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Die Erfindung betrifft einen Verbundbalken mit einer Zugbewehrung, insbesondere zur Verwendung in Tragwerken von Gebäuden oder Brückenkonstruktionen.
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Verbundbalken sind dem Grunde nach bereits aus dem Stand der Technik bekannt. Diese bestehen in der Regel aus einem Holzverbund, beispielsweise aus Leim- oder Schichtholz, und einer Bewehrung, wobei die Bewehrung vorzugsweise im Bereich einer, sich bei einer vertikalen Belastung des Verbundbalkens ausbildenden, Zugzone angeordnet ist und wobei durch die Bewehrung die Zugfestigkeit und somit die Widerstandsfähigkeit des Verbundbalkens gegenüber vertikal einwirkenden Belastungen erhöht werden soll.
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Ein derartiger Verbundbalken wird beispielsweise in der Druckschrift
DE 25 10 262 A1 offenbart, wobei in diesem Fall der Verbundbalken durch ein Holzelement gebildet wird, welches Nuten zur Aufnahme von Faserstoffbündeln oder Fasergewebe aufweist. Vorzugsweise bestehen die Faserbündel aus CFK, welcher in die Nuten eingebettet oder eingepresst und anschließend mit einem Härter ausgegossen wird.
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Des Weiteren ist es aus dem Stand der Technik bekannt, die Zugbewehrung eines Verbundbalkens vorzuspannen um auf diese Weise deren Verstärkungswirkung zu erhöhen.
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Eine solche vorgespannte Bewehrung eines Holzbalkens ist durch die Druckschrift
US 2 601 910 A beschrieben.
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Hierbei wird auf der Zugseite des Holzbalkens ein Metallstreifen aufgebracht, welcher an stirnseitig an dem Holzbalken angeordneten Ankerplatten vorgespannt wird. Die Mittel zur Bereitstellung der Vorspannung sind erfindungsgemäß, zumindest teilweise, in einer Ausklinkung an dem jeweiligen Balkenende angeordnet.
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Die Nachteile der hier aufgezeigten Lösung liegen insbesondere darin, dass sowohl für die außen an der Stirnseite des Holzbalkens angeordnete Ankerplatte, als auch zum Erreichen der, die Vorspannung bereitstellenden, Mittel ein entsprechender Freiraum zwischen dem Holzbalken und einem, den Holzbalken aufnehmenden Unterbau vorgesehen werden muss. Es wird somit verhindert, dass der Holzbalken mit seiner jeweiligen Stirnfläche an dem Unterbau anliegend angeordnet werden kann und somit eine entsprechende Widerstandsfähigkeit gegenüber horizontal wirkenden Lasten, welche beispielsweise zu einer horizontalen Verschiebung des Balkens führen können, bereitstellbar ist. Ein solcher Holzbalken eignet sich somit beispielsweise nicht oder nur sehr eingeschränkt zur Verwendung innerhalb eines tragenden Unterbaus für Fahrbahnbrücken oder dergleichen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Verbundbalken mit einer hohen Tragfähigkeit, insbesondere geeignet zur Verwendung in einem tragenden Unterbau von Fahrbahnbrücken, bereitzustellen, welcher besonders einfach und kostengünstig herstellbar ist.
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Die Aufgabe wird durch die im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Ein erfindungsgemäßer Verbundbalken weist einen Balkengrundkörper aus Holz und eine Zugbewehrung auf.
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Der Begriff Holz umfasst dabei erfindungsgemäß sämtliche Arten von Holz, insbesondere vorliegend als Voll-, Schicht- oder Leimholz.
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Die Zugbewehrung ist erfindungsgemäß in Längsrichtung des Balkengrundkörpers angeordnet und vorzugsweise in diesen eingelassen.
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Zum Einlassen der Zugbewehrung in den Balkengrundkörper weist dieser beispielsweise Nuten oder Bohrungen, nachfolgend auch zusammenfassend als Ausnehmungen bezeichnet, auf, in welchen die Zugbewehrung angeordnet ist. Dabei ist es erfindungsgemäß möglich, die Zugbewehrung in die Ausnehmungen des Balkengrundkörpers einzupressen oder diese, unter Hinzuziehen eines, in die Ausnehmungen einbringbaren, Verfüllmittels, stoffschlüssig mit dem Balkengrundkörper zu verbinden.
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Die vorliegende Erfindung erfasst auch Zugbewehrungen unabhängig davon, ob diese der Unterseite oder den Längsseiten des Balkengrundkörpers zugeordnet sind.
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Als Verfüllmittel kommt hierbei vorzugsweise Polymerbeton, zum Einsatz. Die Bereitstellung der stoffschlüssigen Verbindung mittels des Polymerbetons hat insbesondere den technologischen Vorteil, dass der Polymerbeton auch in etwa vorhandene und an die Ausnehmungen des Balkengrundkörpers angrenzende Hohlräume eindringt, diese ausfüllt und sich gleichzeitig nahezu vollständig mit der Zugbewehrung verbindet. Es wird somit auf besonders vorteilhafte Art und Weise über die gesamte Länge der Zugbewehrung deren sicherer Sitz innerhalb des Balkengrundkörpers gewährleistet.
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Die erfindungsgemäß vorzusehenden Zugbewehrungen bestehen aus einem zugfesten Material, beispielsweise aus Stahl oder faserverstärkten Kunststoffen.
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Der erfindungsgemäße Verbundbalken zeichnet sich dadurch aus, dass dieser ein Lagerelement aufweist, wobei das Lagerelement in einem jeweiligen Endbereich des Balkengrundkörpers angeordnet und zumindest teilweise in diesen eingelassen ist und wobei der Balkengrundkörper mittels des Lagerelements auf einem entsprechenden Untergrund oder Unterbau aufgelagert werden kann.
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Vorzugsweise ist das Lagerelement soweit in den Balkengrundkörper eingelassen, dass sich an der jeweiligen Stirn- und Längsseite des Balkengrundkörpers gerade kein Überstand des Lagerelements ausbildet. Je nach Anwendungsfall kann ein solcher Überstand des Lagerelements jedoch auch gewünscht und dafür bereitgestellt werden.
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Das Lagerelement besteht aus einem druck- und biegefesten Material, beispielsweise Stahl oder Beton und weist eine, in Längsrichtung des Balkengrundkörpers angeordnete Längsfläche sowie eine, quer zur Längsrichtung des Balkengrundkörpers angeordnete Stirnfläche auf.
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Längs- und Stirnfläche des Lagerelements können erfindungsgemäß sowohl gerade, als auch individuell geformt ausgebildet sein.
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Des Weiteren weist das Lagerelement vorzugsweise feuchtigkeitsabweisende Eigenschaften auf, wodurch auf besonders vorteilhafte Weise ein Eindringen von Feuchtigkeit in den Balkengrundkörper und eine dadurch hervorgerufene Schädigung des Verbundbalkens im Bereich des Auflagers wirkungsvoll verhindert werden. Die feuchtigkeitsabweisenden Eigenschaften des Lagerelements können dabei entweder durch dessen Material selbst oder aber durch eine entsprechend aufgebrachte Beschichtung bereitgestellt werden.
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Erfindungsgemäß ist das Lagerelement an dessen Längsfläche stoffschlüssig und an dessen Stirnfläche formschlüssig mit dem Balkengrundkörper verbunden, wobei die stoffschlüssige Verbindung mittels einer geeigneten Verbindungsmasse, beispielsweise einem Kleber oder einem Kunstharz, bereitstellbar ist.
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Punktlasten werden als besonderer Vorteil der Erfindung durch die sich einstellende, flächige Lastverteilung zwischen der Längsfläche des Lagerelements und der Gegenlagerfläche des Balkengrundkörpers vermieden, wobei durch die geometrische Ausbildung des Lagerelements bei einer vertikal auf den Balken einwirkenden Belastung eine gleichmäßig verteilte Lastabführung von dem Verbundbalken auf den sich an diesen anschließenden Untergrund oder Unterbau sichergestellt wird.
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Lokale Deformationen und Schadstellen des Balkengrundkörpers aufgrund der auftretenden Belastungen im Bereich des jeweiligen Lagerelements können somit weitestgehend verhindert werden.
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Darüber hinaus zeichnet sich der erfindungsgemäße Verbundbalken dadurch aus, dass die vorhandene Zugbewehrung mit dem Lagerelement verbunden ist. Dabei erfolgt die Verbindung der Zugbewehrung mit dem Lagerelement derart, dass von der Zugbewehrung Zugkräfte auf das Lagerelement übertragen werden und dass das Lagerelement ein Widerlager bildet. Die Verbindung ist so ausreichend fest, dass bei einem Durchbiegen des Verbundbalkens in Folge vertikal einwirkender Kräfte, ein Ausziehen der Zugbewehrung aus dem Lagerelement verhindert wird.
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Erfindungsgemäß kann die Verbindung zwischen der Zugbewehrung und dem Lagerelement, je nach Anwendungsfall, sowohl stoffschlüssig über ein geeignetes Verbindungsmittel oder aber formschlüssig erfolgen.
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Das Lagerelement überträgt die Zugkräfte in seiner Funktion als Widerlager sowohl durch den Formschluss an der Stirnfläche, als auch durch den Stoffschluss an der Längsfläche. Die Anordnung des Lagerelement an dem Balkengrundkörper erfolgt erfindungsgemäß so, dass durch die auf den Verbundbalken einwirkenden Kräfte, oder durch dessen Gewichtskraft, stets ein Andrücken der Längsfläche des Lagerelements an eine entsprechend korrespondierende Gegenlagerfläche des Balkengrundkörpers bewirkt wird.
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Das kräftebedingte Andrücken der Längsfläche des Lagerelements an die Gegenlagerfläche des Balkengrundkörpers führt auf besonders vorteilhafte Weise dazu, dass die an dieser Stelle vorliegende Verbindung zwischen dem Lagerelement und dem Balkengrundkörper zusätzlich verstärkt wird. Mit zunehmender Belastung des Verbundbalkens erhöht sich also als besonderer Vorteil die maximal von dem Lagerelement aufnehmbare Zugkraft.
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Das Lagerelement übernimmt in dem Verbundbalken als besonderen Vorteil der Erfindung eine Doppelfunktion. Zum einen dient es als Auflager für den Balkengrundkörper und bewirkt in dieser Funktion eine gleichmäßige Kraftverteilung zwischen dem Balkengrundkörper und einem Untergrund oder Unterbau des Verbundbalkens. Zum zweiten dient das Lagerelement als Widerlager für die Zugbewehrung, wobei sich die von dem Widerlager aufnehmbaren Kräfte mit zunehmender Belastung erhöhen.
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Gleichzeitig eignet sich ein erfindungsgemäßer Verbundbalken insbesondere zur Verwendung an Fahrbahnbrücken, da durch das formschlüssige stirnseitige Anliegen des Lagerelements an dem Balkengrundkörper zusätzlich ein horizontales Verschieben des Balkengrundkörpers gegenüber dem Lagerelement verhindert wird und somit eventuellen Lockerungen, welche durch dynamische insbesondere horizontale Lasten hervorgerufen werden könnten, vorgebeugt werden kann.
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In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besteht das Lagerelement aus Polymerbeton.
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Durch die Verwendung von Polymerbeton als Material für das Lagerelement ergeben sich gleich mehrere technologische Vorteile.
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Zum einen stellt der Polymerbeton ein besonders druck- und biegefestes Material dar, welches darüber hinaus eine sehr geringe Feuchtigkeitsaufnahme aufweist. Der Polymerbeton selbst wirkt zugleich als Verbindungsmittel, durch welches die stoffschlüssige Verbindung zwischen der Längsfläche des Lagerelements und der Gegenlagerfläche des Balkengrundkörpers bereitgestellt wird; ein zusätzlicher Kleber kann somit entfallen. Dabei formt sich als weiterer Vorteil der Polymerbeton besonders vorteilhaft an die Längsfläche des Lagerelements und die Gegenlagerfläche des Balkengrundkörpers an, wodurch stets ein vollflächiges Anliegen des Balkengrundkörpers an dem Lagerelement und somit eine besonders gleichmäßige Kraftverteilung gewährleistet werden können. Ferner ist es durch den Polymerbeton nicht erforderlich, die Längsfläche des Lagerelements und die Gegenlagerfläche des Balkengrundkörpers mit besonderer Präzision auszubilden, da durch den Polymerbeton etwa vorhandene Störstellen auf den Oberflächen ausgeglichen werden können. Des Weiteren wird es als Vorteil durch den Polymerbeton ermöglicht, dass besonders vorteilhafte Ausformungen der Längsfläche des Lagerelements und der Gegenlagerfläche des Balkengrundkörpers bereitgestellt werden können. Hierbei ist es beispielsweise möglich, Nutungen vorzuhalten, durch welche die wirksame Verbindung zwischen dem Lagerelement und dem Balkengrundkörper durch eine vergrößerte Oberfläche sowie durch einen zusätzlichen Formschluss nochmals verbessert werden kann.
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Als weiteren Vorteil ermöglicht die Verwendung von Polymerbeton das Vorsehen und Ausgestalten von eventuell benötigten zusätzlichen Aufnahmen auf der dem Balkengrundkörper abgewandten Seite zur Anbindung weiterer Konstruktionselemente an dem Lagerelement. Letztlich besteht ein Vorteil eines erfindungsgemäßen Lagerelements aus Polymerbeton darin, dass dieser materialbedingt als Feuchtigkeitssperre wirkt, was besonders bei einer Verwendung als Brückenbauteil vorteilhaft ist.
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In einer bevorzugten Variante der Erfindung besteht die Zugbewehrung des Verbundbalkens aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff, nachfolgend als CFK bezeichnet.
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Es hat sich gezeigt, dass durch die Verwendung von CFK eine Zugbewehrung bereitgestellt werden kann, welche eine sehr hohe Zugfestigkeit aufweist und welche darüber hinaus in deren Querschnittsgeometrie an die jeweiligen Anwendungsbedingungen angepasst werden kann.
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Darüber hinaus weisen CFK-Zugbewehrungen, beispielsweise gegenüber vergleichbaren Zugbewehrungen aus Stahl, nur ein geringes Gewicht auf, was sich wiederum positiv auf die Handhabung und den Transport des Verbundbalkens auswirkt.
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Die erfindungsgemäßen Zugbewehrungen sind in einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des Verbundbalkens vorgespannt, wodurch sich eine nochmalige Erhöhung der Zugfestigkeit des Verbundbalkens bereitstellen lässt.
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Eine weitere bevorzugte Ausbildung des Verbundbalkens sieht vor, dass auf der, der Zugseite gegenüberliegenden, Längsseite des Balkengrundkörpers eine zusätzliche Druckbewehrung als Schicht aus Polymerbeton aufgebracht ist.
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Durch diese zusätzliche Druckschicht auf der den einwirkenden Lasten zugewandten Seite des Balkengrundkörpers, wird die Tragfähigkeit des Verbundbalkens nochmals erhöht.
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Die Gegenlagerfläche des Balkengrundkörpers weist in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung eine Strukturierung, beispielsweise in Form einer Querriffelung, auf, in welche eine entsprechend ausgeformte Längsfläche des Lagerelements eingreift.
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Durch eine solche Strukturierung können weitere Formschlüsse zwischen dem Lagerelement und dem Balkengrundkörper bereitgestellt und so die wirksame Verbindung zwischen dem Lagerelement und dem Balkengrundkörper nochmals verbessert werden.
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Diese Weiterbildung kann insbesondere bei einer Ausbildung des Lagerelements aus Polymerbeton kostengünstig sowie technologisch zuverlässig realisiert werden.
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Der erfindungsgemäße Verbundbalken weist in einer weiteren vorteilhaften Ausbildung eine zusätzliche Scherbewehrung auf, wobei die Scherbewehrung eine Längsmittenebene des Balkengrundkörpers durchsetzt und im Bereich der Druckzone sowie zugleich im Bereich der Zugzone fest mit dem Balkengrundkörper verbunden ist.
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Dem liegt zu Grunde, dass sich unter Belastung eine Druckzone und eine Zugzone ausbilden, wobei es aufgrund der entgegengesetzt gerichteten Druck- und Zugkräfte im Inneren des Balkengrundkörpers zur Ausbildung von Scherspannungen kommt, welche durch das Holz des Balkengrundkörpers aufgenommen werden müssen. Mit zunehmender Intensität oder Zeitdauer der Scherspannungen ist jedoch der hölzerne Balkengrundkörper allein nicht mehr in der Lage, die auftretenden Scherspannungen aufzunehmen und es kommt zu einer Schädigung der inneren Struktur des Balkengrundkörpers und im weiteren Verlauf zu dessen Versagen.
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Die Druckzone und die Zugzone grenzen im Inneren des Balkengrundkörpers in einer Längsmittenebene aneinander.
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Als Längsmittenebene wird vorliegend die Ebene bezeichnet, welche den Balkengrundkörper in Längsrichtung und senkrecht zu der einwirkenden Last gerichtet durchsetzt. Die Längsmittenebene liegt in Abhängigkeit von den Materialeigenschaften nicht notwendigerweise genau in der geometrischen Mitte des Balkengrundkörpers, sondern stellt vielmehr die neutrale Zone zwischen Druck- und Zugzone dar. Insbesondere bei einer etwaigen zusätzlichen Druck- oder Zugbewehrung wird die Längsmittenebene möglicherweise deutlich außerhalb der geometrischen Mittelebene des Verbundbalkens liegen.
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Entscheidend ist, dass gleichzeitig in eine Richtung wirkende Kräfte aus der Druckzone und in entgegengesetzter Richtung wirkende Kräfte aus der Zugzone auf die Scherbewehrung übertragbar sind.
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Die Anordnung der Bewehrung in dem Balkengrundkörper erfolgt erfindungsgemäß derart, dass die Bewehrung zu einer, senkrecht zur Längsmittenebene des Balkengrundkörpers gerichteten Achse und somit zu der Richtung der auf den Verbundbalken einwirkenden Last, geneigt ist.
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Die Neigung der Bewehrung ist erfindungsgemäß so gewählt, dass die Bewehrung, sich aufgrund der Scherspannungen einstellenden, und zwischen der Druckzone und der Zugzone des Balkengrundkörper ausbildenden, Verformungen entgegenwirkt, indem Zugkräfte von der Bewehrung aufgenommen werden. Die so aufgenommenen Zugkräfte reduzieren die Scherspannungen und erhöhen die Belastbarkeit des Verbundbalkens. Somit wird die bestehende Verbindung zwischen der Druckzone und der Zugzone des Balkengrundkörpers durch die Bewehrung verstärkt und somit, gegenüber herkömmlichen Lösungen, die Widerstandsfähigkeit des Verbundbalkens, insbesondere bei senkrecht zu dessen Längsmittenebene einwirkenden Lasten, auf besonders vorteilhafte Weise deutlich erhöht.
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Durch die Neigung der Bewehrung werden im Belastungsfall die Druckzone und die Zugzone zugleich gegeneinander gepresst, wodurch einem Längsriss infolge der Scherspannungen zusätzlich entgegengewirkt wird.
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Ferner wurde gefunden, dass eine besonders effektive Funktion der Bewehrung insbesondere dann generiert werden kann, wenn die Bewehrung im Bereich eines Auflagers oder einer Einspannung des Verbundbalkens angeordnet ist. Dies ist vorrangig darauf zurückzuführen, dass die bei einer Belastung des Verbundbalkens auftretenden Scherspannungen im Inneren des Balkengrundkörpers im Bereich der Auflager oder Einspannungen am größten sind.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 8, wird die Scherbewehrung durch Stahlelemente gebildet, welche vorzugsweise stabförmig vorliegen und welche im Bereich der Druckzone und im Bereich der Zugzone mit dem Balkengrundkörper verbunden sind. Die Verbindung zwischen den Stahlelementen und dem Balkengrundkörper kann dabei, entsprechend der zu erwartenden Verwendungsbedingungen des Verbundbalkens, sowohl formschlüssig, als auch stoffschlüssig oder kraftschlüssig oder durch eine Kombination verschiedener Verbindungsarten miteinander bereitgestellt werden.
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Eine formschlüssige Verbindung zwischen den Stahlelementen und dem Balkengrundkörper kann beispielsweise dadurch gebildet werden, dass die Stahlelemente, vorzugsweise über deren gesamte Länge, mindestens aber in den Endabschnitten mit einem Außengewinde versehen sind und in den Balkengrundkörper eingeschraubt werden.
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Die kraftschlüssige Verbindung der Scherbewehrung mit dem Balkengrundkörper wird erfindungsgemäß zum Beispiel durch ein Einpressen der Bewehrung in entsprechend vorgesehene Ausnehmungen des Balkengrundkörpers bewirkt, während die stoffschlüssige Verbindung mittels eines zusätzlich einzubringenden Verbindungsmittels zwischen die Bewehrung und den Balkengrundkörper herstellbar ist.
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Als Verbindungsmittel wird erfindungsgemäß entweder ein Kleber, wie insbesondere Kunstharz oder vorzugsweise Polymerbeton verwendet, wobei das Verbindungsmittel sowohl gleichzeitig mit dem Einsetzen der Bewehrung in vorzubereitende Ausnehmungen des Balkengrundkörpers oder nachträglich eingebracht werden kann.
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Die Verwendung von Stahl als Bewehrungsmaterial hat insbesondere den Vorteil, dass Stahl verhältnismäßig kostengünstig bereitstellbar ist und dass für die Scherbewehrung standardisierte Stahlelemente, beispielsweise Stahlstäbe, verwendet werden können.
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Die Scherbewehrung des Verbundbalkens wird in einer weiteren vorteilhaften Variante der Erfindung nach Anspruch 9 durch kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffstränge, kurz CFK-Stränge, gebildet.
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Die CFK-Stränge sind, im Bereich der Druckzone und im Bereich der Zugzone des Balkengrundkörpers, vorzugsweise stoffschlüssig mit diesem verbunden. Der Stoffschluss wird hierbei insbesondere über ein, als Kleber oder Polymerbeton vorliegendes, Verbindungsmittel bereitgestellt, wobei das Verbindungsmittel bereits bei dem Einsetzen der CFK-Stränge in die vorzubereitenden Ausnehmungen des Balkengrundkörpers oder aber nach dem Einsetzen der CFK-Stränge in die Ausnehmungen eingebracht werden kann.
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Gegenüber anderen Materialien wie Stahl, haben die CFK-Stränge insbesondere die Vorteile, dass diese sehr zugfest und unelastisch sowie gleichzeitig sehr leicht sind und dass die CFK-Stränge eine hohe Unempfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit aufweisen. Darüber hinaus ermöglicht die Verwendung von CFK die Ausbildung speziell geformter Bewehrungselemente, deren Geometrie an die jeweils zu erwartenden Anwendungsbedingungen des Verbundbalkens anpassbar sind.
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Eine weitere bevorzugte Ausbildung der Erfindung nach dem Anspruch 10 sieht ferner vor, dass die Scherbewehrung an deren Enden mit Widerlagern versehen ist. Die Widerlager sind dabei erfindungsgemäß vorzugsweise so ausgebildet, dass diese eine passend ausgeformte Hinterschneidung der jeweiligen Ausnehmungen in dem Balkengrundkörper hintergreifen und so zur sicheren Aufnahme der Zugkräfte durch die Bewehrung ein zusätzlicher Formschluss zwischen dem Balkengrundkörper und der Bewehrung hergestellt wird.
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Dabei können die Widerlager bereits vor dem Einsetzen der Bewehrung an dieser vorgesehen werden oder aber, nach dem Einsetzen der Bewehrung in den Balkengrundkörper hergestellt werden. Ein nachträgliches Herstellen derartiger Widerlager kann besonders vorteilhaft auf die Weise bereitgestellt werden, dass entsprechende, die Bewehrung aufnehmende, Ausnehmungen in dem Balkengrundkörper im Endbereich der Bewehrung eine Aufweitung aufweisen. In diese Aufweitung wird nach dem Einsetzen der Bewehrung ein aushärtendes Verfüllmaterial, beispielsweise Polymerbeton, eingepresst, welches sich mit der Bewehrung fest verbindet und welches nach seinem Aushärten das gewünschte Widerlager bereitstellt.
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Es ist in Abhängigkeit von den Proportionen auch möglich, die Scherbewehrung in der Zugzone mit dem Lagerelement und – sofern vorhanden – in der Druckzone mit einer Druckbewehrung zu verbinden, wobei dies vorzugsweise durch ein Einlassen in den Polymerbeton erfolgt. Auf diese Weise fungieren das Lagerelement und die Druckbewehrung als Widerlager für die Scherbewehrung. Ferner werden durch die geneigte Anordnung der Scherbewehrung die Kräfte direkt in die Zugbewehrung sowie Druckbewehrung eingeleitet.
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Des Weiteren sieht eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass die Bewehrung des Verbundbalkens gemäß Anspruch 11 vorspannbar ist.
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Durch eine solche vorgespannte Bewehrung werden die in dem Balkengrundkörper vorliegenden Verbindungen zwischen der Druck- und der Zugzone und somit die Scherfestigkeit des Verbundbalkens nochmals erhöht und dadurch dessen Widerstandsfähigkeit gegenüber senkrecht zur Längsmittenebene einwirkenden Lasten verbessert.
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Die Erfindung wird als Ausführungsbeispiel anhand von
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1 Längsschnitt Verbundbalken mit Lagerelement, Zugbewehrung und Scherkraftbewehrung
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2 Längsschnitt Verbundbalken mit zusätzlicher Druckschicht
näher erläutert.
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1 zeigt einen erfindungsgemäßen Verbundbalken mit einem Balkengrundkörper 1 aus Holz und einer, in Längsrichtung des Balkengrundkörpers 1 angeordneten, Zugbewehrung 2.
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Die Anordnung der Zugbewehrung 2 in dem Bereich des Verbundbalkens, in welchem sich bei einem vertikalen Krafteintrag von oben (Pfeil) und die dadurch hervorgerufene Durchbiegung, eine Zugzone ausbildet.
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Die Zugbewehrung 2 wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch CFK-Stränge gebildet, welche in einer entsprechenden Ausnehmung (nicht dargestellt) des Balkengrundkörpers 1 angeordnet und mittels Compono 100L-Polymerbeton (nicht dargestellt) stoffschlüssig mit dem Balkengrundkörper 1 verbunden werden.
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Des Weiteren weist der Verbundbalken in mindestens einem seiner Endbereiche, vorzugsweise in beiden Endbereichen, ein Lagerelement 3 auf, über welches der Verbundbalken auf einem Untergrund oder Unterbau (nicht dargestellt) auflagerbar ist.
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Das Lagerelement 3 besteht vorliegend aus dem Polymerbeton Compono, welcher in eine Ausnehmung bzw. Ausklinkung des Balkengrundkörpers eingelassen ist. Das Lagerelement 3 weist eine, in Längsrichtung des Balkengrundkörpers 1 angeordnete, Längsfläche 4 sowie eine, quer zur Längsrichtung des Balkengrundkörpers 1 angeordnete, Stirnfläche 5 auf. Das Lagerelement 3 ist im Bereich der Längsfläche 4 stoffschlüssig mit einer Gegenlagerfläche 11 des Balkengrundkörpers 1 und im Bereich der Stirnfläche 5 formschlüssig und stoffschlüssig mit dem Balkengrundkörper 1 verbunden.
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Durch das flächige Anliegen der Längsfläche 4 des Lagerelements 3 an der Gegenlagerfläche 11, wird als besonderer Vorteil eine gleichmäßige Verteilung der einwirkenden Lasten von dem Balkengrundkörper 1 auf das Lagerelement 3 bewirkt. Lokale Kraft- oder Spannungsspitzen bei einer vertikalen Belastung des Verbundbalkens im Bereich des Lagerelements 3 werden somit wirkungsvoll vermieden.
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Die Zugbewehrung 2 des Verbundbalkens ist mit dem Lagerelement 3 zugfest verbunden, sodass das Lagerelement 3 als Widerlager für die Zugbewehrung 2 dient. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Enden der Zugbewehrung in den Polymerbeton des jeweiligen Lagerelements eingelassen.
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Das Lagerelement 3 übernimmt somit auf besonders vorteilhafte Weise eine Doppelfunktion. Erstens wird über das Lagerelement 3 eine Lastabführung von dem Balkengrundkörper 1 in einen zugehörigen Unterbau (nicht dargestellt) und dabei eine gleichmäßige Lastverteilung ermöglicht. Zweitens dient das Lagerelement 3 gleichzeitig zur Aufnahme von Zugkräften aus der Zugbewehrung 2. Es müssen somit keine zusätzlichen Vorrichtungen zur Aufnahme der Zugbewehrung 2 an dem Verbundbalken vorgesehen werden. Ferner stehen die Aufnahmen für die Zugbewehrung nicht über den Verbundbalken über.
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Durch den vorhandenen Formschluss zwischen der Stirnseite 5 des Lagerelements 3 und dem Balkengrundkörper 1 wird darüber hinaus eine horizontale Relativbewegung zwischen dem Balkengrundkörper 1 und dem Lagerelement 3, welche unter Umständen zu einer unerwünschten Lockerung der stoffschlüssigen Verbindung führen könnten, wirksam vermieden.
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In dem Ausführungsbeispiel ist der Verbundbalken mit einer zusätzlichen Scherbewehrung versehen.
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Wie in 1 dargestellt, bilden sich, bei einer vertikal einwirkenden Kraft F und einer dadurch bewirkten Durchbiegung (nicht dargestellt) des Verbundbalkens, in dem Balkengrundkörper 1 eine Druckzone 9 und eine Zugzone 10 aus, welche in einer Längsmittenebene 8 des Balkengrundkörpers 1 aneinandergrenzen.
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In einem Belastungsfall wie in 1 dargestellt, stellen sich die auftretenden Kräfte im Inneren des Balkengrundkörpers 1 als Druckkräfte FD in der Druckzone 9 und als Zugkräfte FZ in der Zugzone 10 dar, wobei die Kräfte entgegengerichtet sind. Aufgrund der entgegengerichteten Kräfte stellen sich zwischen der Druckzone 9 und der Zugzone 10 Scherspannungen ein, welche in Abhängigkeit ihrer Intensität und der Zeitdauer ihres Auftretens unter Umständen zu einem Zerreißen des Balkengrundkörpers 1 in Längsrichtung, also parallel zur Faserrichtung und dadurch zu einem Versagen des Verbundbalkens führen können.
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Um derartige Scherspannungen zwischen der Druckzone 9 und der Zugzone 10 des Balkengrundkörpers 1, auch über die Belastungsgrenzen des Balkengrundkörpers 1 allein, aufnehmen zu können, weist ein erfindungsgemäßer Verbundbalken eine Scherbewehrung 7 auf, welche die Längsmittenebene 8 des Balkengrundkörpers 1 durchsetzt und welche sowohl im Bereich der Druckzone 9 als auch im Bereich der Zugzone 10 mit dem Balkengrundkörper 1 fest verbunden ist und welche vorliegend durch drei separate und parallel zueinander ausgerichtete CFK-Stränge gebildet wird.
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Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Verbindung zwischen der Scherbewehrung 7 und dem Balkengrundkörper 1 als stoffschlüssige Verbindung ausgeführt, wobei die Bewehrung 7 mittels eines Verbindungsmittels (nicht dargestellt) auf Polymerbetonbasis in entsprechende Ausnehmungen des Balkengrundkörpers 1 eingeklebt ist. Die Anordnung der Scherbewehrung 7 in dem Balkengrundkörper 1 erfolgt erfindungsgemäß um einen Winkel α geneigt zur Längsmittenebene 8 und insbesondere so, dass die Scherbewehrung 7 in der Lage ist, die sich zwischen der Druckzone 9 und der Zugzone 10 aufgrund der Scherspannungen einstellenden Zugkräfte aufzunehmen.
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Es wurde gefunden, dass eine optimale Funktion der Scherbewehrung 7 insbesondere dann vorliegt, wenn die Scherbewehrung 7 im Bereich einer Auflagerung oder Einspannung des Verbundbalkens angeordnet ist.
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Durch die erfindungsgemäße Scherbewehrung 7 werden auf besonders vorteilhafte Weise die bestehenden inneren Verbindungen zwischen der Druckzone 9 und der Zugzone 10 des Balkengrundkörpers 1 verstärkt und somit die Widerstandsfähigkeit eines derart ausgebildeten Verbundbalkens, gegenüber senkrecht zu dessen Längsmittenebene einwirkenden Lasten, deutlich erhöht.
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2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verbundbalkens.
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Hierbei weist der Verbundbalken zusätzlich an der, der einwirkenden Last zugewandten, Längsseite des Balkengrundkörpers 1 eine Druckbewehrung 6 auf. Die Druckbewehrung 6 besteht dabei erfindungsgemäß ebenfalls aus Polymerbeton, welcher stoffschlüssig auf die entsprechende Längsseite des Balkengrundkörpers 1 aufgebracht wird.
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Durch die Druckbewehrung 6 wird, insbesondere bei vertikal einwirkenden Lasten und der dadurch hervorgerufenen Durchbiegung des Verbundbalkens, die Festigkeit der sich ausbildenden Druckzone in dem Balkengrundkörper 1 erhöht und somit die Widerstandsfähigkeit des Verbundbalkens nochmals verbessert. Gleichzeitig wird durch den aufgebrachten Polymerbeton eine feuchtigkeitsundurchlässige Schicht gebildet, durch welche der Verbundbalken besser gegen Feuchtigkeits- und Witterungseinflüsse geschützt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Balkengrundkörper
- 2
- Zugbewehrung
- 3
- Lagerelement
- 4
- Längsseite
- 5
- Stirnseite
- 6
- Druckbewehrung
- 7
- Scherbewehrung
- 8
- Längsmittenebene
- 9
- Druckzone
- 10
- Zugzone
- 11
- Gegenlagerfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2510262 A1 [0003]
- US 2601910 A [0005]
