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Tragwerkj, insbesondere aus Beton
Die Erfindung bezieht sich auf ein Tragwerk, u. zw. insbesondere auf ein Tragwerk aus Beton mit entsprechenden Armierungen. Bei Stahlbetontragwerken mit schlaffer Armierung ist es bekannt, die Tragfähigkeit durch Einlegen schlaffer Druckbewehrungen ausStahl od. dgl. zu steigern Infolge des Verbundes zwischen Stahl und Beton kann jedoch die zulässige Beanspruchung der Druckbewehrunger. nicht ausgenützt werden. Die Beanspruchung bleibt vielmehr wegen der durch den Verbund mit dem Beton der Drukzone begrenzten Druckstauchung weit unter der für Stahl zulässigen Spannung.
Durch Vorspannen der Zugbewehrungen, durch das man im allgemeinen den Betonquers : : hnitt auf Druck und eine der ständigen Last entgegenwirkende Biegung belastet, lässt sich bekanntlich die Betondruckzone entlasten, so dass dadurch neben ändern Vorteilen auch durchEntl2tUng der Druckzonen die rragfähigkeit eines solchen Querschnittes mit vorgespannter Zugbewehrung gesteigert wird. Eine darüber hinausgehende Verstärkung der Beton- drukzone erfolgt hiebei wieder durch Einlegen von schlaffen Bewehrungen. Durch solche auf Zug vorgespannte Bewehrungsstäbe ist es aber nur möglich, im Betonquerschnitt entweder nur Druck allein oder Druck mit Biegung zu erzeugen.
Bei Tragwerken, die durch die äusseren Lasten rein auf Biegung beansprucht sind, ist der Anteil der Vorspannung, der nur zentrischen Druck erzeugt, eire unerwünschte Be- gleiterscheinung, da er den Querschnitt unter Umständen zu sehr auf Druck vorbelastet. Es sind daher der Verwendung von auf Zug vorgespannten Armierungen gewisse Grenzen gesetzt.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine weitere Steigerung der Tragfähigkeit von Tragwerken mit auf Zug vorgespannten Bewehrungen zu erreichen und besteht im wesentlichen darin, dass die auf Drmk vorgespannten Bewehrungen von Stäben gleicher Art wie die auf Zug vorgespannten Bewehrungsstäbe gebildet sind und die auf Druck vorgespannten Bewehrungen in vorgeformten geschlossenen oder offenen Kanälen des Tragwerkes verlegt und gegen Wände derselben abgestützt sind.
Dadurch, dass nun denDruckbeweh- rungen eine Vorspannung erteilt wird, ist es möglich, auch in der Druckzone die Beanspruchbarkeit der Bewehrungen und des Betons auszunützen, ohne die Betondruckgrenze zu überschreiten. Es kann dadurch derBetonquerschnitt in derDruckzone verringert und das Eigengewicht des Tragwerkes verkleinert werden, wodurch wieder die Belastbarkeit durch die Nutzlast erhöht wird. Auf diese Weise werden neue Möglichkeiten im Stahlbetonbau geschaffen. und es wird beispielsweise ermöglicht, grössere Stützweiten als bisher bei kleinerenKonstruktionshöhen der Tragwerke zu erreichen.
Im Grenzfall ist durch Kombination von vorgespannten Zug-undDruckbewehrungen ein Zustand herstellbar, bei dem aus der Druck- und Zugvor- spannung nur reine Biegung entsteht. Die auf Druck vorgespannten Bewehrungen sind hiebei am Tragwerk selbst verankert, so dass das Tragwerk in sich eine vorgespannte Einheit bildet.
Gemäss der Erfindung sind zweckmässig die auf Druck vorgespannten Bewehrungen mit den auf Zug vorgespannten Bewehrungen bzw. zumindest ein Teil der auf Druck vorgespannten Bewehrungen mit zumindest einem Teil der auf Zug vorgespannten Bewehrungen in einem gemeinsamen Spannhaupt zusammengeführt, wobei die Anzahl der im Spannhaupt zusammengeführten auf Druck vorgespannten und der auf Zug vorgespannten Bewehrungen und/oder die Vorspannungen derselben so gewählt sind, dass sich die Zug-und Druckkräfte in der Hauptrichtung wenigstens annähernd das Gleichgewichthalten. Auf diese Weise wird die Endverankerung der Beweh- rungen vereinfacht, und es kann mit einem Spannhub denBewehrungen sowohl die Zugspannung als auch ale Druckspannung erteilt werden.
Wenn sich die auf Zug und auf Druck vorgespannten Bewehrungsstäbe nicht vollständig das Gleichgewicht halten, so müssen nur die Differenzkräfte zwischen den auf Druck und auf Zug vorgespannten Bewehrungsstäben vom Träger oder von der Führung des Verankerungskörpers aufgenommen werden. Die bei der Verankerung in einem gemeinsamen Querhaupt normal zur Hauptrichtung
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längs Stützflächen aufgenommen werden.
Gemäss der Erfindung sind die auf Druck 70rgespannten Bewehrungsstäbe in gekrümmter Lage derart verlegt, dass sie an ihrer konvexen Seite an Stützflächen des Tragwerkes bzw. an den konkaven Flächen der Kanäle abgestützt sind, wie dies bei aufZug vorgespannten Bewehrungen an sich bekannt ist. Diese die auf Druck vorgespannten Bewehrungen aufnehmenden Kanäle können gegebenenfalls nach dem Span- nen derBewehrungen in an sich bekannter Weise mit Mörtel, Betal. usw. oder auch mit plastischem Werkstoff ausgefüllt werden. Auch dies ist bei auf Zug vorgespannten Bewehrungen an & ich bekannt.
Bei Verwendung vonBeton, Mörtel od. dgl. wird ein nachträglicher Verbund hergestellt, und es ist die Herstellung dieses Verbundes auch durch andere bekannte Mittel, wie beispielsweise durch Klemmwirkung, Aufstauchen, Schraubengewinde usw. möglich.
Bei geradlinig geführten, auf Druck vorgespannten Bewehrungen besteht infolge des Spieles der Be- wehrungsstäbe in den sie aufnehmenden Kanälen die Möglichkeit eines begrenzten Ausknickens oder Aus- weid : en", Wenn es erforderlich ist, können die auf Druck vorgespannten Bewehrungsstäbe mit einem Profil ausgebildet werden, welches eine Knickung erschwert, während für die auf Zug vorgespannten Bewehrungsstäbe einfache Rundprofile Verwendung finden können.
Werden die auf Druck vorgespannten Bewehrungsstäbe in gekrümmter Lage derart verlegt, dass sie an ihren konvexen Seiten an Stützflächen des Trag- werkes bzw. an den konkaven Flächen der Kanäle abgestützt sind, wird auf diese Weise unabhängig von der Grösse des Spiels der auf Druck vorgespannten Bewehrungs : ; tähle in den Kanälen eine Abstützung der Bewehrungsstähle erreicht, welche ein Ausknicken oder Ausweichen derselben verhindert, so dass es nicht erforderlich ist, knicksichere Profile zu verwenden.
Dies stellt einen erheblichen Vorteil gegenüber bekannten Druckbewehrungen dar, welche knicksichere, bei kleinem Querschnitt ein grosses Trägheitsmoment aufweisende, im Spannbett vorzuspannende Profile benötigen, welche ausserdem bei grossen Längen noch durch Verbügelungen in den horizontalen'md vertikalen Knickebenen gegen Verknickung gesichert werden müssen und deren Verankerung in hohem Masse durch Haftung im Beton erfolgt, wodurch das Nachspannen derartiger Bewehrungen nach Fertigstellung des Tragwerkes unmöglich wird.
Ein weiterer Vorteil gegenüber bekannten Druckbewehrungen besteht darin, dass die erfindungsgemäss vorgespannten Druckbewehrungen, da zu deren Verankerung auf Haftung ver7ichtet werden kann, auch bei Stahl- oder Leichtmetallkonstruktionen, im besonderen bei den letzteren mit Erfolg verwendet werden können. Bei Verwendung hochfester Werkstoffe mit hoher Belastbarkeit'vird eine Ersparnis an Baustoffen ermöglicht, ohne dass das Tragwerk hiebei grosse Formänderungen erleidet. Die an sich bekannte Verwendung von vorgespannten Zugbewehrungen bei Stahl- und Leichtmetalltragwerken war bisher nicht besonders wirtschaftlich, da der Anteil der Zugvorspannung, der nur zentrischen Druck im Querschnitt etzeugt, den kostbaren Werkstoff des Tragwerkes oft unnötig beansprucht.
Dieser zentrische Druck im Querschnitt wird zum Teil durch die auf Zug vorgespannten Bewehrungen hervorgerufen. Bei Verwendung von auf Druck vorgespannten Bewehrungen lässt sich aber dieser Nachteil verringern oder aufheben. Da bei Druckgliedern im Stahl-oder Leichtmetallbau die Knicksicherheit wegen der Plastifizierung des Baustoffes mit der Höhe der Beanspruchung abnimmt, ist oft aus diesem Grunde ein grösserer Materialaufwand als festigkeitsmässig bedingt, erforderlich. Durch die Konzentrierung der Druckkraft in vorgespannte Druckbewehrungen aus hochwertigem Material kann dieses einerseits voll ausgenützt werden und anderseits der umgebende Werkstoff bei geringerer Beanspruchung zur Stabilisierung herangezogen werden.
In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen schematisch veranschaulicht.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Träger, Fig. 2, 3, 4, 5 und 6 zeigen die Spannungsbilder, Fig.7 zeigt ein Trägerende mit dem Span'1haup, Fig. 8 und 9 zeigen verschiedene Arten der Führung der auf Druck vorgespannten Bewehrungsstäbe in Kanälen des Tragwerkes.
Fig. 1 zeigt einen Balken 1 auf zwei Auflagern 2 und 3, 4 stellt einen an sich bekannten auf Zug vorgespannten Bewehrungsstab dar, während 5 einen auf Druck vorgespannten Bewd1run6sstab zeigt. Selbstverständlich können mehrere solcher Bewehrungsstäbe 4 und 5 vorgesehen sein. Im Querschnitt in der Trägermitte entstehen nun die in den Diagrammen in Fig. 2 - 6 dargestellten Spannungen, wobei das Zei- chen + die Zugspannungen und das Zeichen - die Druckspannungen anzeigt.
Fig. 2 zeigt das Diagramm der Spannungen im Trä6erquerschnitt ohne Berücksichtigung der Vorspannung. Diese Spannungen sind mit ag bezeichnet. Infolge der unten angeordneten auf Zug vorgespannten Bewehrung 4 entsteht nun der im Diagramm nach Fig. 3 dargestellte Spannungsverlauf, wobei avz die durch die Zugvorspannung erzeugten Spannungen bezeichnet. Berücksichtigt man die oben angeordnete auf Druck vorgespannte Bewehrung 5 allein, so ergibt sich der im Diagramm nach Fig. 4 darge-
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stellte Spannungsverlauf, wobei die durch die Druckvorspannung erzeugten Spannungen mit Ovd bezeich- net sind.
Wenn am oberen und am unteren Rand ag 1 :' a V7. a vd = 0, was durch geeignete Wahl der
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Fig. 6 dargestellt ist, wobei S adie Summe der Spannungen darstellt.
Fig. 7 zeigt nun eine Anordnung, bei welcher die auf Druck vorgespannte Bewehrung 5 und die auf Zug vorgespannte Bewehrung 4 in ein gemeinsames Spannhaupt 6 zusammengeführt sind. Am Ende des vorzuspannenden Trägers 1 ist eine waagrechte Stützfläche 7 vorgesehen, die das Spannhaupt 6 trägt, in dem die Zugspannbewehrung 4 mit der Druckspannbewehrung 5 derart verankert ist, dass die senkrechte Komponente der beiden Spannkräfte über die Stützfläche 7 in das Auflager 2 übertragen wird. Die waagrechte Komponente der beiden Spannkräfte hingegen wird über eine senkrechte Stützfläche 8 in den Betonkörper des Trägers geleitet.
Da in der Regel die Druckspannkraft kleine) sein wird als die Zugspannkraft, wird an der Stützfläche 8 Druck übertragen, der jedoch erheblich kleiner ist, als derjenige, welcher ohne Druckspannbewehrung der zu übertragende sein würde.
Die Verlegung der Druckbewehrung kann nun gemäss der Erfindung in offenen oder geschlossenen Kanälen des Trägers 1 erfolgen. Fig. 8 zeigt einen solchen geschlossenen geradlinig geführten Kanal 9, in welchem ein auf Druck vorgespannter Bewehrungsstab 5 geführt ist. Hier besteht innerhalb des Kanals 9 infolge des Spiels zwischen dem Stab 5 und den Wänden des Kanals 9 die Möglichkeit eines geringen Ausknickens oder Ausweichen, was in Fig. 8 in Breitenverzerrung übertrieben dargestellt 1st. Hier ist ein Rundstahl 5 verwendet, jedoch kann auch ein Formstahl z. B. ein Walzprofil verwendet werden, welches infolge seines grösseren Knickeiiderstandes vorteilhaft sein kann.
Fig. 9 zeigt eine Ausbildung, bei welcher ein auf Druck vorgespannter Bewehrungsstab 5 in einem stetig gekrümmten Kanal 10 verlegt ist. Unter der Wirkung der Druckvorspannul1g legt sich nun dieser Stab durchwegs an die konvexe Fläche 11 des Kanals 10 an, so dass er in seiner ganzen Länge gegen die konvexe Fläche 11 abgestützt ist. Die auf den Stab 5 hiebei wirkenden Abstützkräfte sind symbolisch durch die Pfeile 12 angedeutet. Diese Abstützkräfte halten den Stab 5 nun in stabiler Gleichgewichtslage, so dass einAusknicken nicht mehr in Betracht kommt. Die Krümmung des Kanals 10 muss nicht unbedingt in einer Ebene liegen, sondern es kann auch eine räumliche Krümmung vorgesehen sein, wobei sich der Bewehrungsstab 5 eben unter der Wirkung der Druckvorspannung stets an die konkave Seite des Kanals 10 anlegt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Tragwerk, insbesondere aus Beton mit auf Druck und aufZug vorgespannten Bewehrungen, dadurch gekennzeichnet, dass die auf Druck vorgespannten Bewehrungen von Stäben gleicher Art wie die auf Zug vorgespannten Bewehrungsstäbe gebildet sind und die auf Druck vorgespannten Bewehrungen in vorgeformten geschlossenen oder offenen Kanälen des Tragwerkes verlegt und gegen Wände derselben abgestützt sind.