussersten Querschnittsrande eine Gesamtdehnung von mindestens 2"/oo erreicht und somit der ganze Trägergurt einschliesslich der aus höherwertigem Werkstoff hergestellten Teile von der Streckspannung der verwendeten Werkstoffe voll erfasst wird. Selbst wenn bei höheren Trägern davon abgesehen wird, dass die Streckspannung sich noch auf den freiliegenden Teil des Stehbleches ausdehnt, ergeben sich für
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die Ausnützung der höherwertigen Gurtteile wesentliche Vorteile.
Das zulässige Biegemoment MUll wird derart errechnet, dass es den durch den Sicherheitsgrad s geteilten Wert des nach obigen Grundsätzen errechneten Streckmomentes Ms darstellt, also der Gleichung entspricht, s. Af,,'== M.
In allen nach den obigen Gesichtspunkten zusammengesetzten Trägern wird unter der Einwirkung des zulässigen Biegemomentes in dem geringerwertigen Werkstoffe die zulässige Spannung bewusst überschritten, sie verbleibt jedoch in der Regel weit unterhalb der in Betracht kommenden Streckgrenze. Falls es besondere Umstände wünschenswert erscheinen lassen, kann durch geeignete Formgebung des Trägers erreicht werden, dass die unter der grössten zulässigen Last auftretende grösste Spannung des geringerwertigen Stahles einen bestimmten Hundertsatz (z. B. 80%) seiner Streckgrenze nicht überschreitet. Hinsichtlich der näheren Einzelheiten
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Die nach obiger Art kombinierten Träger sind insbesondere dazu geeignet, ältere Blechträger, deren Tragvermögen den derzeitigen Anforderungen nicht mehr genügen würde, unter verhältnismässig geringem Material-und Baukostenaufwand wieder auf lange Zeit benützungsfähig auszugestalten. Bei Neu- herstellungen lassen sich dadurch Ersparnisse erzielen, dass für das Stahlblech bzw. für den
Grundquerschnitt der Träger der billigere geringerwertige Baustahl St. 37 und für die für das Tragvermögen hauptsächlich in Betracht kommenden Gurte im wesentlichen höherwertiger Baustahl angewendet wird. Kombinationen von Stahl mit Leichtbaustählen oder von Leichtbaustählen untereinander lassen sich für die Herstellung besonders leichter Fahrbahnkonstruktionen verwenden und ergeben auf diesem Wege u. U. besondere Vorteile.
Die beschriebene Art der Kombination verschiedener Werkstoffe in einem Träger ist also nicht auf verschiedene Stahlsorten untereinander beschränkt, sondern sie lässt sich auch auf Kombinationen von Stahl mit Leichtbaustählen (Duraluminium, Elektron u. a. m. ) und auf die Kombination der letzteren untereinander anwenden.