AT302606B - Dünnwandige Träger, insbesondere Blechprofilträger - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft einen Träger, insbesondere einen Blechprofilträger, dessen Längsschwerachse ausser- halb des Steges des Trägers liegt, die demzufolge meist einen offenen Querschnitt aufweisen, z. B. U-Profil- träger. 



   Wird bei einem derartigen Träger die Last auf die Flanschen abgesetzt, und das ist die übliche Lastein-   ! leitung,   so tritt ausser seiner Durchbiegung auch eine Verdrehung des Trägers auf, die umso grösser ist, je dünner das Profil des Trägers ist. Die Last wirkt auf den Träger als Querkraft ein und erzeugt im Querschnitt des Trägers einen Schubfluss. Die Summenbildung des Schubflusses über die Steghöhe ergibt eine Schubkraft, die der Querkraft in ihrer Grösse gleich, jedoch ihr entgegengesetzt gerichtet ist. Die Schubkräfte in den Flan- schen sind gleich grosse, aber entgegengesetzt gerichtet. Ihre Summe wird dadurch zu Null, jedoch verbleibt   ein Drehmoment, gebildet aus dem Produkt der Flanschkräfte T und T mit dem Flanschabstand-, das die T, 2 2    
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 filumfang und s die Profildicke ist.

   Diese geht also in der dritten Potenz ein und wird damit ausschlaggebend für das dem Drehmoment entgegenwirkende Torsionsträgheitsmoment. 



   Um der Drehung zu begegnen, ist es bekannt, den Angriffspunkt der Last so zu legen, dass in bezug auf den Steg des Profiles ein Drehmoment entsteht, das die gleiche Grösse wie das Flanschschubkraftdrehmoment besitzt, aber diesem entgegengesetzt gerichtet ist. In der Statik bezeichnet man diesen Punkt mit Schubmittelpunkt ; er liegt aber um das Mass   xM   ausserhalb des Profilquerschnittes, und es bedarf zusätzlicher technologischer Massnahmen, die Wirkungslinie der Last Q in den Schubmittelpunkt zu legen, z. B. ein Anschweissen von Lastkonsolen, Verbinden zweier Profile zu einem symmetrischen u. dgl. So ist z. B. ein Träger mit   U- för-   migem Querschnitt mit einer mehr oder weniger grossen in der Stegmitte befindlichen halbkreisförmigen Einbuchtung bekanntgeworden.

   Dieser Träger wird nie einzeln verwendet, sondern es sind immer zwei solche mit aneinanderstossenden Rückseiten bzw. mit durch Distanzstücke voneinander im Abstand gehaltenen Rückseiten bekanntgeworden. Schliesslich sind durch Rollen erzeugte halbkreisförmig, ellypsenförmig oder parabelförmig gebogene, insbesondere für den Flugzeugbau verwendete Blechträger bekannt, deren Steg einwärts gebogen ist. Der Zweck dieser Stegausbildung ist aber nicht das Verhindern einer Verdrehung, sondern die Einwärtsbiegung dient lediglich der Versteifung, ähnlich einer eingepressten oder eingerollten Sicke. 



   Die Erfindung bezweckt, solche zusätzliche technisch komplizierte Massnahmen, die oft einen hohen technologischen Aufwand verbunden mit entsprechendem Raumbedarf für die Tragkonstruktion darstellen, völlig zu vermeiden. 



   Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Schubmittelpunkt in oder nahe an den Schwerpunkt des Profilquerschnittes zu legen, es muss also ein Schubkraft-Drehmoment entstehen, das den Wert Null bzw. das nur einen kleinen Wert annimmt. Das wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass der Schubmittelpunkt innerhalb desjenigen kleinsten Rechteckes oder nahe an diesem liegt, das um die Aussenkonturen des Profilquerschnittes gezeichnet werden kann. 



   Besonders vorteilhaft ist eine Trägerquerschnittsform, bei der der Steg des Trägers zwischen seinen Flanschen einwärts eingebogen ist. 



   Es sind zwar schon Profilstähle bekanntgeworden, die die Querschnittsform eines U-Profils mit einwärts gebogenem Steg aufweisen. Diese Profile erfüllen aber die vorstehende Forderung nicht, denn sie dienen völlig andern Zwecken und Aufgaben. Ein solches bekanntes Profil dient z. B. zum Einbetten in Beton und seine Einwärtsbiegungen des Steges haben nur die Funktion des besseren Verankerns im   Stampf- bzw.   Giessbeton. Ein zweites solches bekanntes   U-Profil   umklammert mit seiner Einbuchtung im Steg einen an ihm befestigten Teil, es übt mit dem eingedrückten Steg also nur die Funktion einer masslichen Halterungsbegrenzung aus. 



   Gemäss der Erfindung ist die zwischen den Flanschen verlaufende Einbiegung eine Einknickung oder eine über die ganze Höhe des Steges bzw. nur über Teile derselben verlaufenden Rundung. Auch eine Kombination von Knickung und Rundung ist möglich. Die Reduzierung des Schubkraftmomentes ist nicht nur auf U-Profile beschränkt, sie kann mit gleichem Erfolg auch bei C-Profilen od.   ähnl.   Querschnitten angewendet werden. 



   Durch die Veränderung der Querschnittsform in einer Weise, bei der der Schubfluss so geleitet wird, dass ein zusätzliches Schubkraftdrehmoment entsteht, welches dem bereits vorhandenen Schubkraftdrehmoment, beispielsweise dem Flanschen-Schubkraftdrehmoment, entgegengesetzt gerichtet ist, entsteht ein vermindertes Schubkraftdrehmoment für das gesamte Profil, nämlich 
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 worin Tl,    2 die Flanschschubkräfte   sind   T     T   Schubkräfte der in der Form veränderten Querschnittsteile h die Trägerhöhe a der senkrechte Abstand eines Poles P, der im Schnittpunkt der Stegsystemlinie mit der Symme- trielinie des Profils liegend angenommen wird. 

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   Die Erzeugung eines zusätzlichen Schubkraftdrehmomentes, das sich erfindungsgemäss vorteilhaft durch Einbiegen des Steges in den Raum zwischen den Flanschen erreichen lässt, ist praktisch sehr leicht auf den üblichen Profiliermaschinen zu realisieren, da hiefür nur ein abgeänderter Walzensatz erforderlich ist. 



   Die Erfindung soll nachstehend an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den Zeichnungen zeigen Fig. l den Querschnitt eines Trägers nach der Erfindung, Fig. 2 ein Querkraftschaubild des belasteten Trägers nach Fig. l, Fig. 3 bis 7 verschiedene Querschnitte von Trägern nach der Erfindung in schematischer Darstellung. 



   Der Trägerquerschnitt nach Fig. 1 zeigt zwei waagrechte Flanschen --1 und 2-und einen einwärts zwischen die Flanschen eingebogenen   Steg 3  mit   den   Bereichen-3a   und 3b-. Die   Pfeile-4-deuten   den Schubfluss bei Belastung des Trägers durch die Querkraft-Q-an. Es ist ersichtlich, dass die an den Flanschen - l und 2-- verlaufenden Schubkräfte einander entgegengesetzt verlaufen, dass sie aber ein Drehmoment erzeugen von der Grösse 
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 worin    T, : T 2die   Schubkräfte, in Fig. 2 durch die Schubkraftflächen    T   und   T   dargestellt, bedeuten, während h die Entfernung von Flansch zu Flansch ist. 



   Bei dem erfindungsgemässen Querschnitt des Profils nach Fig. 1 verläuft der Schubfluss des Steges nicht in einer Geraden, da ja der   Steg --3- zwischen den Flanschen -1 j 2- einwärts   gebogen ist. Es entstehen in der Schubkraftdarstellung daher die    Schubkraftflächen-T und T.-.   Bezogen auf den   Pol-P-bilden   die Schubkräfte der Flansche und der Stegteile das Moment 
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Durch konstruktive Ausbildung kann erreicht werden, dass das Mass "a" so gross wird, dass der Wert für
Mt   negativ, d. h.   entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn drehend, wird. ges
Damit rückt der Schubmittelpunkt-M-aus seiner ursprünglichen Lage zum Schwerpunkt des Profils hin. Im Grenzfall decken sich beide.

   Verläuft die Wirkungslinie der   Querkraft-Q-durch-M-,   dann beträgt die Summe der Momente = Null, das Profil wird in diesem Fall durch kein Drehmoment zusätzlich beansprucht. Die Fig. 3 bis 7 zeigen weitere solche Gestaltungsmöglichkeiten des Profilquerschnittes von U- oder C-Trägern. Die Einwärtsbiegung kann also in geraden oder gekrümmten oder aus beiden zusammengesetzten Linien verlaufen. 



    PATENTANSPRÜCHE :    
1. Dünnwandiger Träger, insbesondere Blechprofilträger, dessen Längsschwerachse ausserhalb des Trägersteges liegt, und dessen Flanschen in senkrechter oder nahezu senkrechter Kraftrichtung zur Längsachsenausdehnung des Trägers belastet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Schubmittelpunkt (M) innerhalb desjenigen kleinsten Rechteckes oder nahezu an diesem liegt, das um die Aussenkonturen des Profilquerschnittes gezeichnet werden kann.

Claims (1)

1. 2. Träger nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (3) des Trägers zwischen den Flanschen einwärts gebogen ist.

   3. Träger nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (3) zwischen den Flanschen eingeknickt ist oder eine Kombination von Einknickung und Einbiegung aufweist.