Gewölbestaumauer. Im Gegensatz zur primitiven Ausfüh rungsart von Staumauern, wonach lediglich das Gewicht der benützt wird, um .den Wasserdruck auf den Bau grund zu übertragen, ist es heute mehr und mehr üblich, liegende Gewölbe anzuwenden, welche je nach den örtlichen Verhältnissen sich entweder auf die Talhänge oder aber auf Zwischenpfeiler stützen. Solche lb1auern benötigen weniger Baumaterial und, unter liegen keinen nennenswerten Auftriebserschei nungen, welche sonst bei Staumauern eine nicht genau zu bemessende Gefahr bedeuten.
Wenn jedoch infolge grosser Stauhöhe mit grossem Wasserdruck zu rechnen ist, so er geben sich auch für Gewölbestaumauern Schwierigkeiten in statischer Beziehung, so wie bezüglich der Dichtigkeit. Bei den mei sten ausgeführten Gewölbestaumauern wurde angenommen, es genüge bei gegebenem Ra dius, die Gewölbestärke in linearem Verhält nis zum Wasserdruck nach unten zu ver grössern, um einen Körper mit überall glei cher Druckbeanspruchung zu erhalten. Eine richtige Würdigung der statischen Verhält nisse zeigt aber, dass dies nicht der Fall ist.
Auf einem Querschnitt eines gleichmässi gem Wasserdruck unterworfenen Gewölbes von greisbogenform. und konstanter Dicke wirkt bekanntlich ausser der zentrisch wir kenden Ringkraft noch eine durch das elas tische Verhalten des Gewölbes bedingte Zu satzkraft in der Richtung der Gewölbesehne mit dem Schwerpunkt der Gewölbemittellinie als Angriffspunkt. Die Ringkraft ist dem Wasserdruck genau proportional, und es blei ben somit die Ringspannungen dieselben, wenn man die Gewölbestärke proportional zum Wasserdruck steigert.
Die Zusatzkraft dagegen wächst nicht nur direkt proportional zum Wasserdruck, sondern auch annähernd proportional zum Quadrat der Gewölbestärke. Da die Zusatzkraft gewöhnlich verhäItnis- mässig klein, ihr Hebelarm aber bezüglich des Scheitel- und Kämpferquerschnittes bedeutend ist, so ruft sie in diesen für die Beurteilung des Gewölbes massgebenden Schnitten hauptsäch lich Biegungsspannungen hervor, die bekannt lich umgekehrt proportional zum Quadrat ,der Gewölbestärke sind.
Daraus folgt, dass ,die Zusatzspannungen angenähert proportional sind zum Wasserdruck und fast ganz unab- hängig von der Gewölbestärke. Somit reicht es zur Irnehaltunb einer begebenen Druck spannung nicht aus, -wenn die Gewölbestärke nach unten linear zunimmt, sondern sie muss progressiv wachsen, also bei hohen Mauern viel_ Baumaterial erfordern.
Eine nachteilige lebenerscheinunb bei wachsender Gewölbe stärke ist dabei noch das Auftreten immer grösserer Zugspannungen aus der Zusatzkraft. Sie überwiegen bald in einzelnen Gebieten die aus der Ringkraft entstehenden Druck spannungen.
In gleich ungünstigem Sinne wir ken abnehmende Temperatur und Schwinden, und zwar wachsen hier die Spannungen in praktischen Verhältnissen fast proportional zur Gewölbestärke. Je dicker die Mauer, um :so grösser kann auch die Temperaturdifferenz zwischen den an Wasser und Luft stossenden i4la.uert;.ilen werden, woraus ebenfalls zusätz liche Druck- und Zugspannungen entstehen.
Im untern Teil der Staumauer -wird die Ge- r-ölherirl-_ung .durch das Anhaften am Bau- grund gestört, und zwar je dicker die Mauer, um so weitreichender. Die Gesamtzugspan- nu?rien -werden aus alledem so gross, dass Risse zu gewärtigen sind. -Wenn diese auch nicht. unter allen Umständen die Standfestig- l;
eit des Bauwerkes in Frage stellen, so geht doch die Klarheit der statischen Verhältnisse verloren und auch die Dichtigkeit wird eine Beeinträchtigung erfahren, sofern nicht der ganze Mauerwerkskörper durch und durch dicht ist. Mit Hilfe zweckentsprechender Ar mieren können diese Übelstände zwar ver- rinoert werden, aber die Armierung bedeutet.
lfehrkesten, und es kann dieses Mittel, wenn i@ia.uerwerk.als Baumaterial gegeben ist, nicht richtig zur Anwendung kommen.
Vorliegende Erfindung vermeidet die er- -wähnten Nachteile dadurch, -dass statt einer einzigen Gewölbemauer deren mehrere hinter einander ausgeführt werden, die sich in die Aufgabe der Lastübertragung teilen.
Das Zu sammenwirken der . Gewölbe ist. dabei in ir aend einer 'Weise zu erreichen. welche die Elastizität: der einzelnen Gewölbe nicht stört, also beispielsweise durch radial be richtete vertikale dünne )Ärände oder hori- zontale Pfosten, Ausfüllung des Zwischen raumes mit losem Material oder Wasser, keinenfalls aber durch Zwischenbauten, wel che eine horizontale Verstrebung bilden;
denn bei Vorhandensein einer solchen Ver steifung würde das Gewölbesystem ähnlich wirken wie ein volles Einzelgewölbe und da her die diesem anhaftenden llänbel nicht vermieden werden.
Beiliegende Zeichnung zeigt als Beispiele drei Ausführungsarten des Gegenstandes der Erfindung.
Fig. 1 ist ein Querschnitt, und Fig. 2 ein Horizontalschnitt einer ersten Ausführungsart; Fig. 3 ist ein Querschnitt., und Fig. .1 ein Horizontalschnitt einer zwei ten Ausführungsart; Fig. 5 ist ein Querschnitt, und Fig. 6 ein Horizontalschnitt einer drit ten Ausführungsart.
Unter Bezugnahme auf die Fi-. 1 und ?, wo .das Zusammenwirken beispielsweise durch in Eisenbeton ausgeführt gedachte vertikale Wände bewirkt wird, sei A-B die beispiels weise vertikal angenommene Fläche, auf welche der Wasserdruch wirkt.
Die punk tierte krumme Linie A-D-C ist die luft seitige theoretische Umrisslinie einer Ge- wölbemauer nach bisheriger Ausführung, worin die als zulässig erachtete Druck- spannung in allen Höhenlagen gerladeer- reicht wird.
Die -wirkliche Umrisslinie wird diese theoretische Linie gemäss praktischen Erwägungen umschreiben. Unsere erste flauer a ordnen wir nun so an, dass ihre luftseitige Fläche diese theoretische Linie nur in ihrem obersten Teile A-D um schreibt, von einem gewissen Punkte D an aber parallel zu A-13 gemäss D-E verläuft.
Die im untern Teile gleichbleibende Dicke 13-E wird dabei zweckmässig so klein -e- wählt, dass keine oder doch nur ganz ge ringe Zugspannungen auftreten.
In beliebi- gem Abstand von Mauer a wird eine zweite Mauer b errichtet, welche in ihrem obersten Teile F-G wiederum gemäss dem obersten Teile der Kurve A-D-C <I>zu</I> formen ist und wiederum eine durch die vorgenannten Erwügnngen begrenzte Dicke H-J erhält,
(lzt. .sie denjenigen Teil des zwischen den Ho rizontalen D-F und G-L auftretenden Wasserdruckes aufzunehmen hat, der den in der Höhe D stattfindenden ZVasserdruck iil)ei-rlircitet. In gleicher Weise werden weiturc# Mauern<I>e, d . . . .</I> , soweit nötig. an @,'e Ordnet.
Der Gesamtquerschnitt und damit der Kubikinhalt aller dieser Mauern ist kleiner als der Querschnitt und damit der Kubik inhalt der Einzelmauer. Denn die Kurve A-D-C verläuft nach früher Gesagtem unten Weniger steil als oben. Nun wird der obere Teil der zweiten klauer b als Um hüllung der Kurve F-G ausgeführt, welche genau gleich geformt und gerichtet ist wie das Kurvenstück A-D. Die Mauer<I>b</I> wird also dünner ausfallen und damit einen ge ringeren Inhalt besitzen als das durch sie ersetzte 2llauerstück D-E-h-L einer Mauer nach bisheriger Ausführungsart,
welches oben durch die flachere Kurve D L begrenzt ist. Diese Materialersparnis wird bei den folgenden Mauern e, d . . . . ver hältnismässig noch grösser. Daraus erhellt ein grosser wirtschaftlicher Vorzug der Staumauer. Die zum grössten Teil gleiz.h- bleibende Dicke der Gewölbe gestattet zu dem eine einfachere und damit billigere Aus führung. Ein weiterer Vorteil besteht darin.
dass nun die Mauerwerkskörper nicht mehr aus durch und durch wasserdichtem Material zu bestehen brauchen, da die R.issbildung in folge Ausschaltung der Zugspannungen ver mieden ist und somit wasserseitig angebrachte Dichtungsschichten genügen, die, auf riss freier Unterlage befindlich, nun grösstmög liche Gewähr bieten. Ein weiterer Vorteil der Auflösung in mehrere Gewölbe ist da durch gegeben, dass der Druck der Wider lager auf den Baugrand besser verteilt wird. und zwar ganz besonders dann. wenn die Fundamente zu einem einzigen Körper zu sammengefasst werden, wie im Ausführungs- beispiel Fig. 2 dargestellt.
Fig. 3 stellt im Querschnitt, Fig. 4 im Schnitt x-x ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes mit Zwischenpfei lern dar, auf die sich die Gewölbe, stützen, gleichzeitig zeigend, dass die Gewölbe, statt vertikal, in beliebiger Weise schräg gestellt werden können. Hier ist das Zusammen wirken der Gewölbe durch Füllen der Zwi schenräume mit Wasser bewirkt. , Fing. 5 zeigt im Querschnitt, Fig. 6 im Horizontalschnitt die Verwendung der Er findung zur Erhöhung .der Standsicherheit und Dichtigkeit bestehender oder neu auf zuführender Schwergewichtsmauern.
Die Ge wölbe stützen sich dabei auf Zwischen wände, welche den Wasserdruck auf die Schwergewichtsmauer übertragen. Diese ist in üblicher Weise zu bemessen, wobei in dessen nun kein wasserdichtes Baumaterial zur Verwendung gelangen muss und vom Auftrieb abgesehen werden kann, so dass ge ringere Abmessungen genügen. Die durch diese beiden Umstände bewirkten Ersparnisse sind geeignet, die Kosten des Gewölbesystems zu decken, da sich in diesem Falle Gewölbe von kleiner Spannweite und somit ganz ge ringer Dicke eignen werden, die wenig Bau material- erfordern. Die Erfindung ist also auch in diesem Falle geeignet, eine Er höhung der Sicherheit und Dichtigkeit in wirtschaftlicher Weise zu gewährleisten.
Vault dam. In contrast to the primitive type of construction of dams, according to which only the weight is used to transfer the water pressure to the building ground, it is now more and more common to use horizontal vaults, which, depending on local conditions, either apply to the Support valley slopes or on intermediate pillars. Such walls require less building material and, there are no noteworthy buoyancy phenomena, which otherwise pose a risk that cannot be precisely measured with dam walls.
However, if high water pressure is to be expected as a result of high water levels, there are also difficulties in static relation to vault dams, as well as with regard to tightness. In most of the vault dams that were built, it was assumed that for a given radius, it is sufficient to increase the vault strength downwards in a linear relationship to the water pressure in order to obtain a body with the same compressive stress everywhere. However, a correct assessment of the static conditions shows that this is not the case.
On a cross-section of an arch-shaped vault subjected to uniform water pressure. and constant thickness, as is well known, in addition to the centrally acting ring force, an additional force caused by the elastic behavior of the vault in the direction of the vault tendon with the center of gravity of the vault center line as the point of application. The ring force is exactly proportional to the water pressure, and the ring tensions therefore remain the same if the arch strength is increased proportionally to the water pressure.
The additional force, on the other hand, increases not only in direct proportion to the water pressure, but also approximately proportionally to the square of the vault strength. Since the additional force is usually relatively small, but its lever arm is significant with regard to the apex and transom cross-section, it mainly causes bending stresses in these sections, which are decisive for assessing the vault, which are known to be inversely proportional to the square of the vault strength.
From this it follows that the additional stresses are approximately proportional to the water pressure and almost completely independent of the vault strength. Thus, it is not sufficient to withstand a given compressive stress, -if the vault strength increases linearly downwards, but it must grow progressively, so require a lot of building material with high walls.
A disadvantageous aspect of life with increasing vault strength is the occurrence of ever greater tensile stresses from the additional force. They soon outweigh the compressive stresses arising from the ring force in individual areas.
Decreasing temperature and shrinkage have an equally unfavorable effect, namely here the tensions grow almost proportionally to the strength of the vault in practical conditions. The thicker the wall, the greater the temperature difference between the water and air can also be, which also creates additional compressive and tensile stresses.
In the lower part of the dam wall, the oil sherry is disturbed by adherence to the building ground, and the thicker the wall, the more far-reaching. The total tensile stresses become so great that cracks are to be expected. -If they don't either. under all circumstances the stability l;
If the building is questioned, the clarity of the static conditions will be lost and the tightness will also be impaired, unless the entire masonry is tight through and through. With the help of appropriate armaments, these deficiencies can be reduced, but the armouring means.
lfehrkesten, and this means, if i@ia.uerwerk. is given as a building material, cannot be used correctly.
The present invention avoids the mentioned disadvantages in that, instead of a single vaulted wall, several are executed one behind the other, which share the task of load transfer.
The interaction of the. Vault is. in doing so in some way. which does not interfere with the elasticity of the individual vaults, for example, by means of radially aligned vertical thin) edges or horizontal posts, filling the space with loose material or water, but never by intermediate structures that form horizontal struts;
because in the presence of such a stiffening, the vault system would act similarly to a full individual vault and therefore the llänbel adhering to this would not be avoided.
The accompanying drawing shows, as examples, three embodiments of the subject matter of the invention.
Fig. 1 is a cross section and Fig. 2 is a horizontal section of a first embodiment; Fig. 3 is a cross section., And Fig. 1 is a horizontal section of a second embodiment; Fig. 5 is a cross section, and Fig. 6 is a horizontal section of a third embodiment.
With reference to the fi. 1 and?, Where the interaction is brought about, for example, by vertical walls designed in reinforced concrete, let A-B be the area assumed to be vertical, for example, on which the water pressure acts.
The dotted curved line A-D-C is the air-side theoretical outline of a vaulted wall according to the previous design, in which the compressive stress that is considered permissible is achieved at all altitudes.
The real outline will circumscribe this theoretical line according to practical considerations. We now arrange our first flauer a in such a way that its air-side surface only rewrites this theoretical line in its uppermost part A-D, but from a certain point D on it runs parallel to A-13 according to D-E.
The thickness 13-E, which remains the same in the lower parts, is expediently chosen to be so small that no or only very low tensile stresses occur.
At any distance from wall a, a second wall b is erected, which in its uppermost part FG is again to be shaped according to the uppermost part of the curve ADC and again has a thickness HJ limited by the aforementioned considerations ,
(lzt... it has to absorb that part of the water pressure occurring between the horizontal D-F and G-L that controls the water pressure occurring at height D). In the same way, wide # Walls <I> e, i.e. . . . </I>, if necessary. at @, 'e orders.
The total cross-section and thus the cubic content of all these walls is smaller than the cross-section and thus the cubic content of the individual wall. Because curve A-D-C is less steep below than above, according to what was said earlier. Now the upper part of the second claw b is carried out as a wrap around the curve F-G, which is shaped and directed exactly the same as the curve piece A-D. The wall <I> b </I> will therefore be thinner and therefore have a smaller content than the 2llauer piece D-E-h-L of a wall according to the previous design that it replaced,
which is bounded above by the flatter curve D L. This material saving is achieved in the following walls e, d. . . . proportionally even larger. This shows a great economic advantage of the dam. The largely constant thickness of the vault also allows a simpler and thus cheaper design. Another benefit is that.
that now the masonry no longer needs to be made of thoroughly watertight material, as cracking is avoided as a result of the elimination of tensile stresses and sealing layers attached to the water side are sufficient, which, on a crack-free base, now offer the greatest possible guarantee. Another advantage of the dissolution into several vaults is given by the fact that the pressure of the abutment is better distributed on the building site. and especially then. when the foundations are combined into a single body, as shown in the exemplary embodiment in FIG.
Fig. 3 shows in cross section, Fig. 4 in section x-x an embodiment of the subject invention with Zwischenpfei learners on which the vaults are based, at the same time showing that the vaults, instead of vertical, can be inclined in any way. Here the vaults work together by filling the spaces between them with water. , Fing. 5 shows in cross section, Fig. 6 in horizontal section, the use of the invention to increase .der stability and tightness of existing or new to feeding heavyweight walls.
The vaults are supported by partition walls, which transfer the water pressure to the gravity wall. This is to be measured in the usual way, in which now no waterproof building material has to be used and buoyancy can be disregarded, so that ge smaller dimensions are sufficient. The savings brought about by these two circumstances are suitable to cover the costs of the vault system, since in this case vaults with a small span and thus very little thickness are suitable, which require little building material. The invention is also suitable in this case to ensure an increase in security and tightness He in an economical manner.