Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauwerk mit Vorrichtungen zur Verminderung der Deformation aus Auflagersenkungen und zur Anpassung des statischen Systems an den Belastungszustand.
Diese Erfindung bezweckt, unerwünschte Deformationen aus Auflagersetzungen von Trägern, insbesondere von Brükken, Kranbahnen, grossflächigen Platten, Trägerrosten u. dgl.
Bauwerken, zu vermindern und durch Änderung des statischen Systems bei kritischen Belastungszuständen eine tberbean- spruchung derartiger Bauwerke und deren Stützkonstruktion auszuschliessen.
In diesem Sinne zeichnet sich das erfindungsgemässe Bauwerk dadurch aus, dass die Vorrichtungen vorgespannte, federnde Elemente aufweisen, welche bis zur Vorspannbelastung als starre, bei höherer Belastung als elastisch senkbare Lager wirken.
Im Gegensatz zu einer starren Lagerung bietet die Lagerung des erfindungsgemässen Bauwerkes den Vorteil, Bauwerke elastisch aufgelagert, gezielt gegen schädliche Einflüsse, wie Überbelastungen, Deformationen (z.B. Erdbeben o. dgl.) zu schützen. Die elastische Auflagerung erlaubt gezielte Auflagerungseigenschaften zu schaffen. Dies ist normalerweise nicht der Fall, da z.B. der Parameter Baugrund , der nicht konstan bzw. stationär und nicht zahlenmässig erfassbar ist, in die Lagerung eingeht. Das erfindungsgemässe Bauwerk eliminiert diesen nicht fassbaren Parameter und ermöglicht es, Deformationen des Bauwerkes durch Temperatureinflüsse, Vakuumzug u. dgl. direkt zu kompensieren.
Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand von Figuren erläutert.
Es zeigen in rein schematischer Darstellung:
Fig. 1 einen Durchlaufträger, beispielsweise einer Brücke oder Kranbahn von der Seite,
Fig. 2 ein vorgespanntes Feder-Element in Seitenansicht,
Fig. 3 einen Grundriss eines Brückenbauwerkes.
Fig. 1 zeigt einen Durchlaufträger 1, welcher auf Federn 3, 4, 5, 6, 7 und 8, beispielsweise Tellerfedern, Gummifedern, Schraubenfedern o. dgl., abgestützt ist. Die Federn selbst sind, zum Teil direkt, zum Teil indirekt, auf Pfeilern, z.B. aus Beton 10, 11, 12, 13, 14 und 15 gelagert. Zwischen den Federn 5, 6 und 7 und den Betonpfeilern 12, 13, 14 befinden sich vorgespannte Federelemente 17, 18 und 19, wie ein solches beispielsweise in Fig. 2 dargestellt ist.
Diese Figur zeigt eine Auflagerplatte 23 eines abzustützenden Bauwerkes mit einem vorgespannten Federelement 25, welches zwischen einer Grundplatte 27 und einer Deckplatte 28 mit Hilfe von Zugankern 30 und 31 entsprechend dem abzustützenden Bauwerk derart vorgespannt ist, dass bei Erreichen einer vorgesehenen Last, bei welcher kritische Deformationen des Trägers 1 noch nicht auftreten, dieses vorgespannte Federelement nun als elastisches Lager wirkt und ein verstärktes, aber doch elastisches Lager bildet.
Wenn nun beispielsweise beim Überfahren des Trägers 1 durch eine schwere Last P, dieser Träger, insbesondere im Mittelteil, derart durchgebogen wird, dass die Feder 6 maximal belastet wird, und dabei die Windungen aufeinanderliegen, bzw. eine Blockierung der Feder eintritt, und wenn dabei die Vorspannkraft des entsprechenden vorgespannten Federelementes 18 nicht mehr ausreicht, um diese zusätzliche Last aufzunehmen, so wird auch dieses Federelement 18 soweit zusammengedrückt, bis dessen Kraft zusammen mit den innern Kräften im Durchlaufträger 1 und der Last im Gleichgewicht ist. Wenn die Auflagekraft die Vorspannkraft des Federelementes 18 erreicht, ändert bei einer weiteren Belastungszunahme das statische Stützsystem seine Stützart.
Der Endzustand würde dann erreicht, wenn auch dieses Federelement 18 maximal möglich federelastisch zusammengepresst würde, die Windungen z.B. aufeinanderlägen. Dann würde das ganze Stützsystem in sich starr, und die Federelemente könnten ihre federnde Funktion nicht mehr ausüben.
Normalerweise werden aber die vorgespannten Federelemente 17, 18 und 19, welche in den Bereich der kritischen Belastungsstellen des Bauwerkes gestellt werden, nur so belastet, bzw. derart dimensioniert und vorgespannt, dass die Belastung den Bereich der Vorspannkraft der Federelemente nicht überschreitet. Wenn nun aber diese Vorspannkraft durch die Last doch ausnahmsweise erreicht wird, soll die Abstützung des Bauwerkes zusätzlich härter erfolgen und ein weiteres wesentliches Durchbiegen des Trägers verunmöglichen.
Es ist natürlich auch möglich, in diesen kritischen Gebieten die gewöhnlichen Federn, im Beispiel nach Fig. 1 die Federn 5, 6 und 7 wegzulassen, und den Durchlaufträger 1 direkt auf die vorgespannten Federelemente 17, 18 und 19 zu lagern. In diesem Falle erfolgt eine Durchbiegung des Durchlaufträgers 1 in diesem Bereich erst, wenn die Last die Summe der Vorspannkraft dieses Federsystems und der Trägerkräfte überschreitet und das vorgespannte Federelement mit freifedernder Feder zum Tragen kommt. Dieser Bereich ist ein Grenzbereich, da die vorgespannten Federelemente nur in Ausnahmefällen über ihre Vorspannkraft deformiert werden sollen, was eine entsprechende Zunahme der Durchbiegung des Trägers mit sich bringt.
Als Belastungen können sowohl statische als auch bewegliche Lasten auftreten. Unsichere Baugrundverhältnisse, Setzungen, Bergbaugebiete oder Zonen mit grosser seismischer Beanspruchung üben durch Veränderungen in den Stützpunkten grossen Einfluss auf die inneren Kräfte aus. Die Erfindung bezweckt eine Regulierung der Auflagerdrücke wie auch der Auflagerverschiebungen derart, dass ein automatischer Ausgleich durch die elastische Lagerung einerseits, andererseits aber auch durch die Veränderung der Auflagerdrücke vorgenommen wird. Dadurch können die Beanspruchungen im Bauwerk verkleinert oder wenn nötig vergrössert und zudem die Belastung auf die Auflagepunkte verringert oder vergrössert werden, d.h. in beiden Fällen zielgerichtet verändert werden.
Durch die Verwendung spezieller elastischer Lagerungselemente kann noch weiter folgendes erreicht werden:
Treten ausserordentliche Belastungen auf, wie Schwertransporte, Militärtransporte (Panzer), ungünstige Laststellungen und dgl., so besteht die Möglichkeit, mittels derart vorgespannter elastischer Elemente die Durchbiegung des Bauwerkes zu limitieren, oder umgekehrt, nach Überschreiten eines eingestellten Höchstwertes im vorgespannten Element das Tragsystem statisch zu verändern. Das Einschieben von vorgespannten Federelementen bezweckt somit einerseits die Limitierung von Verschiebungen, andererseits einen Schutz des Bauwerkes. Das vorgespannte Federelement hat durch Aufbringung einer Last und nachheriger Arretierung, Energie gespeichert.
Belastet man nun dieses vorgespannte elastische Element mit einer Last, mit o beginnend, so ist ein Zusammendrücken des Federelementes erst dann feststellbar, wenn die Vorspannkraft überschritten wird. Somit wirkt dieses vorgespannte Element von einer Belastung o bis K vorgespannt als festes, unnachgiebiges Auflager und nachher als elastisches Auflager.
Die elastischen Elemente, sowohl diejenigen mit der Möglichkeit des Vorspannens als auch jene ohne diese Möglichkeit, können als elastisches Medium Gummi, Schraubenfedern, Blattfedern, Tellerfedern, Flachfedern o. dgl. verwenden. Das Aufbringen der Last, das Vorspannen, das Regulieren der veränderlichen Lasteinflüsse (Temperatur, Baugrund o. dgl.), unterschiedlich harter Stützen (veränderliche Auflagerkräfte) sowie auch der Durchbiegungen im Element kann auf irgend eine Art und Weise, mechanisch, hydraulisch, elektrisch, thermisch oder chemisch vorgenommen werden.
Diese Möglichkeit der Abstützung mittels vorgespannter Federelemente kann entweder zu einer wesentlich leichteren Bauweise führen oder aber zur Verhütung praktisch jeglicher Durchbiegungen derartiger Bauelemente und Träger an Auflagern über nachgiebigem Untergrund. Das Verhüten derartiger Deformationen bzw. Durchbiegungen kann aber insbesondere bei Maschinenfundamenten äusserst wichtig sein, da davon oftmals der korrekte Lauf einer Maschine abhängt. Mittels derartiger vorgespannter Federelemente können mithin stark örtlich begrenzte Bodenabsenkungen aufgefangen werden und die Stützung des Bauwerkes trotzdem gesichert sein.
Benützt man derartige elastische, vorgespannte Elemente für die Abstützung eines Bauwerkes in horizontaler Richtung, so kann man damit erreichen, dass je nach Grösse der vorhandenen Beanspruchungen, Auflagerkräfte oder Verschiebungen sich die Lagerungscharakteristik ändert.
So ist in Fig. 3 im Grundriss schematisch ein Brückenbauwerk 36 mit Festland 33 und 34 dargestellt. Dabei sind nur die horizontalen Lagerungen eingezeichnet. Dieses Bauwerk ist horizontal mit elastischen Federn 38, 39, 41, 42, 44, 45, 47, 48 gelagert. Diese Federn sind einerseits mit dem Brückenbauwerk, andererseits mit dem Unterbau fest verbunden. Will man Horizontalverschiebungen zwischen dem Bauwerk 36 und dem Festland 33 resp. 34 bis zu einer maximalen Auflagerkraft Al, beispielsweise verhindern, so bildet man die Federelemente 38 und 39, resp. 47 und 48 vorgespannt aus. Die Vorspannung V1 ist gleich der bei Al auftretenden Auflagerkaft.
Ist die horizontale Auflagerkraft kleiner als A1, so ist das Brückenbauwerk 36 durch die Federn 38 und 39 resp. 47 und 48 unnachgiebig, d.h. fest gelagert und die gesamte resultierende Auflagerkraft muss durch diese vorgespannten Federelemente aufgenommen werden. Ist die horizontale Auflagerkraft jedoch grösser als der Wert A1, z.B. A2, so tritt eine Verschiebung des Brückenbauwerkes 36 bezüglich des Festlandes 33 resp. 34 auf. Die Federn 38, 39 resp. 47 und 48 sind nun elastische, nachgiebige und nicht mehr starre Lagerungen. Die darin auftretende Auflagerkraft entspricht nicht mehr der am starren System berechneten Auflagerkraft; denn durch die nun elastische Lagerung hat sich das statische System grundsätzlich geändert. Es tritt daher eine Verteilung der Auflagerkraft auf die andern Federn entsprechend der Federelastizitäten ein.
Damit erreicht man, dass Verschiebungen, hervorgerufen durch Temperatur, Fliehkräfte, Überbelastung, Torsion, Stösse bei Unfällen, Erdbeben, Auflagerverschiebungen usw. für kritische Belastungszustände in begrenztem Ausmass durch die vorgespannten Federn zugelassen werden, wodurch einzelne Auflagerkonstruktionen vor Überbeanspruchung geschützt werden können.
Andere Möglichkeiten einer Anwendung derartiger vorgespannter Federelemente ergibt z.B. auch der Hochbau, wo Horizontall:räfte infolge Wind, Erdbeben usw. gezielt durch die verschiedenen Tragelemente statisch getragen werden. Sie bieten Schutz vor Überbelastungen durch günstige Kräfteumlagerungen.
Damit ist es ferner möglich, mittels mehrerer hintereinandergeschalteter, vorgespannter Federelemente gezielt statische Einflüsse auf das Bauwerk auszuüben (Kaskadenprinzip).
Anwendungsgebiete dieser Stützarten sind insbesondere der Brückenbau sowie der allgemeine Hoch- und Tiefbau.
The present invention relates to a building with devices for reducing the deformation from subsidence and for adapting the static system to the load condition.
The purpose of this invention is to prevent undesirable deformations from bearing support of girders, in particular bridges, crane runways, large-area plates, girder gratings and the like. like
Buildings, and by changing the static system in the event of critical load conditions, to exclude overstressing of such buildings and their supporting structure.
In this sense, the structure according to the invention is characterized in that the devices have prestressed, resilient elements which act as rigid bearings up to the prestressing load, and as elastically lowerable bearings at higher loads.
In contrast to a rigid mounting, the mounting of the structure according to the invention offers the advantage of elastically supported structures to protect them specifically against harmful influences such as overloading, deformations (e.g. earthquakes or the like). The elastic support allows targeted support properties to be created. This is usually not the case, e.g. the parameter subsoil, which is not constant or stationary and cannot be quantified, is included in the storage. The structure according to the invention eliminates this intangible parameter and enables deformations of the structure due to temperature influences, vacuum pull and the like. Like. To compensate directly.
The invention will then be explained using figures, for example.
It shows in a purely schematic representation:
1 shows a continuous beam, for example a bridge or crane runway from the side,
2 shows a pretensioned spring element in side view,
3 shows a floor plan of a bridge structure.
Fig. 1 shows a continuous beam 1, which is supported on springs 3, 4, 5, 6, 7 and 8, for example disc springs, rubber springs, coil springs or the like. The springs themselves are, partly directly, partly indirectly, on pillars, e.g. made of concrete 10, 11, 12, 13, 14 and 15 supported. Pre-tensioned spring elements 17, 18 and 19 are located between the springs 5, 6 and 7 and the concrete pillars 12, 13, 14, as is shown, for example, in FIG.
This figure shows a support plate 23 of a structure to be supported with a prestressed spring element 25 which is prestressed between a base plate 27 and a cover plate 28 with the aid of tie rods 30 and 31 according to the structure to be supported in such a way that when a specified load is reached, at which critical deformations of the carrier 1 do not yet occur, this pretensioned spring element now acts as an elastic bearing and forms a reinforced, but elastic bearing.
If, for example, when the carrier 1 is driven over by a heavy load P, this carrier, in particular in the middle part, is bent in such a way that the spring 6 is loaded to the maximum and the coils lie on top of one another or the spring becomes blocked, and if this occurs the biasing force of the corresponding biased spring element 18 is no longer sufficient to absorb this additional load, this spring element 18 is also compressed until its force is in equilibrium with the internal forces in the continuous beam 1 and the load. When the bearing force reaches the pretensioning force of the spring element 18, the static support system changes its type of support if the load increases further.
The end state would then be reached if this spring element 18 were also compressed as resiliently as possible, the windings e.g. lay on top of each other. Then the entire support system would become rigid and the spring elements would no longer be able to exercise their resilient function.
Normally, however, the prestressed spring elements 17, 18 and 19, which are placed in the area of the critical load points of the structure, are only loaded or dimensioned and prestressed in such a way that the load does not exceed the area of the prestressing force of the spring elements. If, however, this prestressing force is reached by the load as an exception, the support of the structure should also be made harder and make further significant bending of the girder impossible.
It is of course also possible in these critical areas to omit the usual springs, in the example according to FIG. 1 the springs 5, 6 and 7, and to mount the continuous beam 1 directly on the pretensioned spring elements 17, 18 and 19. In this case, the continuous beam 1 does not bend in this area until the load exceeds the sum of the pre-tensioning force of this spring system and the carrier forces and the pre-tensioned spring element with freely resilient spring comes into play. This area is a limit area, since the pretensioned spring elements should only be deformed in exceptional cases by means of their pretensioning force, which brings about a corresponding increase in the deflection of the support.
Both static and moving loads can occur as loads. Unsafe subsoil conditions, subsidence, mining areas or zones with high seismic loads exert a great influence on the internal forces through changes in the support points. The invention aims to regulate the support pressures as well as the support displacements in such a way that an automatic compensation is carried out by the elastic mounting on the one hand, but also by changing the support pressures on the other hand. As a result, the stresses in the structure can be reduced or, if necessary, increased, and the load on the support points can also be reduced or increased, i.e. can be changed in a targeted manner in both cases.
By using special elastic mounting elements, the following can be achieved:
If extraordinary loads occur, such as heavy transports, military transports (tanks), unfavorable load positions and the like, it is possible to limit the deflection of the structure by means of prestressed elastic elements, or vice versa, after a set maximum value in the prestressed element is exceeded, the load-bearing system statically to change. The purpose of inserting pre-tensioned spring elements is on the one hand to limit displacements and on the other hand to protect the structure. The pretensioned spring element has stored energy by applying a load and subsequently locking it.
If this pretensioned elastic element is now loaded with a load, starting with o, compression of the spring element can only be determined when the pretensioning force is exceeded. Thus, this pretensioned element acts pretensioned from a load o to K as a firm, rigid support and then as an elastic support.
The elastic elements, both those with the possibility of pre-tensioning and those without this possibility, can use rubber, coil springs, leaf springs, disc springs, flat springs or the like as the elastic medium. The application of the load, the pre-tensioning, the regulation of the variable load influences (temperature, subsoil, etc.), supports of different hardness (variable support forces) as well as the deflections in the element can be done in any way, mechanically, hydraulically, electrically, be made thermally or chemically.
This possibility of support by means of pretensioned spring elements can either lead to a significantly lighter construction or to prevent practically any deflection of such components and carriers on supports above a flexible subsurface. The prevention of such deformations or deflections can be extremely important, especially with machine foundations, since the correct running of a machine often depends on it. By means of pretensioned spring elements of this kind, very localized subsidence can be absorbed and the support of the structure can nevertheless be secured.
If such elastic, prestressed elements are used to support a structure in the horizontal direction, one can achieve that the bearing characteristics change depending on the size of the existing stresses, bearing forces or displacements.
Thus, a bridge structure 36 with land 33 and 34 is shown schematically in plan in FIG. 3. Only the horizontal bearings are shown. This structure is supported horizontally with elastic springs 38, 39, 41, 42, 44, 45, 47, 48. These springs are firmly connected to the bridge structure on the one hand and to the substructure on the other. If you want horizontal shifts between the structure 36 and the mainland 33, respectively. 34 up to a maximum bearing force Al, for example, prevent the spring elements 38 and 39, respectively. 47 and 48 biased off. The preload V1 is equal to the bearing force occurring with Al.
If the horizontal bearing force is less than A1, the bridge structure 36 is by the springs 38 and 39, respectively. 47 and 48 adamant, i.e. firmly mounted and the entire resulting bearing force must be absorbed by these pre-tensioned spring elements. However, if the horizontal reaction force is greater than the value A1, e.g. A2, there is a shift of the bridge structure 36 with respect to the mainland 33, respectively. 34 on. The springs 38, 39, respectively. 47 and 48 are now elastic, flexible and no longer rigid bearings. The bearing force occurring therein no longer corresponds to the bearing force calculated on the rigid system; because the static system has fundamentally changed due to the now elastic mounting. There is therefore a distribution of the bearing force on the other springs according to the spring elasticities.
This ensures that displacements caused by temperature, centrifugal forces, overloading, torsion, shocks in accidents, earthquakes, support displacements, etc. for critical load conditions are permitted to a limited extent by the pre-tensioned springs, whereby individual support structures can be protected from overstressing.
Other possibilities of using such pretensioned spring elements result e.g. also building construction, where horizontal forces due to wind, earthquake, etc. are specifically supported statically by the various supporting elements. They offer protection against overloads through favorable redistribution of forces.
This also makes it possible to exert static influences on the structure in a targeted manner by means of several pre-tensioned spring elements connected in series (cascade principle).
Areas of application for these types of supports are, in particular, bridge construction and general structural and civil engineering.