AT508047A1

AT508047A1 - Tragkonstruktion

Info

Publication number: AT508047A1
Application number: AT0043709A
Authority: AT
Inventors: Johann Dr Ing Kollegger; Philipp Dipl Ing Egger
Original assignee: Univ Wien Tech
Priority date: 2009-03-18
Filing date: 2009-03-18
Publication date: 2010-10-15
Also published as: JP5863637B2; KR20120013953A; RU2011142041A; WO2010106047A1; RU2526928C2; BRPI1012704A2; JP2012520954A; CN102388184A; CN102388184B; US20120047846A1; US9062456B2; EP2408968A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Tragkonstruktion mit zumindest einem Tragelement, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Tragkonstruktion kann beispielsweise ein Hochhaus, ein Schornstein, ein Turm oder eine Brücke sein.

Eine Tragkonstruktion besteht aus Tragelementen wie z.B. Staben, Balken, Scheiben oder Platten. Eine Tragkonstruktion im Anwendungsbereich des Bauingenieurwesens weist mindestens ein Auflager auf. Als Auflager können Lager oder Fundierungskonstruktionen dienen.

In Tragkonstruktionen können durch dynamische Einwirkungen (Erdbeben, Wind, Fußgänger auf Brücken, etc.) Schwingungen angeregt werden. Es gibt unterschiedliche Methoden zur Reduzierung der Schwingungen: • Veränderung der Frequenzlage

Um Schwingungen zu reduzieren, bietet sich als Gegenmaßnahme eine Verschiebung der Eigenfrequenz an, so dass der Abstand zur Erregerfrequenz möglichst groß wird. • Schwingungsisolierung

Durch die Einstellung von Masse, Dämpfung und Steifigkeit der Lagerung lässt sich die Eigenfrequenz der Tragkonstruktion und dadurch die Schwingungsreduktion beeinflussen. • Schwingungsdämpfer mit viskoser Dämpfungscharakteristik

Unter einem Schwingungsdämpfer versteht man eine an die Tragkonstruktion mittels einer Feder und eines Dämpfungselementes angekoppelte Zusatzmasse. • Tilger

Unter einem Tilger versteht man eine an die Tragkonstruktion mittels einer Feder angekoppelte Zusatzmasse. • Veränderung der Strukturdämpfung

Die Höhe der Dämpfung hat entscheidenden Einfluss auf die Schwingungsreduktion im Resonanzbereich. Es wird zwischen Dämpfung im Baustoff, Dämpfung in ·· ···· ··

Bauteilen und Verbindungsmittein und der Dämpfung durch Lagerung und Baugrund unterschieden.

Die Veränderung der Frequenzlage ist eine ausgezeichnete Methode zur Reduzierung von Schwingungen, wenn die Erregerfrequenz bekannt ist, z.B. bei vorgegebener Frequenz aus dem Betrieb einer Maschine. Im Bauwesen versucht man die Eigenfrequenz von Fußgängerbrücken und Tribünen aus dem durch Fußgänger oder Menschenansammlungen anregbaren Frequenzbereich zu verschieben.

Die Schwingungsisolierung erfordert einen hohen zusätzlichen Aufwand zur Isolierung des Bauwerks und zur Aufnahme der z.B. bei einem schwingungsisolierten Bauwerk bei einem Erdbeben auftretenden großen Horizontalverschiebungen.

Schwingungsdämpfer und Tilger sind Konstruktionen, die einen hohen Installations- und Wartungsaufwand verursachen.

Die Vergrößerung der Strukturdämpfung ist eine geeignete Methode zur Schwingungsreduktion von Tragkonstruktionen im Resonanzbereich und zur Energiedissipation z.B. bei einer Erdbebeneinwirkung.

Die durch das Erdbeben zugefuhrte Energie versetzt die Tragkonstruktion in Schwingungen. Ein Versagen der Tragkonstruktion kann verhindert werden, wenn eine wirksame Energieabsorption durch Dissipation der zugefuhrten Energie an möglichst vielen Stellen stattfindet und gleichzeitig die Abtragung der Vertikalbelastung (Eigengewicht und Nutzlasten) sichergestellt wird. In Tragkonstruktionen aus Stahl können beispielsweise Diagonalstäbe exzentrisch am Balken angeschlossen werden. Bei seitlicher Auslenkung der Tragkonstruktion als Folge einer Erdbebenbeanspruchung bilden sich Fließgelenke in den Balken in denen durch zyklisch - plastische Verformungen Energie dissipiert wird.

In Christian Petersen, Schwingungsdämpfer im Ingenieurbau, Verlag Maurer Söhne GmbH & Co. KG, München 2001, Kapitel 2, S. 43 und 44 ist eine Maßnahme zur Erhöhung der Strukturdämpfung für Hänger von Stabbogenbrücken beschrieben. Am Hänger (Tragelement) werden zwei Stahlstäbe fixiert und an mehreren Stellen durch Bandagen mit dem Hänger verschieblich verbunden. Bei einer Schwingbeanspruchung bewirken die Reibungskräfte in den Bandagen eine deutlich erhöhte Strukturdämpfung. Petersen schreibt, dass die von ihm beschriebene Lösung technisch schwierig zu realisieren ist und insbesondere der Korrosionsschutz problematisch ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Tragkonstruktion mit hoher Strukturdämpfung zu schaffen, die eine einfache Bauweise aufweist ist und keine erhöhten Aufwendungen für Korrosionsschutzmaßnahmen erfordert.

Diese Aufgabe wird durch eine Tragkonstruktion mit den kramzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Tragkonstruktion umfasst zumindest ein Tragelement, das zumindest einen Hohlraum aufweist, in dem zumindest ein Stab angeordnet ist. Die Gesamtquerschnittsfläche aller jeweils in einem Hohlraum angeordneten Stäbe ist kleiner als die Querschnittsfläche dieses Hohlraumes und das verbleibende Volumen des Hohlraumes ist mit einem Stoff verfüllt. Der Stab ist entlang seiner Längserstreckung relativ gegenüber dem Tragelement verschiebbar, wenn das Tragelement verformt wird. Weiters ist der Stäb an nur einer Stelle in Bezug auf das Tragelement unverschiebbar fixiert und so ausgebildet, dass er beim Auftreten von Relativschiebung zum Tragelement Energie dissipiert. Unter „Dissipieren“ ist der Übergang von einer Energieform in Wärme zu verstehen.

Ein „Stab“ ist in der Baustatik so definiert, dass er nur Zug- und Druckkräfte aufnehmen kann. In einem Stab können natürlich auch Biegemomente auftreten, die aber im Vergleich zu einem Balken von einer erheblich kleineren Größenordnung sind. Als Stäbe im Sinne der Erfindung kommen Stahlstäbe mit rundem oder rechteckigem Querschnitt, Spanndrahtlitzen, Stahlseile, die eine beträchtliche Steifigkeit aufweisen, Hohlprofile aus Stahl (rund oder polygonförmig) und Stäbe, Litzen und Drähte aus Faserverbundwerkstoffen in Betracht.

Durch die Fixierung des Stabes in Bezug auf das Tragelement an einer einzigen Stelle und die längsverschiebliche Ausführung des Stabes relativ zum Tragelement können bei Verformungen des Tragelements Relativverschiebungen zwischen Stab und Tragelement auftreten. Diese Relativverschiebungen sind gleich Null an der Stelle, wo der Stab in Bezug auf das Tragelement fixiert ist. Mit zunehmendem Abstand von dieser Fixierungsstelle werden die Relativverschiebungen zwischen Stab und Tragelement größer. Bei einer dynamischen Einwirkung auf die Tragkonstruktion werden an jeder Stelle des Stabes zyklische Relativverschiebungen zwischen Stab und Tragelement auftreten.

Zwischen Staboberfläche und Tragelement können Verbundspannungen, beispielsweise durch Reibung oder durch den im Hohlraum befindlichen Stoff, übertragen werden. Das zyklische Durchlaufen von Verbundspannungs-Relatiwerschiebungs-Beziehungen bietet die Möglichkeit Energie zu dissipieren. Abhängig von der Ausführung des Stabes und den Verbundspannungen, die durch Relatiwerschiebungen erzeugt werden, wird entlang des Stabes Energie dissipiert. Für gute Dissipation empfehlen sich Stäbe aus einem metallischen Werkstoff oder einen Faserverbundwerkstoff.

Um die Reibung zwischen Stab und Hohlrauminnenfläche zu erhöhen und damit die Dissipation zu fördern, ist es vorteilhaft, wenn die Oberfläche des Stabes und/oder die Innenfläche des Hohlraumes eine Rippung, ein Gewinde, eine Profilierung, Wülste oder Einzüge aufweist/aufweisen. Demselben Zweck können auch an der Oberfläche des Stabes befestigte streifenförmige, prismatische oder zylindrische Elemente dienen.

Zur Erzielung von beträchtlicher Dissipation ist in einer Fortbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Länge des Hohlraums mindestens das Zehnfache seines größten Durchmessers beträgt. In diesem Kontext hat es sich als günstig erwiesen, wenn der Hohlraum eine zylindrische oder prismatische Form aufweist.

Beispielsweise liegt der Durchmesser bzw. die Höhe des Querschnitts der Stäbe zwischen 10 mm und 200 mm, der Trägheitsradius somit zwischen 2,5 mm und 58 mm.

Der Stoff, mit dem das Volumen des Hohlraumes zwischen Staboberfläche und Tragelement verfüllt ist, kann vorteilhaft aus einer Flüssigkeit, einem granulären Material, einem Gas oder Gemischen der vorgenannten Stoffe bestehen.

Wird eine Flüssigkeit als Stoff zur Verfüllung des Hohlraumes verwendet, so werden beim Auftreten von Relativverschiebungen zwischen Stab und Tragelement Schubspannungen in der Flüssigkeit übertragen. Das Auftreten von Schubspannungen und der damit verbundenen Reibung zwischen den Stromfäden der Flüssigkeit, hat eine Energiedissipation zur Folge. Sowohl bei laminarer als auch bei turbulenter Strömung wird hierbei kinetische Strömungsenergie in Wärme übergeführt.

Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Viskositäten, insbesondere kinematischen Viskositäten zwischen IO-6 [m2/s] bis 1 [m2/s] sind als Stoff zur Verfüllung des Hohlraumes geeignet. Es kann zum Beispiel Wasser mit einer kinematischen Viskosität von 10 [m /s] bei

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Raumtemperatur oder Hydrauliköl mit einer kinematischen Viskosität von 10" [m /s] bei Raumtemperatur verwendet werden. 5 • · ·· ·· ···· ·· f .

Ein bevorzugtes Füllmedium für Dämpfungselemente ist Silikonöl. Silikonöle werden für einen breiteren Anwendungsbereich mit kinematischen Viskositäten von IO"6 [m2/s] bis 1 [m2/s] hergestellt. Von besonderer Bedeutung sind Methylsilikonöle. Sie sind farblos, geruchlos, nicht-toxisch und wasserabweisend. Sie weisen eine hohe Resistenz gegenüber Säuren und Laugen auf. Bei Umgebungstemperaturen sind sie praktisch nicht flüchtig. Der Schmelzpunkt liegt bei -50°C, da* Flammpunkt bei 250°C und die Zündtemperatur bei ca. 400°C. Die Dichte beträgt ca. 970 kg/m3

Methylsilikonöle weisen einen großen Viskositätsbereich und eine geringe Abhängigkeit der Viskosität von der Temperatur auf. Ein weiteres Merkmal ist die hohe Kompressibilität. Dadurch besteht auch bei sehr hoher Druckbeanspruchung keine Gefahr des Festwerdens des Silikonöls.

Stoffe zur Verfüllung des Hohlraumes aus granulärem Material umfassen beispielsweise Sand, Kies, Stahlkugeln, Kugeln aus Kunststoffen, Kugeln aus Ahmiinium oder metallische Kugeln mit einem Kunststoffuberzug. Auch eine Kombination von festen Füllstoffen, beispielsweise aus granulärem Material mit Flüssigkeiten, sind als Stoff für die Verfüllung des Hohlraumes geeignet.

Als gasförmige Füllmedien können unter anderem Luft oder Stickstoff verwendet werden.

Als Füllmedium könnte auch eine thixotrope Flüssigkeit verwendet werden. In manchen Nicht-Newtonschen Flüssigkeiten reduziert sich bei einer mechanischen Beanspruchung die Viskosität. Nach Aussetzung der Beanspruchung wird die Ausgangsviskosität wieder aufgebaut.

Um die Instandhaltung der erfindungsgemäßen Tragkonstruktion zu erleichtern, können der Stab und/oder da* Stoff austauschbar sein.

Zur Verhinderung von Korrosion oder Eindringen von Schmutz in den Hohlraum ist es vorteilhaft, wenn der Hohlraum dicht verschließbar ist.

Eine weitere Erhöhung der Dissipation durch den Stab erzielt man, wenn mindestens ein Abschnitt des Hohlraums, in dem der Stab geführt ist, eine Krümmung aufweist.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tragkonstruktion ist der Hohlraum im Tragelement im Abstand zur Schwerachse des Tragelements angeordnet. Je I ·· ·· ···· ··

6 größer der Abstand gewählt wird, desto größer ist die relative Verschiebbarkeit des Stabes und damit die Dissipation.

Eine gute Dämpfung von Schwingungen in einer erfindungsgemäßen Tragkonstruktion erreicht man, wenn die Abmessungen der Tragkonstruktion entlang ihrer Schwerachse mindestens zehn mal größer sind als in den orthogonal zur Schwerachse angeordneten Querschnitten und wenn ein Tragelement annähernd parallel und in einem Abstand zur Schwerachse der Tragkonstruktion angeordnet ist.

In einer günstigen Ausführungsform der Erfindung besteht das Tragelement aus Beton oder Mauerwerk, wobei der Hohlraum mittels eines Hüllrohrs ausgebildet ist. Das Hüllrohr wird während der Herstellung des Tragelements in den Beton oder das Mauerwerk eingebracht.

Zur weiteren Erhöhung der Reibung ist es vorteilhaft, wenn die dem Hohlraum zugewandte Oberfläche des Hüllrohrs und/oder die dem Tragelement zugewandte Oberfläche des Hüllrohrs eine Rippung, eine Profilierung, Wülste oder Einzüge aufweisen.

Eine weitere bevorzugte Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Tragkonstruktion zeichnet sich dadurch aus, dass der Stab außerhalb des Tragelements in einem Hohlprofil angeordnet ist, dass das Hohlprofil neben dem Tragelement angeordnet und mit diesem an mindestens drei Stellen fest verbunden ist, dass die Querschnittsfläche des Stabes kleiner ist als die innere Querschnittsfläche des Hohlprofils und dass das verbleibende Volumen im Hohlprofil mit einem Stoff verfallt ist.

Die erfindungsgemäß wird Im Folgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausfuhrungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt einer Tragkonstruktion mit einem in einem Tragelement angeordneten Hohlraum

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II - II der Fig. 1

Fig. 3 einen Schnitt der Tragkonstruktion 1 gemäß Fig. 1 mit einem in ein Tragelement eingebauten Stab, der am Auflager der Tragkonstruktion 1 eine Verankerung aufweist,

Fig. 4 einen Schnitt der Tragkonstruktion gemäß Fig. 3 im verformten Zustand,

Fig. 5 den Verlauf der Relativverschiebung Δ zwischen Stab und Tragelement entlang des

Stabes,

Fig. 6 den Verlauf der Schubspannung τ entlang des Stabes, ·#·· • · · · · ·· • ·. · · · · • · · · · · ·· ·· ···· ·· 7

Fig. 7 den Verlauf der Zugkraft Z entlang des Stabes,

Fig. 8 eine Schubspannung τ- Relatiwerschiebung Δ- Beziehung für einen Stoff, der in jedem Belastvingszyklus Energie dissipiert, wobei die τ-Δ- Beziehung durch ein elastisch- plastisches Verhalten charakterisiert ist,

Fig. 9 eine Schubspannung τ- Relatiwerschiebung Δ- Beziehung für einen Stoff, der in jedem Belastungszyklus Energie dissipiert, wobei die τ-Δ- Beziehung durch ein viskoses Verhalten charakterisiert ist,

Fig. 10 einen Schnitt Längs der Linie X - X der Fig. 3,

Fig. 11 einen der Fig. 3 entsprechenden Schnitt durch die Tragkonstruktion mit einer Festhaltung des Stabes am oberen Ende,

Fig. 12 einen Schnitt der Tragkonstruktion gemäß Fig. 11 im verformten Zustand,

Fig. 13 eine weitere Ausführungsform einer Tragkonstruktion mit einem außerhalb der Tragkonstruktion angeordneten Hohlprofil in dem sich ein Stab befindet,

Fig. 14 einen Schnitt der Tragkonstruktion gemäß Fig. 13 im verformten Zustand,

Fig. 15 einen Schnitt längs der Linie XV - XV der Fig. 13,

Fig. 16 eine weitere Ausführungsform einer Tragkonstruktion mit einem Stab der in Stabmitte eine Festhaltung auf weist und Fig. 17 einen Schnitt längs der Linie XVII - XVII der Fig. 16 Fig. 18 eine Tragkonstruktion bestehend aus Stützen, Balken und einem in eine Wand gekrümmt eingebauten Stab,

Fig. 19 eine Tragkonstruktion entsprechend der Fig. 18 mit fünf in eine Wand eingebauten Stäben,

Fig. 20 einen Schnitt längs der Linie XX - XX der Fig. 9,

Fig. 21 einen Schnitt längs der Linie XXI - XXI der Fig. 20,

Fig. 22 eine Stabbogenbrücke,

Fig. 23 einen Hänger der Stabbogenbrücke mit angeschlossenem Hohlprofil in dem ein Stab angeordnet ist,

Fig. 24 einen Schnitt längs der Linie XXIV - XXIV der Fig. 22 bzw. Fig. 23,

Fig. 25 eine weitere Tragkonstruktion mit einem innerhalb der Tragkonstruktion angeordneten Hohlprofil in dem sich ein Stab befindet,

Fig. 26 einen Schnitt der Tragkonstruktion gemäß Fig. 25 im verformten Zustand,

Fig. 27 einen Schnitt längs der Linie XXVII - XXVII der Fig. 25.

Bei der nachfolgenden Erläuterung wird zunächst auf Fig. 1 bis 10 Bezug genommen.

Eine Tragkonstruktion 1 zur Aufnahme einer am oberen Ende angreifenden Kraft F(t) ist in Fig. 1 im unverformten Zustand (F(t) = 0) dargestellt. Die Tragelemente 2 dieser 4> 4> 4

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Tragkonstruktion 1 bestehen aus Stäben und Balken. In einem als Stahlrohr ausgebildetem Tragelement 2 befindet sich ein Hohlraum 5. Die Schwerachse der Tragkonstruktion 1 ist mit 9 und die Schwerachse des Tragelements 2 ist mit 8 bezeichnet. Als Auflager 21 für die Tragkonstruktion dient ein Fundament 16. Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch das Tragelement 2 mit dem Hohlraum 5.

In der Fig. 3 ist ein Schnitt der Tragkonstruktion 1 gemäß Fig. 1 mit einem eingebauten Stab 4 und einer Verfüllung des verbleibenden Volumens des Hohlraum 5 mit einem Stoff 6 dargestellt. Der Stab 4 ist am Auflager 21 mit einer Verankerung 3 unverschieblich befestigt. Ausgehend von der Verankerung 3 wird zum besseren Verständnis entlang des Stabes 4 eine Wegkoordinate x eingeführt. Die Länge des Stabes 2 ist in der Fig. 3 mit 1 bezeichnet.

Gemäß Fig. 4 verformt sich die Tragkonstruktion 1 infolge der Kraft F(t), die eine zeitlich veränderliche Größe aufweist. Das Tragelement 2 mit dem eingebauten Stab 4 verformt sich sich gemäß der Darstellung in Fig. 4, indem es gestreckt und somit verlängert wird. Bei einer in entgegengesetzter Richtung angreifenden Kraft F(t) würde das Tragelement 2 gestaucht und sich somit verkürzen. Wenn der Hohlraum 5 nicht mit einem Stoff 6 verfällt wäre und die Reibung zwischen Stab 4 und Tragelement 2 gleich Null wäre, würde sich der Stab 4 bei der Verformung des Tragelementes 2 nur mit verbiegen, er würde aber seine Länge nicht ändern und nur untergeordnete Biegespannungen infolge der aufgezwungenen Verformung aufweisen. Die Summe der Normal Spannungen in jedem Querschnitt des Stabes 4 wäre gleich Null, d.h. die Normalkraft im Stab 4 wäre gleich Null. In Abhängigkeit von der Größe der Spannungen, die im Stoff 6 bei der Verformung vom Tragelement 2 und Stab 4 geweckt werden, werden sich im Stab 2 Normalspannungen aufbauen. Die Summe bzw. das Integral dieser Normalspannungen über eine beliebige Querschnittsfläche des Stabes 4 entspricht der Normalkraft im Stab 4 und wäre ungleich Null.

In Fig. 4 ist der Stab 4 im Tragelement 2 von einem Stoff 6 umgeben. Bei Belastung der Tragkonstruktion 1 mit der Kraft F(t> treten sowohl Normalkräfte im Stab 4 als auch Relativverschiebungen Δ(χ) zwischen Stab 4 und Tragelement 2 auf.

Ein möglicher Verlauf der Relativverschiebungen Δ(χ) entlang des Stabes 4 ist in Fig. 5 darstellt. Die Schubspannung τ(χ) auf der Oberfläche des Stabes 4, die als Folge der Relativverschiebungen Δ(χ) entstehen, sind in Fig. 6 dargestellt. Die Integration der Schubspannungen τ(χ) über die Oberfläche des Stabes 4 ergibt den in Fig. 7 dargestellten Verlauf der Normalkraft N(x) entlang des Stabes 4. Für das in Fig. 4 gezeigte Beispiel ist die Normalkraft N(x) eine Zugkraft. * · · · ···»· ψ • · · · ·· ····· « • · · · · · · m 9 ♦ · ·· ·♦·· #« ι ··· 9

Ein möglicher Zusammenhang zwischen Relatiwerschiebung A und Schubspannung τ ist in Fig. 8 für einen Belastungszyklus dargestellt. Die in Fig. 8 dargestellte τ-Δ- Beziehung weist ein elastisch- plastisches Materialveihalten auf. Bei einer zyklisch auftretenden Relatiwerschiebung Δ wird Energie dissipiert. Die Größe der Fläche A innerhalb der τ- Δ-Beziehung in einem Belastungszyklus ist ein Maß für die dissipierte Energie. Bei einer linearen τ- Δ- Beziehung würde keine Energie dissipiert werden.

Ein weiterer möglicher Zusammenhang zwischen Relatiwerschiebung Δ und Schubspannung τ ist in Fig. 9 dargestellt. Die in Fig. 9 dargestellte τ-Δ- Beziehung weist ein viskoses Materialverhalten auf.

Fig. 10 zeigt einen Querschnitt durch Stab 4, Tragelement 2 und den Stoff 6. Die tatsächliche Form der τ- Δ- Beziehung wird maßstäblich durch die Beschaffenheit der Oberflächen des Stabes 4 und des Tragelements 2 sowie von der Wahl des Werkstoffes für den Stoff 6 beeinflusst. Die in Fig. 8 und 9 dargestellten τ-Δ- Beziehungen sind lediglich als beispielhafte Materialmodelle zu verstehen. Durch die Variation von Stoff 6 und der Oberfläche von Stab 4 und Tragelement 2 ist eine Vielzahl von unterschiedlichen τ-Δ-Beziehungen herstellbar.

Eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tragkonstruktion 1 ist in den Fig. 11 und 12 darstellt. Die Verankerung 3 zur unverschieblichen Festhaltung von Stab 4 und Tragelement 2 ist in diesem Beispiel am oberen Ende des Tragelements 2 angeordnet. Bei einer Verformung der Tragkonstruktion 1 infolge der Kraft F(t) wird sich eine Relatiwerschiebung Δ zwischen Stab 4 und Tragelement 2 einstellen. Der Größtwert der Relatiwerschiebung Δ wird an der Stelle x=0 auftreten.

Eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tragkonstruktion 1 ist in den Fig. 13 bis 15 dargestellt. Die Tragkonstruktion 1 besteht aus einer Wand 15 und wird am oberen Ende durch eine horizontal angreifende Kraft F(t) belastet Die Tragkonstruktion 1 besteht aus einem einzigen Tragelement 2, das durch eine Scheibe gebildet wird. An der rechten Außenseite der Tragkonstruktion 1 ist ein Hohlprofil 10 mit Festhaltungen 11 angeschlossen. Im Hohlprofil 10 ist ein Stab 4 angeordnet der mittels einer Verankerung 3 mit dem Fundament 16 verbunden ist. Die in diesem Beispiel gezeigte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tragkonstruktion 1 könnte durch nachträgliches Anbringen des Hohlprofils 10 des Stabes 4 und des Stoffes 6 an ein bestehendes Tragelement 2 hergestellt werden. Das Hohlprofil 10 kann aus einem Stahlrohr oder einem Kunststoffrohr bestehen. • · • · « ·· · · # · • » • · ···· • · • ♦ t« ·· ···· ·· 1 10

Eine vierte Ausfiihrungsform der erfindungsgemäßen Tragkonstruktion 1 ist in den Fig. 16 und 17 dargestellt. Die Tragkonstruktion 1 besteht aus einem einzigen Tragelement 2, das durch einen Balken gebildet wird. Die Schwerachsen 8, 9 von Tragelement 2 und Tragkonstruktion 1 sind deshalb in diesem Beispiel identisch. Durch ein Hüllrohr 7 wird in der aus Stahlbeton bestehenden Tragkonstruktion 1 ein Hohlraum 5 geschaffen. Das Hüllrohr 7 kann aus einem im Spannbetonbau üblichen gerippten oder gewellten Stahlblechrohr bestehen. Die Fig. 16 zeigt einen Montagezustand nach dem Einfuhren des Stabes 4 in den Hohlraum 5. Der Stab 4 ist in der Mitte mittels einer Verankerung 3 unverschieblich mit dem Tragelement 2 verbunden. In einem späteren in den Fig. 16 und 17 nicht dargestellten Montageschritt wäre der Hohlraum 5 mit einen Stoff 6 zu verfüllen.

Eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tragkonstruktion 1 ist in der Fig. 18 dargestellt. Die Tragkonstruktion 1 besteht aus mehreren Tragelementen 2 und zwar aus einer Wand 15 bzw. Scheibe, aus Stützen 13 und aus Balken 14. In der Wand 15 ist ein Hohlraum 5 angeordnet, der mehrere Krümmungen aufweist. Der in dem gekrümmten Hohlraum 5 angeordnete Stab 4 wird bei Verformungen der Tragkonstruktion 1 durch Reibungskräfte zwischen Stab 4 und Tragelement 2 beansprucht. Bei einer dynamischen Beanspruchung der Tragkonstruktion 1 beispielsweise durch ein Erdbeben wird durch die Reibungskräfte Energie dissipiert. Für ein ordnungsgemäßes Funktionieren der in Fig. 18 dargestellten Tragkonstruktion 1 ist es wichtig, dass der Durchmesser des Hohlraumes 5 und die Achsial- und Biegesteifigkeit des Stabes 4 aufeinander abgestimmt sind, damit in den Belastungszyklen, die Drucknormalkräfte im Stab 4 bewirken, kein Ausknicken des Stabes 4 erfolgen kann. Der Stab 4 soll sich bei Druckbeanspruchung an die Oberfläche des Tragelementes 2 anfügen, aber nicht durch örtliches Ausknicken zerstört werden.

Eine sechste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tragkonstruktion 1 ist in Fig. 19 bis 21 dargestellt. Die Tragelemente 2 der in Fig. 19 dargestellte Tragkonstruktion 1 entsprechen der Tragkonstruktion der Fig. 18. In der Wand 15 sind fünf Hohlräume 5 angeordnet, die bei der Herstellung der Wand 15 aus Stahlbeton durch das Einlegen von Hüllrohren 7 geschaffen wurden. In den Hohlräumen 5 sind Stäbe 4 eingelegt, an die Bleche 12 angeschweißt sind. Wie in Fig. 21 zu erkennen ist, weisen die Bleche Löcher auf, um bei Relativverschiebungen Δ zwischen Stab 4 und Tragelement 2 höhere Schubspannungen τ zu aktivieren. Die Hüllrohre 7 sind beidseitig mit Rippen versehen, um einerseits einen unverschieblichen Verbund zwischen Hüllrohr 7 und Tragelement 2 bzw. Wand 15 zu gewährleisten und anderseits bei Relativverschiebungen Δ zwischen Stab 4 und Tragelement 2 höhere Schubspannungen τ zu aktivieren. « · • · • • · • · • * • • ♦ « • · • • ·· ·· ···· ·· 11

Eine siebente Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Tragkonstruktion 1 in Form einer Stabbogenbrücke 17 ist in den Fig. 22 bis 24 dargestellt. Fig. 22 zeigt die Stabbogenbrücke 17 bestehend aus Brückenträger 19, Bogen 18, Hänger 20 und Auflager 21. Der Hänger 20 besteht aus einem runden Stahlprofil, das mit einem Hohlprofil 10 mit Festhaltungen 11 verbunden ist. Im Hohlprofil 10 ist ein Stab 4 und ein Stoff 6 angeordnet. Der Stab 4 ist mit dem Brückenträger 19 mittels einer Verankerung 3 unverschieblich verbunden. Die hohe Strukturdämpfung die bei der Relativverschiebung Δ zwischen Stab 4 und Tragelement 2 bzw. Hänger 20 aufiritt, reduziert winderregte Schwingungen des Hängers 20.

Eine achte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tragkonstruktion 1 ist in den Fig. 25 bis 27 dargestellt. Der Unterschied der in den Fig. 25 bis 27 dargestellten Tragkonstruktion 1 zu der Tragkonstruktion 1 gemäß Fig. 11 und 12 besteht darin, dass innerhalb des Tragelements 2 ein Hohlprofil 10 angeordnet ist, das nicht mit dem Tragelement 2 verbunden ist. Bei einer Verformung der Tragkonstruktion 1 durch eine Kraft F(t) entstehen somit Relativverschiebungen Δ zwischen Stab 2 und Hohlprofil 10, die über die Länge des Stabes konstant sind. Durch die entlang des Stabes 2 in konstanter Größe auftretende Relativverschiebungen Δ kann, abhängig von der τ-Δ- Beziehung, die wiederum von den Eigenschaften des Stoffes 6 und der Oberfläche des Stabes 2 und des Hohlprofils 10 abhängt, eine größere Energiedissipation entlang der Stablänge auftreten als im Beispiel gemäß Fig. 11 und 12 mit entlang der Stablänge variablen Relativverschiebungen Δ.

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Bezugszeichenliste: 1 Tragkonstruktion 2 Tragelement 3 Verankerung 4 Stab 5 Hohlraum 6 Stoff 7 Hüllrohr 8 Schwerachse des Tragelementes 9 Schwerachse der Tragkonstruktion 10 Hohlprofil 11 Festhaltung des Hohlprofils 12 Blech 13 Stütze 14 Balken 15 Wand 16 Fundament 17 Stabbogenbrücke 18 Bogen 19 Brückenträger 20 Hänger 21 Auflager

Claims

A Mfl07 4 ·· ···· »« 13 Patentansprüche: 1. Tragkonstruktion (1) mit zumindest einem Tragelement (2), dadurch gekennzeichnet, dass das Tragelement (2) zumindest einen Hohlraum (5) aufweist, in dem zumindest ein Stab (4) angeordnet ist, wobei die Gesamtquerschnittsfläche aller jeweils in einem Hohlraum (5) angeordneten Stäbe (4) kleiner ist als die Querschnittsfläche dieses Hohlraumes (5) und das verbleibende Volumen des Hohlraumes (5) mit einem Stoff (6) verfüllt ist, wobei der Stab (4) entlang seiner Längserstreckung relativ gegenüber dem Tragelement (2) verschiebbar ist, wenn das Tragelement (2) verformt wird, wobei der Stab (4) an nur einer Stelle in Bezug auf das Tragelement (2) imverschiebbar fixiert und so ausgebildet ist, dass er beim Auftreten von Relativschiebung zum Tragelement (2) Energie dissipiert.
2. Tragkonstruktion (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Hohlraums (5) mindestens das Zehnfache seines größten Durchmessers beträgt.
3. Tragkonstruktion (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum eine zylindrische oder prismatische Form aufweist.
4. Tragkonstruktion (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stab (4) aus einem metallischen Werkstoff oder einen Faserverbundwerkstoff besteht.
5. Tragkonstruktion (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Stabes (4) und/oder die Innenfläche des Hohlraumes (5) eine Rippung, ein Gewinde, eine Profilierung, Wülste oder Einzüge aufweist/aufweisen.
6. Tragkonstruktion (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Oberfläche des Stabes (4) streifenförmige, prismatische oder zylindrische Elemente befestigt sind.
7. Tragkonstruktion (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoff (6) aus einen viskosen Flüssigkeit besteht, vorzugsweise mit kinematischen Viskositäten zwischen KT6 [m2/s] bis 1 [m2/s], z.B. Wasser oder Hydrauliköl oder Silikonöle.
8. Tragkonstruktion (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoff (6) aus einem granulären Material besteht, z.B. Sand, Kies, Stahlkugeln, Kugeln aus Kunststoffen, Kugeln aus Aluminium oder metallischen Kugeln mit einem Kunststoffüberzug. • · • · · ·· · · • # · • · · • · ♦♦·· # Φ • « · • · · ·· ···· ·· « ·♦· 14
9. Tragkonstruktion (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoff (6) aus einer Flüssigkeit mit eingelagerten Bestandteilen aus einem festen Material besteht.
10. Tragkonstruktion (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoff (6) aus einem Gas besteht, z.B. Luft oder Stickstoff.
11. Tragkonstruktion (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Stab (4) und/oder der Stoff (6) austauschbar sind.
12. Tragkonstruktion (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (5) dicht verschließbar ist.
13. Tragkonstruktion (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Abschnitt des Hohlraums (5) eine Krümmung aufweist.
14. Tragkonstruktion (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (5) im Tragelement (2) im Abstand zur Schwerachse (8) des Tragelements (2) angeordnet ist.
15. Tragkonstruktion (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen der Tragkonstruktion (1) entlang ihrer Schwerachse (9) mindestens zehn mal größer sind als in den orthogonal zur Schwerachse (9) angeordneten Querschnitten und dass ein Tragelement (2) annähernd parallel und in einem Abstand zur Schwerachse der Tragkonstruktion (1) angeordnet ist.
16. Tragkonstruktion (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragelement (2) aus Beton oder Mauerwerk besteht und der Hohlraum (5) mittels eines Hüllrohrs (7) ausgebildet ist.
17. Tragkonstruktion (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Hohlraum (5) zugewandte Oberfläche des Hüllrohrs (7) und/oder die dem Tragelement (2) zugewandte Oberfläche des Hüllrohrs (7) eine Rippung, eine Profilierung, Wülste oder Einzüge aufweisen. 15
18. Tragkonstruktion (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Stab außerhalb des Tragelements (2) in einem Hohlprofil (10) angeordnet ist, dass das Hohlprofil (10) neben dem Tragelement (2) angeordnet ist und mit diesem an mindestens drei Stellen (11) fest verbunden ist, dass die Querschnittsfläche des Stabes (4) kleiner ist als die innere Querschnittsfläche des Hohlprofils (10) und dass das verbleibende Volumen im Hohlprofil (10) mit einem Stoff (6) verfüllt ist.