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Konstruktion aus bewehrtem Beton und Betonstange für diese Konstruktion
Die Erfindung bezieht sich auf eine Konstruktion aus bewehrtem Beton und eine zur Verwendung in einer solchen Konstruktion bestimmte Betonstange, welch letztere an Stelle der gewöhnlichen Bewehrungseisen oder, falls erwünscht, zusammen damit verwendet werden kann. Die Betonstange kann auch als Glied einer Konstruktion verwendet werden, die zugleich andere Bauelemente, wie Ziegelsteine oder Elemente aus anderem Material, enthält, welche Elemente ebenfalls Glieder der fertigen Betonkonstruktion sind.
Die Betonkonstruktion gemäss der Erfindung ist dadurch eigentümlich, dass sie als Bewehrung dünne biegsame Betonstangen enthält, die mit einer vorgespannten Bewehrung versehen sind, welche in der Schwerpunktslinie der Stange bzw. um diese Linie herum angeordnet ist und deren Zugspannung durch entsprechende Druckspannungen im Betonmaterial der Stange entgegengewirkt wird. Sinngemäss ist die erfindunggemässe Betonstange dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer vorgespannten Eisenbewehrung aus einer oder mehreren Stangen bzw. Drähten versehen ist, die in der Schwerpunktlinie der Betonstange bzw. um diese Linie herum angeordnet ist und deren Zugspannung durch entsprechende Druckspannungen im umliegenden Beton entgegengewirkt wird.
Die erfindungsgemässe Betonstange ist dünn und biegsam und der Umstand, dass die vorgespannte Bewehrung in der Schwerpunktlinie der Stange bzw. um diese Linie herum liegt, hat die Wirkung, dass die Stange keinen inneren Biegungsbeanspruchungen ausgesetzt ist.
Ferner kann erfindungsgemäss die Betonmenge so begrenzt sein, dass die Stange im wesentlichen nicht mehr Beton enthält, als zur Aufnahme der durch die vorgespannte Bewehrung hervorgerufenen Druckspannungen erforderlich ist. Aus praktischen Gründen sollte die Betonmenge jedoch so gross sein, dass die Betonstange ohne Bruch oder sonstige Beschädigungen zum Bauplatz gefördert werden kann.
An der Baustelle kann die Betonstange wie ein gewöhnliches Bewehrungseisen in kürzere Teile entsprechend ihrem Verwendungszweck aufgeteilt werden.
Der in der Betonstange enthaltene Beton kann, falls erwünscht, von einer besseren Qualität als derjenige sein, welcher in der Betonkonstruktion Verwendung findet, in die die Betonstangen eingegliedert werden soll.
Eine erfindungsgemässe Konstruktion aus bewehrtem Beton enthält somit in unbelastetem Zustande teils vorgespannte Bewehrungseisen, teils Beton, der die Bewehrungseisen umschliesst und einer Druckspannung unterliegt, teils spannungslosen Beton.
Eine Betonkonstruktion mit Bewehrung aus erfindungsgemässen Betonstangen kann wie eine übliche Betonkonstruktion berechnet werden, jedoch mit dem Unterschied, dass das Verhältnis zwischen den Elastizitätskoeffizienten des Druckbzw. Zugmaterials beispielsweise gleich 1 gesetzt wird, wenn dieses Verhältnis bei üblichem Eisenbeton gleich 15 gesetzt wird, da sowohl die Druckals auch die Zugseite der Konstruktion aus Beton besteht. Was die Druckseite anbelangt, so wächst die Druckspannung und bei der Zugseite nimmt die Druckspannung ab bei ansteigender äusserer Belastung.
An Stelle eines einzelnen Bewehrungseisens in jeder Betonstange können auch zwei oder mehrere mit gemeinsamem Schwerpunkt in der Schwerpunktslinie der Betonstange vorgesehen sein. Die Querschnittsform der Stange kann quadratisch, rechteckig, dreieckig, trapezoidal oder kreisförmig sein und die Ecken können abgefast sein.
Weiter kann die Betonstange mit ausragenden Leisten ausgebildet sein, so dass ihr Querschnitt beispielsweise die Form eines T aufweist oder sie kann Vorsprünge oder Vertiefungen, z. B. in der Gestalt von in ihrer Längsrichtungverlaufenden Nuten, aufweisen, die als Unterstützung für in fertigen Betonbau eingegliederte sekundäre Konstruktionselemente, z. B. Hohlziegel, dienen.
In gewissen Fällen, z. B. in Trägerkonstruktionen, kann es wünschenswert sein, die vorgespannte Eisenbewehrung der Betonstange zu vergrössern. Dies würde jedoch bewirken, dass der Betonquerschnitt unverhältnismässig gross
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werden würde, wenn er die Vorspannung der
Eisenbewehrung aufnehmen und daher ent- sprechend bemessen sein müsste. Bei einem grossen
Betongehalt der Stangen würden sie teils zu umfangreich, teils unhandlich sein.
Dieser Nachteil wird erfindungsgemäss dadurch vermieden, dass in die Betonstange eine oder mehrere bei ihrer Herstellung spannungslose oder beinahe spannungslose Eisenstangen bzw. Eisen- drähte eingelegt werden, die zusammen mit der
Betonmasse der Betonstange die von der vorgespannten Bewehrung herrührenden Druck- spannungen aufnehmen.
Da das ursprünglich spannungslose Eisen etwa zehnmal soviel Druckspannungen wie der gleiche Querschnitt des umschliessenden Betons aufnehmen kann, leuchtet es ein, dass die Anordnung einer oder mehrerer spannungsloser Eisenstangen bzw. Drähte in der Betonstange neben der vorgespannten Bewehrung die Wirkung hat, dass die Betonmenge entsprechend vermindert werden kann, weil die ursprünglich spannungslosen Eisenstangen bzw. Drähte einen Teil der beim Auslösen der Einspannung der vorgespannten Eisenstangen entstehenden Druckspannungen aufnehmen werden. Es wird hiedurch ermöglicht, eine Betonstange mit einer grossen vorgespannten Eisenbewehrung und einem im Verhältnis zur Bewehrung kleinen Betonquerschnitt herzustellen, weil der Beton die Vorspannung der Eisenbewehrung nicht mehr allein aufnehmen muss.
Wenn eine solche Betonstange mit einer vorgespannten Eisenbewehrung und einer oder mehreren auf Druck beanspruchten Eisenstangen und ebenfalls unter Druck stehendem Beton einem zunehmenden Zug ausgesetzt wird, so steigert sich die Zugspannung der vorgespannten Eisenbewehrung und gleichzeitig nehmen die Druckspannungen in den Eisenstangen und dem Beton bis auf Null ab. Wird der Zug dann weiter gesteigert, entstehen Zugspannungen in den ursprünglich spannungslosen Eisenstangen.
Durch entsprechende Wahl der Eisenqualität der vorgespannten Bewehrung und der bei der Herstellung der Betonstange spannungslosen Eisenstangen kann erreicht werden, dass die Fliessgrenze der Eisen gleichzeitig oder fast gleichzeitig mit der höchsten zulässigen Zugbeanspruchung der Betonstange erreicht wird. Dies ergibt eine möglichst wirtschaftliche Ausnutzung der Armierungseisen und ein Minimum an Betonaufwand für die Betonstange.
Beispielsweise kann erwähnt werden, dass die Betonstange mit Bewehrungseisen versehen wird, deren Fliessgrenze bei 24.000 /cm liegt, während zur Aufnahme der Druckspannung ausser dem Beton eine Eisenstange mitFIiessgrenze6000 /c verwendet wird. Die Vorspannung der Eisenbewehrung kann erfindungsgemäss 18.000 /c betragen. Die Eisenstange wird ohne Vorspannung eingelegt und wenn der Beton erhärtet und die Vorspannung der Bewehrung ausgelöst ist, wird die Spannung derselben beispielsweise auf 16. 000 /c ? K absinken, während gleichzeitig in der Eisenstange eine Druckspannung von 2000 kgfcm2 und im Beton eine Druckspannung von 200 kgfcm2 entsteht.
Wenn diese Betonstange in einer Betonkonstruktion eingegliedert ist und dann einer zunehmenden Zugspannung ausgesetzt wird, so wird die Zugspannung der Eisenbewehrung zunächst von 16.000 auf 18. 000kg1CM2 ansteigen und gleichzeitig wird die Druckspannung der Eisenstange von 2000 kgfcm2 auf Null absinken. Ebenfalls fällt die Druckspannung des Betons von
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Fliessgrenze, und gleichzeitig wird die Zugspannung der Eisenstange bis auf 6000 kgfcm2 gesteigert, was der Fliessgrenze ihres Materials entspricht.
Angenommen, dass die Eisenbewehrung einen Gesamtquerschnitt von 0 4 cm2 hat, so wird der Gesamtzug darin an der Fliessgrenze 0-4 4 x24. 000= 9600 kg betragen, und bei einem Querschnitt der Eisenstange von 1-3 cm2 wird an der Fliessgrenze der Zug 1-3 X 6000 = 7800 kg betragen.
Die Betonstange nimmt somit einen Zug von insgesamt 17.400 kg auf.
Wie oben erwähnt, ist es von Bedeutung, dass der Querschnitt der Betonstange nicht zu gross wird. Beispielsweise wird es häufig zweckmässig sein, dass sie einen quadratischen Querschnitt von 4x4cm hat. Das obenerwähnte Einlegen einer anfänglich spannungslosen Eisenstange oder mehrerer solcher trägt, wie erwähnt, dazu bei, die erforderliche Betonmenge herabzusetzen und nachher, wenn die Betonstange auf Zug beansprucht wird, wirkt die Eisenstange wie eine gewöhnliche Bewehrung zur Aufnahme der Zugspannungen in Gemeinschaft mit der übrigen Bewehrung.
Die erfindungsgemässe Betonstange kann, wie erwähnt, in Betonkonstruktionen jeder Art an Stelle gewöhnlicher Eisenbewehrung oder mit solcher zusammen Verwendung finden. Die Verwendung der Betonstange als Glied einer Deckenkonstruktion ist auf der Zeichnung veranschaulicht, u. zw. zeigen Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine Hohlziegeldecke, Fig. 2 eine Decke mit zwischen den Betonstangen angeordneten plattenförmigen Tragelementen und Fig. 3 und 4 perspektivische Darstellungen von besonderen Ausführungsformen der Betonstange.
Die in Fig. 1 dargestellte Hohlziegeldecke besteht aus parallel angeordneten Betonstangen 4 mit T-förmigem Querschnitt und mit eingelegten vorgespannten Bewehrungseisen 6. Diese Betonstangen sind an ihren Enden auf die Wände gestützt, die den zu überdeckenden Raum begrenzen.
Falls der Abstand zwischen den Wänden etwa ein paar Meter übersteigt, werden die Betonstangen mittels einer Versteifungsstange an ihrer Mitte unterstützt. Die Betonstangen 5 haben auf jeder Seite eine an ihrer unteren Kante verlaufende Leiste bzw. einen Flansch 7, 8. Die Hohlziegel 9 haben an ihrer unteren Kante einen Einschnitt bzw. eine Nut 10, die den Flanschen 7,
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8 entspricht, so dass die Ziegel von oben in den Zwischenraum zwischen den Betonstangen eingesetzt werden können. Der dadurch über den Betonstangen entstehende Raum wird mit Beton ausgefüllt, so dass die Hohlziegeldecke ein monolithisches Ganzes bildet.
In der Oberseite der Betonstangenkönnenzweck- mässig Bewehrungseisen 12 angeordnet sein, um die Betonstangen gegen Rissbildung während des Transportes zur Arbeitsstelle zu schützen. Die vorgespannten Bewehrungseisen 6 werden mit Vorteil etwas unter der Schwerpunktlinie der Betonstange angeordnet, wodurch die Tragfähigkeit der Stange während der Errichtung der Konstruktion vergrössert wird und zugleich die gesamte Konstruktion an Tragfähigkeit gewinnt.
Hiedurch erhalten die Betonstangen eine schwache Krümmung nach oben, werden sich aber ausrichten, wenn sie belastet werden.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Konstruktion werden zwischen den Betonstangen 3 Platten 13 aus Beton, Ziegel oder anderem zweckentsprechenden Material angeordnet. Auf den Betonstangen und Platten wird eine Betonschicht 14 angemessener Stärke gegossen.
Wenn die Konstruktion fertig, der Beton hart und etwaige Versteifungen beseitigt sind, werden die Betonstangen bei Belastung der Konstruktion nur auf Zug beansprucht werden, während die Druckspannungen in üblicher Weise von der Betonkonstruktion aufgenommen werden. In der fertigen Betonkonstruktion werden die Betonstangen somit ihre Eigenschaft als Bewehrungseisen, die nur die Zugspannungen der Konstruktion aufnehmen, beibehalten.
Endlich kann der Betonstange ein rechteckiger Querschnitt gegeben werden, bei dem die Breite ein Vielfaches der Höhe beträgt. Die Betonstange erhält hiedurch die Form eines Brettes, das biegsam ist, wenn es senkrecht zu seiner Fläche beansprucht wird, hingegen steif, wenn es senkrecht zur Kante beansprucht wird.
Solche brettförmige Betonstangen haben den Vorteil, dass sie als Verschalungsbretter verwendet werden können. Wenn die Konstruktion erhärtet ist, verbleiben sie darin und stellen ein Glied ihrer Bewehrung dar. Der Umstand, dass sie in einer zu ihrer Fläche parallelen Richtung steif sind, erleichtert ihre Förderung zur Arbeitsstelle und ihr Auflegen an der Verwendungsstelle.
Weiter kann erfindungsgemäss die Eisenbewehrung der Betonstangen in oder nahe der Schwerpunktlinie bzw. Mittellinie des Querschnitts angeordnet und über derselben von Kante zu Kante verteilt sein.
Eine Ausführungsform einer solchen Betonstange ist in Fig. 3 perspektivisch dargestellt.
Die in Fig. 4 dargestellte Betonstange 17 ist mit einer zentral angeordneten Bewehrung 18 versehen und hat quadratischen Querschnitt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Konstruktion aus bewehrtem Beton, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Bewehrung ganz oder teilweise in der Betonkonstruktion eingegossene, dünne, biegsame Betonstangen enthält, die mit einer vorgespannten Bewehrung versehen sind, welche in der Schwerpunktlinie jeder Stange bzw. um diese Linie herum angeordnet sind und deren Zugspannung durch entsprechende Druckspannungen im Betonmaterial der Stange entgegengewirkt wird.