DE1784022A1 - Bauteil fuer Bauwerke,insbesondere Traeger - Google Patents

Description

DlPL-ING. HELLMUTH KOSEt DSPL-ING. HORST ROSE DIPl.-tNG. PETER KOSEL PATENTANWKLTE

¹ 3353 Bad Ganderaheim, 27, Juni 1968

Braunschweiger Straße 22

Telefon.· (05382) 2842

Telegramm-Adresse: Siedpatent Bad Gandersheim

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pate3at_oas_;auii-_Tvji:i 27., Juni 1968 . _. . .

Hideo Yanai

. ■ · - Ho, 4—14> '3-ChOiIIe, ahuo, Oita-sni, Oita-ken, Japan

Baufcoil für Bauwerke, insbesondere Träger'"⁷

*üi'3 .'irfinaang bezieht sich auf einen Bauteil für Bauwerke, nüiulich 3inen solchen Bauteil, der als G-rundelement, in den varscniedensten Bauwerken verwendet werden kamt, ζ»Β. als Träger,. Querträger, Brückenträger und dargleichen, wobei dieser Bauteil der wiederholten von Biegebelastungen unterworfen ist» ..

Bekanntlich variiert die .Spannung, die in,einem Trüger eines Bauwerks entlang einer Längsschnittebene -erzeugt wird, in ihrer Ifatur und in ihrer Richtung mit den Steilen* an denen die jeweiligen einzelnen Quer- a sohnittsebenen des 'Prägers, liegen. Die Belastung, die in einem Abschnitt eines Trägers; oberhalb der sogenannten neutralen Ebene erzeugt wird, besteht in einer Druokbeanapruchung, während die Belastung, die in dem Abschnitt; des 'Trägers unterhalb ά&τ neutralen Bbene erzeugt 7/ird, in einar Zugbeanspruchung beeteilt· Memi daher eine Biegebelastung auf den an. gwei Im Abstand liegendiin sfe^£iilen unterstütz ton Orägar zur Wirltung gobi'aoht v/ird, werden ißt !Träger G-ruppen von Spannungen ex'zeugt. Diu Dichtung-der Spannung der einen Gruppe ist der der anderen Gruppe entgegengesetzt, und zwar abhängig von dem-Abschnitt; des Trägers, eier der Diegebe- anspru<uiuf!& unfcerwurfwn wird, v/enn daher die

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erquo»diw»l(flldi« «aaUbanlc, Filial« lei QontJtnfcillii, Kf*.-Ni. 2?.ΙΤ8.??α · PoilidwdilHjnlo. Hannov.r «713

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gruppe im oberen üjeil des. 'ürägers in bezug auf die neutrale Längsebene nicht mit der Spannungsgruppe ausgeglichen wird, die in entgegengesetzter Richtung Iti unteren Abschnitt ■ des Trägers bezüglich der neutralen Ebene erzeugt wird, ist es unmöglich, einen träger zu schaffen, · der sowohl wirtschaftlich 1 st als _auch die erforderliche mechanische Festigkeit'aufweist.

Es sind (Träger der verschiedensten Art als G-rundbauteile von Bauwerken verwendet worden, z.B. bei Hochstraßen und Hochbrücken, die aus Eisenbeton bestanden oder als Stahlprofile ausgebildet waren.;Träger aus ■ Eisenbeton haben einerseits einen Vorteil, nämlich ihre

fe verhältnismäßig billige Fertigung., jedoch haben sie andererseits überwiegende Hacht'eile, die* darin zu sehen sind, daß die herstellungsmaßnahmen zur Anwendung von Eisenbetonträgern einen hohen Zeitatifv/and sowie großen Arbeitsaufwand mit sich bringen und daher die gesamten Bauarbeiten verlangsamt werden. Die Herstellungsmaßnahmen sind die folgenden: Die Herstellung beginnt mit der Anfertigung von hölzernen Schalungen, in die Beton einge- ■^:- gössen werden kann. Innerhalb dieser Schalungen werden danach Eisenstäbe oder -stangen befestigt, Danach wird Beton in diese ausgerüstete Schalung eingegossen, so daß die Eisenstäbe oder -stangen darin eingebettet werden. Nach diesen--Verfahrensschritten muß die gefüllte Schalung

W für eine erhebliche Zeitdauer stehen bleiben, bis der Beton verfestigt ist. Die Anfertigung und damit die Verwendung von Eisenbetonträgern der-bekannten Art bringt daher den geschilderten großen Aufwand an Zeit und Arbsit_:mit sioh,, .

Ueban diesen Eisenbetonträgern werden sehr häufig eiuch Stahl profile ala G-rundbaut eile, von Bauwerken verwandet« IJm jedoch eine, große Festigkeit gegenüber Biegebeanspruchungen bei diesen· Stahlprofilen zu erhalten, die ungefähr der Festigkeit der üisenbetonteile entspricht ist; es notwendig, Stahlprofile mit sehr hohem v/idei?st^ndsmoment zu verwenden, ' ' .

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Audi Hieraus ergo beil sich, besonders, hohe Kosten für die träger selbst und für das gesainte Bauwerk.

Der Brfinduiu liegt daher die Aufgabe zugrunde, die "geschilderten" Faenteile der "bekannten träger zu vermeiden und stattdessen einen Bauteil zu scnafien^ der ein wese.nt-Iicli geringeres G-ewiciit ,als die "bekannten Träger aufweist und'vroi-zelejü eine erheblich ^steigerte mechanische i^esti./iieit auf v/eist, und zvar insbesondere .gegenüber lifluxig wechselnder Biege beans oruchung. Diese Aufgabe wird nscjii der Drfirdung gelöst durch einen äuJBeren langgestreckten .Hohlkörper aus einem 7/erkstoff mit einer ciechani seilen festigkeit ge'gen Biegebeanspruchung, durch ein in Inneren des äuüeren liolilltorpers angeordnetes und dessen innenrauia in wenigstens zwei getrennte l&ngge—■ streckte Räume aufteilendes inneres langgestrecktes Bau- ™

element und eine vrenigstens. einen, der gebildeten TeilräUBie ausfüllende Hasse zur Aufnahme von Druokbeans vf-iClrangen. ]}εdurch v/ird erreicht, daß die infolge einer };iegebeansoruchung des gesainten Bauteils auftretenden Zugbeanspruchungen durch den äußeren hohlkörper und das innere Bauelement aufgenommen v/erden, während die Druck-Beanspruchungen von der den 'i'ellraum- ausfüllenden Tasse auf-xe-nomiiien werden.. Insgesamt lassen sich dadurch die -ji'igens.chaften der jeweils verwendeten B^uelei-iente und ,ferkstoffe so kombinieren, daß die jeweiligen positiven, Eigenschaften aur Aufnahme der Beanspruchungen voll ausgenutzt werden und sich diese verschiedenen Eigenschaften g der verschiedenen Bauelemente insgesamt so ergänzen, daß die Riegebeanspruchungen voll aufgenommen v/erden können. Insgesamt wird ein besonders leichter und billig herzustellender Bauteil geschaffen. Zweckmäßig irvt dabei der äußere >foh"lkörper ein j.iohr und besteht die die ürackbeänsuracirnngenaufnehmende lasse aus Beton.

Mach einer Auaführungsf orm der 33rfiiidung umschließt der äußere jlohlkörper ein inneres Rohr mit" einem geringer geren Aufiendurchmesser als der Innendurchmesser des Hohlkörpers und ist der Zwischenraum'zwischen der inhenwand des Hohlkörpers und der Außenwand des inneren H*o.hre.8 mit der die Druckbeanspruchungen aufnelmeuden Hasse dicht auffüllt,

Bs kann-aber. auch, der äußere Hohlkörper iti weiterer Ausbildung der '/lief inching" ein inneres Bauelement mit V-fÖrmigem Querschnitt umschließen und die die jjruokbeanspruchung aufnehmende Masse in den Zwischenraum eingebracht sein, der durch die divergierenden Schenkel des inneren Bauelements und den zwischen den Kanten dieser Schenkel liegenden Abschnitt der inneren V/and des äußeren Hohlkörpers gebildet ist.. Hierdurch lassen sich für die verschiedensten Anwendungsfälle die optimalen Belastungsverhältnisse herstellen. Die Kohre können aus Stahl bestehen, das V-förmige Bauelement kann ein entsprechendes Stahlprofil sein. .-■"..

M| Zweckmäßig sind in weiterer Ausbildung der Erfindung

'die gegenseitige Lage des inneren Bauelements und ,der die Druckbeanspruchungen aufnehmenden Kasse an den Umlenkpunkten des Biegemomentenverlaufs entsprechend der vorgegebenen Biegebeanspruciiung umgekehrt. Hierdurch wird durdü die lage der einzelnen Bestandteile des .Bauteils, ^egen- - . einander- eine bestmögliche Aufnahme der Beans oruciiunge-n erzielt, ■ .

TJm ein Bindrücken des Bauteils bei seiner Abstützung zu vermeiden, ist nach einer anderen Ausführungsforn der Erfindung in dem auf einem Stützelement aufliegenden Bereich auch der verbleibende Innenraum,. z.?_:, der Innenraum des inneren Rohres, mit der jetoniaasse dicht ausge- * füllt,

Pur eine Anwendung eines Bauteils der an_tregebonen Art zum Brückenbau sind zv'eckmaßig die binden der Bauteile . auf Querelementen nebeneinander angeordnet und uex'asti_t;t.

In der Zeichnung sind Au&führun₀sbeispielo der Erfindung dargestellt. Ss zeigen:

l?ig, 1 eine sc-^rubildliche und teilweise verschnittene Ansicht einer Ausführungsform eines ,-iom.ei ,nach der Erfindung,

lig, 2 ein "Diagramm ;-,ur Erläuterung der Lastverteilung auf eiiieM Bauteil,

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I¹Ig. 3 ein Diagramm zur Darstellung des Biegemoments, das in dem Bauteil nach ^ig# 2 erzeugt wird, wenn die. belastung: in der in Ii¹Ig, 2 dargestellten Weise aufgebracht wird,

]?ig. 4 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines Bauteils na.cli der Erfindung, der derart angeordnet ist, daJd er das Biegemoment aufnimmt, das in der in I)¹Ig, 3 dargestellten ,/els-e erzeugt wird,

Fig. 5 einen Längsschnitt eines Teils eines Bauteils nach der Erfindung, der auf einem Stützglied angeordnet ist, -

j'ig. ο ' einen Querschnitt durch eine weitere Aus~- füurungsform eines Bauteils nach der Brfindung,

Fig. 7 einen Längsschnitt durch eine weitere AusfüiiruTigsforn eines Bauteils nach der Erfindung, der als .Brückenträger verwendet wird,

K'ig, 8 einen Querschnitt durcn eine Mehrzahl von» Bauteilen gemäß Pig. 7, die nebeneinander angeordnet sind, und zwar entlang der Linie YIlI-VIII in Pig. 7»

Die Tiefindung wird im folgenden anhand der verschiedenen ^Ausf iihrungs bei spiele gemäß der Zeichnung er- . läutert, Üs wird betont, dai-j es sieh hierbei nur um Ausfüiirun.sbeispiele hanaelt und daß die verschiedensten ;:odifikat;ionen im Kabinen dar Erfindung möglich sind,

. In der Zeichnung sind gleiche Teile mit gleichen ' " Bezugszeichen versehen, Bei der Ausführungsform nach ]?ig, 1 ist ein- inneres Stahlrohr 2 in ein ämiores Stahlrohr 1 eingesetzt, dessen innerer Durchmesser größer ist als der äußere Durchmesser des inneren Stahlrohrs 2, Der Teil der Innenwandung des .luberan Stahlrohrs 1, der in Berührung mit der äußeren 'wandung des in das Rohr 1 eingesetzten Stahlrohrs 2 gebracht wird, ist an diesem Ab-Bcimitt an das innere ytahlrohr 2 angescm/eißt, so cüiß · beiae Köhre entlang dieses Abaohniuts der -,/'andungen fest miteinandür verbunden sind. Der zwischen der äußeren ',/andung dee angeBcav/eiidten inneren obalilrolira 2 und

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HA

■- der inneren Wandung des'äußeren Stahlrohrs T- gebildete Zwischenraum wird fest und dicht mit einer Kasse aus feuchtem Beton 4 ausgefüllt, der sich in diesem. Zwischenraum verfestigt, ^; . .

Das innere Stahlrohr 2 ist derart in dem äußeren Stahlrohr 1 angeordnet, daß das innere Stahlrohr"2 'auf* derjenigen Seite verläuft, die der Zugspannung unter-' worfen wird, die auf den zusammengesetzten Bauteil zur Wirkung' kommt, und daß die Betonmasse auf der Seite liegt. die der Druckbeanspruchung ausgesetzt ist, die auf den zusammengesetzten Bauteil zur Wirkung gebracht wird, Insbesondere sind die Betonmasse 4 und die Stahlteile 1und 2 drerart angeordnet, daß die Betonmasse im Zwischenraum zwischen der äußeren Wandung des inneren Stahlrohrs 2

W und der inneren v/andung des äußeren Stahlrohrs 1 die

■ Druckbeanspruchungen aufnimmt¹, die auf den fertigen Bauteil ausgeübt werden, und daß innere Stahlrohr 2, das in das äußere Stahlrohr 1 eingesetzt ist, die Zugbeanspruchungen aufnimmt, die auf den gesamten "iv^uteil einwirken. Die Betonmasse:4 weist eine derartige Starke auf, daß sie der angewandten Druckbeanspruchung widersteht, sie weist- jedoch eine geringe Festigkeit gegenüber den angewandten Zugbeanspruchungen auf. Ein stanlprofil bringt .eine größere mechanische Festigkeit gegenüber Zugbeanspruchungen mit sich, als gegenüber Druckbeanspruchungen. Es sind daher gemäS der Erfindung die Ei&enschäften dieser verschiedenen Materialien, die den i;;.uteil bilden, derart wirksam gewählt, daß ihre ihnen innewohnenden positiven Eigenschafcen voll ausgenutzt werden und die einzelnen Scnwächen gegenseitig kompensiert- werden. Das Ergebnis ist, daß ein Bauteil gewonnen wird, der für solche Bauwerke besonders geeignet ist, die der wiederholten EinwirKung von Biegekräften unterworfen sind, die von außen ausgeübt werden.

Im folgenden soll die Beziehung zwischen der angewandten Biegebeanspruchung, dem d<\-durch erzeugten Biegemoment und den Bauteilen nach der Erfindung erläutere werden. - , .

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Wenn eine gleichmäßig verteilte Belastung auf einen Bauteil X in der in Fig. .2 dargestellten Weise aur Jirkung gebracht wird, ergibt sich ein Momentendiagramm, das sich aus einem Huster von Biegemomenten. für jeden Querschnittdes BauteilB gemäß Fig* 3 zusammen setzt. Das Diagramm der Biegemomente kann daher in der Form einer Parabel aufgestellt v/erden, die Umkehrpunkte D aufweist, die etwas innerhalb des Bereichs zwischen den stützgliedexm A und B liegen, wie in Fig. 3 dargestellt ist. . .

./enn daher ein Bauteil eines Bauwerks unter den Bedingungen gemäß Fig* 2-verwendet werden soll, dann weist dieser Bauteil nach der Erfindung den folgenden Aufbau auf ,Tim dem in dem Bauteil erzeugten Biegemoment gemäß Ii¹Ig. 3 zu begegnen, werden das innere Stahlrohr 2, % das in dem äußeren Stahlrohr 1 enthalten ist, und die Betonraasse 4» die in den Zwischenraum zwischen dem inneren Stahlrohr 2 und dem äußeren Stahlrohr 1 ange- . ordnet ist, derart in der in Fig. 4 dargestellten Weise zusammengestellt, daß in dem Abschnitt des Bauteils X, der einem positiven Biegemoment ausgesetzt ist, das innere Stehlrohr 2 näher zur unteren -fandung des äußeren Stahlrohrs 1 und die Betonmasse 4 im wesentlichen oberhalb des inneren Stahlrohrs 2 angeordnet sind. Andererseits sind diese Elemente In den Abschnitten des Bauteils X, in denen er einem negativen Biegemoment ausgesetzt ist, derart zusammengestellt, daß die Betonmasse j 4 und das innere Stahlrohr 2 in Umkehrung zu der vor- ™ stehend geschilderten Anordnung liegen, es ist also das innere Stahlrohr 2 näher zur oberen .,/andung des äußeren Stahlrohrs T und die Betonmasse 4 im wesentlichen unterhalb des inneren Stahlrohrs 2 angeordnet. Es eind also die gegenseitigen Lagen des inneren Stahlrohrs 2 und der Betonmasse 4 an den Umkehrpunkten D umgekehrt, so daß der vollständige Bauteil jeweils die. erforderliche und große !festigkeit gegenüber den aufgebrachten Biegekräften aufweist.

"Wie farner aus Fig# £ ersichtlich ist, ist eine Betonmasse 4 ebenso in das innere Stahlrohr 2 in einem Abschnitt eingebrachtj de* auf dem jeweiligen Stütz-

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glied aufliegt, um ein Zusammendrücken des Bauteils im ]?all übermäßiger Druckbeanspruchung zu verhindern*

Bei dem vorstehend, beschriebenen Ausführungsbeispiel wird ein inneres Stahlrohr 2 innen in einem äußerem Stahlrohr 1 -befestigt. Es kann jedoch das innere Stahlrohr 2 auch ersetzt werden durch ein Stahlprofil 2¹ nit einem V-förmigen Querschnitt, und zwar derart, daß dieses V-förmige .Stahlprofil 2* in das äußere Stahlrohr 1 eingeführt wird und eine Betonmasse 4 in den Zwischenraum- · eingefüllt wird," der sich zwischen dem Abschnitt der inneren Wandung des äußeren Stahlrohrs 1 zwischen den Kanten der divergierenden Schenkel des V-furmigen stal.ilteils 2', die in Berührung mit der inneren '-./tmdung des äußeren Stahlrohrs 2 stehen, und ferner durcn die diver- gierenden Wandungen der Schenkel des V-förmigen stahl~ profils 2« ergibt, und daß ferner der Scheitel rl es V-förmigen Stahlproi'ils 2' mit der inneren Landung des äußeren Stahlrohrs verschweißt ist.

Es soll hier bemerkt werden, daß der Werkstoff des ä.ußeren Sohres 1 und des inneren Rohres 2 baw, des Profils 2¹ nicht auf Stahl beschränkt ist, diese Elemente können vielmehr auch aus armiertem Kunststoff bestehen

v/ie '- sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, kann durch Verwendung derartiger Bauteile nt.ch der Erfindung z.B. eine Brücke aufgebaut v/erden, die die. notwendige "Festigkeit bei geringem "ewiciit ui-d ,i rin_t e Herstellungskosten aufweist. Um eine derartige Brücke aufzubauen, werden die entgegengesetzten lindab schnitte einer Mehrzahl von Bauteilen X nebeneinander auf einer Stahlplatte 7 angeordnet, die derart befestigt ist, daß die Platte 7 die Stützen 5 überspannt und sich" über die Stützen 5 hinaus erstreckt, wobei die platte 7 mit den aus Beton bestehenden Stützen 5 durch Schenkelteile I verbunden ist," die mit 6 bezeichnet sind uni senkrecht in der rberseite- der Stützen 5 eingebettet sind. In einem solchen j?all ist das innere Rohr 2 oder das imere Profil 2» innerhalb des äußeren ::tonrs 1 auf derjenigen Seite angeordnet,

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die einer Zugbelastung ausgesetzt ist, während die ■üetonmasse 4· .auf derjenigen Seite angeordnet ist, die der Druclibelastung ausgesetzt ist. Es ist also das innere !!ohr 2 oder das "frofil 2' näher' zur unteren Wandung des äußaren Hohrsi angeordnet, während die Betonmasse im wesentlichen oberhalb des inneren Rohrs 2 oder äeß Profils 2' angeordnet.ist. Die Bauteile X mit dem vorbesoliriebenen Aufbau werden nebeneinander angeordnet und z.B. durch Schweißen an der Stahlplatte 7 befestigt. Tjanacn werden die oberen ELächen dieser Bauteile X z.B. durch Schweißen an der unteren Fläche einer weiteren Stahlplatte S befestigt. Schließlich wird eine lahrbahnschicht 9 auf der Oberseite der Stahlplatte 8 gebildet, so daß sich insgesamt die in Fig» 7 dargestellte Brücke ergibt.

_ 9 _ . ■ . bad"

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Claims (1)

178A022

Patentansprüche

1, Bauteil für Bauwerke, insbesondere träger, gekennzeichnet durch eineii äußeren langgestreckten Hohl-' körper (1) aus einem Werkstoff mit einer mechanischen !festigkeit gegen Biegebeänspruchung, durch ein im Inneren des äußeren Hohlkörpers angeordnetes und dessen Inrienraum in wenigstens zwei getrennte langgestreckte Räume aufteilendes inneres langgestrecktes Bauelement (2,2') und eine wenigstens einen der gebildeten leilräume ausfüllende Masse (4) zur Aufnahme von Druckbeanspruchungen.

2, Bauteil nach Anspruch"], dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Hohlkörper ein ^ohr (1) ist.

3« Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet ι daß die die Druckbeanspruchungen aufnehmende Masse (4) aus Beton besteht,

4» Bauteil nach einem oder mehreren- der Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Hohlkörper ein inneres Rohr (2) mit einem geringeren Außendurchmesser als der Innendurchmesser des Hohlkörpers umschließt und das der Zwischenraum zwischen der Innenwand des Hohlkörpers (1) und der Außenwand des inneren Hohres (2) mit der die Druckbeanspruchung aufnehmenden Masse (4) dicht ausgefüllt ist,

5, Bauteil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Hohlkörper (1) ein inneres Bauelement (2·) mit V-förmigem Querschnitt umschließt und die die Druc&beanspruchungen aufnehmende Masse (4) in den Zwischenraum eingebracht ist, der durch die divergierenden Schenkel des inneren Bauelements (2') und den zwischen den Kanten dieser Schenkel liegenden Abschnitt der inneren wand des ' äußeren Hohlkörpers (1) gebildet ist,

6, Bauteil nach" einem odex· mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekeimzeichnet, daß die gegenseitige Lage des inneren Bauelements (2,2·) und der die Druck-' beanspruchungen aufnehmenden Masse (4) an den Umkehr-. punkten (D) des Biegemomentenverlaufs entsprechend der

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BAD ORIGINAL

vorgegebenen Biegebeanspruchung umgekehrt sind (Fig» 4)»

7..Bauteil nach einem oder mehreren der Ansprüche T bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem auf einem Stützelement (5) aufliegenden Bereich auch der verbleibende Innenraum, z.B. der Innenraum des inneren Hohres (2), mit der Betonmasse dicht ausgefüllt ist

8. Anwendung eines Bauteils nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 zum Brückenbau, dadurch gekennzeichnet, daß die Bnden der Bauteile (X) auf Querele-■ nienten (7) nebeneinander angeordnet und befestigt sind

Pat«ntanwllt· DipWng. Hellmuth Ko«rf Dipl.-ing. Horst R5·« Ojpl.-Ing. Peter Κο*·Ι