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Satz von belageisenähnlichen Grubenausbauprofilen, vorzugsweise für
den Gleitbogenausbau in Grubenstrecken Es ist ein Gleitbogenausbau für Grubenstrecken
bekannt, der aus im Querschnitt kongruenten Rinnenprofilen besteht, die sich im
Überlappu.ngsbereich mit quer zu den Stegen gerichteten Flächen (Gurtungen) aufeinander
abstützen, wobei die zu den Flanschen divergierenden Stege einen Öffnungswinkel
von etwa 15 bis etwa 45° einschließen. Unter Gurtungen werden dabei die Profilflansche
(Flanschgurtungen) oder der Profilboden (Bodengurtungen) verstanden.
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Verwendet man hierbei Profile, die sich im Überlappungsbereich bei
ihrer Verspannung mit den Flanschen aufeinander abstützen, erhält man einen Grubenausbau,
der bei hohen Widerstandsmomenten in den beiden Hauptachsen einen großen Widerstand
gegen Aufklaffen und sonstige Querschnittsverformungen, insbesondere auch einen
hohen Widerstand gegen Torsion besitzt: Ein aus gebogenen Segmenten solcher Art
gebildeter Grubenausbaurahmen ist in hohem Maße geeignet, den gefährlichen Biegebeanspruchungen
standzuhalten, die dadurch bedingt sind, daß bei dem unter dem Gebirgsdruck erfolgenden
axialen Zusammenschieben der gekuppelten Profile eine Veränderung des Krümmungsradius
der Segmente stattfinden muß.
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Die vorliegende Erfindüng betrifft eine Verbesserung solcher kongruenten
geflanschten Rinnenprofile, die sich im überlappungsbereich mit quer zu den Stegen
gerichteten Flächen (Flansche oder Böden) aufeinander abstützen, und kennzeichnet
sich dadurch, daß .unter Anwendung eines Öffnungswinkels von etwa 20 bis etwa
52' zwischen den zu den Flanschen divergierenden Stegen und eines Profilbodens,
dessen innere Breite gleich oder größer als die äußere Breite bemessen ist, die
Höhe der Flansch.gurtungen und der Bodengurtungen um ein derart kleines Maß verschieden
voneinander gewählt sind, daß in einer höheren Belastungsstufe bei entsprechender
Verformung der Profile zusätzlich auch die schwächer bemessenen Gurtungen zur Anlage
kommen. Auf diese Weise wird ein Profil geschaffen, bei dem sämtliche Gurtungen
aufeinander abgestützt sind und daher zur übertragung der Axialkräfte herangezogen
werden. Man hatte bisher befürchtet, daß es schon aus Herstellungsgründen der Profile
nicht möglich ist, sämtliche Gurtungen zur Anlage zu bringen, so daß also für Anlage
aller Gurtungen .ausgelegte Profile auf Grund der Herstellungstoleranzen doch nur
entweder mit den Böden oder mit den Flanschen zur Berührung kommen würden. Die vorliegende
Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß es im Rahmen wirtschaftlicher Walztoleranzen
möglich ist, die Profile so zu gestalten, daß die sich nicht bereits beim Ineinanderlegen
der Profile gegeneinander abstützenden Gurtungen in einer höheren Belastungsstufe
durch elastische oder beginnende plastische Verformung der Profile zur Anlage kommen.
Diese Wirkung wird beispielsweise dann erreicht, wenn bei einem Profil von einem
Gewicht von 21 kg je Meter und etwa 100 mm Höhe Walztoleranzen von ± 0,5% eingehalten
werden. Werden die Profile in dieser Weise ausgelegt, so wird nach dem Ineinanderlegen
der Profile im Regelfall entweder zwischen .den Flanschen öder den Böden ein kleines
Spiel von maximal l mm, d. h. 1% der Höhe, verbleiben. je nach der Höhe dieses Spaltes
wird dieser bereits bei der Verspannung der Profile durch die üblichen Verbindungsmittel
(z. B. Bügelschrauben) oder - vorzugsweise - erst in einer höheren Belastungsstufe
durch elastische oder beginnende plastische Verformung der Profile verschwinden.
Auf diese Weise werden also in der ersten Belastungsstufe nur ein Teil der Gurtungen
(Boden oder Flansche) .und in einer zweiten Belastungstufe sämtliche Gurtungen zur
Anlage kommen, d. h. die Reibungsfläche wird stufenartig vergrößert. Dies ist zweckmäßig,
weil es in vielen Fällen günstig ist, den Widerstand gegen axiales Zusammenschieben
der Segmente mit zunehmender Belastung des ' Aüsbaurahmens zu vergrößern.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung soll die Höhe
der Flansche um ein kleines Maß größer als die Dicke dies Bodens gewählt werden,
derart, daß die Profile im überlappungsbereich anfänglich nur mit den Flanschen,
bei höherer Belastung zusätzlich auch mit den. Bsöderi aufeinandier abgestützt
sind.
Es ist aber auch denkbar, in umgekehrter Weise die Stärke des Bodens um ein kleines
Maß größer als die Höhe der Flansche zu wählen, derart, daß die Profile im Überlappungsbereich
anfänglich nur mit den Böden, und bei stärkerer Belastung auch mit den Flanschen
aufeinander abgestützt sind. In allen Fällen ist es am zweckmäßigsten, wenn die
Profile in an sich bekannter Weise im überlappungsbereich zusätzlich auch noch mit
den Stegen gegeneinandergepreßt sind, wobei eine federnde Klemmwirkung erreicht
wird, wenn sich die Stege zu dem Boden hin keilartig verjüngen.
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Dadurch, daß sich die Profile, zumindest bei stärkerer Belastung,
mit sämtlichen Gurtungen (Boden und Flansche) aufeinander abstützen, wird: eine
völlig mittige Übertragung der axialen Kräfte erreicht, wodurch zusätzliche schädliche
Momente vermieden werden. Die Nachteile der an sich bekannten Bodenberührung der
Profile, insbesondere in bezug auf die Torsionsbeanspruchungen, können bei dem Profil
nach der vorliegenden Erfindung wegen der gleichzeitigen Flanschenabstützung nicht
eintreten.
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Ein weiterer Vorteil des Profils nach der vorliegenden Erfindung besteht
darin, daß es eine besonders giinstige Verteilung des Werkstoffes ermöglicht.
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Der Profilboden wird zweckmäßig sowohl auf der Oberseite als auch
auf der Unterseite von im wesentlichen ebenen parallelen Flächen begrenzt, doch
ist auch eine gewölbte Ausführung des Bodens denkbar. Bei Verwendung eines Öffnungswinkels
zwischen den Stegen, der sich der unteren Grenze nähert, kann es z@veckmäßig sein,
in den Flanschen und im Boden Ausnehmungen vorzusehen, um übermäßige Materialanhäufungen
zu vermeiden. Die Profile nach der Erfindung sind in erster Linie für den Streckenausbau
für Gruben und Tunnel bestimmt, doch können die Profile auch für andere Zwecke des
Hoch- und Tiefbaues, z. B. auch als Grubenstempel, Verwendung finden. Die Vorteile
der Erfindung wirken sich in erster Linie dann aus, wenn die Profile für die Herstellung
gebogener Bauelemente verwandt werden.
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In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung an verschiedenen
Ausführungsbeispielen dargestellt. Fig. 1 zeigt einen Grubenausbaurahmen in Bogenform;
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt zu Fig. 1 in größerem Maßstab, im Bereich der Überlappung
Z; Fig.3 zeigt einen Querschnitt durch zwei Profile bei Beginn des. Ineinanderlegens;
Fig. 4 zeit die Profile in der ersten Belastungsstufe bei einem Ausführungsbeispiel,
bei dem sich zuerst nur die Flansche aufeinander abstützen; Fig. 5 veranschaulicht
die gleichen Profile bei einer höheren Belastungsstufe; Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel,
bei welchem sich die Profile in der ersten Belastungsstufe mit den Böden aufeinander
abstützen; Fig. 7 veranschaulicht die gleichen Profile bei einer höheren Belastungsstufe;
Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem zwischen den Stegen der Profile
ein Spalt verbleibt. In allen Ausführungsformen bedeutet 1 die Profilstege, 2 die
Böden, 3 die dem Gebirge zugekehrten Flansche. Mit X-X und Y-Y sind die Hauptträgheitsachsen
bezeichnet, während a den von den Profilstegen eingeschlossenen Öffnungswinkel darstellt.
Fig.l zeigt einen aus drei Segmenten S1, S2, S3 bestehenden bogenförmigen Streckenausbaurahmen.
Diese Segmente bestehen aus mit Flanschen 3 versehenen Rinnenprofilen, welche sich
mit ihren Enden im Bereich Z überlappen, d. h. gleichsinnig ineinanderlegen (vgl.
Fig. 2) und in diesem Bereich durch Spann- oder Führungsmittel miteinander gekuppelt
sind. Gemäß Fig. 2 erfolgt diese Verspannung in an sich bekannter Weise durch Bügelschrauben
r und Klemmlaschen s, welche Flansche und Böden gegeneinanderpressen. Selbstverständlich
können diese Spann- bzw. Führungsmittel auch in anderer Weise ausgebildet sein.
Ebenso können andere als in Fig.1 dargestellte Bogen-und/oder Ringformen für den
Rahmen benutzt werden. In allen Fällen handelt es sich um einzeln stehende, in Abständen
angeordnete Rahmen, die gegebenenfalls in bekannter Weise durch quer gerichtete
Bolzen gegeneinander abgestützt sein können. Bei Überschreiten eines gewissen Gebirgsdruckes
können sich die Segmente S1, S2, S3 teleskoparti.g ineinanderschieben, wobei ein
Widerstand überwunden werden muß, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
durch die Reibung zwischen den Profilflächen gebildet wird. Bei diesem Ineinanderschieben
der Profilsegmente nimmt schließlich der Ausbaurahmen die in Fig. 1 strichpunktiert
gezeichnete Form an, gemäß welcher sich der von dem Rahmen umschlossene lichte OOnerscb.nitt
der Grubenstrecke erheblich verringert hat.
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Bei sämtlichen Ausführungsbeispielen werden im Querschnitt kongruente,
symmetrisch zur Y-Achse ausgebildete Profile benutzt, die sich im Bereich der Überlappung
Z (Fig. 1) gleichsinnig ineinanderlegen lassen. Der von den Profilstegen 1 eingeschlossene
Öffnungswinkel liegt am vorteilhaftesten zwischen 30 und 40°. Ferner sind bei den
Ausführungsbeispielen der Fig. 3 bis 7 d.ie Stege 1 um eine geringes Maß keilförmig
zum Boden hin verjüngt, wie dies aus Fig. 3 ersichtlich ist. Auf diese Weise entstehst
in der Stellung der Fig. 3 ein keilförmiger Spalt v zwischen den Stegen, der sich
beim weiteren Ineinanderschieben der Profile gemäß Fig. 4 bzw. 6 schließt. Bei dem
Ausführungsbeispiel nach Fig.4 und 5 stützen sich die Profile in Arbeitsstellung
zunächst außer mit den Stegen nur mit den Flanschen aufeinander ab (Fig.4), während
zwischen den Böden ein kleiner Spalt w verbleibt. Bei zunehmender Belastung des
Ausbaurahmens schließt sich dieser Spalt durch entsprechende elastische oder beginnende
plastische Verformung der Profile gemäß Fig. 5. Bei dem Ausführungsbeispiel nach
Fig. 6 stützen sich die Profile in der Arbeitsstellung zunächst außer mit den Stegen
nur mit den Böden aufeinander ab, während; zwischen den Flanschen ein kleiner Spalt
w1 verbleibt, der sich in einer höheren Belastungsstufe gemäß Fig. 7 schließt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 sind die Stege etwas dünner
bemessen und von parallelen Flächen begrenzt, so duß ein Spalt w2 aufrechterhalten
bleibt: Im allgemeinen sind die Ausführungsformen der Fig. 3 bis 7, also mit Verspannung
der Stege, vorzuziehen.
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Im allgemeinen ist es am zweckmäßigsten, wenn die Werkstoffverteilung
so erfolgt, daß die Widerstandsmomente in den beiden Hauptachsen einander angenähert
oder sogar gleich gehaltem sind; doch ist je nach den im Grubenbetrieb gestellten
Anforderungen auch eine unterschiedliche Bemessung dieser Momente möglich.
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Damit eine Anlage der Böden gegeneinander möglich ist, muß die innere
Bodenbreite b1 gleich oder größer als die äußere Bodenbreite b2 des Profils sein.
Bei allen Ausführungsbeispielen stützen sich die Flansche im ganzen Längenbereich
der Überlappung mit den einander zugekehrten Flächen satt aufeinander ab, doch ist
es auch möglich, die Flansche so auszubilden,
daß sie sich nur mit
Teilen der einander zugekehrten Flächen aufeinander abstützen. Das gleiche gilt
für die Böden.
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Die Profile werden vorzugsweise durch Walzen hergestellt, insbesondere
wenn als Baustoff Stahl benutzt wird; doch sind auch andere Herstellungsverfahren,
insbesondere bei Verwendung von Leichtmetall, möglich.