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Die Erfindung bezieht sich auf einen Holzträger mit auf Zug und Druck vorgespannten Bewehrungen, deren Führung dem Momentenverlauf weitgehend angepasst ist, wobei der Holzträger vorzugsweise aus zwei durch eine Leimfuge verbundenen Teilträgern gebildet ist.
Es ist bekannt, Holzträger, besonders Brettschichtträger, ähnlich wie Spannbetontragwerke durch Spannglieder mit Endverankerungen zu verstärken. Dabei werden die Spannglieder gegen das Holz des Trägers auf Zug vorgespannt und dadurch im Holz Spannungen erzeugt, die zum Teil der äusseren Last des Trägers entgegenwirken : Die aus der Vorspannung herrührenden Biegemomente im Holzträger sind in der Regel erwünscht, insbesonders bei dem Verlauf der äusseren Momente angepasster Spanngliedführung, denn sie entlasten den Träger in der Zug- und in der Druckzone.
Die von der Zugspannbewehrung auf den Träger ausgeübte Normalkraft hat hingegen für den Träger einen gravierenden Nachteil. Sie erzeugt in allen Trägerquerschnitten Druckspannungen, die wohl die Biegezone weiter entlasten, die aber die Biegedruckzone zusätzlich zu den Spannungen aus der äusseren Last belasten. Durch die gesamte Wirkung der Zugspannbewehrung in einem Holzträger wird daher die Druckzone nur wenig entlastet.
Besonders bei dem im Holzleimbau aus Herstellungsgründen bevorzugten Träger im Rechteckquerschnitt ist die Steigerung der Tragfähigkeit durch Verwendung von Zugspannbewehrung deshalb gering und besitzt wegen des hohen Aufwandes für die Zugspannbewehrung und für deren Korrosions- und Feuerschutz schon dadurch kaum Bedeutung.
Damit der Spannstahl bei einem Feuer nicht frühzeitig von den Flammen erreicht wird, darf es weiterhin als bekannte Praxis angesehen werden, die Zugspannbewehrung im Inneren des Trägers in einer lotrechten Ebene parallel zur Trägerachse anzuordnen. Praktisch geht man dabei so vor, dass der Träger aus schmäleren Teilträgern, die miteinander verleimt werden, zusammengesetzt wird. Vor dem Verleimen werden in den Teilträgern von der späteren Leimfuge aus die Kanäle für die Zugspannbewehrung gefräst und die Zugspannglieder verlegt. Die Hauptschwierigkeit der Herstellung eines solchen mit Zugspanngliedern bewehrten Trägers liegt in der geringen Querzugfestigkeit des Holzes.
Die Spaltzugkräfte in der Nähe der Verankerungsstellen der Zugspannglieder, wo konzentrierte Kräfte in den Träger eingeleitet werden, können vom Holz allein nicht aufgenommen werden, es sei denn, sehr grosse, steife Ankerkörper verteilen die konzentrierten Kräfte vor ihrer Einleitung in das Holz.
Es ist bekannt, dass man den Nachteil der nur geringen Entlastung der Biegedruckzone bei alleiniger Verwendung von Zugspannbewehrung verringern oder vermeiden kann, wenn man den Holzträger auch mit Druckspannbewehrung verstärkt, wodurch sich die Biegetragfähigkeit des unbewehrten Holzträgers bis auf rund das 2, 4fache steigern lässt. Die Druckspannbewehrung besteht aus hochfesten Stahlstäben vorzugsweise runden Querschnittes, die im Träger längsbeweglich geführt, von aussen auf Druck vorgespannt und in Ankerkörpern verankert wird. Damit diese Ankerkörper nicht ausreissen, müssen sie mit den Ankerkörpern der Zugspannglieder verbunden sein.
Da aus metallurgischen und verarbeitungstechnischen Gründen die Querschnittsgrösse eines für Druckbeanspruchung hochfesten Stahles begrenzt ist, sind bei Holzträgern grösserer Spannweite in der Regel mehrere, auf Druck vorgespannte Stahlstäbe notwendig.
Im Hinblick darauf, dass die Ankerkörper der Druckspannglieder und der Zugspannglieder aus statischen Gründen zusammengeführt werden müssen, wären demnach bei einem grösseren Träger mehrere Zug- und mehrere Druckspannglieder notwendig, die, da sie einander kreuzen müssen, zu einem komplizierten System von Ausfräsungen führen würden.
Wollte man die notwendigen Druckstäbe zu einem einzigen gebündelten Druckspannglied zusammenfassen, das dann zur Vermeidung von Kreuzungsstellen mit einem einzigen Zugspannglied kombiniert werden könnte, so ergäben sich gravierende Nachteile : Die beim Vorspannen des Bündels durch die Wellenbildung der Druckstäbe entstehenden Seitenkräfte auf das umgebende Holz addieren sich beim Bündel, da dessen Druckstäbe mit hoher Wahrscheinlichkeit an denselben Orten gleichgerichtete Amplituden der Knickwellen ausbilden. Die Beanspruchung des umgebenden Holzes auf Querzug und Querdruck wird dadurch vervielfacht.
Wegen der besonders geringen Querzugfestigkeit des Holzes besteht dadurch gerade im Bereich der höchsten Biegebeanspruchung des Trägers, wo die Druckspannbewehrung aus statischen Gründen nahe dem Druckrand geführt ist, die akute Gefahr des Versagens durch das Aufreissen des Trägers parallel zur Faser schon beim Vorspannen.
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Weiters ist es wegen der hohen Biegebeanspruchung des Trägers in dem angesprochenen Bereich notwendig, die Ausfräsungen in den Teilträgern für das gebündelte Druckspannglied und für das Zugspannglied so präzise auszuführen, dass sie beim Zusammenfügen der Teilträger einander genau gegenüberliegen und keine, den Holzquerschnitt weiterschwächende Nacharbeiten erforderlich werden.
In Anbetracht der Grösse der Teilträger und der unterschiedlichen Verformungen der Teilträger durch Feuchtigkeit und Temperatur ist diese geforderte Doppelpassung besonders schwer erreichbar. Die Teilträger ungleich breit zu machen, so dass die Kanäle zur Gänze in dem breiteren Teilträger eingefräst werden könnten, wodurch wenigstens die Passungsprobleme entfielen, ist nicht sinnvoll, denn der schmälere Teilträger würde so schmal werden, dass er beim Pressen seiner Leimfugen instabil würde oder man müsste ihn unwirtschaftlich breit ausführen.
Der Verdienst der Erfindung liegt nun darin, die angeführten Nachteile und Schwierigkeiten erkannt und Lösungen gefunden zu haben, die den wirtschaftlichen Bau von doppelt vorgespannten Holzträgern erlauben.
Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, dass die an den Enden in gemeinsamen Ankerkörpern verankerte Zugspannbewehrung nur aus einem einzigen Strang gebildet ist, die Druckspannbewehrung hingegen zumindestens im biegedruckrandnahen Bereich in mehrere, aus Einzelstäben oder Kleinbündeln bestehende Druckspannglieder aufgeteilt ist, die voneinander der Höhe und/oder der Seite nach so weit versetzt sind, dass jedes allseitig von Holz umgeben ist.
Dadurch, dass die Zugspannbewehrung in einem einzigen Strang zusammengefasst und dieser an den Enden mit der gesamten Druckspannbewehrung gemeinsam verankert ist, kann man, was das Fräsen und Verankern der Bewehrungen betrifft, die Vorteile des Bündelns ausnutzen, denn es gibt keine überschneidenden Spanngliedführungen ; die im Bereich grosser Momente im randnahen Bereich der Druckspannbewehrung bei der Bündelung auftretenden besonders hohen Querzugsspannungen im Holz sind durch die zumindest dortige Aufteilung der Druckspannglieder auf einen Bruchteil verringert. Dieser entspricht aber bei weitem nicht dem Anteil der Querschnittsfläche des Druckspanngliedes am Gesamtquerschnitt der Druckspannbewehrung.
Durch die getrennte Führung der Druckspannglieder ist nämlich die Wahrscheinlichkeit, dass alle Stäbe bei ein und demselben Trägerquerschnitt Knickwellenamplituden aufweisen und dass diese noch dazu die gleiche Richtung besitzen, äusserst gering. Aber selbst wenn dies der Fall sein sollte, sind die örtlich von den einzelnen Druckspanngliedern auf das Holz ausgeübten Umlenkkräfte durch das zwischen den Druckspanngliedern befindliche Holz schon auf eine gewisse Fläche verteilt, so dass es auch dann keineswegs zu solchen Spannungswerten kommen kann, wie sie bei der Bündelung der gesamten Druckspannbewehrung möglich sind.
Ein weiterer, beträchtlicher Vorteil der Aufteilung der Druckspannbewehrung in mehrere Einzelglieder liegt in der wesentlich geringeren Querschnittsschwächung im randnahen Bereich der Druckspannbewehrung, so dass der Träger aus diesem Grund schmäler gebaut werden kann.
Eine Weiterbildung des Erfindungsgedankens besteht darin, dass die Druckspannglieder seitlich von der die Teilträger trennenden Ebene versetzt sind, und die Kanäle für die Druckspannglieder jeweils zur Gänze innerhalb eines Teilträgers liegen. Dadurch werden die nur schwer oder nur durch Nacharbeit erreichbaren Doppelpassungen der Kanäle von Zug- und Druckspannbewehrung vermieden.
Ein weiterer erheblicher Vorteil liegt in dem Gedanken, die waagrechten Komponenten der gesamten Vorspannkräfte der Zug- und der Druckspannbewehrung im Bereich der gemeinsamen Ankerkörper nur mit so geringen Grössenunterschieden zu wählen, dass die resultierende Kraft (bei Überschuss an Zugspannkraft) im Holzträger nur so kleine Spaltzugkräfte ergibt, dass sie noch durch die zulässigen Querzugspannungen des Holzes aufgenommen werden können. Die Folge davon ist, dass die gemeinsamen Ankerkörper relativ klein im Verhältnis zur Trägerhöhe gehalten werden können und dass keine besonderen Massnahmen zur Aufnahme der Spaltzugkräfte erforderlich werden.
In den Zeichnungen ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles schematisch ver- anschaulicht. Fig. l zeigt schematisch den Träger auf zwei Stützen von der Seite ; Fig. 2 einen Trägerquerschnitt, die Fig. 3 bis 8 sind Spannungsbilder.
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1spannbewehrung --7-- verankert ist. Zur Einleitung der Kräfte der Spannbewehrungen in die Ankerkörper dienen die Endverankerungen --4a bzw. 7a--. Die Druckspannbewehrung --7-- ist im drucknahen Bereich in diesem Beispiel in die vier Druckspannglieder --7b bis 7e-- aufgeteilt.
Die Fig. 2 stellt einen Querschnitt durch den Träger etwa in der Feldmitte dar. Die beiden Teilträger --8 und 9-- sind vor dem Verleimen in der Fuge --10-- mit den Ausfräsungen --11a und
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sehen worden.
Die Ausfräsungen für die Druckspannglieder sind dabei der Höhe nach so versetzt, dass jedes
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spruchung (im randnahen Bereich der Druckspannbewehrung) vermieden wird.
In den Fig. 3 bis 7 sind mögliche Spannungsbilder für den Mittelschnitt des Trägers dargestellt, die unter vereinfachenden Annahmen (nur Bruttoholzquerschnitte berücksichtigt, Reibung in der Spannbewehrung vernachlässigt) gelten, wenn die waagrechten Komponenten der gesamten Vorspannkräfte der Zug- und der Druckspannbewehrung einander vollständig das Gleichgewicht halten.
Fig. 3 stellt die Spannungen CI infolge des Trägereigengewichtes dar und Fig. 4 die Span- nun gen CI infolge der Nutzlast. Die letzteren seien etwa doppelt so hoch wie die zulässigen Spannungen.
Fig. 5 zeigt die von der Vorspannung der Zugsspannbewehrung --4-- erzeugten Spannungen # p4 und sinngemäss Fig. 6 die von der Vorspannung der Druckspannbewehrung --7-- hervorgerufenen
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baren Zustand entspricht, wenn das Eigengewicht und die Vorspannungen gleichzeitig wirksam werden, ist in Fig. 7 dargestellt und mit #g+p bezeichnet. Die Randwerte von # g+p entsprechen bei der höchstmöglichen Vorspannung den zulässigen Spannungen des Holzes bei Biegung.
Wird auf den derart vorgespannten Holzträger die Nutzlast aufgebracht, so überlagern sich die Spannungen von Fig. 4 mit jenen der Fig. 7. Das Ergebnis, die innerhalb der zulässigen Werte liegenden Spannungen CI + + zeigt Fig. 8.
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Grenzen gesetzt sind, ist die gegenseitige Aufhebung der waagrechten Komponenten der Vorspannkräfte an ihrem theoretischen Schnittpunkt innerhalb der Ankerkörper, wie oben vorausgesetzt, nicht vollständig erreichbar, aber auch gar nicht erwünscht.
Um das Klaffen der Stossfugen --13-- (Fig. 1) unter Vollast oder bei geringer Überschreitung dieser zu vermeiden, ist es sinnvoll, die Vorspannkraft der Zugspannbewehrung etwas grösser als die waagrechte Komponente der Vorspannkraft der Druckspannbewehrung zu wählen, so dass die Differenzkraft auf die Fugen --13-- drückt.
Die Überdrückung soll aber höchstens so gross sein, dass die daraus entstehenden Spaltzugkräfte im Holz des Trägers noch von den zulässigen Querzugspannungen des Holzes aufgenommen werden können.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Holzträger mit auf Zug und auf Druck vorgespannten Bewehrungen, deren Führung dem Momentenverlauf weitgehend angepasst ist, wobei der Holzträger vorzugsweise aus zwei durch eine Leimfuge verbundenen Teilträgern gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Enden mit der Druckspannbewehrung in gemeinsamen Ankerkörpern (5, 6) verankerte Zugspannbewehrung (4) nur aus einem einzigen Strang gebildet ist, die Druckspannbewehrung (7) hingegen zumindest im biegedruckrandnahen Bereich in mehrere, aus Einzelstäben oder Kleinbündeln (7b bis 7e) bestehende Druckspannglieder aufgeteilt ist, die voneinander der Höhe und/oder auch der Seite nach so weit versetzt sind, dass jedes allseitig von Holz umgeben ist.