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Die Erfindung bezieht sich auf ein Bogentragwerk aus armiertem Beton zur Aufnahme permanenter und/oder variabler Lasten, bei weichem wenigstens ein endseitig an Widerlagern abgestützter Tragbogen vorgesehen ist, wobei bei Vorhandensein mehrerer Tragbogen diese in Längsrichtung aneinander anschliessend gegeneinander und die endseitigen Tragebogen mit ihren freien Enden an den Widerlagern abgestützt sind.
Bisher werden derartige Bogentragwerke entweder aus starren Bögen hergestellt, welche an Ort und Stelle, z. B. durch Ortbeton oder aber durch Gewölbemauerwerk, erstellt werden Diese Ausbildung hat den Nachteil, dass z. B. bei Ortbeton Schalungen mit Armierungen u. dgl. hergestellt werden müssen, wobei diese Schalungen dann bis zum Erreichen der vollen Tragfähigkeit des Betons belassen werden müssen, um nicht durch zu frühes Belasten eine Rissbildung zu bewirken.
Ausserdem benötigen starre Bögen sehr viel Material, wodurch das Bogentragwerk schwer und klobig wird.
Es sind auch bereits Bogentragwerke aus biegeweichen Bogenelementen bekannt, wobei diese biegeweichen Bögen an ihren Auflagepunkten über Gelenke an einem Widerlager abgestützt sind, wobei die beiden einander gegenüberliegenden Widerlager durch Zuganker miteinander verbunden sind Dies ist deshalb notwendig, da die Kräfte innerhalb des Bogens bei Belastung im Auflager aufzunehmen sind, wobei die beiden Widerlager gegen ein Voneinanderwegbewegen gesichert sein müssen. Dazu sind in der Bodenplatte Zuganker eingelegt, die die Widerlager in der vorgegebenen Distanz halten Ausserdem sind derartige biegeweiche Schalen für eine variable Belastung nur sehr bedingt geeignet, da eine variable, insbesondere eine asymmetrische Belastung, zu einem Ausweichen des Bogens in Richtung des unbelasteten Teils führen kann.
Dabei muss die Steifigkeit des Schüttgutes als statischer Widerstand mitherangezogen werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bogentragwerk der eingangs genannten Art zu schaffen, welches vorgefertigt leicht und schnell errichtet werden kann Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass jeder Tragbogen ein vorgefertigtes Bauelement aus nicht vorgespannten Beton ist, welches im Bereich der Widerlager bzw. gegenseitigen Abstützung als starrer Abstützknoten ausgebildet ist, der zum Zenith des Bogens zu in einem Bogenbereich übergeht, dass jeder Tragbogen in horizontaler Richtung über im wesentlichen vertikal verlaufende Anlageflächen des starren Abstützknotens gegen das Widerlager bzw der benachbarten Tragbogen eingespannt ist.
Eine derartige Ausbildung hat den Vorteil, dass einerseits die schlanke und leichte Bauweise aufgrund des Bogenbereichs, der biegeweich ausgebildet ist, erreicht wird, sodass aufgrund der Ausbildung als Fertigteile ein schnelles und einfaches Versetzen der Bogenelemente erzielt ist, wobei anderseits aufgrund des starren Knotenbereiches ein Ausweichen des biegeweichen Bogenteil bei asymmetrischer Lastverteilung stark verringert wird, da der starre Knotenbereich den biegsamen Bogen starr einspannt und kein Gelenk bildet. Der starre Knotenbereich kann dadurch die auftretenden Kräfte, nämlich die seitlichen Kräfte über das Widerlager und die vertikalen Kräfte durch das Auflager, direkt in den Boden ableiten. Bei einem tragfähigen Boden erübrigen sich damit spezielle Zuganker u. dgl.
Durch die Horizontalkräfte übertragende Stützflächen aufweisenden, starren Abstützknoten ist im Abstützbereich ein charakteristisches Bogentragwerk gegeben, das alle Druckresultierenden des biegeweichen Bogenbereichs über diese Stützflächen ableitet. Hiedurch wird vermieden, dass im Biegebereich Zugbeanspruchungen des Betons auftreten, wodurch einer Rissbildung vorgebeugt ist.
Damit unterscheidet sich die erfindungsgemässe Ausbildung auch klar von den sogenannten "Dreigelenksbögen", welche Rahmenkonstruktionen mit hohen Biegemomentbelastungen darstellen, also keinen"Tragbogen"bilden.
Vorteilhafterweise können im Bogenbereich die obere und die untere Deckfläche zueinander parallel verlaufen und im Bereich der Abstützknoten zur Anlagefläche hin divergieren. Durch diese Divergenz der oberen und unteren Begrenzungsflächen wird auf einfache Weise die Starrheit des Abstützknotenbereichs erzielt. Weiters kann jeder Tragbogen in an sich bekannter Weise in Längsrichtung geteilt sein, wobei zwei Tragbogen mit ihren Bogenbereichen gegeneinandergerichtet über ein zwischen den Bogenbereichen zwischengeschaltetes Gelenk miteinander verbunden sind.
Durch diese Ausbildung wird ermöglicht, auch grössere Spannweiten durch vorgefertigte Bauelemente überbrücken zu können, da die geteiligten Tragbogen auf Tiefladern transportierbar sind und damit leicht auf die Baustelle angeliefert werden können
Um eine entsprechende lichte Höhe auch im Randbereich zu erzielen, kann im Querschnitt die untere Begrenzung als parallel zur Längsachse gerührter Ellipsenabschnitt ausgebildet sein, wobei
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vorzugsweise die Längsachse der Ellipse im Bereich der unteren Auflagerfläche des Abstützknotens verläuft.
Schliesslich können die Tragbogen wenigstens im Abstützknotenbereich an der Unterseite mit Ausnehmungen versehen sein, wobei vertikale Stege bzw Wandungen entlang aller aussenseitigen
Begrenzungskanten belassen sind. Damit wird eine leichtere Ausbildung geschaffen, welche neben einer Materialeinsparung auch eine grosse Gewichtseinsparung ergibt, was für den Transport der einzelnen Tragbogen von grossem Vorteil ist, wobei die Druckresultierenden in den in Längsrichtung des Tragbogens verlaufenden Begrenzungsstegen verlaufen, was die bereits oben erwähnten Effekte ergibt.
In der Zeichnung sind Ausrührungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Flg. 1 zeigt eine Seitenansicht des erfindungsgemässen Bogentragwerkes, u. zw. einen zwischen zwei anschliessenden Bögen gelegenen Bogen. Fig. 2 gibt das Widerlagerbereich eines endseitigen Bogens wieder. Fig 3 veranschaulicht im Querschnitt einen Unterführungsbereich od. dgl., welcher an seiner Oberseite mit einer Schüttung versehen ist oder welcher als Tragteil für eine in Längserstreckung des Bogens verlaufende Strasse od dgl. gebildet ist. Fig 4 gibt eine der Fig. 3 analoge Querschnittsansicht wieder, wobei das Bogentragwerk als Decke einer Garage od dgl. eingesetzt ist.
Die Fig 5-7 veranschaulichen den Verlauf der Druckresultierenden unter unterschiedlichen Lastfällen, wobei oberhalb des jeweiligen Bogentragwerkes der zutreffende Lastfall angezeigt ist
In Fig 8 ist ein geringfügig abgewandeltes Ausführungsbeispiel wiedergegeben, wobei im Bereich des Abstützknotens eine an der Unterseite vorgesehene Ausnehmung vorhanden ist. Flg 9 zeigt einen Schnitt nach Linie IX-IX der Fig. 8. Fig. 10 gibt eine Unteransicht des Tragbogens schaubildlich wieder.
Jeder Tragbogen 1 weist einen biegeweichen Bereich 2 und einen Abstützknotenbereich 3 auf, wobei im vorliegenden Fall die Tragbogen 1 aus Halbbogen gebildet sind, von denen jeder gleich aufgebaut ist, wobei zwei derartige Halbtragbogen mit den biegeweichen Bereichen 2 einander zugewandt, über ein Gelenk 8 miteinander verbunden sind und so das Traggewölbe bilden. Jeder Tragbogen 1 stützt sich über seinen Abstützknotenbereich ab, u. zw. der endseitige Abstützknotenbereich 3 über seine Anlagefläche 3'an einem Widerlager 4 und bei mehreren aneinanderliegenden Tragbogen 1 an der Anlagefläche 3'an dem anschliessenden nächsten Tragbogen.
Weiters stützt sich der Abstützknotenbereich 3 über die Auflagefläche 3'im Endberelch an einem Auflager 5 und im Bereich zwischen mehreren Tragbogen an einem Sockel 6 ab, wobei der Sockel 6 über eine Sockelplatte 7 im Erdboden verankert ist Zwischen den Sockeln ist der Boden 9 einer Garage frei eingezogen, welcher zu den Sockeln keine kraftschlüssige Verbindung besitzt.
Wie aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich, sind die Tragbogen 1 an der Oberseite mit einer Deckung 13 versehen, welche entweder eine lose Schüttung aus Bodenmaterial sein kann, die dann zur Begrünung der gesamten Fläche dienen kann. Es kann allerdings auch eine Fahrbahn vorgesehen sein, die entweder in Längsrichtung oder aber auch quer zur Erstreckung der Tragbogen 1 verläuft. Fig 3 zeigt die Anwendung des Tragbogens als Tunnelgewölbe bzw. als Unterführung, in weichem die Fahrtrichtung der Fahrzeuge quer zur Längserstreckung des Tragbogens 1 verlaufen. Durch entsprechende Wahl der Höhe der Sockel 6 ist genügend Höhe auch im Randbereich gegeben, sodass im Randbereich ein geschützer Fussweg und auch ein Radweg vorhanden sind.
Eine solche abgestufte Möglichkeit, bei welcher die Fahrbahn der Fahrzeuge tiefer als die Sockelplatte 7 liegt, ist deshalb möglich, weil im Boden- bzw. im Fahrbahnbereich ein Zuganker bzw. eine sonstige kraftschlüssige Verbindung zwischen den benachbarten Sockelplatten nicht erforderlich ist.
In Fig. 4 ist als Ausführungsbeispiel eine Garage gezeigt, in welcher die Kraftfahrzeuge in Längsrichtung des Verlaufs des Tragbogens abgestellt werden. Aufgrund der Ausbildung des Tragbogens ist im Randbereich ebenfalls eine entsprechende lichte Höhe gegeben, um die Fahrzeuge abzustellen. Auch in diesem Fall kann die Deckung 13 entweder ein Erdmaterial zur Begrünung oder aber auch ein Betonmaterial für eine Fahrbahn, einen Abstellplatz oder sonstiges sein.
Sowohl bei Fig 3 als auch Fig. 4 ist ersichtlich, dass zwischen den Sockelplatten 7 bzw. den Sockeln 6 keine kraftübertragenden Verbindungen bestehen, sondern dass es sich bei den Fahrbahnen bzw. Böden 9 um auf den Boden aufgelegte Betonplatten handelt, die bekanntlich Zugkräfte nur sehr bedingt aufnehmen könnten.
Falls die Deckung 13 des Gewölbes als Fahrbahn oder sonstiger tragender Teil für variable Lasten ausgebildet sind, dann können die verschiedensten Lastfälle auftreten.
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In Fig. 5 ist ein asymmetrischer Lastfall gezeigt, d. h ein Lastfall, bei welchem die Last nur in einem seitlichen Teilbereich des Bogens auftritt Die Druckresultierende wandert dann, wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, in dem belasteten Teil unter die Symmetrieachse, im unbelasteten Teil jedoch über die Symmetrieachse. Man erkennt jedoch, dass sowohl im belasteten Teil als auch im unbelasteten Teil die Drucklinie jeweils in der Anlagefläche 3'des Abstützknotenbereiches endet, sodass die seitlichen Schubkräfte direkt auf den nächsten Bogen bzw. auf das Widerlager 4 übertragen werden und nicht vom Sockel 6 oder vom Auflager 5 aufgenommen werden müssen.
In den Fig. 6 und 7 sind symmetrische Lastfälle wiedergegeben, u. zw. in Fig 6 eine Belastung, in welcher das Bogentragwerk gleichmässig in der Mitte belastet wird. Es ist auch hier erkennbar, dass die Drucklinie im Bereich des biegeweichen Bogens 2 etwas unter die Symmetrieachse gedrückt wird, und dass die Drucklinien im Bereich des Aufstützknotens 3 nach oben wandern, u. zw. in den Bereich der oberen Deckfläche 2'des Tragbogens. Auch bei dieser Ausführungsvariante enden die Drucklinien im Bereich der Anlagefläche 3', sodass einerseits die Schubkräfte direkt vom nächsten Tragbogen oder vom Widerlager aufgenommen werden.
Ausserdem wird dadurch, dass die Drucklinien immer innerhalb des Bogens liegen, vermieden, dass Zugkräfte in Bereichen des Tragbogens auftreten, wodurch Risse gebildet werden könnten
Bei dem symmetrischen Lastfall gemäss Fig. 7 werden die Tragbogen am Rande belastet, sodass die Drucklinien dort im Randbereich unterhalb der Symmetrieachse zu liegen kommen, im Bereich des biegeweichen Bogens aber im oberen Bereich, wobei die Drucklinien im biegeweichen Bogenbereich innerhalb der Umhüllenden dadurch gehalten werden, dass sich der biegeweiche Bogenbereich durch die Belastung verformen kann und damit die Drucklinien eingeengt innerhalb der Umhüllenden verbleiben.
Die zweite Ausführungsvariante, die in den Fig. 8-10 wiedergegeben ist, zeigt im Bereich des Abstützknotens 3 eine Ausnehmung 10 an der Unterseite des Bogentragwerkes, welche Ausnehmung zum benachbarten nächsten Tragbogen bzw zum Widerlager hin durch eine Wandung 11 und seitlich durch Stege 12 begrenzt ist. Bei dem wiedergegebenen Ausführungsbeispiel ist die Ausnehmung lediglich im Abstützknotenbereich vorhanden, sie könnte jedoch gegebenenfalls auch im Bereich des biegeweichen Bogens vorgesehen sein, falls dies die statischen Vorgaben ermöglichen. Auch bei dieser Ausführungsvariante verlaufen die Druckkräfte innerhalb der oberen und unteren Begrenzungsflächen des Tragbogens, wobei allerdings die Druckkräfte) lediglich über die Stege 12 abgetragen werden.
Eine solche Ausbildung gibt eine leichtere Ausführungsvariante, was für den Transport der Bogenteil sehr wichtig ist.
Zusammengefasst kann der Vorteil der vorliegenden Ausführung darin gesehen werden, dass der Scheitel des Bogentragwerkes sehr dünn ist und sich mit einer biegeweichen Schale vergleichen lässt, da die Resultierende gezwungen ist, durch das Gelenk im Scheitel hindurchzugehen, wobei das Wandern der Druckresultierenden in diesem Bereich sehr eingeschränkt ist. In einer biegeweichen Schale bleiben nämlich die Drucklinien immer im Querschnitt, u. zw. deshalb, weil der biegeweiche Bogen aufgrund der Belastung verformt wird und das statische Gleichgewicht nicht durch das Wandern einer Drucklinie innerhalb des Betonkörpers, sondern durch die Änderung der statisch mitwirkenden Erddruckkomponente, die durch die Biegung des Bogens hervorgerufen wird, erreicht wird.
Der Auflagerknotenbereich ist ein starrer Bogenteil und entspricht den üblichen starren Bogentragwerken, bei welchen die Drucklinie innerhalb des Querschnitts gehalten wird bzw gehalten werden muss, wobei aufgrund der Wanderung der Drucklinien aufgrund der Belastung ein starrer Knoten entsprechend stark ausgebildet sein muss.
Ein weiterer Vorteil ist die hohe Raumlichte, insbesondere in der Nähe des Auflagerpunktes, was durch den Übergangsbereich zwischen biegeweichem Bogen und starrem Auflagerknoten erzielt ist, da die untere Begrenzungsfläche 2"eben entlang einer Ellipse verläuft, welche zum Bereich der Längsachse der Ellipse zu steil abfällt. Es wird also im Auflagerknotenbereich rasch an Höhe gewonnen und erst allmählich setzt die Krümmung in Richtung flacher Bogenbereich ein.
Ausserdem wird aufgrund des Verlaufs der Drucklinien erzielt, dass auf die Bodenauflager bzw.
Sockel keine seitlichen Kräfte einwirken, sondern dass die seitlichen Kräfte entweder durch benachbarte Bogenbereiche oder aber durch ein Widerlager 4 direkt abgetragen werden, die Auflager 5 bzw. Sockel 6 somit lediglich die vertikalen Druckkräfte aufnehmen müssen.
Schliesslich wird, wie schon erwähnt, aufgrund des Verlaufs der Drucklinien erreicht, dass das gesamte Bogentragwerk auch unter verschiedenen Belastungen zugspannungsfrei verbleibt, dies trotz der Tatsache, dass das vorgefertigte Bauelement aus nicht vorgespanntem Beton besteht.