-
Die Erfindung betrifft ein Nachgiebigkeitselement 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 eines Tunnels oder dergleichen, mit wenigstens zwei im Abstand zueinander angeordneten Tragblechen und mit wenigstens einem zwischen den Tragblechen vorhandenen Verformungskörper, insbesondere mehreren Verformungskörpern, wobei der Verformungskörper Zwischenräume zwischen den Tragblechen bildet und unter Gebirgsdruck stauchbar und plastisch verformbar ist und wobei, vorzugsweise, die Deformation hauptsächlich den Verformungskörper erfasst. Ein solches Nachgiebigkeitselement ist insbesondere zum Einsatz in bruchhaftem Gebirge, beispielsweise in den Alpen, vorgesehen.
-
Um bei einem Tunnelausbruch und/oder bei einem Ausbruch von Schächten, Bunkern, Grubenstrecken oder dergleichen in Gebirgen, in welchen Gebirgsbewegungen zu vermuten bzw. zu erwarten sind, die in den durch Spritzbetonschalen, Ortbetonschalen, Stahlausbauten oder Tübbingen ausgebildeten Auskleidungen auftretenden Deformationen vermeiden zu können, wurde der sogenannte nachgiebige Ausbau entwickelt. Dieser ist in der Lage, Belastungsspitzen, die bei einer Gebirgsbewegung auftreten, so lange nachzugeben, bis die Belastung sich auf benachbarte Bereiche des Ausbaus verteilt hat. Bei einem derartigen nachgiebigen Ausbau in nicht standfesten Gebirgen wird die Auskleidung durch in (Tunnel-)Längsrichtung verlaufende Kontraktionsfugen in Segmente unterteilt. Durch in die Kontraktionsfugen eingesetzte Nachgiebigkeits- oder Stauchelemente wird ein entsprechender Ausbauwiderstand der Auskleidung erreicht. Derartige Nachgiebigkeits- bzw. Stauchelemente weisen üblicherweise einen metallischen, hohlen Grundkörper auf, welche entweder unmittelbar in eine Kontraktionsfuge eingesetzt wird oder welcher vor seinem Einsetzen mit einer komprimierbaren Materialfüllung, insbesondere einem porösen Material wie Blähbeton, Leichtbeton, Gasbeton oder dergleichen verfüllt wird, um einen entsprechend hohen Stauchwiderstand zur Verfügung zu stellen.
-
Aus der
WO 99/28162 A1 sind Stauchelemente in Form von Stauchrohren bekannt, die stirnseitig zwischen zwei Druckübertragungsplatten eingespannt sind. Bei einer den Ausbeulwiderstand dieser Stauchrohre übersteigenden Axialbelastung treten ringförmige Ausbeulungen der Stauchrohre auf, wobei die aufnehmbare Druckkraft abfällt, bis sich die Wände der sich bildenden Ringfalte aneinander abstützen. Danach steigt die übertragbare Druckkraft wieder bis zur nächsten Ausbeulung unter Ausbildung einer Ringfalte an, so dass sich der Vorgang wiederholt.
-
Aus der
EP 2 042 686 B1 ist ein Nachgiebigkeits- bzw. Stauelement bekannt, dass wenigstens zwei im Abstand zueinander angeordnete Tragbleche und mehrere zwischen den Tragblechen vorgesehene, zueinander distanzierte Rohrkörper aufweist. Jeweils das obere und untere Tragblech weisen Befestigungselemente auf, die der Montage am Bogenausbau dienen. Darüber hinaus besitzen die Tragbleche in die Betonschale fassende Bewehrungen. Diese Stauchelemente dienen als Gebirgsstützelemente, die einen ringförmigen Bogenausbau in Segmente unterteilen und den überwiegenden Anteil der Verformungen aufnehmen sollen. Die Stauchelemente werden vorwiegend zwischen zwei Bogenausbauen aus nachgiebigen Rinnenprofilen oder Gitterträgern eingesetzt. Die Rinnenprofile oder Gitterträger können hierbei mittels Ort- oder Spritzbeton in eine umfangsseitig des Tunnels oder der Strecke eingebrachte Betonschale eingebettet werden. Ferner können die Stauchelemente hinter solchen Bogenausbauen zum Gebirgsmantel hin vorgesehen werden.
-
Die aus der
EP 2 042 686 B1 bekannten Stauchelemente aus Stahl sollen die Kraftaufnahme sowohl in tangentialer (Normalkraft) als auch in radialer Richtung (Querkraft) sowie in axialer Richtung (Längskraft in Vortriebsrichtung) ermöglichen. Die Last-Weg-Charakteristik hängt hierbei ab von der Geometrie der als Verformungs- bzw. Stauchkörper verwendeten Rohre, dem Werkstoff der Rohre, der Anzahl der Rohrlagen sowie der Anzahl der Rohre je Schichtlage. Durch die Wahl unterschiedlicher Rohrkombinationen lassen sich unterschiedliche Last-Weg-Kurven erreichen.
-
Die aus dem Stand der Technik bekannten Nachgiebigkeitselemente haben sich zwar in der Praxis grundsätzlich bewährt, weisen jedoch den Nachteil auf, dass es unter dem Einfluss des Gebirgsdrucks leicht zu einer unkontrollierten Verformung des Nachgiebigkeitselementes kommen kann. Hierdurch kann es zu einer lokalen Überlastung der Auskleidung kommen, was zu Schäden an der Auskleidung führen kann.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Nachgiebigkeits- bzw. Stauchelement der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, dass sich durch ein verbessertes Stauchverhalten auszeichnet und sich unter Einfluss von Druckkräften, insbesondere Kräften von 40 bis 180 t, weiterhin insbesondere Kräften von 80 bis 100 t, kontrolliert zusammenpressen lässt, wobei eine Überlastung einer Auskleidung im Deformationsfall sicher ausgeschlossen sein soll.
-
Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe wird ein Nachgiebigkeitselement der eingangs genannten Art mit wenigstens einem Verformungskörper vorgeschlagen, wobei der Verformungskörper durch einen Blechstreifen mit einem Wellenprofil gebildet wird und sich vorzugsweise in Längsrichtung der Tragbleche wellenförmig zwischen den Tragblechen erstreckt. Das Wellenprofil des Verformungskörpers ist gekennzeichnet durch mehrere Wellenberge, nachfolgend auch Profilwellen genannt, mit dazwischenliegenden Wellentälern, wobei der Verformungskörper im Bereich der höchsten Stellen der Profilwellen bzw. der Wellenkämme und im Bereich der tiefsten Stellen der zwischen den Profilwellen liegenden Wellentäler gegen jeweils ein Tragblech anliegen kann. Zur Befestigung in einer Betonschale können die Tragbleche in an sich aus dem Stand der Technik bekannter Weise in die Betonschale fassende Bewehrungen aufweisen.
-
Durch das Wellenprofil des Verformungskörpers wird das Stauchverhalten des Nachgiebigkeitselementes verbessert und es wird der wirksame Ausbauwiderstand der Auskleidung erhöht. Das erfindungsgemäße Nachgiebigkeitselement ist dabei in der Lage, Normalkräfte sowie Quer- und Biegekräfte aufzunehmen, wobei das Nachgiebigkeitselement gestaucht und die Zwischenräume zwischen den Tragblechen durch plastische Deformation des Verformungskörpers verkleinert werden. Die Deformation erfasst hierbei hauptsächlich den Verformungskörper. Die Tragbleche können ebenfalls deformiert werden, jedoch, vorzugsweise, in geringerem Ausmaß als der Verformungskörper.
-
In Abhängigkeit von der Wellengeometrie (Wellenhöhe, Wellenanzahl und Wellenlänge der Profilwellen) und der Dimensionierung des Verformungskörpers (Blechdicke, Blechlänge sowie Materialwahl und/oder Stahlqualität) lässt sich die Last-Weg-Charakteristik des Nachgiebigkeitselementes bedarfsweise an den Einsatzfall anpassen. Durch die Bauart des Verformungskörpers lässt sich sogar während Gebirgsverformungen die Lastaufnahme den individuellen Gebirgsverhältnissen anpassen, indem beispielsweise weitere, eine komplementäre Geometrie aufweisende Verformungskörper oder gebogene Blechstücke in die von dem Verformungskörper zwischen den Tragblechen gebildeten Zwischenräume eingeschoben werden. Darüber hinaus können an den Wellenflanken der Profilwellen zusätzliche Verstärkungsbleche aufgeschweißt sein, um die Blechdicke und damit den Verformungswiderstand zu erhöhen. Um höhere Biegemomente und höhere Kräfte aufzunehmen, ist es auch möglich, Ort- oder Spritzbeton in die Lücken zwischen dem Verformungskörper und den Tragblechen einzubringen.
-
Das erfindungsgemäße Nachgiebigkeitselement zeichnet sich durch ein kontrolliertes und über die Fläche der Tragbleche gleichmäßiges Deformationsverhalten aus, insbesondere bei Krafteinleitung aufgrund von Gebirgsdruck in Normalkraftrichtung, d. h. senkrecht zur Oberfläche der Tragbleche, so dass Überlastungen einer Auskleidung aufgrund einer unkontrollierten und insbesondere Querverformung des Nachgiebigkeitselements, d. h. quer zur Normalkraftrichtung, nicht zu befürchten sind.
-
Die Tragbleche sind vorzugsweise als ebene Platten ausgebildet, können grundsätzlich jedoch auch eine Wellenform aufweisen. Darüber hinaus können zwischen den Tragblechen auch mehrere Lagen mit Verformungskörpern vorgesehen sein, wobei zwischen zwei Lagen wenigstens ein Trennblech angeordnet sein kann.
-
Die Begriffe ”Wellenprofil” bzw. ”Profilwelle” und ”wellenförmig” sind im Sinne der Erfindung nicht auf eine bestimmte Wellenform festgelegt. Eine Profilwelle kann gerade oder gebogene Wellenflanken bzw. Seitenflächen aufweisen. Im Bereich eines Wellenkamms bzw. des höchsten Teils einer Profilwelle können die Wellenflanken durch einen geraden, gebogenen oder spitz zulaufenden Wellen- oder Brückenabschnitt miteinander verbunden sein. Das gleich gilt für den Verbindungsbereich von zwei benachbarten Profilwellen im Bereich eines Wellentals. Hier können die Wellenflanken von benachbarten Profilwellen ebenfalls durch einen geraden, gebogenen oder spitz zulaufenden Wellen- oder Brückenabschnitt miteinander verbunden sein. Der Verformungskörper kann beispielsweise ein sinusförmiges, trapezförmiges, dreieckförmiges oder sägezahnförmiges Wellenprofil aufweisen.
-
Der Verformungskörper ist vorzugsweise einstückig ausgebildet, was zu einem hohen Widerstand gegen Verformung führt. Der Verformungskörper kann grundsätzlich jedoch auch mehrstückig ausgebildet sein und, vorzugsweise, miteinander verschweißte Verformungsabschnitte aufweisen.
-
Im Übrigen erstreckt sich der Verformungskörper vorzugsweise über die gesamte Länge und/oder Breite der Tragbleche. Dadurch wird eine gleichmäßige Krafteinleitung von Druckkräften in den Verformungskörper und eine gleichmäßige Kraftableitung über den Verformungskörper erreicht, was ein kontrolliertes Verformen des Verformungskörpers unter dem Einfluss von Druckkräften ermöglicht.
-
Zur Verbesserung des Stauchverhaltens ist es zweckmäßig, wenn das Wellenprofil eine Mehrzahl von Profilwellen mit gleicher Profil- bzw. Wellenlänge aufweist. Insbesondere kann das Wellenprofil zumindest abschnittsweise durch mehrere gleich ausgebildete Profilwellen bzw. Profilwellen mit gleicher Geometrie bzw. gleicher Konturlinie gebildet werden. Weiter insbesondere kann das Wellenprofil punktsymmetrisch zur Mittelquerachse oder zur Mittellängsachse der Tragbleche ausgebildet sein.
-
In einer Erstreckungsrichtung, insbesondere in Längsrichtung, des Verformungskörpers aufeinander folgende Profilwellen können unmittelbar ineinander übergehen. Hierunter ist im Sinne der Erfindung zu verstehen, dass zwei Wellenflanken benachbarter Profilwellen durch einen kurzen gebogenen oder spitz zulaufenden Brückenabschnitt miteinander verbunden sind. Alternativ ist es grundsätzlich aber auch möglich, dass Wellenflanken benachbarter Profilwellen nicht unmittelbar, sondern durch einen geraden und im wesentlichen parallel zu einem Tragblech verlaufenden Brückenabschnitt bestimmter Länge miteinander verbunden sind. Das Verhältnis der Länge eines solchen geraden Brückenabschnitts zur Wellenlänge einer Profilwelle kann weniger als 1:2, vorzugsweise weniger als 1:4, betragen, um ein gutes Stauchverhalten des Nachgiebigkeitselementes zu gewährleisten.
-
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass eine Profilwelle von zwei aufeinander zulaufenden geraden Längsabschnitten des Verformungskörpers als Wellenflanken gebildet wird, wobei die Längsabschnitte über einen gebogenen Brückenabschnitt des Verformungskörpers als Wellenkamm miteinander verbunden sind. Die Wellenflanken benachbarter Profilwellen sind dabei im Bereich eines Wellentals ebenfalls durch einen gebogenen Brückenabschnitt miteinander verbunden. Für einen hohen Verformungswiderstand ist es in diesem Zusammenhang zweckmäßig, wenn der Winkel zwischen zwei über einen Brückenabschnitt miteinander verbundenen geraden Längsabschnitten des Verformungskörpers zwischen 45° und 145°, vorzugsweise ca. 90°, beträgt.
-
In Zusammenhang mit der Erfindung hat sich gezeigt, dass ein kontrolliertes Zusammenpressen des Nachgiebigkeitselementes unter Gebirgsdruck insbesondere dann erreicht werden kann, wenn wenigstens zwei, insbesondere drei, im Wesentlichen parallel zueinander verlaufende nebeneinanderliegende Verformungskörper zwischen den Tragblechen vorgesehen sind. Diese können dann quer zur Längsrichtung des Nachgiebigkeitselementes hintereinanderliegend angeordnet sind. Vorzugsweise sind benachbarte Verformungskörper um 180° zueinander gedreht zwischen den Tragblechen angeordnet.
-
Wellenberge und Wellentäler von nebeneinanderliegenden Verformungskörpern können einen synchronen Verlauf zeigen oder, vorzugsweise, gegeneinander ”phasenverschoben” angeordnet sein. ”Phasenverschoben” im Sinne der Erfindung bedeutet, dass Profilwellen in Längsrichtung der Verformungskörper versetzt zueinander angeordnet sind. Zur weiteren Aussteifung des Nachgiebigkeitselementes trägt bei, dass nebeneinanderliegend angeordnete Verformungskörper unmittelbar gegeneinander anliegen können.
-
Bei einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann wenigstens ein quer zu dem Verformungskörper zwischen den Tragblechen angeordneter Verstärkungskörper zur Querverstärkung vorgesehen sein, wobei, vorzugsweise, der Verstärkungskörper ebenfalls ein Wellenprofil aufweisen kann. Der Verstärkungskörper kann ein beliebiges Wellenprofil wie oben beschrieben aufweisen, und sich, vorzugsweise, im Wesentlichen über die gesamte Breite oder Länge der Tragbleche erstrecken. Vorzugsweise ist ein wellenförmig gebogener Blechstreifen als Verstärkungskörper vorgesehen, der lediglich eine Profilwelle aufweist. Mehrere Verstärkungskörper können in einer Erstreckungsrichtung des Verstärkungskörpers, insbesondere in dessen Längsrichtung, hintereinander liegend angeordnet sein. Durch wenigstens einen Verstärkungskörper lässt sich eine Querverschiebung der Tragbleche relativ zueinander, d. h. in Richtung der Flachseiten der Tragbleche, bei Belastung der Tragbleche in Normalkraftrichtung, d. h. senkrecht zu den Flachseiten, weitgehend ausschließen. Darüber hinaus tragen die Verstärkungskörper auch zur Versteifung des erfindungsgemäßen Nachgiebigkeitselementes bei.
-
Verstärkungskörper und Verformungskörper können einander übergreifend oder durchgreifend zwischen den Tragblechen angeordnet sein, um das Verformungsverhalten des Nachgiebigkeitselementes weiter zu verbessern. Beispielsweise kann der Verstärkungskörper einen mittleren Verformungskörper überbrücken, wobei dann ein Wellenberg des Verstärkungskörpers einem Wellental des Verformungskörpers gegenüber liegt und der Wellenberg des Verstärkungskörpers und das Wellental des Verformungskörpers gegen unterschiedliche Tragbleche anliegen. Dies wirkt sich vorteilhaft auf das Stauchverhalten aus.
-
Der Verformungskörper kann zwischen den Trägerblechen eingeschweißt sein. Vorzugsweise erfolgt das Verschweißen lediglich randseitig an den außenliegenden Längsrändern des Verformungskörpers im Bereich der Brückenabschnitte, an denen der Verformungskörper gegen ein Tragblech anliegt. Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, den Verformungskörper an seinen Stirnseiten mit einem oder beiden Trägerblechen zu verschweißen. Hierbei wird der Verformungskörper vorzugsweise über die gesamte Länge seiner Stirnkanten verschweißt. Der Verstärkungskörper kann ebenfalls zwischen den Trägerblechen eingeschweißt sein, vorzugsweise lediglich an seinen Stirnseiten.
-
Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist zur Lösung der oben genannten Aufgabe vorgesehen, dass der Verformungskörper durch eine Fachwerkanordnung mit einer Mehrzahl von miteinander verschweißten Fachwerkstreben gebildet wird. Solche Fachwerkanordnungen kommen als Aussteifungselemente in Gitterträgern zum Einsatz, wie sie beispielsweise in der
EP 2 372 082 A2 oder
DE 20 2011 004 948 U1 beschrieben sind. Auch können geschlossene Aussteifungselemente aus einem Stab oder mehreren miteinander verbundenen Stäben eine Fachwerkanordnung im Sinne der Erfindung bilden. Durch vielfältige Ausgestaltungsformen von Fachwerkanordnungen lassen sich in einfacher Weise unterschiedliche Last-Weg-Charakteristiken des Nachgiebigkeitselementes erreichen. Die Last-Weg-Charakteristik ist hierbei abhängig von der Anzahl und Geometrie der eingesetzten stabförmigen Streben bzw. Stege, deren Durchmesser, der Wahl des Werkstoffs und/oder der Stahlqualität. Fachwerkartige Aussteifungselemente zwischen den Tragblechen ermöglichen eine kostengünstige Fertigung des Nachgiebigkeitselementes bei sehr gutem Stauchverhalten solcher Elemente. Zudem kommt es unter Krafteinleitung aufgrund von Gebirgsdruck zu einem kontrollierten Deformationsverhalten, wobei sich das Deformationsverhalten durch Befestigen weiterer stabförmiger Streben bzw. Stege an der Fachwerkanordnung und/oder den Tragblechen flexibel an das Gebirgsverhalten anpassen lässt. Der Verformungskörper wird vorzugsweise wiederum zwischen den Tragflächen eingeschweißt.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Verformungskörper wenigstens zwei einander gegenüberliegende Fachwerkstreben auf, die über Kreuz angeordnet sind. Jede Fachwerkstrebe kann hierbei zwei langgestreckte, im Wesentlichen geradlinige Strebenabschnitte aufweisen, die vorzugsweise dach- bzw. A-förmig aufeinander zulaufen und an ihren oberen geschlossenen Enden über einen mittleren gebogenen Verbindungsabschnitt miteinander verbunden sind. Der Verbindungsabschnitt liegt dann im Bauteilverbund gegen ein Tragblech an. Die geradlinigen Strebenabschnitte der beiden Fachwerkstreben können in Längsrichtung abwechselnd gekreuzt sein. Dies trägt zu einem verbesserten Verformungsverhalten des Nachgiebigkeitselementes im Belastungsfall bei.
-
Der Abstand der Kreuzungsbereiche der Fachwerkstreben von einem nächstliegenden Tragblech kann weniger als ein Drittel des Abstandes zwischen den Tragblechen, vorzugsweise weniger als ein Viertel des Abstandes zwischen den Tragblechen, betragen. Hierdurch wird eine ausreichend hohe Lastspitze vor dem Beginn des Beulvorgangs der Fachwerkanordnung erreicht.
-
Jede Fachwerkstrebe weist, vorzugsweise, achsparallel zu dem jeweiligen Tragblech verlaufende Fußabschnitte auf, die in die geradlinigen Strebenabschnitte übergehen und gegen ein Tragblech anliegen. Hierdurch wird die Fachwerkanordnung stabil gegen das Tragblech abgestützt. Jede Fachwerkstrebe kann im Bereich der Fußabschnitte mit einem Tragblech verschweißt sein. Im übrigen kann die Fachwerkstrebe im Bereich des Verbindungsabschnitts von zwei geradlinigen Strebenabschnitten mit einem gegenüberliegenden Tragblech verschweißt sein.
-
Jeweils zwei gekreuzte Fachwerkstreben können miteinander verschweißt sind und eine feste Strebenanordnung bilden, deren Fußabschnitte im Bauteilverbund gegen ein Tragblech anliegen und deren Verbindungsabschnitte gegen das andere Tragblech anliegen. Vorzugsweise ist es so, dass der Verformungskörper zwei gleich ausgebildete, zueinander um 180° gedreht und zwischen den Tragblechen gegenüberliegend angeordnete Strebenanordnungen aufweist, wobei geradlinige Strebenabschnitte der beiden Strebenanordnungen über Kreuz angeordnet sind und wobei die Fußabschnitte der einen Strebenanordnung und die Fußabschnitte der anderen Strebenanordnung unterschiedlichen Tragblechen zugewandt sind und, vorzugsweise, gegen unterschiedliche Tragbleche anliegen. Die Verbindungsabschnitte der einen Strebenanordnung und die Verbindungsabschnitte der anderen Strebenanordnung sind ebenfalls unterschiedlichen Tragblechen zugewandt und können gegen unterschiedliche Tragbleche anliegen. Das Verschweißen der Strebenanordnungen mit den Tragblechen erfolgt an geeigneten Berührungsstellen. Der so erhältliche Verformungskörper zeichnet sich neben ausgezeichneten Verformungseigenschaften auch durch ein vergleichsweise geringes Bauteilgewicht und einen geringen Materialverbrauch aus.
-
Die zuvor beschriebenen und nachfolgend anhand der Zeichnungen beschriebenen Merkmale können bedarfsweise miteinander kombiniert werden, auch wenn dies nicht im Einzelnen ausdrücklich beschrieben ist. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Nachgiebigkeitselementes schräg von der Seite;
-
2 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Nachgiebigkeitselementes schräg von der Seite,
-
3 eine Draufsicht auf Strebenanordnungen des in 2 gezeigten Nachgiebigkeitselementes und
-
4 einen Verformungskörper des in 2 gezeigten Nachgiebigkeitselementes.
-
In 1 ist ein Nachgiebigkeitselement 1 zur Integration in einen untertätigen Verbundausbau mit wenigstens zwei in einem Abstand zueinander angeordneten Tragblechen 2, 3 und mit drei zwischen den Tragblechen 2, 3 angeordneten und sich in Längsrichtung X des Nachgiebigkeitselementes 1 erstreckenden gleich ausgebildeten Verformungskörpern 4 gezeigt. Durch die Verformungskörper 4 werden Zwischenräume 5 zwischen den Tragblechen 2, 3 geschaffen, wobei die Verformungskörper 4 unter Gebirgsdruck stauchbar und plastisch verformbar sind. Die Nachgiebigkeit des Nachgiebigkeitselementes 1 ist im Wesentlichen gegen vertikale Kräfte 6, 7 ausgerichtet, die in Normalkraftrichtung auf die Tragbleche 2, 3 wirken. Im Verbundausbau, wobei das Nachgiebigkeitselement 1 beispielsweise in einen Ausbau aus Rinnenprofilen oder Gitterträgern und einer Betonschale integriert sein kann, sind diese Kräfte 6, 7 gegeneinander und gegen das Nachgiebigkeitselement 1 gerichtet. Erreichen diese Kräfte 6, 7 eine bestimmte Größe, so wird das Nachgiebigkeitselement 1 gestaucht und es werden die Zwischenräume 5 zwischen den Tragblechen 2, 3 verkleinert. Die Verformungskörper 4 werden hierbei plastisch deformiert, wobei die Deformation hauptsächlich die Verformungskörper 4 erfasst.
-
Wie sich aus 1 ergibt, wird jeder Verformungskörper 4 durch einen Blechstreifen mit einem Wellenprofil gebildet und erstreckt sich in Längsrichtung X wellenförmig zwischen den Tragblechen 2, 3. Das Nachgiebigkeitselement 1 zeichnet sich durch ein verbessertes Stauchverhalten und durch eine kontrollierte Deformation unter Gebirgsdruck aus.
-
Jeder Verformungskörper 4 ist einstückig ausgebildet und erstreckt sich über die gesamte Länge der Tragbleche 2, 3. In Längsrichtung X weist jeder Verformungskörper 4 eine Mehrzahl von Profilwellen 8 auf. Jede Profilwellen 8 wird gebildet durch zwei aufeinander zulaufende gerade Längsabschnitte 9, 10 des jeweiligen Verformungskörpers 4, die Wellenflanken der Profilwelle 8 bilden, wobei die Längsabschnitte 9, 10 einer Profilwelle 8 über gebogene Brückenabschnitte 11 als Wellenkämme miteinander verbunden sind. Jeder Verformungskörper 4 weist ein Wellenprofil mit drei gleich ausgebildeten und unmittelbar ineinander übergehenden Profilwellen 8 auf, wobei in Längsrichtung X benachbarte Profiwellen 8 über einen gebogenen weiteren Brückenabschnitt 12 miteinander verbunden sind. Die weiteren Brückenabschnitte 12 bilden Wellentäler zwischen benachbarten Profilwellen 8.
-
Um einen ausreichend hohen Ausbeulwiderstand zu gewährleisten, beträgt der Winkel α zwischen zwei über einen Brückenabschnitt 11 miteinander verbundenen Längsabschnitten 9, 10 einer Profilwelle 8 vorzugsweise ca. 90°.
-
Nicht dargestellt ist, dass die Brückenabschnitte 11, 12 auch geradlinig ausgebildet sein können. Auch ist es möglich, dass die Längsabschnitte 9, 10 gebogen ausgebildet sind. Dadurch lässt sich das Wellenprofil der Verformungskörper 4 bedarfsweise an den Belastungsfall anpassen.
-
Die Verformungskörper 4 liegen in Längsrichtung X des Nachgiebigkeitselementes 1 nebeneinander bzw. Querrichtung Y hintereinander und werden durch gleich ausgebildete Blechstreifen gebildet. Bei der gezeigten Ausführungsform weisen der vorderste Verstärkungskörper 4 und der hinterste Verformungskörper 4 einen synchronen Wellenverlauf auf. Der mittlere Verformungskörper 4 ist gegenüber den beiden anderen Verformungskörpern 4 um 180° um eine Längsachse des Nachgiebigkeitselementes 1 gedreht angeordnet. Die Profilwellen 8 des mittleren Verformungskörpers 4 liegen dementsprechend mit Bezug auf 1 im Bereich der Wellenkämme gegen das untere Tragblech 3 an, während die Profilwellen 8 des vorderen und des hinteren Verformungskörpers 4 im Bereich der Wellenkämme gegen das obere Tragblech 2 anliegen. Die Profilwellen 8 des vorderen Verformungskörpers 4 und des hinteren Verformungskörpers 4 sind gegenüber den Profilwellen 8 des mittleren Verformungskörpers 4 phasenversetzt bzw. in Längsrichtung X zueinander verschoben. Es versteht sich, dass auch lediglich zwei oder mehr als drei Verformungskörper 4 vorgesehen sein können.
-
Um eine hohe Verformungssteifigkeit zu erreichen, liegen die Verformungskörper 4 vorzugsweise unmittelbar gegeneinander an. Grundsätzlich können diese jedoch auch voneinander beabstandet sein.
-
Weiterhin weist das Nachgiebigkeitselement 1 quer zu den Verformungskörpern 4 angeordnete Verstärkungskörper 13 zur Querverstärkung bzw. zur Querversteifung auf, wobei jeder Verstärkungskörper 13 durch einen Blechstreifen gebildet wird, der eine Profilwelle 8 beschreibt. Durch die Verstärkungskörper 13 lässt sich eine Verschiebung der Tragbleche 2, 3 relativ zueinander in Querrichtung Y des Nachgiebigkeitselementes 1 bei Belastung der Tragbleche 2, 3 in Normalkraftrichtung weitgehend ausschließen, so dass die Tragbleche 2, 3 beim Stauchen des Nachgiebigkeitselementes 1 weitgehend ohne Querverschiebung aufeinander zubewegt werden. Jeder Verstärkungskörper 13 weist zwei geradlinige Längsabschnitte 9, 10 und einen mittleren gebogenen Brückenabschnitt auf, der die beiden Längsabschnitte 9, 10 miteinander verbindet. Die Brückenabschnitte der Verstärkungskörper 13 sind in 1 nicht gezeigt. Vorzugsweise weisen die Profilwellen 8 der Verformungskörper 4 und die Profilwellen 8 der Verstärkungskörper 13 eine im Wesentlichen gleiche Geometrie bzw. gleiche Konturlinie auf. Nicht dargestellt ist, dass zusätzlich Bleche auf den Längsabschnitten 9, 10 einer Profilwelle 8 aufgeschweißt sein können, um die Steifigkeit des Nachgiebigkeitselementes 1 zu erhöhen.
-
Die Verstärkungskörper 4 und die Verformungskörper 13 sind zwischen den Tragblechen 2, 3 eingeschweißt. Hierzu werden die Verformungskörper 4 im Bereich ihrer Stirnseiten und längsseitig an wenigstens einem Außenrand im Bereich der Brückenabschnitte 11, 12 mit den Tragflächen 2, 3 über in 1 schematisch gezeigte Schweißverbindungen 13a verschweißt. Der Verstärkungskörper 13 ist im Bereich des Wellenkamms und/oder im Bereich seiner Stirnseiten mit den Tragblechen 2, 3 verschweißt. Dies führt zu einer sehr stabilen Befestigung, so dass bei den unter Gebirgsdruck auftretenden Kräften 6, 7 eine unkontrollierte Deformation des Nachgiebigkeitselementes 1 aufgrund gebrochener Verbindungen zwischen den Verformungskörpern 4 bzw. den Verstärkungskörpern 13 und den Tragblechen 2, 3 nicht zu befürchten ist.
-
In den 2 bis 4 ist ein anderes Nachgiebigkeitselement 14 gezeigt, das ebenfalls zwei im Abstand zueinander angeordnete Tragbleche 2, 3 und drei zwischen den Tragblechen 2, 3 vorhandene Verformungskörper 15 aufweist. Auch hier ist es so, dass der Verformungskörper 15 unter Gebirgsdruck aufgrund von Druckkräften 6, 7 stauchbar und plastisch verformbar ist. Bei der in den 2 bis 4 dargestellten Ausführungsform wird der Verformungskörper 15 durch eine Fachwerkanordnung mit einer Mehrzahl von miteinander verschweißten stabartigen Fachwerkstreben 16 bis 19 gebildet, wobei jeweils zwei Fachwerkstreben 16 bis 19 eine in 3 gezeigte Strebenanordnung 20 bilden.
-
Wie sich weiter insbesondere aus 3 ergibt, weist jede Fachwerkstrebe 16 bis 19 einen mittleren gebogenen Verbindungsabschnitt 21 und zwei langgestreckte geradlinige Strebenabschnitte 22 auf, die dachförmig aufeinander zulaufen und an ihren oberen geschlossenen Enden in den mittleren Verbindungsabschnitt 21 übergehen. Im Bereich der geradlinigen Strebenabschnitte 22 sind die beiden Fachwerkstreben 16 bis 19 der jeweiligen Strebenanordnung 20 gekreuzt und liegen mit ihren Verbindungsabschnitten 21 im Montagezustand des Nachgiebigkeitselementes 14 gegen ein Tragblech 2, 3 an. Zudem ergibt sich aus 3, dass die Fachwerkstreben 16 bis 19 der jeweiligen Strebenanordnung 20 abwechselnd gekreuzt sind. Es ergeben sich also zwei Kreuzungsbereiche pro Strebenanordnung 20. Hieraus resultiert eine hohe Verformungssteifigkeit der gebildeten Fachwerkanordnungen. Nicht dargestellt ist, dass der Abstand der Kreuzungsbereiche der jeweiligen Strebenanordnung 20 von einem nächstliegenden Tragblech 2, 3 weniger als einem Drittel des Abstandes zwischen den Tragblechen 2, 3, vorzugsweise weniger als einem Viertel des Abstandes zwischen den Tragblechen 2, 3, entsprechen kann. Grundsätzlich können die Kreuzungsbereiche der jeweiligen Strebenanordnung 20 jedoch auch mittig zwischen den Tragblechen 2, 3 liegen.
-
Die Fachwerkstreben 16 bis 19 sind an den unteren Enden der Strebenabschnitte 22 abgebogen und weisen achsparallel zu dem jeweiligen Tragblech 2, 3 verlaufende Fußabschnitte 23 auf. Die Fußabschnitte 23 liegen jeweils gegen ein Tragblech 2, 3 an. Vorzugsweise sind die Fußabschnitte 23 mit einem Tragblech 2, 3 verschweißt. Wie sich weiter aus 2 ergibt, können die Strebenanordnungen 20 ergänzend oder alternativ auch im Bereich der Verbindungsabschnitte 21 mit einem Tragblech 2, 3 verschweißt sein. Die Schweißverbindungen 24 sind in 3 schematisch gezeigt.
-
In 4 ist ein Verformungskörper 15 des in 2 gezeigten Nachgiebigkeitselementes 14 dargestellt. Wie sich aus 4 ergibt, wird der Verformungskörper 15 durch zwei gleich ausgebildete und um 180° zueinander gedreht angeordnete gegenüberliegende Strebenanordnungen 20 gebildet, die ggf. auch miteinander verschweißt sein können. Die geradlinigen Strebenabschnitte 22 der beiden Strebenanordnungen 20 sind über Kreuz angeordnet, so dass die Fußabschnitte 23 der in 4 unteren Strebenanordnung 20 und die Fußabschnitte 23 der gegenüberliegenden oberen Strebenanordnung 20 im Bauteilverbund unterschiedlichen Tragblechen 2, 3 zugewandt sind und gegen unterschiedliche Tragbleche 2, 3 anliegen. Darüber hinaus ist es so, dass die Verbindungsabschnitte 21 der unteren Strebenanordnung 20 und die Verbindungsabschnitte 21 der oberen Strebenanordnung 20 im Nachgiebigkeitselement 14 ebenfalls unterschiedlichen Tragblechen 2, 3 zugewandt sind und gegen unterschiedliche Tragbleche 2, 3 anliegen.
-
Bei der Herstellung des in den 2 bis 4 gezeigten Nachgiebigkeitselementes 14 kann zunächst vorgesehen werden, Strebenanordnungen 20 der in 3 gezeigten Art aus jeweils 2 gekreuzten Fachwerkstreben 16 bis 19 durch paarweises Verschweißen der Fachwerkstreben 16 bis 19 herzustellen. Anschließend werden jeweils zwei um 180° zueinander gedrehte Strebenanordnungen 20 ineinandergehakt und zu einem Verformungskörper 15 gemäß 4 zusammengefügt. Schließlich werden mehrere Verformungskörper 15 mit den Tragblechen 2, 3 zu einem Bauteilverbund verschweißt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- WO 99/28162 A1 [0003]
- EP 2042686 B1 [0004, 0005]
- EP 2372082 A2 [0024]
- DE 202011004948 U1 [0024]
