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Die Erfindung bezieht sich auf einen Bauteil aus Beton, der durch Fasern, insbesondere Glasfasern bewehrt ist, wobei die Fasern über den Querschnitt und/oder die Länge des Bauteiles ungleichmässig angeordnet sind.
Ein derartiger Verbundwerkstoff, der bei Verwendung von Glasfasern auch Glasfaserbeton genannt wird, zeichnet sich insbesondere durch eine hohe Zug- und Biegezugfestigkeit, eine hohe Schlagzähigkeit, eine grosse Bruchdehnung und eine geringe Reissneigung aus. Bei den bekannten Bauteilen werden die Glasfasern je nach den gewünschten Eigenschaften durch Einmischen, Einrieseln, Einlegen und Eintauchen eingebracht.
Beim Einmischen werden Fasern mit einer Länge bis etwa 20 mm mit dem Beton vermischt, wobei eine annähernd dreidimensionale Faserverteilung entsteht. Das Einrieseln von Fasern bis etwa 50 mm Länge führt zu einer zweidimensionalen Verteilung der Fasern. Eine eindimensional Verteilung der Fasern ergibt sich beim Einlegen von Faserbündeln. Werden Gewebe, Matten, oder Vliese eingelegt, entsteht eine zweidimensionale Verteilung der Fasern.
Ein Nachteil des Glasfaserbetons sind dessen verhältnismässig hohe Kosten, die insbesondere durch die teuere Anschaffung der Fasern, aber auch durch die Art der Einbringung bedingt sind. Das Einmischen der Fasern ist einfacher und damit billiger durchzuführen als das Einrieseln und dieses ist wieder billiger als das Einlegen. Innerhalb der einzelnen Verfahrensarten sind die Kosten wieder von der Anzahl der eingebrachten Fasern abhängig.
Gemäss der CH-PS Nr. 564661 wird Faserbeton mit Stahlfasern nur in den niederer beanspruchten Teilen eines Trägers verwendet, wogegen in den höher beanspruchten Teilen, nämlich in der Zugzone, Bewehrungsstähle angeordnet sind. Das ist verhältnismässig teuer.
Die Erfindung hat es sich zum Ziel gesetzt, einen Bauteil der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Herstellungskosten geringer als die bekannter Bauteile sind, wobei jedoch die Belastungsfähigkeit des Bauteiles mindestens gleich sein soll. Dies wird dadurch erreicht, dass in Bereichen höherer Spannung eine stärkere Faserbewehrung und in Bereichen kleinerer Spannung eine schwächere Faserbewehrung angeordnet ist. Durch diese Anordnung kann eine übliche Bewehrung in Form von Bewehrungsstählen, wie sie in der CH-PS Nr. 564661 in der Zugzone verwendet wird, eingespart oder mindestens wesentlich verbilligt werden.
Die Anpassung der Faserbewehrung an den Spannungsverlauf kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen. So ist es möglich, dass die Fasern n-dimensional mit über den Querschnitt und/oder die Länge verschiedenem n angeordnet sind. Bei einem solchen Bauteil sind dann die Fasern in Bereichen höherer Spannung z. B. ein-oder zweidimensional, im Bereich kleinerer Spannung dreidimensional angeordnet. Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, dass die Fasern in Bereichen höherer Spannung in Form von Bündeln, Geweben, Matten oder Vliesen, in Bereichen kleinerer Spannung eingerieselt oder eingemischt angeordnet sind. Es ist aber auch möglich, dass die Fasern in Bereichen höherer Spannung eingerieselt, in Bereichen kleinerer Spannung eingemischt angeordnet sind. Ausser der Art der Anordnung der Fasern kann aber auch die Anzahl der eingebrachten Bewehrungsfasern verändert werden.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind daher die Fasern über den Querschnitt und/oder die Länge des Bauteiles in verschiedener Anzahl angeordnet.
Nachstehend ist die Erfindung an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten einfachen Ausführungsbeispieles näher erläutert, selbstverständlich ohne auf dieses Beispiel beschränkt zu sein. Die Fig. 1 zeigt dabei schematisch einen Träger mit rechteckigem Querschnitt auf zwei Stützen und die Fig. 2 und 3 zeigen Schnitte nach den Linien II-II und III-III.
Der Träger--l-ist auf statisch bestimmte Weise auf zwei Stützen gelagert und trägt z. B. eine gleichförmig verteilte Last. Der gefährliche Querschnitt II-II liegt demnach in der Mitte zwischen den beiden Auflagern, wobei sich über den Querschnitt die bekannte Spannungsverteilung mit Zugspannungen unten und Druckspannungen oben ergibt.
Im gezeichneten Beispiel sind gemäss Fig. 2 im Querschnitt II-II in der untersten Zugzone Faserbündel - eingelegt. In dem darüberliegenden Bereich bis zur neutralen Faser 0-0 sind die Fasern --3-eingerieselt, so dass sie im wesentlichen zweidimensional verteilt sind. Es ist dabei möglich, die in den einzelnen Schichten eingerieselten Fasern gegen die neutrale Faser 0-0 zu in ihrer Anzahl allmählich zu verringern. Die über der neutralen Faser liegende Zugzone ist durch eingemischt Fasern --4-- bewehrt, die sich in dieser Zone demnach in dreidimensionaler Verteilung befinden.
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Im Querschnitt III-III nahe dem Auflager (Fig. 3) ist die Zugzone überhaupt nicht bewehrt, wogegen in der Druckzone eingemischt Fasern --5-- angeordnet sind.
Der Übergang zwischen den beiden Querschnitten kann so erfolgen, dass vom Querschnitt 11-11 nach beiden Seiten ausgehend die Faserbündel --2-- in ihrer Anzahl allmählich verringert werden, wobei schliesslich auch die eingerieselten Fasern --3-- durch eingemischte Fasern --5-- ersetzt und die eingemischten Fasern --4-- weggelassen werden.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel wurde gewählt, um an einem einfachen Bauteil möglichst viele Anwendungsformen der Erfindung darstellen zu können. Die Erfindung ist jedoch keineswegs auf eine solche Ausführungsform beschränkt. In vielen Fällen wird es aus Herstellungsgründen zweckmässig sein, die Anordnung der Fasern lediglich über den Querschnitt des Bauteiles zu variieren und über die Länge gleichzulassen. Überhaupt sind im Rahmen der Erfindung eine Unzahl von Ausführungen möglich.
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The invention relates to a component made of concrete which is reinforced by fibers, in particular glass fibers, the fibers being arranged unevenly over the cross section and / or the length of the component.
Such a composite material, which is also called glass fiber concrete when using glass fibers, is characterized in particular by high tensile and flexural strength, high impact strength, high elongation at break and a low tendency to tear. In the known components, the glass fibers are introduced by mixing, trickling in, inserting and immersing, depending on the desired properties.
When mixed in, fibers with a length of up to approx. 20 mm are mixed with the concrete, creating an almost three-dimensional fiber distribution. The trickling in of fibers up to about 50 mm in length leads to a two-dimensional distribution of the fibers. A one-dimensional distribution of the fibers results when fiber bundles are inserted. If fabrics, mats or fleeces are inserted, the fibers are distributed in two dimensions.
A disadvantage of glass fiber reinforced concrete is its relatively high costs, which are due in particular to the expensive purchase of the fibers, but also to the type of introduction. Mixing in the fibers is easier and therefore cheaper to carry out than trickling in, and this is again cheaper than inserting. Within the individual types of process, the costs again depend on the number of fibers introduced.
According to CH-PS No. 564661, fiber concrete with steel fibers is only used in the lower stressed parts of a girder, whereas reinforcing steel is arranged in the higher stressed parts, namely in the tensile zone. That is relatively expensive.
The invention has set itself the goal of creating a component of the type mentioned at the outset, the production costs of which are lower than the known components, but the load capacity of the component should be at least the same. This is achieved in that a stronger fiber reinforcement is arranged in areas of higher tension and a weaker fiber reinforcement is arranged in areas of lower tension. With this arrangement, the usual reinforcement in the form of reinforcing steel, as used in CH-PS No. 564661 in the tensile zone, can be saved or at least significantly cheaper.
The fiber reinforcement can be adapted to the stress curve in various ways. It is thus possible for the fibers to be arranged n-dimensionally with n different over the cross section and / or the length. In such a component, the fibers are then in areas of higher tension z. B. one- or two-dimensional, three-dimensionally arranged in the area of lower voltage. This can e.g. B. can be achieved that the fibers in areas of higher tension in the form of bundles, fabrics, mats or fleeces, in areas of lower tension are trickled or mixed. However, it is also possible for the fibers to trickle in in areas of higher tension and to be arranged mixed in in areas of lower tension. In addition to the type of arrangement of the fibers, the number of reinforcement fibers introduced can also be changed.
According to a further feature of the invention, the fibers are therefore arranged in different numbers over the cross section and / or the length of the component.
The invention is explained in more detail below using a simple exemplary embodiment shown in the drawings, of course without being restricted to this example. Fig. 1 shows schematically a carrier with a rectangular cross section on two supports and Figs. 2 and 3 show sections along the lines II-II and III-III.
The carrier - l - is supported in a statically determined manner on two supports and carries z. B. a uniformly distributed load. The dangerous cross-section II-II is therefore in the middle between the two supports, whereby the known stress distribution with tensile stresses below and compressive stresses above results over the cross-section.
In the example shown, fiber bundles are inserted in the lowermost tension zone according to FIG. 2 in cross section II-II. In the area above it up to the neutral fiber 0-0, the fibers --3- are trickled in, so that they are essentially distributed two-dimensionally. It is possible to gradually reduce the number of fibers that have sprinkled into the individual layers compared to the neutral fiber 0-0. The tensile zone above the neutral fiber is reinforced by mixed-in fibers --4--, which are therefore in a three-dimensional distribution in this zone.
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In cross-section III-III near the support (Fig. 3) the tensile zone is not reinforced at all, whereas fibers --5-- are mixed in in the pressure zone.
The transition between the two cross-sections can take place in such a way that, starting from cross-section 11-11 on both sides, the number of fiber bundles --2-- is gradually reduced, with the fibers that have trickled in --3-- due to mixed-in fibers - 5-- replaced and the mixed-in fibers --4-- omitted.
The illustrated embodiment was chosen in order to be able to represent as many forms of application of the invention as possible on a simple component. However, the invention is in no way restricted to such an embodiment. In many cases, for manufacturing reasons, it will be expedient to vary the arrangement of the fibers only over the cross section of the component and leave the same over the length. In general, a myriad of designs are possible within the scope of the invention.