DE102017008627A1

DE102017008627A1 - Nachgiebigkeitselement

Info

Publication number: DE102017008627A1
Application number: DE102017008627.3A
Authority: DE
Inventors: Cord Ole Scharrelmann
Original assignee: SZ SCHACHT und STRECKENAUSBAU GmbH; SZ SCHACHT- und STRECKENAUSBAU GmbH
Current assignee: SZ SCHACHT und STRECKENAUSBAU GmbH; SZ SCHACHT- und STRECKENAUSBAU GmbH
Priority date: 2017-09-14
Filing date: 2017-09-14
Publication date: 2019-03-14

Abstract

Dargestellt und beschrieben ist ein Nachgiebigkeitselement (1) zur Integration in einen untertägigen Verbundausbau, mit wenigstens zwei im Abstand zueinander angeordneten Tragblechen (2, 3) und mit mehreren zwischen den Tragblechen (2, 3) angeordneten Verformungskörpern, wobei die Verformungskörper Zwischenräume zwischen den Tragblechen (2, 3) bilden und unter Gebirgsdruck stauchbar und plastisch verformbar sind. Erfindungsgemäß sind zwischen den Tragblechen (2, 3) wenigstens zwei nachfolgend angeordnete Rohrlagen (4, 5, 6) mit Rohrkörpern (7) vorgesehen, wobei die Rohrkörper (7) die Verformungskörper bilden und sich in jeder Rohrlage (4, 5, 6) jeweils wenigstens ein Rohrkörper (7) befindet, der über seine gesamte Länge ein durch den lichten inneren Querschnitt des Rohrkörpers (7) festgelegtes einbautenfreies Innenvolumen (8) aufweist, und wobei sich Rohrkörper (7) mit einbautenfreiem Innenvolumen (8) von wenigstens zwei Rohrlagen (4, 5, 6) in Bezug auf ihren Außendurchmesser und/oder ihre Wandstärke unterscheiden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Nachgiebigkeitselement zur Integration in einen untertätigen Verbundausbau, insbesondere zur Integration in einen Verbundausbau aus Rinnenprofilen oder Gitterträgern und einer Betonschale und/oder zur Integration in eine Kontraktionsfuge zwischen Segmenten einer durch Spritzbetonschalen, Ortbetonschalen, Stahlausbauten oder Tübbingen gebildeten Auskleidung, mit wenigstens zwei im Abstand zueinander angeordneten Tragblechen und mit mehreren zwischen den Tragblechen angeordneten Verformungskörpern, wobei die Verformungskörper Zwischenräume zwischen den Tragblechen bilden und unter Gebirgsdruck stauchbar und plastisch verformbar sind. Ein solches Nachgiebigkeitselement ist insbesondere zum Einsatz in bruchhaftem Gebirge, beispielsweise in den Alpen, vorgesehen.
Nachgiebigkeitselemente der eingangs genannten Art werden insbesondere beim Tunnelausbruch und/oder beim Ausbruch von Schächten, Bunkern, Grubenstrecken oder dergleichen eingesetzt, um Deformationen bzw. Schäden infolge von Gebirgsbewegungen zu vermeiden. Nachgiebigkeitselemente sind insbesondere in der Lage, Belastungsspitzen, die bei Gebirgsbewegungen auftreten, so lange nachzugeben, bis sich die Belastung auf benachbarte Bereiche des Ausbaus verteilt hat. Typischerweise werden die Nachgiebigkeits- bzw. Stauchelemente in Kontraktionsfugen eingesetzt, die in Tunnellängsrichtung verlaufen und entsprechende Segmente für die Nachgiebigkeitselemente bilden. Dadurch wird ein entsprechender Ausbauwiderstand der Tunnelauskleidung erreicht. Die in Rede stehenden Nachgiebigkeitselemente weisen üblicherweise metallische Hohlkörper als Verformungskörper auf, welche in eine Kontraktionsfuge eingesetzt werden und unter Gebirgsdruck stauchbar und plastisch verformbar sind. Die Verformungskörper werden üblicherweise mit einer komprimierbaren Materialfüllung, insbesondere einem porösen Material wie Blähbeton, Leichtbeton, Gasbeton oder dergleichen, verfüllt, um einen möglichst großen Verformungswiderstand zu gewährleisten.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Nachgiebigkeitselemente haben sich zwar in der Praxis grundsätzlich bewährt, weisen jedoch einerseits den Nachteil auf, dass sie sich unter dem Einfluss des Gebirgsdrucks unkontrolliert verformen können, was letztlich zu Schäden an der Auskleidung führen kann. Andererseits ist im Stand der Technik vorgesehen, zusätzliche Einbauten, beispielsweise Hohlprofile wie Rohre, Drähte oder sonstige Halbzeuge bzw. Bauteile, in das Innenvolumen der Verformungskörper einzubringen, um einen hohen Verformungswiderstand sicherzustellen. Beispielsweise sind „Rohr-in Rohr“-Lösungen bekannt. Dies ist mit einer aufwendigen bzw. zeit- und kostenintensiven Herstellung verbunden, da die Einbauten nach dem Einbringen in die Verformungskörper der Länge nach ausgerichtet und fixiert werden müssen. Darüber hinaus geht der Einsatz der Einbauten mit einer erheblichen Gewichtserhöhung der Verformungskörper einher, was nicht nur die Handhabung erschwert, sondern auch die Materialkosten erhöht. Schließlich lässt sich das tatsächliche Verformungsverhalten der Verformungskörper unter Druckbelastung aufgrund der Einbauten nur mittels aufwendiger vorheriger Berechnungen und/oder aufwendiger Praxisversuche bestimmen, so dass oft nicht bekannt ist, wie sich die Verformungskörper unter Gebirgsdruck im Einbauzustand tatsächlich verhalten werden.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Nachgiebigkeitselement der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, das sich durch ein verbessertes, insbesondere gezielt einstellbares, Verformungsverhalten auszeichnet und gleichzeitig bei einfachem und/oder gewichtsreduziertem Aufbau eine zeit- und/oder kostensparende Herstellung zulässt.
Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zwischen den Tragblechen wenigstens zwei nachfolgend und/oder übereinander angeordnete Rohrlagen mit Rohrkörpern vorgesehen sind, wobei die Rohrkörper die Verformungskörper bilden und sich in jeder Rohrlage jeweils wenigstens ein Rohrkörper befindet, der über seine gesamte Länge ein durch den lichten inneren Querschnitt des Rohrkörpers festgelegtes einbautenfreies Innenvolumen aufweist, und wobei sich Rohrkörper mit einbautenfreiem Innenvolumen von wenigstens zwei Rohrlagen in Bezug auf ihren Außendurchmesser und/oder ihre Wandstärke unterscheiden. Im Ergebnis sind wenigstens zwei Rohrkörper in unterschiedlichen Rohrlagen vorgesehen, die einen anderen Außendurchmesser und/oder eine andere Wandstärke aufweisen.
Ein Rohrkörper mit einem „einbautenfreien Innenvolumen“ zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass er über seine gesamte Länge keine Einbauten, beispielsweise keine in den Rohrkörper eingebrachten (Hohl-)Profile, Drähte, Verstärkungen oder sonstige Halbzeuge, bzw. den lichten Querschnitt verringernde (separate) Bauteile aufweist. „Einbautenfrei“ im Sinne der Erfindung bedeutet, dass über die gesamte Länge des Rohrkörpers der volle (lichte) (Strömungs-)Querschnitt freigehalten und nicht durch in den Rohrkörper eingebrachte Profile verringert ist. Damit ist eine mechanische Verformung unter Druckbelastung über den gesamten inneren Querschnitt grundsätzlich möglich.
Die erfindungsgemäß vorgesehenen einbautenfreien Rohrkörper stellen ein sehr gutes Verformungsverhalten im Belastungsfall sicher und ermöglichen neben einer zeit- und kostensparenden Herstellung gleichzeitig einen gewichtsreduzierten Aufbau, da sie ohne Modifizierung bzw. als unmittelbar hergestellte Halbzeuge zur Ausbildung des erfindungsgemäßen Nachgiebigkeitselements verwendet werden können und kein erhöhtes Gewicht durch eingebrachte Profile oder dergleichen aufweisen.
Um das Verformungsverhalten der Rohrlagen bei dem erfindungsgemäßen Nachgiebigkeitselement unterschiedlich auszugestalten und den Verformungswiderstand der Rohrlagen zu beeinflussen, unterscheiden sich Rohrkörper von wenigstens zwei Lagen in Bezug auf ihren Außendurchmesser und/oder ihrer Wandstärke. Beispielsweise können Rohrkörper einer ersten Lage im Vergleich zu Rohrkörpern einer anderen Lage eine größere Wandstärke und/oder einen geringeren Außendurchmesser aufweisen, um den Verformungswiderstand zu erhöhen.
Im Rahmen der Erfindung wurde in überraschender Weise herausgefunden, dass sich insbesondere kreisförmige Rohrkörper aufgrund ihrer Geometrie besonders gut dazu eignen, durch Variation der Wandstärke und/oder des Außendurchmessers das gewünschte Verformungsverhalten vorteilhaft zu beeinflussen. Grundsätzlich können die Rohrkörper aber auch eine von der Zylinderform abweichende Geometrie aufweisen, beispielsweise als Vierkant-Rohre ausgebildet sein. In diesem Fall können dann Rohrkörper mit unterschiedlichem lichtem Innenquerschnitt und/oder unterschiedlicher Wandstärke vorgesehen sein, um ein bestimmtes Verformungsverhalten des Nachgiebigkeitselementes zu erreichen. Der Begriff „Durchmesser“ im Sinne der Erfindung ist daher bereit zu verstehen und ist gleichzusetzen mit dem lichten Querschnitt zwischen der Innenwandung beliebiger Hohlprofile, wobei Rohre mit kreisrundem Querschnitt gegenüber Rohren mit rechteckigen, ovalen oder anderen Querschnitten bevorzugt sind.
Vorzugsweise weist wenigstens eine Rohrlage, vorzugsweise alle Rohrlagen, lediglich bzw. ausschließlich Rohrkörper mit einbautenfreiem Innenvolumen auf. Auf diese Weise wird ein kompakter bzw. kostengünstiger Aufbau in hohem Maße sichergestellt. Zudem lässt sich ein sehr gutes Verformungsverhalten des erfindungsgemäßen Nachgiebigkeitselements erreichen.
Besonders bevorzugt wird wenigstens eine Rohrlage, vorzugsweise werden alle Rohrkörper aufweisenden Rohrlagen, jeweils lediglich bzw. ausschließlich durch Rohrkörper mit gleichem Außendurchmesser und/oder gleicher Wandstärke gebildet. Dabei können für eine Lage identisch dimensionierte Rohrkörper eingesetzt werden. Dies gestattet eine kostengünstige und einfache Fertigung des Nachgiebigkeitselements, einen kompakten Aufbau und ein homogenes Verformungsverhalten der Rohrlage.
Weiterhin können Rohrkörper von wenigstens zwei Lagen, vorzugsweise von allen Lagen, entweder einen gleichen Außendurchmesser oder eine gleiche Wandstärke aufweisen. Bevorzugt weisen die Rohrkörper von wenigstens zwei Lagen, weiter bevorzugt die Rohrkörper von allen die Lagen, denselben Außendurchmesser auf, so dass die Lagen dieselbe Lagenhöhe aufweisen. Die Abstimmung des Verformungsverhaltens bzw. des Verformungswiderstandes der Lagen aufeinander erfolgt dann insbesondere lediglich bzw. ausschließlich durch Variation der Wandstärken. Auf diese Weise werden die konstruktive Auslegung und die Herstellung des erfindungsgemäßen Nachgiebigkeitselements weiterführend vereinfacht. Alternativ ist es auch möglich, dass Rohrkörper von wenigstens zwei Lagen, weiter bevorzugt die Rohrkörper von allen Lagen, die gleichen Wandstärken aufweisen. Die benachbarten Lagen weisen dann unterschiedliche Lagenhöhen auf.
Es ist zweckmäßig, wenn sich Rohrkörper von wenigstens zwei unmittelbar benachbarten Rohrlagen in Bezug auf ihren Außendurchmesser und/oder ihre Wandstärke unterscheiden. Mit anderen Worten ausgedrückt bedeutet die, dass eine erste Rohrlage wenigstens einen Rohrkörper, vorzugsweise lediglich Rohrkörper, mit einem ersten Außendurchmesser und/oder einer ersten Wandstärke aufweist und eine unmittelbar benachbarte zweite Rohrlage wenigstens einen Rohrkörper, vorzugsweise lediglich Rohrkörper, mit einem größeren oder kleineren Außendurchmesser und/oder einer größeren oder kleineren Wandstärke. Daraus resultieren insbesondere ein unterschiedliches Verformungsverhalten und ein unterschiedlicher Verformungswiderstand der beiden unmittelbar benachbarten Lagen, so dass sich das Verformungsverhalten des erfindungsgemäßen Nachgiebigkeitselements vorteilhaft beeinflussen lässt.
Es ist aber auch nicht ausgeschlossen, dass bei einem Nachgiebigkeitselement mit drei oder mehr Lagen wenigstens zwei Lagen vorzugsweise lediglich Rohrkörper mit gleichem Außendurchmesser und/oder gleicher Wandstärke aufweisen.
Besonders vorteilhaft für das Verformungsverhalten des Nachgiebigkeitselements ist aber, wenn der Außendurchmesser und/oder die Wandstärke von Rohrkörpern der Rohrlagen mit jeder in einer Druckrichtung normal zum Tragblech nachfolgenden Lage von Rohrlage zu Rohrlage zunimmt oder abnimmt. Damit ändert sich auch der Verformungswiderstand von Rohrlage zu Rohrlage.
Um das Verformungsverhalten weiterführend zu optimieren, können der Außendurchmesser und/oder die Wandstärke von Rohrkörpern mit jeder nachfolgenden Lage von Rohrlage zu Rohrlage unterschiedlich stark zunehmen oder unterschiedlich stark abnehmen. Auf diese Weise lässt sich eine nicht-lineare Veränderung des Verformungswiderstands von Rohrlage zu Rohrlage realisieren, wodurch sich eine optimale Kräfteaufnahme bzw. ein kontrolliertes Deformationsverhalten erzielen lässt.
Weiterhin kann der Außendurchmesser und/oder die Wandstärke von Rohrkörpern von einer Rohrlage zu einer benachbarten Rohrlage um wenigstens 5, %, vorzugsweise um wenigstens 8 %, weiter vorzugsweise um wenigstens 10 %, und/oder höchstens um 20 %, vorzugsweise höchstens um 15 %, weiter vorzugsweise höchstens um 13 %, zunehmen oder abnehmen. Es wurde im Rahmen der Erfindung überraschend herausgefunden, dass sich bei diesen Werten ein optimales Verformungsverhalten des Nachgiebigkeitselements verwirklichen lässt.
Die Rohrkörper weisen bevorzugt ein Verhältnis von Außendurchmesser zu Wandstärke (SDR-Verhältnis) von vorzugsweise wenigstens 6, vorzugsweise wenigstens 7, weiter vorzugsweise wenigstens 8, und/oder von höchstens 15, vorzugsweise höchstens 14, weiter vorzugsweise höchstens 13, auf.
Besonders bevorzugt nimmt das Verhältnis von Außendurchmesser zur Wandstärke von Rohrkörpern bei wenigstens zwei unmittelbar benachbarten Lagen, vorzugsweise bei allen in einer Druckrichtung normal zum Tragblech nachfolgenden Lagen, von Rohrlage zu Rohrlage zu oder ab. Es ist aber nicht ausgeschlossen, dass bei einem Nachgiebigkeitselement mit drei oder mehr Rohrkörper aufweisenden Rohrlagen, wenigstens zwei Rohrlagen vorgesehen sind, bei denen sich das Verhältnis von Außendurchmesser zur Wandstärke der Rohrkörper über die Rohrlagen hinweg nicht ändert. Vorzugsweise ist jedoch die streng monotone Zunahme oder Abnahme des Verhältnisses von Außendurchmesser zur Wandstärke von Lage zu Lage für alle Rohrlagen vorgesehen, so dass sich vorzugsweise das Verformungsverhalten des Nachgiebigkeitselementes in einer Richtung normal zum Tragblech kontinuierlich ändert.
Die Rohrkörper einer Rohrlage können auch voneinander beabstandet angeordnet sein. Hierbei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Abstand zwischen zwei benachbarten Rohrkörpern einer Rohrlage dem Rohraußendurchmesser entspricht, gegebenenfalls aber auch kleiner oder größer ist.
Darüber hinaus können auch Rohrkörper mit unterschiedlichen Außendurchmessern und/oder unterschiedlichen Wandstärken in einer Rohrlage angeordnet sein, wobei, vorzugsweise, Rohrkörper mit größerem und kleinerem Rohraußendurchmesser und/oder mit größerer oder kleinerer Wandstärke in einer Richtung quer zur Längsachse der Rohrkörper alternierend angeordnet sind.
Es ist zweckmäßig, wenn das erfindungsgemäße Nachgiebigkeitselement wenigstens eine weitere Lage mit wenigstens einem weiteren Verformungskörper aufweist, wobei der weitere Verformungskörper eine von den Rohrkörpern abweichende Geometrie, vorzugsweise ein Wellenprofil, aufweist. So wie die Rohrkörper, besteht auch der Verformungskörper vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus Stahl. Besonders bevorzugt weist die weitere Lage zwei in Gebirgsdruckrichtung nebeneinanderliegend angeordnete und identisch ausgebildete weitere Verformungskörper auf. In einer Richtung quer zur Druckrichtung und in Längsrichtung der Rohrkörper sind die Verformungskörper der weiteren Lage hintereinanderliegend angeordnet, wobei sich die Anordnung der weiteren Verformungskörper in Längsrichtung der Rohrkörper über eine Länge erstreckt, die der Länge der Rohrkörper entspricht.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der weitere Verformungskörper der weiteren Lage in seiner Längsrichtung, das heißt in einer Richtung quer zur Druckrichtung und quer zur Längsrichtung der Rohrkörper der benachbarten Rohrlagen, durch aufeinanderfolgende Profilwellen gebildet ist, wobei die Profilwellen über einen gebogenen Brückenabschnitt miteinander verbunden sind und unmittelbar ineinander übergehen. In diesem Zusammenhang ist es weiter bevorzugt, wenn eine bzw. jede Profilwelle von zwei aufeinander zulaufenden geraden Längsabschnitten des weiteren Verformungskörpers als Wellenflanken gebildet ist, wobei die Längsabschnitte über einen gebogenen Brückenabschnitt als Wellenkamm miteinander verbunden sind. Vorzugsweise beträgt der Winkel zwischen zwei über einen Brückenabschnitt miteinander verbundenen Längsabschnitten einer Profilwelle zwischen 45° und 135°, weiter vorzugsweise ca. 90°.
Um eine hohe Querstabilität der weiteren Lage zu gewährleisten, kann wenigstens ein quer zu dem weiteren Verformungskörper bzw. in Längsrichtung der Rohrkörper benachbarten Rohrlagen angeordneter Verstärkungskörper vorgesehen sein. Der Verstärkungskörper kann als gebogener Blechstreifen ausgebildet sein und ebenfalls ein Wellenprofil mit wenigstens einer Profilwelle aufweisen.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die weitere Lage, die insbesondere wenigstens einen wellenförmigen Verformungskörper aufweist, außenliegend bzw. benachbart zu den Rohrlagen mit Rohrkörpern angeordnet ist. Es ist zweckmäßig, wenn die weitere, außenliegende Lage im Vergleich zu den benachbarten Rohrlagen den geringsten Verformungswiderstand aufweist. Besonders bevorzugt nimmt der Verformungswiderstand ausgehend von der weiteren, außenliegenden Lage von Rohrlage zu Rohrlage zu. Dabei kann die weitere, außenliegende Lage den geringsten Verformungswiderstand und die in Druckrichtung am Weitesten von der weiteren Lage beabstandete Rohrlage den größten Verformungswiderstand aufweisen. Dadurch wird die weitere, außenliegende Lage zu Beginn einer ausreichend hohen Druckbelastung in Normalenrichtung der Tragbleche aufgrund des geringen Verformungswiderstands zuerst verformt und das vergleichsweise stark, und nachfolgend dann die weiteren Rohrlagen. Insbesondere dann, wenn die weitere Lage wenigstens eine Profilwelle als Verformungskörper aufweist, lässt sich der Verformungswiderstand der weiteren Lage über einen weiten Bereich durch Veränderung der Wellengeometrie, der Wanddicke und/oder der Breite der Profilwellen an die tatsächlichen, im Belastungsfall zu erwartenden Kräfte anpassen.
Um die Stabilität des Nachgiebigkeitselements zu erhöhen, kann zwischen jeweils zwei benachbarten Rohrlagen und/oder zwischen einer Rohrlage und der weiteren Lage wenigstens ein Trennblech vorgesehen sein. Die Verformungskörper können an den Tragblechen und/oder den Trennblechen fixiert, vorzugsweise verschweißt werden. Dies stellt eine lagestabile Anordnung der Rohrkörper in den Rohrlagen und ggf. das Einhalten vorgegebener Abstände zwischen den Rohrkörpern einer Rohrlage sicher.
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe sieht ein alternativer Aspekt der Erfindung, der auch unabhängig von den oben beschriebenen Erfindungsmerkmalen verwirklicht sein kann, vor, dass zwischen den Tragblechen wenigstens eine Rohrlage mit Rohrkörpern als Verformungskörpern und wenigstens eine weitere Lage vorgesehen ist, die wenigstens einen weiteren Verformungskörper mit einer von den Rohrkörpern abweichende Geometrie aufweist, vorzugsweise mit einem Wellenprofil. Der Erfindung liegt an dieser Stelle der Grundgedanke zugrunde, ein Nachgiebigkeitselement zur Verfügung zu stellen, das neben rohrförmigen Verformungskörpern weitere nicht-rohrförmige Verformungskörper aufweist, wobei die unterschiedlichen Verformungskörper in unterschiedlichen Lagen angeordnet sind und wobei, vorzugsweise, zusätzlich zu den rohrförmigen Verformungskörpern weitere Verformungskörper mit Wellenprofil vorgesehen sind. Durch die Kombination von rohrförmigen und wellenförmigen Stauchelementen in unterschiedlichen Lagen lassen sich in besonders vorteilhafter Weise die Verformungseigenschaften von Nachgiebigkeitselementen beeinflussen und ein bestimmter Verformungswiderstand des Nachgiebigkeitselements vorgeben. Hierbei ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Rohrkörper und die nicht-rohrförmigen Verformungskörper mit Bezug auf die jeweilige Längsachse quer zueinander verlaufend angeordnet sind.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines dargestellten Ausführungsbeispiels exemplarisch geschrieben, wobei die Erfindung nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Die vorstehend beschriebenen und nachfolgend anhand der Zeichnung erläuterten Merkmale und Merkmalskombinationen können bedarfsweise miteinander kombiniert werden, auch wenn dies nicht im Einzelnen ausdrücklich beschrieben ist. Im Übrigen sind mögliche Kombinationen der vorliegenden Erfindungsmerkmale nicht auf die durch die Absatzformatierung vorgegebene Zusammenstellung von Merkmalen beschränkt.
Die einzige Figur zeigt schematisch eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Nachgiebigkeitselements von der Seite bzw. von vorne. Das Ausführungsbeispiel wird nachfolgend beschrieben.
Das Nachgiebigkeitselement 1 weist zwei im Abstand zueinander angeordnete, äußere Tragbleche 2, 3 auf. Die Tragbleche 2, 3 bilden einen oben und unteren Abschluss des Nachgiebigkeitselements 1. Zwischen den äußeren Tragblechen 2, 3 sind drei übereinander angeordnete Rohrlagen 4, 5, 6 von Rohrkörpern 7 vorgesehen. Die Rohrkörper 7 bilden Verformungskörper, die unter Gebirgsdruck stauchbar und plastisch verformbar sind. In jeder Rohrlage 4, 5, 6 sind ausschließlich Rohrkörper 7 mit einbautenfreien Innenvolumina 8 vorgesehen. Grundsätzlich ist es aber nicht zwingend erforderlich, dass alle Rohrkörper 7 einbautenfrei sind. Jede Rohrlage 4, 5, 6 weist jeweils lediglich identisch ausgebildete Rohrkörper 7 auf, also Rohrkörper 7 mit derselben Wandstärke und demselben Außendurchmesser. Es ist aber nicht ausgeschlossen, dass innerhalb einer Rohrlage 4, 5, 6 Rohrkörper mit unterschiedlicher Wandstärke und/oder unterschiedlichem Außendurchmesser vorgesehen sind, wobei dann unterschiedliche Rohrkörper in einer Rohrlage 4, 5, 6 mit Bezug auf die Längsachsen vorzugsweise alternierend nebeneinanderliegend angeordnet sind.
Die Rohrkörper 7 von allen Rohrlagen 4, 5, 6 weisen bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel denselben Außendurchmesser auf und unterscheiden sich somit lediglich in Bezug auf ihre Wandstärke.
Die Rohrlagen 4, 5, 6 sind in Druckrichtung 9 bzw. in Normalenrichtung des Tragblechs 2 unmittelbar nachfolgend bzw. in einer Richtung quer zur Zeichenebene übereinanderliegend angeordnet. Hierbei nimmt die Wandstärke der Rohrkörper 7 von der obersten Rohrlage 4 zur untersten Rohrlage 6 mit jeder in Druckrichtung 9 nachfolgenden Rohrlage 5 bzw. 6 jeweils zu. Die Zunahme der Wandstärke der Rohrkörper 7 von der obersten Rohrlage 4 zur mittleren Rohrlage 5 ist jedoch größer als die Zunahme von der mittleren Rohrlage 5 zur untersten Rohrlage 6. Beim Darstellungsbeispiel ist die Wandstärke der Rohrkörper 7 in der mittleren Rohrlage 5 um mehr als 15 % größer als die Wandstärke der Rohrkörper 7 der obersten Rohrlage 4. Die Wandstärke der Rohrkörper 7 der untersten Rohrlage 6 ist dagegen um weniger als 15 % größer als die Wandstärke der Rohrkörper 7 der mittleren Rohrlage 5. Es versteht sich, dass auch eine andere Zunahme vorgesehen sein kann. Grundsätzlich kann die Zunahme der Wandstärke von Rohrlage (4, 5, 6) zu Rohrlage (4, 5, 6) im Bereich zwischen vorzugsweise 5 % und 20 % liegen.
Die Rohrkörper 7 der obersten Rohrlage 4 weisen ein Verhältnis von Außendurchmesser zur Wandstärke (SDR-Verhältnis) zwischen 10 bis 15, vorzugsweise von ca. 12,5, auf. Die Rohrkörper 7 der mittleren Rohrlage 5 weisen ein Verhältnis von Außendurchmesser zur Wandstärke von 8 bis 12, vorzugsweise von ca. 10, und die Rohrkörper 7 der untersten Rohrlage 6 ein Verhältnis von Außendurchmesser zur Wandstärke von 6 bis 10, vorzugsweise ca. 9, auf. Durch die Verringerung des SDR-Verhältnisses mit jeder Rohrlage 4, 5, 6 stellt sich eine Erhöhung des Verformungswiderstandes ausgehend von der obersten Rohrlage 4 mit jeder nachfolgenden Rohrlage 5 und 6 ein.
Alle Rohrkörper 7 einer Rohrlage 4, 5, 6 sind beim Darstellungsbeispiel in Reihe nebeneinanderliegend und vorzugsweise gleich beabstandet voneinander angeordnet. Die Rohrachsen von jeweils drei übereinander angeordneten Rohrkörpern 7 benachbarter Rohrlagen 4, 5, 6 liegen in einer gemeinsamen Ebene. Quer zur Druckrichtung 9 und quer zur Längsrichtung der Rohrkörper 7 sind alle Rohrkörper 7 symmetrisch über die Erstreckung des Nachgiebigkeitselements 1 verteilt, wobei zwischen jeweils drei übereinander angeordneten Rohrkörpern 7 ein Abstand vorgesehen ist, vorzugsweise in der Größe des Rohrdurchmessers. Dadurch wird ein hoher Verformungswiderstand des gewährleistet.
Das erfindungsgemäße Nachgiebigkeitselement 1 weist eine weitere Lage 10 mit zwei weiteren Verformungskörpern 11a und 11b auf, die eine von den Rohrkörpern 7 abweichende Geometrie, beim Darstellungsbeispiel ein Wellenprofil mit gleichbleibender Wellenamplitude, aufweisen. Die weiteren Verformungskörper 11a und 11b der weiteren Lage 10 sind in Druckrichtung 9 nebeneinanderliegend bzw. in einer Richtung quer zur Zeichenebene hintereinanderliegend angeordnet. Die weiteren Verformungskörper 11a und 11b weisen in ihrer Längsrichtung aufeinanderfolgende Profilwellen 12 auf, die über einen gebogenen Brückenabschnitt 13 miteinander verbunden sind und unmittelbar ineinander übergehen. Jede Profilwelle 12 ist von zwei aufeinander zulaufenden geraden Längsabschnitten 14, 15 gebildet, die Wellenflanken der Profilwelle 12 bilden. Die Längsabschnitte 14, 15 sind über einen als Wellenkamm ausgebildeten Brückenabschnitt 16 miteinander verbunden. Der Winkel zwischen den über einen Brückenabschnitt 16 miteinander verbundenen Längsabschnitten 14, 15 liegt beispielsweise bei 90°.
Die weitere Lage 10 weist außenliegend zwei quer zu den weiteren Verformungskörpern 11a und 11b angeordnete Verstärkungskörper 17 zur Querverstärkung auf. Die Verstärkungskörper 17 sind durch einfach oder mehrfach um vorzugsweise 90° gebogene Blechstreifen gebildet und weisen dementsprechend ebenfalls ein Wellenprofil mit wenigstens einer Profilwelle auf.
Die weitere Lage 10 ist zwischen dem äußeren Tragblech 2 und der obersten Rohrlage 4 der Figur angeordnet. Zwischen der weitere Lage 10 und der obersten Rohrlage 4, der obersten Rohrlage 4 und der mittleren Rohrlage 5 sowie der mittleren Rohrlage 5 und der untersten Rohrlage 6 ist jeweils ein Trennblech 18 angeordnet. Die Tragbleche 2 und die Trennbleche 18 können gleich ausgebildet sein.
Die weitere Lage 10 weist ein Abstandsblech 19 auf, so dass die weiteren Verformungskörper 11a, 11b vertikal zueinander versetzt sind. Das Abstandsblech 19 ist auf dem Trennblech 18 angeordnet, vorzugsweise mit diesem verschweißt. Ein weiterer Verformungskörper 11a ist auf dem Abstandsblech 19 angeordnet bzw. abgestützt, vorzugsweise verschweißt und dadurch gegenüber dem anderen weiteren Verformungskörper 11b vertikal versetzt bzw. angehoben. Auf dem vertikal angehobenen weiteren Verformungskörper 11a stützt sich das Trennblech 2 ab. Der andere weitere Verformungskörper 11b ist seitlich an dem Abstandsblech 19 gehalten, vorzugsweise verschweißt.
Bei dem in 1 gezeigten unbelasteten Zustand des Nachgiebigkeitselements 1 ist das obere Tragblech 2 gegenüber den Brückenabschnitten 16 des vertikal nach unten versetzten weiteren Verformungskörpers 11b angehoben. Bei Einwirkung einer ausreichend hohen Gebirgskraft in Druckrichtung 9 wird somit nur der vertikal nach oben versetzte weitere Verformungskörper 11a verformt, bis das Tragblech 2 in Kontakt mit den Brückenabschnitten 16 des anderen, vertikal nach unten versetzten weiteren Verformungskörpers 11b kommt. Ab diesem Zeitpunkt werden beide weiteren Verformungskörper 11a, 11b verformt, wodurch sich der Verformungswiderstand der weiteren Lage 10 dann entsprechend erhöht.
Es versteht sich, dass bei einer nicht gezeigten Ausführungsform das Nachgiebigkeitselement 1 unter Verzicht auf die weitere Lage 10 auch lediglich wenigstens zwei Lagen 4, 5, 6 mit Rohrkörpern 7 aufweisen kann, die sich in Bezug auf den Außendurchmesser der Rohrkörper 7 und/oder in Bezug auf deren Wandstärke unterscheiden.
Bezugszeichenliste

1: Nachgiebigkeitselement
2: Tragblech
3: Tragblech
4: Rohrlage
5: Rohrlage
6: Rohrlage
7: Rohrkörper
8: Innenvolumen
9: Druckrichtung
10: Lage
11a: Verformungskörper
11b: Verformungskörper
12: Profilwelle
13: Brückenabschnitt
14: Längsabschnitt
15: Längsabschnitt
16: Brückenabschnitt
17: Verstärkungskörper
18: Trennblech
19: Abstandsblech

Claims

Nachgiebigkeitselement (1) zur Integration in einen untertägigen Verbundausbau, insbesondere zur Integration in einen Verbundausbau aus Rinnenprofilen oder Gitterträgern und einer Betonschale und/oder zur Integration in eine Kontraktionsfuge zwischen Segmenten einer durch Spritzbetonschalen, Ortbetonschalen, Stahlausbauten oder Tübbingen gebildeten Auskleidung, mit wenigstens zwei im Abstand zueinander angeordneten Tragblechen (2, 3) und mit mehreren zwischen den Tragblechen (2, 3) angeordneten Verformungskörpern, wobei die Verformungskörper Zwischenräume zwischen den Tragblechen (2, 3) bilden und unter Gebirgsdruck stauchbar und plastisch verformbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Tragblechen (2, 3) wenigstens zwei nachfolgend angeordnete Rohrlagen (4, 5, 6) mit Rohrkörpern (7) vorgesehen sind, wobei die Rohrkörper (7) die Verformungskörper bilden und sich in jeder Rohrlage (4, 5, 6) jeweils wenigstens ein Rohrkörper (7) befindet, der über seine gesamte Länge ein durch den lichten inneren Querschnitt des Rohrkörpers (7) festgelegtes einbautenfreies Innenvolumen (8) aufweist, und wobei sich Rohrkörper (7) mit einbautenfreiem Innenvolumen (8) von wenigstens zwei Rohrlagen (4, 5, 6) in Bezug auf ihren Außendurchmesser und/oder ihre Wandstärke unterscheiden.
Nachgiebigkeitselement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Rohrkörper (7) aufweisende Rohrlage (4, 5, 6), vorzugsweise alle Rohrkörper (7) aufweisenden Rohrlagen (4, 5, 6), lediglich bzw. ausschließlich Rohrkörper (7) mit einbautenfreiem Innenvolumen (8) aufweist.
Nachgiebigkeitselement (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Rohrkörper (7) aufweisende Rohrlage (4, 5, 6), vorzugsweise alle Rohrkörper (7) aufweisenden Rohrlagen (4, 5, 6), lediglich bzw. ausschließlich Rohrkörper (7) mit gleichem Außendurchmesser und/oder gleicher Wandstärke aufweist bzw. aufweisen.
Nachgiebigkeitselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Rohrkörper (7) von wenigstens zwei Rohrlagen (4, 5, 6), vorzugsweise Rohrkörper von allen Rohrlagen (4, 5, 6), einen gleichen Außendurchmesser oder eine gleiche Wandstärke aufweisen.
Nachgiebigkeitselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich Rohrkörper (7) mit einbautenfreiem Innenvolumen (8) von wenigstens zwei unmittelbar benachbarten Rohrlagen (4, 5, 6) in Bezug auf ihren Außendurchmesser und/oder ihre Wandstärke unterscheiden.
Nachgiebigkeitselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser und/oder die Wandstärke von Rohrkörpern (7) bei wenigstens zwei unmittelbar benachbarten Rohrlagen (4, 5, 6), vorzugsweise bei allen in einer Druckrichtung (9) normal zum Tragblech (2, 3) nachfolgenden Rohrlagen (4, 5, 6), von Rohrlage (4, 5) zu Rohrlage (5 ,6) zunimmt oder abnimmt.
Nachgiebigkeitselement (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser und/oder die Wandstärke von Rohrlage (4, 5) zu Rohrlage (5, 6) unterschiedlich stark zunimmt oder abnimmt.
Nachgiebigkeitselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine weitere Lage (10) mit wenigstens einem weiteren Verformungskörper (11) vorgesehen ist, wobei der weitere Verformungskörper (11) eine von den Rohrkörpern (7) abweichende Geometrie aufweist und wobei, vorzugsweise, der weitere Verformungskörper (11) durch ein Wellenprofil gebildet wird.
Nachgiebigkeitselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Lage (10) außenliegend und benachbart zu wenigstens zwei, vorzugsweise drei oder mehr in einer Druckrichtung (9) normal zum Tragblech (2, 3) nachfolgenden Rohrlagen (5, 6) mit Rohrkörpern (7) als Verformungskörpern angeordnet ist, wobei, vorzugsweise, der Widerstand gegen Verformung ausgehend von der weiteren Lage (10) von Rohrlage zu Rohrlage (4, 5, 6) zunimmt.
Nachgiebigkeitselement (1) zur Integration in einen untertägigen Verbundausbau, insbesondere zur Integration in einen Verbundausbau aus Rinnenprofilen oder Gitterträgern und einer Betonschale und/oder zur Integration in eine Kontraktionsfuge zwischen Segmenten einer durch Spritzbetonschalen, Ortbetonschalen, Stahlausbauten oder Tübbingen gebildeten Auskleidung, mit wenigstens zwei im Abstand zueinander angeordneten Tragblechen (2, 3) und mit mehreren zwischen den Tragblechen (2, 3) angeordneten Verformungskörpern, wobei die Verformungskörper Zwischenräume zwischen den Tragblechen (2, 3) bilden und unter Gebirgsdruck stauchbar und plastisch verformbar sind, insbesondere Nachgiebigkeitselement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Tragblechen (2, 3) wenigstens eine Rohrlage (4, 5, 6) mit Rohrkörpern (7) als Verformungskörpern und wenigstens eine weitere Lage (10) vorgesehen ist, die wenigstens einen weiteren Verformungskörper (11) mit einer von den Rohrkörpern (7) abweichende Geometrie aufweist, vorzugsweise mit einem Wellenprofil.