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Versteiftes Plattenelement fur druck-, schub- und biegebeanspruchte
Querschnittsteile dünnwandiger Tragwerke.
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Druck- und schubbeanspruchte Querschnittsteile dünnwandiger Konstruktionen
aus Stahl oder auch anderen Werkstoffen sind in vielen Fällen schon weit unterhalb
der Fließspannung, bzw. der Bruchepannung, wenn es sich um Werkstoffe ohne Fließgrenze
handelt, beulgefährdet, so daß entweder die nach den amtlichen Vorschriften zulässigen
Spannungen nicht ausgenutzt werden können, oder aber besondere Maßnahmen zu ihrer
Aussteifung ergriffen werden müssen.
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uebliche Formen einer solchen Aussteifung sind Je nach der besonderen
Art der Konstruktion und der Belastung Langssteifen, Quersteifen, eine Kombination
aus Längs- und Quersteifen sowie in selteneren Fällen auch Schrägsteifen.
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Diese Art der Aussteifung hat jedoch den Nachteil, daß sie sehr arbeitsintensiv
und damit relativ teuer ist. Sie
ist nur in beschränktem 1-laß mechanisierbar
und dürfte daher in Zukunft immer kcstsrieliger werden.
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Desweiteren werden zur rzielung einer größeren Beulstabilität, insbesondere
bei den Stegblechen von Vollwandträgern, profilierte und gewellte (Fig. 1) und aus
profilierten Blechen nach Fig. 2 zusammengesetste Konstruktionen verwendet.
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Die so versteiften Stege werden zwar beulstabiler, nachteilig ist
jedoch hierbei, daß sie sich zum einen nicht voll an der Ubertragung der Biegemomente
beteiligen, und daß zum anderen der Anschluß an die Gurtbleche infolge der polygonalen,
bzw. gewellten Anschlußlinie umständlich ist0 Die Erfindung stellt sich die Aufgabe,
ein versteiftes Plattenelement für druck-, schub- und biegebeanspruchte Querschnittsteile
dünnwandiger Tragvierke zu schaffen, dessen Uaterialfestigkeit ohne Gefahr des Ausbeulens
voll ausgenutzt werden kann.
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Hierzu schlägt die Erfindung vor, zwei im wesentlichen ebene Bleche
an diskreten Punkten durch Verbindungselemente biegesteif oder gelenkig miteinander
zu verbinden.
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Diese Verbindungselemente können aus Sicken bestehen, die in mindestens
eines der zu verbindenden Bleche eingebracht sind, oder aus bolzenartigen Gebilden,
die auf die zu verbindenden Bleche aufgesetzt sind.
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Im folgenden wird die Erfindung an einigen Beispielen und anhand der
Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 bekannte
Formen der Aussteifung dünnwandiger und 2 Tragwerke; Fig. 5 eine Prinzipdarstellung
der erfindungsgemäßen Gestaltung dünnwandiger Tragwerke; Fig. 4 eine Form einer
Verbindungssicke; Pigo 5 drei Formen der Sickenverbindung von Blechen; Fig. 6 vier
Formen bolzenartiger Verbindungselemente; Fig. 7 drei Formen der Verteilung der
Verbindungselemente.
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Die erfindungsgemäße konstruktive Lösung des eingangs beschriebenen
Problems der Aussteifung dünnwandiger Bauteile lässt sich wie folgt beschreiben:
Es werden zwei ebene Bleche 1, 2 mit den Dicken t1 und t2 an diskreten Punkten über
Verbindungselemente biegesteif verbunden (Fig. 3). Damit erreicht man eine wesentliche
- durch den Abstand der beiden Bleche in weitem Bereich wählbare - erhöhung der
Biegesteifigkeit der beiden Bleche um ihre gemeinsame Schwereachse x-x, verglichen
mit der Biegesteifigkeit eines Bleches 4 der Dicke t1 + t2 um dessen Schwereachse
x-x. Auf diese Weise ist es möglich, bei praktisch gleichem Materialaufwand die
Beulspannung soweit anzuheben, daß die Festigkeit des materials voll ausgenutzt
werden kann. Die oben beschriebenen Nachteile seither üblicher Versteifungsmaßnahmen
treten dabei nicht auf, wie die folgenden Ausführungsbeispiele zeigen werden.
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Die Verbindung der beiden Bleche kann zum Beispiel auf folgende Arten
hergestellt werden: 1) Das Verbindungselement besteht aus einer aus einem ebenen
Ausgangsblech 5 herausgearbeiteten Kalotte 6 (Fig. 4) oder allgemein: aus einer
beliebigen Sicke.
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Der Zusammenbau so vorbereiteter Bleche, im weiteren als gesickte
Bleche bezeichnet, kann auf verschiedene Arten erfolgen, zum Beispiel: a) Es werden
zwei Bleche (7, 8) (Fig. 5a) so zusammengesetzt, daß sich ihre Sicken gegenüberliegen
und berühren; b) es werden ein ebenes Blech 2 und ein gesicktes Blech 8 (Fig. 5b)
zusammengesetzt; c) es werden zwei gesickte Bleche 9 so zusammengesetzt, daß ihre
Sicken (Fig. 5c) gegeneinander versetzt sind.
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Verbindungsmöglichkeiten zwischen Sicke und Blech bzw.
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zwischen Sicke und Sicke sind beispielsweise: Schweissen, Kleben
und Nieten.
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2) Das Verbindungselement 3 aus Fig. 3 besteht aus einem bolzenartigen
Gebilde, welches massiv, hohl oder teilweise hohl sein kann. Fig. 6 zeigt einige
Beispiele für mögliche Formen seiner konstruktiven Ausbildung.
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Verbindungsmöglichkeiten zwischen Verbindungselement und Blech sind
beispielsweise: Schweißen, Kleben und Kalt- oder Warmaufpressen.
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Für die Verteilung der Verbindungselemente zeigt Fig. 7
einige
Beispiele.
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Die orm der unter 1) und 2) beschriebenen Ausfuhrungsarten des Verbindungselementes,
seine Abmessungen im Vergleich zu den Blechdicken t1 und t2 und seine Verteilung,
bezogen auf das gesamte auszusteifende Querschnittsteil, hängen weitgehend von den
speziellen statischen, fertigungstechnischen und werkstofftechnischen Verhältnissen
ab und können für die verschiedenen Anwendungsfälle durch spezielle Untersuchungen
theoretischer und experimenteller Art festgelegt werden.
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Eine Ausfüllung des zwischen den Blechen entstehenden Zwischenraumes
durch Füllstoffe ist möglich, ebenso eine Ausnutzung als Installationskanal oder
als Transportkanal für flüssige und gasförmige Stoffe.
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Diese Bauweise führt bei minimalem Materialaufwand zu einem optimal
ausnutzbaren Plattenelement für dünnwandige, druck-, schub und biegebeanspruchte
Tragsysteme. Sie bietet den Vorteil, daß solche Plattenelemente vollautomatisch
hergestellt werden können - im Gegensatz zu längs-, quer- oder schrägversteiften
Platten - und daß sich ihr Zusammenbau - im Gegensatz zu trapez- oder wellenförmig
profilierten Blechen - ebenso leicht durchführen läßt, wie bei unversteiften Blechen.