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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ladungs-Rückhaltesystem aus bewehrtem Beton zur Absicherung schutzbedürftiger Bereiche neben dem Straßenverkehr, das seitlich neben einem Fahrzeug-Rückhaltesystem angeordnet ist und eine vorgegebene Höhe besitzt.
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Das genannte Ladungs-Rückhaltesystem aus bewehrtem Beton bildet zusammen mit einem straßenseitig angeordneten Fahrzeug-Rückhaltesystem einen passiven Schutz, dessen Funktion beim Fahrzeuganprall das Aufhalten einer vom Fahrzeug herabfallenden Ladung zum Schutz von unbeteiligten Personen, dem Gegenverkehr oder dem Eisenbahnverkehr neben der Straße ist.
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Durch die
US 5 406 039 ist bereits eine auch als Ladungs-Rückhaltesystem wirkende Lärmschutzwand aus bewehrtem Beton zur Absicherung schutzbedürftiger Bereiche neben dem Straßenverkehr bekannt, die seitlich neben einem Fahrzeug-Rückhaltesystem angeordnet ist und eine vorgegebene Höhe besitzt. Die Auffangvorrichtung ist aus bewehrten Betonwandeinzelelementen mittels horizontaler und/oder vertikaler Koppelelemente zu einem Ladungs-Rückhaltesystem aus bewehrtem Beton zusammengefügt. Die Betonelemente werden mittels Nut und Feder und über Stahlpfosten horizontal und vertikal gekoppelt und sind über Verbindungsglieder mittelbar mit der Brücke verbunden.
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Weiterhin ist aus der
WO 2007/009134 A1 ein Ladungs-Rückhaltesystem bekannt, das ebenfalls neben einem Fahrzeug-Rückhaltesystem angeordnet ist und bewehrte Betonwandeinzelelemente aufweist.
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Ein Ladungs-Rückhaltesystem aus Stahl ist ferner durch die
DE 100 62 648 A1 bekannt.
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Schließlich ist eine Rückverankerung von Elementen über Zugstäbe aus der
WO 2006/065003 A1 bekannt, wobei sich die elastisch gefederte Anschlagkonstruktion über die Eigenelastizität der Elemente ergibt.
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Aus der Gebrauchsmusterschrift
DE 203 04 571 U1 ist weiterhin eine Anordnung mit einer Auffangvorrichtung gegen Ladungsabwurf von Fahrzeugen bekannt, welche wenigstens 3 m hoch und seitlich hinter einem Fahrzeug-Rückhaltesystem angeordnet ist und die aus mehreren Pfosten mit übereinander angeordneten Längsprofilen und Gitterelementen besteht, wobei die Pfosten entlang einer Fahrbahn in einem Streifenfundament oder einer Bauwerkskappe verankert sind und die Verankerungsmittel der Pfosten eine Haltekraft aufweisen, die unter der Bruchgrenze des Streifenfundamentes oder der Bauwerkskappe liegt und/oder die Pfosten jeweils eine Sollknickstelle aufweisen.
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Nachteilig an der aus der Gebrauchsmusterschrift bekannten Auffangvorrichtung ist, dass diese oberhalb der Gründungsebene ausschließlich aus Stahlerzeugnissen besteht und bei einem vergleichsweise geringen Anprall eines Ladungsgegenstandes bereits ein nennenswerter Schaden mit entsprechenden Baumaßnahmen entsteht.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung der genannten Art zu schaffen, welche die oben genannten Nachteile vermeidet.
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Diese Aufgabe wird durch ein Ladungs-Rückhaltesystem mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch, dass die Auffangvorrichtung aus bewehrten Betonwandeinzelelementen besteht, die eine Deformationsschicht besitzen und über Zugstäbe in das Fundament oder die Bauwerkskappe von Brücken rückverankert sind, wird bei einem vergleichsweise geringen Anprall eines Ladungsgegenstandes dessen Energie zerstörungsfrei absorbiert.
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Bei der erfindungsgemäßen Anordnung werden 3-schichtige bewehrte Betonwandeinzelelemente mittels horizontaler und/oder vertikaler Koppelelemente zu einem Ladungs-Rückhaltesystem aus bewehrtem Beton zusammengefügt und über Zugstäbe in das Fundament oder die Bauwerkskappe von Brücken rückverankert. Das Ladungs-Rückhaltesystem aus bewehrtem Beton ist seitlich neben einem Fahrzeug-Rückhaltesystem angeordnet und besitzt eine vorgegebene Höhe.
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Die erfindungsgemäßen Betonwandeinzelelemente bestehen aus einer bewehrten Zerstörungsschicht auf der Anprallseite, einer bewehrten Rückhalteschicht auf der Seite des abzusichernden Bereiches und einer zwischen Zerstörungs- und Rückhalteschicht angeordneten Deformationsschicht, welche sich aus bewehrten Betonrohren zusammensetzt. Dabei zeigt die Achse der bewehrten Betonrohre in Richtung der Vertikalen. Die bewehrte Zerstörungs- und Rückhalteschicht bindet am Anfang, Ende und in der Mitte der Betonwandeinzelelemente in rückverankerte, bewehrte Querschotten ein.
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Die oberflächennah angeordnete Bewehrung der Zerstörungs- und Rückhalteschicht, der Querschotten und der Betonrohre besteht entweder aus alkaliresistenten Glasfasertextilien, oder aus Carbonfasertextilien, welche eine höhere Festigkeit und Steifigkeit als Glasfasertextilien aufweisen. Im Bereich der textilen Bewehrungslagen wird ein Feinbeton mit einem zulässigen Größtkorn von 1 bis 4 Millimeter verwendet. Nach dem Stand der Technik wird der textilbewehrte Feinbeton als Textilbeton bezeichnet (Zeitschrift „Beton- und Stahlbetonbau”, 104, Jahrgang 2009, Heft 1, Seite 9 bis 16). Der besondere Vorteil bei der Anwendung eines oberflächennah angeordneten Textilbetons liegt in den Korrosionseigenschaften der textilen Bewehrung gegenüber der klassischen Stahlbewehrung begründet. Die textile Bewehrung Bedarf keiner korrosionsschützenden Betonüberdeckung wie beim Stahlbeton, wodurch wesentlich schlankere und damit leichtere Bauteile möglich sind.
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Der Zwischenraum zwischen der äußeren Textilbetonumhüllenden des Betonwandeinzelelements und den beiden inneren Textilbetonumhüllenden der beiden Deformationsschichten zwischen den Randquerschotten und dem Querschott in der Mitte wird mit einem Normal- oder einem Leichtbeton ausgefüllt.
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Um die Duktilität des eingesetzten Füllbetons zu erhöhen, ist es vorteilhaft, Fasern aus alkaliresistentem Glas (AR-Glas), aus Stahlfasern oder aus einem Fasercocktail bestehend aus Polypropylen Fasern und Stahlfasern dem Füllbeton beizumischen. Vorteilhafterweise wird die Verbundfuge zwischen Textilbeton und Normal- bzw. Leichtbeton als verzahnte Fuge nach DIN 1045-1 (08/2008); Abs. 10.3.6 ausgeführt.
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Die erfindungsgemäß als Deformationsschicht wirkenden Betonrohre werden in Reihe mit vertikal angeordneter Rohrachse in den Zwischenraum zwischen Zerrstörungs- und Rückhalteschicht eingestellt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der lichte Raum zwischen den Querschotten dem Außendurchmesser aller eingestellten Betonrohre zuzüglich eines Spaltmaßes entspricht. Durch diesen Spalt kann sich nach Überschreitung der Scheiteldruckfestigkeit der Betonrohre eine geringfügige Deformation derselben einstellen, die zu einem Energieverzehr des anprallenden Ladungsgegenstandes führt.
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Wird das Spaltmaß aus den Betonrohrdeformationen überschritten, wird die Druckringtragwirkung der Betonrohre durch die seitliche Stützung aus der Zerrstörungs- und Rückhalteschicht und den seitlichen Querschotten aktiviert. Die Duktilität und damit das Arbeitsvermögen der Betonrohre selbst, wird besonders vorteilhaft durch die Anzahl der textilen Bewehrungslagen mit der daraus resultierenden Rohrwandungsstärke des Textilbetonrohres eingestellt.
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Die Betonwandeinzelelemente werden bis zur erforderlichen Höhe des Ladungs-Rückhaltesystems aus bewehrtem Beton aufeinander gestellt und erfindungsgemäß mittels vertikal eingestellter Betondübel aus Textilbeton in den Querschotten horizontal gekoppelt.
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Um im Anprallfall eines Ladungsgegenstandes das Eigengewicht aller übereinander stehenden Betonwandeinzelelemente aktivieren zu können, werden diese am Anfang und Ende erfindungsgemäß mittels vertikaler Koppelplatten aus Textilbeton und horizontal eingeschobener Betondübel aus Textilbeton in vertikaler Richtung miteinander verbunden.
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Die Tragfähigkeit der erfindungsgemäß angeordneten Betondübel aus Textilbeton wird durch den Außendurchmesser des Betondübels und die Anzahl der textilen Bewehrungslagen in Verbindung mit einem normal- oder hochfesten Feinbeton, vorzugsweise mit einem zulässigen Größtkorn von 1 bis 4 Millimeter, als Füllbeton eingestellt. Um die Duktilität des eingesetzten Füllbetons zu erhöhen, ist es vorteilhaft, Fasern aus alkaliresistentem Glas (AR-Glas), aus Stahlfasern oder aus einem Fasercocktail bestehend aus Polypropylen Fasern und Stahlfasern dem Füllbeton beizumischen.
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Die Beanspruchbarkeit der vertikalen Koppelplatten aus Textilbeton entspricht dem Eigengewicht der unterhalb des obersten Betonwandeinzelelements im Anprallfall anhängenden Betonwandeinzelelemente.
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Die am Anfang, Ende und in der Mitte angeordneten Querschotten eines 3-schichtigen, bewehrten Betonwandeinzelelements werden über Zugstäbe in die Fundamente oder die Bauwerkskappe von Brücken rückverankert.
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Vorteilhafterweise ist der in den Querschotten eingestellte Zugstab ein Stahlzugstab, vorzugsweise ein verzinkter Stahlzugstab. Der Stahlzugstab ist in der Lage große Beanspruchungen bei kleiner Querschnittsfläche aufzunehmen. Hierdurch wird eine möglichst geringe Querschnittsschwächung der Querschotten zum nachträglichen Einfädeln des Zugstabes in die aufeinander gestellten Betonwandeinzelelemente gewährleistet.
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Der erfindungsgemäße Anschluss der Zugstäbe erfolgt am Kopf des obersten Betonwandeinzelelements über eine elastisch gefederte Anschlagkonstruktion. Mit dieser elastisch gefederten Anschlagkonstruktion kann sich das aus vertikal und horizontal gekoppelten Betonwandeinzelelementen zusammengesetzte Ladungs-Rückhaltesystem aus bewehrtem Beton bis zum Erreichen des maximalen Federwegs polygonzugartig in Anprallrichtung verformen und damit dem destabilisierenden Drehmoment aus dem anprallenden Gegenstand mit dem Eigengewicht der in Längsrichtung und über die Höhe gekoppelten Betonwandeinzelelemente entgegen wirken.
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Somit kann durch das elastische Ausweichen und dem damit verbundenen Aktivieren des Eigengewichts des Ladungs-Rückhaltesystems aus bewehrtem Beton ein Großteil der kinetischen Energie des anprallenden Gegenstandes zerstörungsfrei abgebaut werden.
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Bei Erreichen des maximalen Federweges der Anschlagkonstruktion wird die Tragfähigkeit des Zugstabes aktiviert und der anprallende Gegenstand von dem Ladungs-Rückhaltesystem aus bewehrtem Beton in der Regel zurückgehalten.
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Der Anschluss der Zugstäbe in dem Fundament oder in der Bauwerkskappe von Brücken erfolgt erfindungsgemäß mit einer um 90° eindrehbaren Anschlagkonstruktion.
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Hierzu wird das untere Ende des Zugstabes, an dem zwei gegenüberliegend angeordnete Stahlbleche angeschweißt sind, durch entsprechend vorgerichtete Einbringöffnungen in den aufeinander stehenden Betonwandeinzelelementen bis zu einem im Fundament oder der Bauwerkskappe eingelassenen Stahleinbauteil mit Langloch eingefädelt. Durch eine 90° Drehung des Zugstabes wird Kraftschluss zwischen den beiden angeschweißten Stahlblechen und dem Stahleinbauteil hergestellt, so dass das Anschlagen der Zugstäbe im Anprallfall sichergestellt ist.
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Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung sind in den nachfolgenden Figuren beschrieben. Es zeigt:
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1 ein Querschnitt durch ein 3-schichtiges bewehrtes Betonwandeinzelelement
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2 ein Längsschnitt durch ein 3-schichtiges bewehrtes Betonwandeinzelelement
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3 ein Detail zur vertikalen und horizontalen Kopplung der Betonwandeinzelelemente in Draufsicht
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4 ein Querschnitt durch ein aus vertikal und/oder horizontal gekoppelten Betonwandeinzelelementen zusammengesetztes Ladungs-Rückhaltesystem aus bewehrtem Beton
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5 eine elastisch gefederte Anschlagkonstruktion am Wandkopf
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6 ein polygonzugartig verformtes Ladungs-Rückhaltesystem aus bewehrtem Beton bei Erreichen des maximalen Federweges in der elastischen Anschlusskonstruktion am Wandkopf
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7 eine Aufsicht und einen Querschnitt durch eine um 90° eindrehbare Anschlagkonstruktion
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1 zeigt einen Querschnitt durch ein 3-schichtiges bewehrtes Betonwandeinzelelement (1) bestehend aus einer bewehrten Zerstörungsschicht (2) auf der dem Verkehrsraum (20) zugewandten Anprallseite, einer bewehrten Rückhalteschicht (4) auf der Seite des abzusichernden Bereiches (21) und der aus bewehrten Betonrohren (7) bestehenden Deformationsschicht (3) zwischen Zerstörungs- und Rückhalteschicht.
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Der unmittelbar an der Oberfläche der Zerstörungs- (2) und Rückhalteschicht (4) angeordnete Textilbeton (5) setzt sich aus einer mehrlagigen textilen Bewehrung und einem Feinbeton mit einem zulässigen Größtkorn von 1 bis 4 Millimetern zusammen. Der Zwischenraum zwischen den beiden jeweiligen Textilbetonumhüllenden (5) wird mit einem Füllbeton (6) aus Normal- oder Leichtbeton ausgefüllt. Vorzugsweise werden dem Füllbeton (6) Fasern aus alkaliresistentem Glas (AR-Glas), aus Stahlfasern oder aus einem Fasercocktail bestehenden aus Polypropylen Fasern und Stahlfasern zur Duktilitätssteigerung beigemischt.
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Aus 2 ist ein Längsschnitt durch ein 3-schichtiges bewehrtes Betonwandeinzelelement (1) zu entnehmen. Die in der Deformationsschicht (3) erfindungsgemäß eingestellten textilbewehrten Betonrohre (7) füllen den Zwischenraum zwischen den Querschotten (8) eines Betonwandeinzelelements (1) inklusive einem Spaltmaß (9) derart aus, dass sich geringfügige Deformationen der Betonrohre (7) einstellen können, die zu einem Energieverzehr des anprallenden Ladungsgegenstandes führen. Erreichen die Betonrohrdeformationen das Spaltmaß (9), wird bei einer weiteren Laststeigerung die Druckringtragwirkung der Betonrohre (7) durch die seitliche Stützung aus der Zerstörungs- (2), Rückhaltesschicht (4) und den seitlichen Querschotten (8) aktiviert.
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In 3 ist ein Detail zur vertikalen und horizontalen Kopplung der Betonwandeinzelelemente (1) in Draufsicht dargestellt. Die Querkraftübertragung zwischen zwei aufeinander stehenden Betonwandeinzelelementen (1) erfolgt erfindungsgemäß über vertikal in den Querschotten eingestellte Betondübel (12) aus Textilbeton. Die vertikale Kopplung der übereinander stehenden Betonwandeinzelelemente (1) wird an deren Anfang und Ende erfindungsgemäß mittels vertikaler Koppelplatten (13) aus Textilbeton in Verbindung mit horizontal eingeschobenen Betondübeln (14) aus Textilbeton sichergestellt. Zur Montage der übereinander stehenden Betonwandeinzelelemente (1) werden die vertikalen Betondübel (12) aus Textilbeton in vorgefertigte Bohrungen am Kopf des bereits in seiner endgültigen Position eingebauten Betonwandeinzelelements (1) eingelassen. Nach dem Einfädeln der horizontalen Betondübel (14) in die vorgefertigten Bohrungen (16) und dem Auffädeln der vertikalen Koppelplatten (13) aus Textilbeton über die horizontalen Betondübel (14), wird das benachbarte Betonwandeinzelelement (1a) seitlich über den bereits eingebauten vertikalen Betondübel (12) durch den am Fuß vorgerichteten Schlitz (15) und die horizontalen Bohrungen (16) eingeschoben.
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4 zeigt einen Querschnitt durch ein aus vertikal und horizontal gekoppelten Betonwandeinzelelementen (1) zusammengesetztes Ladungs-Rückhaltesystem (17) aus bewehrtem Beton. Das Ladungs-Rückhaltesystem (17) aus bewehrtem Beton ist neben einem Fahrzeug-Rückhaltesystem (18), mindestens im Abstand des Wirkungsbereichs (19) des eingesetzten Fahrzeug-Rückhaltesystems (18), angeordnet und besitzt eine vorgegebene Höhe.
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Es ist ersichtlich, dass die Anzahl der horizontalen Betondübel (14) aus Textilbeton, bei gleicher Tragfähigkeit aller eingesetzten horizontalen Betondübel (14) aus Textilbeton, mit dem aktivierbaren Eigengewicht der im Anprallfall anhängenden Betonwandeinzelelemente (1) zunimmt. Wohingegen die vertikal in den Querschotten (8) eingestellten Betondübel (12) aus Textilbeton entsprechend dem konstanten Querkraftverlauf im Anprallfall hinsichtlich ihrer Anzahl und ihrer Tragfähigkeit über die Höhe gleich sind.
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In den Querschotten (8) werden auf der dem Verkehrsraum (20) zugewandten Anprallseite Zugstäbe (10) durch Hüllrohre (11) in das Fundament oder in die Bauwerkskappe von Brücken (34) eingefädelt. Die Zugstäbe (10) dienen zur Rückverankerung des aus Betonwandeinzelelementen (1) zusammengesetzten Ladungs-Rückhaltesystems (17) aus bewehrtem Beton und werden am Kopf des obersten Betonwandeinzelelements (1) angeschlossen.
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In 5 ist eine elastisch gefederte Anschlagkonstruktion am Wandkopf dargestellt. Diese schließt die zur Rückverankerung dienenden Zugstäbe (10) an das oberste Betonwandeinzelelement (1) des Ladungs-Rückhaltesystems (17) aus bewehrtem Beton an.
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Der untere Teil der elastischen Anschlagkonstruktion besteht aus einer Druckfeder (22) aus Federstahldraht, die oberhalb einer kreisrunden Stahlanschlagplatte (23) mit mittiger Bohrung mittels Punktschweißung fixiert ist, und einem unterhalb der kreisrunden Stahlanschlagplatte (23) angeschweißten Stahlrohr (24), welches einen geringfügig kleineren Durchmesser als das Hüllrohr (11) besitzt, so dass der untere Teil der Anschlagkonstruktion über den Zugstab (10) in das Hüllrohr (11) eingelassen werden kann.
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Der obere Teil der elastischen Anschlagkonstruktion setzt sich aus einer Stahlkreisplatte (25) mit mittiger Bohrung und einem angeschweißten Stahlanschlagrohr (26) zusammen. Die Stahlkreisplatte (25) mit angeschweißtem Stahlanschlagrohr (26) wird über den Zugstab (10) gefädelt, so dass die Stahlkreisplatte (25) auf der Druckfeder (22) aus Federstahldraht aufliegt. Der Zugstab (10) wird mit einer zugehörigen gesicherten Mutter (27) und einer Unterlegscheibe (28) so an den oberen Teil der elastischen Anschlagkonstruktion angeschlossen, dass der definierte Federweg zwischen Unterkante Stahlanschlagrohr (26) und Oberkante der kreisrunden Stahlanschlagplatte (23) gewährleistet ist.
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Die Stahlkreisplatte (25) mit mittiger Bohrung besitzt einen geringfügig kleineren Außendurchmesser als der Innendurchmesser des in diesem Bereich eingebauten Hüllrohres (11), so dass sich die elastische Anschlagkonstruktion bis zum Anschlagen des Stahlanschlagrohres (26) auf der Stahlanschlagplatte (23) zwängungsfrei in dem Hüllrohr (11) verformen kann.
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Aus 6 ist ein polygonzugartig verformtes Ladungs-Rückhaltesystem (17) aus bewehrtem Beton bei Erreichen des maximalen Federweges in der elastischen Anschlusskonstruktion am Wandkopf zu entnehmen.
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Die dargestellte Verformungsfigur resultiert aus einem Ladungsanprall am obersten Betonwandeinzelelement (1) und berücksichtigt einen Schlupf zwischen den vertikalen und horizontalen Kopplungselementen (13, 14).
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Es ist ersichtlich, dass durch das Ausweichen des Ladungs-Rückhaltesystems (17) aus bewehrtem Beton alle aufeinander stehenden Betonwandeinzelelemente (1) auf der dem Verkehrsraum (20) zugewandten Anprallseite abheben und somit das Eigengewicht der direkt durch den Ladungsanprall beanspruchten Betonwandeinzelelemente (1) und der unmittelbar benachbarten Betonwandeinzelelemente (1) zum Abbau der kinetischen Energie des anprallenden Gegenstandes aktiviert werden.
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7 zeigt eine Aufsicht und einen Querschnitt durch eine um 90° eindrehbare Anschlagkonstruktion. Diese schließt die zur Rückverankerung dienenden Zugstäbe (10) an das Fundament oder die Bauwerkskappe von Brücken (34) an.
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Hierzu wird das untere Ende des Zugstabes (10), an dem zwei gegenüberliegend angeordnete Stahlbleche (30) angeschweißt sind, durch die Hüllrohre (11) der aufeinander stehenden Betonwandeinzelelemente (1) und durch das Langloch der oberen Stahlplatte (31), die im Fundament oder der Bauwerkskappe (34) einbetoniert ist, bis zum Anschlagen der am Zugstab (10) angeschweißten Kreisplatte (29) eingefädelt. Durch eine 90° Drehung des Zugstabes (10) wird Kraftschluss zwischen den beiden angeschweißten Stahlblechen (30) und der oberen Stahlplatte (31) mit Langloch hergestellt, so dass das Anschlagen der Zugstäbe (10) im Anprallfall sichergestellt ist.
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An der oberen Stahlplatte (31) mit Langloch ist ein Quadrathohlprofil (32) aus Stahl angeschweißt, welches einerseits als Verdrängungskörper im Fundament oder der Bauwerkskappe (34) dient und andererseits die im Anprallfall auf die obere Stahlplatte (31) mit Langloch einwirkenden Zugkräfte des Zugstabes (10) in die untere Stahlplatte (33) mit mittiger Bohrung durchleitet und somit eine flächige Einleitung der Zugkraft des Zugstabes (10) in den Beton des Fundaments oder der Bauwerkskappe (34) ermöglicht.
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Sollte Oberflächenwasser durch das Langloch der oberen Stahlplatte (31) in das Quadrathohlprofil (32) aus Stahl eindringen, kann dieses durch die mittige Bohrung in der unteren Stahlplatte abgeführt werden.
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Die vorliegende erfindungsgemäße Anordnung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Abänderungen der erfindungsgemäßen Anordnung im Rahmen der Patentansprüche sind jederzeit möglich.
