DE2316462A1

DE2316462A1 - Biegetraeger

Info

Publication number: DE2316462A1
Application number: DE2316462A
Authority: DE
Inventors: Michael Simon
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1973-04-03
Filing date: 1973-04-03
Publication date: 1974-10-24
Also published as: IT1003853B; FR2224624A1; JPS5035924A; US3967560A; FR2224624B3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Biegeträger, insbesondere für HochbahnkÖrper, bestehend aus mindestens je einem Profilträger aus Metall, insbesondere Siahl, und aus nichtmetallischem Werkstoff, insbesondere Beton. Biegeträger, insbesondere Biegeträger mit hohem Randfaserabstand und hohen Genauigkeitsanforderungen werden im allgemeinen aus Stahl angefertigt, wobei sich eine Reihe von Schwierigkeiten ergeben? so treten beispielsweise an dünnwandigen, druckbeIasteten Querschnitten Verbeulungen auf, die Geometrie und Ge- . nauigkeit des Querschnittes empfindlich beeinträchtigen, ohne daß im einzelnen

die Festigkeitsgrenze des Materials überschritten· weiterhin neigen derartige Stahlträger wegen des großen Nooke'sehen Bereiches von gewissen Stahlsorten bei knapper Auslegung zu nur unzulänglich gedämpften Resonanzschwingungen, weiterhin ergeben sich an den Einleitungspunkten der Biegekräfte unzulässig r.ohe Spannungen, da an diesen Stellen nicht der gesamte Querschnitt des Trägers belastet ist. Diesen lästigen Erscheinungen begegnet men entweder dadurch, daß man das gesamte Profi! sehr großzügig auslegt, was wegen des Stahlpreises hohe Zusatzkoster. verursacht, oder dadurch, daß man an den gefährdeten Stellen partielle Verstärkungen aufschweißt oder aufnietet, was seinerseits wegen des damit verbundenen Arbeitsaufwandes wiederum zu einer empfindlichen Kostensteigerung führt.

Teilweise wirken derartige Stahl-Biegeträger gegenüber eingebrachten Scha! !schwingungen wie die Resonanzkörper von Musikinstrumenten, was im" Sinne des Umwelt-' _m Schutzes vermieden werden sol Ite.-

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Zum Teil kann man durch reine .Stahlbetonträger die obengenannten Nachteiiö verringern oder vermeiden, solange das extrem hohe Eigengewicht eines derartigen Trägers keine große Rolle spielt.

Wenn man Biegeträger für Hochbahnen in Betracht zieht., dürfte im Rege If ail eine Ausführung des Bahnkörpers in 3eton wegen aas hohen Gewichts nur bei günstigen Geiändebedingungen in Frage kommen. Zumindest bei wsichern Untergrund aber ist man auf Stahlträger angewiesen-, die wegen des hohsn Randfaserabstandes von etwa einem Mecer und Stützweiten von etwa 20 m eine hohe Diskrepanz aufweisen zwischen den Wandstärken, äle sich bei Berücksichtigung der nur in Längsrichtung des Profils auftretenden Spannungen, ergeben, und den Wandstärken, die bei Berücksichtigung der gesamten Spannungen eine Beuisteifigkeit gewährleisten, wobei bei einem maximal gerade noch zulässigem Durchhang von 2 mm pro· Stützweite selbst partielles, sn sicn unschädliches Ausbeulen an Krafteinleitungspunkten zu Unzulässigkeiten führt. -

Zwar ist es gemäß der deutschen Patentschrift Nr. 7Ο1 175 bekannt, Rahmen aus Eisenmetall durch eine koaxiale Auskleidung mit nichtmetallischem Werkstoff eine höhere Zugfestigkeit zu verleihen, um so Stahl und somit Kosten einzusparen, doch es ist diese Erfindung auf den Biegeträger nicht anwendbar, da aus Gewichtsgründen das Einschieben eines Betonrohres in ein Eisenrohr mehr Nachteile als Vorteile bringt; insbesondere bei den für Hochbahntrassen notwendigen Rohrdurchmessern von ein bis zwei Metern muß ein Innenrohr, das sich ' selbst trägt, und die aus den Krafteinleitungspunkten resultierenden Spannungen ver teilt, mehree Zentimeter Wandstärke aufweisen; eserglbt sich somit kein, nennenswerter Gewichtsvorteil gegenüber einer Stahlbeton-Bauweise·

Aufgabe der Erfindung ist es, Biegeträger insbesondere mit hohem Randfaserabstand zu finden, die mit minimalern Stahlquerschnitt bei geringem Gesamtgewicht sowie ohne partielle MetaI!versteifung auskommen und die ciie Möglichkeit vom verformungsfreien Einleiten von Einzelkräften aufweisen. Zudem soll der Biegeträger eingeleitete Stpr- un d SchalIschwingungen dämpfen, wobei die Gesamtkosten möglichst niedrig gehalten werden sollen,

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Die Aufgabe wird erfindungsgemäB dadurch gelöst, da3 dsr oder die Profikräger aus N/letal 1 in äen auf Druck betasteten und/bder an aen auf Beulung beanspruchten Stellen sowie an den Krafteinlettungspunkten des Biegeträgers durch Profilträger aus nichtmetall ischem Werkstoff verstärkt sind. Hierbei stützt der Profilträger aus nichtmetallischem Werkstoff , insbesondere Beton, die durch Druckkräfte auf 3eulur,g belasteten Querschnitte , mit denen er etwa durch in die Querschnitte eingepreßte Sicken vergossen ist. Hierbei nimmt der nichtmetallische Werkstoff an Beuisteilen Druckspannungen auf und leitet sie nach der Beulstei/e wieder in den Stahiprofilträger ein, so da3 Unstetigkeiten im nichtmetallischen Profit nicht in Betracht gezogen zu werden brauchen, solange sie nicht rr.it einer Beulstelle zusammentreffen. Ein durchgehendes Profil, beispielsweise aus Beton, ist außerdem billiger als das Anbringen von örtlichen Verstärkungen aus Star., an dan HauptbeuisteHen, webet auch das unbeabsichtigte Nichtberücksichtigen einer Beulstelle keine Schadenserscheinung zeitigen kann. Der nichtmetaitische Profilträger kann überdies als Korrosionsschutz oder als Wärmeschutz auf der Hauptwitterungs- und Haupt Sonneneinstrahlungsrichtung angeordnet sein, um Korrosion oder Verbeulen durch Aufheizen zu verhindern. Der erfindungsgemäße Biegeträger ist zudem nur noch sehr gedämpft schwingungsfähig* es wird hierbei nicht nur beim Überfahren des Bahnkörpers die Geräuschentwicklung eingedämmt, sondern auch die Störschwingung reduziert, die durch das periodische Überfahren von Tragestützen erzielt wird.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Profilträger aus nichtmetall ischem Werkstoff aus hintereinanderliegenden Einzelabschnitten besteht. Da er nicht in setner Längsrichtung kraftübertragend wirkt, wird es aurch diese Ausgestaltung der Erfindung möglich, erst nach Montage des oder der Metallprofilen« B. zu einem Hochbahnunterbau ,an diesen zusätzlich die Nichtmetallprofile wie Armierungsplatten anzubringen, wobei Profilplatten mit Seiestigungselementen zur Einleitung von Kräften in den Bahnkörper fabrik&tionsmäßig vorgefertigt und an Ort und Stelle mit zurechtgeschnittenen Distanzstücken passend eingefügt werden können.

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Einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung gemäß ist der MetalI-ProfiIträger ein Rohr, dem an der Außenseite eines oder beider Quadranten, die zusammen die der Auf lagelast zugewandte Hälfte des Profi iträger-Guerschittes bilden, ein Profilträger aus nichtmetallischem Werkstoff aufgebracht ist, dessen Querschnitt im wesentlichen ein rechtwinkeliges Dreieck bildet, wobei der Biegeträger an seiner Außenfläche eine waagerechte und mindestens eine senkrechte Aniageflache aufweist. Hierbei kann ein besonders billiges serienmäßig hergestelltes Rohr verwendet werden, das einerseits Biegelasten aufnimmt, andererseits in seinem Inneren zur Aufnahme von Versorgungsleitungen, Fördergut und dergli dienen kann, wobei die Innenseite mit einem oder mehreren Metall- oder Nichtmetal !profilen ausgekleidet werden kann^ das Außenprofil, wie es z. B. zur Befestigung von Hochbahneinrichtungen benötigt wird, wird der Außenseite des Rohres aufgebracht, z. B.· aufgeklebt oder der aufgerauhten oder versickten Rohroberfläche aufgegossen.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Metall-Profi !träger waagerechte Zug- und Druckzonen aufweist, die durch dünnwandige senkrechte Stege miteinander verbunden sind, und daß mindestens einem der senkrechten Stege ein etwa ebenso hoher Profilkörper aus nichtmetalIischem Werkstoff als Versteifung zugeordnet ist. Hierdurch ist es ermöglicht, derartige Profile nach gerade noch zulässiger Zug- und Druckspannung im Steg auszulegen, da durch das ausgelenkte Profil aus nichtmetall ischem Werkstoff ein Ausbeulen dder Einknicken des Steges verhindert wird. Darüberhinaus Ist das nichtmetallische Profil geeignet, Druckspannungen aufzunehmen, dadurch ist es möglich, den der Biegelast zugewandten Stahlgurt, der die Druckzone darstellt, schwächer auszulegen.

Einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung gemäß bildender MetalI-Profi!träger ein geschlossenes Hohlprofil mit mindestens einer waagrechten und einer senkrechten Außenfläche, das längs seiner durch Druckkräfte beanspruchten Seite durch den Profilträger aus nichtmetalIischem Werkstoff teilweise ausgefüllt ist. Dieser bietet sowohl eine Verankerungsmöglichkeit für Krafteinleitungspunkte als auch eine Si- * cherung gegen Ausbeulen. Weiterhin kann dar Nichtmetal I-Profilträger auch Halterungen aufweisen, die zur Aufnahme im Inneren des Gesamtprofils angeordneter 7.1363 , - 5-

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Versorgungsleitungen dienen, die sich sonst gegenseitig oder die Profilwandung schädigend berühren könnten, wie z. B. Blankdraht leitungen für Kraftstrom.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das Profil aus Metall zumindest einen mindestens zum Teil in der druckbelasteten Zone angeordneten, geschlossenen Hohlraum aufweist, der gänzlich vom nichtmetallischen Werkstoff ausgefüllt ist. Hierdurch wird ermöglicht, daß nach der Montage der hohlen Biegeträger pumpfähiger nichtmetallischer Werkstoff nachträglich in den Hohlraum eingebracht wird. Ea verbilligt sich hierdurch der Preis von Transport und Montage. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das Stahlprofil ein Doppel-T-Träger mit auf dem Obergurt aufgesetztem Kasten ist. Der Kasten kann hierbei durch ein serienmäßiges U-Profil gebildet werden. Es werden aber nicht nur serienmäßige Profile verwendet, sondern es bildet der aufgesetzte Kasten einen Gleiskörper, der das bequeme Anbringen von Schienen

gestattet und der alle eingebrachten Kräfte verteilt in den Doppel-T-Träger ΐ

einleitet.

Eine zur vorherigen alternative Ausgestaltung sieht vor, daß das Stahlprofil aus zwei ine inander I legenden Rohren besteht, deren Wandungen sich längs einer Geraden berühren. Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, daß bei gegebenem Außendurchmesser und unter Verwendung von Rohren um einen Innenraum wie eine versteifende Klammer ein Außenraum angeordnet WiTd₁ wobei der Irmenraum zur Aufnahme von Versorgungsleitungen oder von Fördergut dienen kann, der Außenraum ist mit nichtmetallischem Werkstoff gefüllt, d&r neben der Biegekraft auch Seitenkräften und Torsionskräften versteifend Widerstand bietet. Hierbei ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Berührungszone an der den.Hauptbiegekräften abgewandten Seite der Rohre angeordnet. Hierbei liegt die Zone größter Dicke des nichtmetallischen Profils genau in der Zone der Druckkräfte, die Zone größter Dicke des metallischen Profils dagegen in der dsr Zugkräfte. . ■/...._

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In einer weiteren Ausgestaltung weist das Gesamtprofil in der Berührungszone der beiden Rohre einen Längsschlitz auf. Hierdurch wird ermöglicht, dem Innenraum des Profils ohne Schwierigkeit nachträglich Versorgungsleitungen zuzubringen oder zu entnehmen, wobei bei genügend hoh.er Schlitzbreite auch Anschluß- und Reparaturarbeiten möglich sind.

In einer weiteren Ausgestaltung sind beide Rohre außerhalb der Berührungszone, insbesondere durch Spannbolzen verbunden, wobei die Verbindungsglieder das nichtmetallische Profi I material durchdringen. Es wird durch diese Maßnahme ermöglicht, daß dem Eiegeträger die Biegekraft nicht nur an seiner Ober-, sondern auch an seiner Unterseite eingeleitet werden kannj .hierbei wird durch die Verbindungsglieder verhindert, daß sich eines der Rohre von der Oberfläche des nichtmetallischen Profils abhebt, bzw. daß sich das gesamte halbmondförmige Profil mit seinen Spitzen auseinander biegt.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß im Inneren des innenrohrs, insbesondere einen oder beiderseits des Längsschlitzes nahe der Berührungszone der beiden Rohr© Profile oder Drähte zur Aufnahme von Rädern und/oder Stromabnehmern, insbesondere von Hangekabinen angeordnet sind. Die Radaufhängungen sind hierbei durch den Längsschlitz des Profils geführt. Die Bahnführung ist dabei sowohl dadurch vorteilhaft, daß die Stromdrähte berührungs- und witterungssicher untergebracht sind, als auch insofern umweltfreundlich, daß durch das schalldämmende nichtmetallische Profil die Abrollgeräusche der Räder weitgehend gedämmt werden. Im übrigen wird durch ein derartiges Profil verhindert, daß ein entgleister Zug abstürzt.

Eine weitere Ausgestattung der Erfindung besteht darin, daß der dem Hohlraum des Metallprofils fugenlos einbeschriebene Profilträger aus Schüttgut besteht, das einerseits pumpfähig oder scnüttfähig ist, andererseits nach Verdichten ein Ver-· halten wie ein Feststoff, nicht wie eine Flüssigkeit aufweist, also Druckkräfte aufnimmt und gerichtet weiterleitet. Es ergibt sich hierbei nicht die Schwierigkeit wie beim Abbinden eines Großmaterials mit evtl. unzulässig hohem Schwindmaß.

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Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Biegeträgers durch Stahl-Beton-Verbundguß, wobei beim Erstarren des Betons Stahl und/oder Beton derart temperiert werden, daß unter Berücksichtigung der Schwindmaße das fertige Gußstück apannungsfrei ist. Da sich Beton beim Abbinden erwärmt, ergibt sich bei Verbundguß nach Abkühlen des Beton ein unerwünschter Spannungszustand, der dem erfindungsgemäßen Verfahren nach verhindert werden kann.

Eine Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, daß das Stahlpröfil erwärmt wird. Es genügt hierbei ein Erwärmen während der relativ kurzen Zeit des Abbindens. Es trägt hierbei die gute Wärmeleitfähigkeit von Stahl dazu bei, das Aufkommen von Spannungen durch ungleichmäßiges Erwärmen zu verringern.

Wenn das Betonprofil Im Gegensatz zum Stahlprofil sehr einfach ist, oder wenn eine Beschichtung ein Erwärmen des Stahle nicht zuläßt,-sieht eine alternative Ausgestaltung der Erfindung vor, daß der erstarrende Beton gekühlt wird.

Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens bezieht sich darauf , daß dem Beton zum Kühlen Kühlkanäle einbezogen werden. Hierbei kann eine Dimensionierung der Kühlkanäle auf die Profilform abgestimmt werden* Die Kühlkanäle können nach Fertigstellung des Gußteiles als Versorgungs- oder Förderleitungen benutzt werden.

In der Zeichnung werden als eine Reihe von Anwendungsbeispielen der Erfindung Querschnitte durch 14 verschiedene Hochbahnträgerprofile gezeigt, wobei jeweils durch einen Pfeil Richtung und Angriffspunkt der auf den beiderseits gestützen Biegeträger eingebrachten Biegekraft angedeutet ist. Selbstverständlich beschränkt sich die vorliegende Erfindung nicht nur auf die In der Zeichnung dargestellten Anwendungsbeispiele .

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Fig. 1 und 2 zeigen je ein Rohrprofil, auf dessen Außenseite ein Betonprofil angeordnet ist, das die Last des Bahnkörpers und des Zuges aufnimmt und über ein Viertel der Rohroberfläche verteilt,, so daß ein örtliches Einbeulen des tragenden Rohres unter momentan, einwirkender Last verhindert wird.

Fig. 3 bis 8 zeigen je ein Profil mit dünnwandigem vertikalem Steg und waägrechter, tragender Plattform, in-Fig. 3,5 und 7 wird durch eine nicht-' metallische Verstärkung unterhalb der tragenden Plattform sowohl die Knickhöhe des vertikalen Steges verringert, als auch das Ausbeulen des am meisten beanspruchten oberen Teils des Steges verhindert und eine Verankerungsmogiichkeit für einzuleitende Kräfte geschaffen.

Fig. 4,6 und 8 stellen ein Profil mit über die ganze Höhe des Steves reichenden Verstärkung dar, wobei Fig. 8 ein Profil zeigt, das in gleicher Weise auch die tragende Plattform stützt und gegen Einknicken schützt.

Fig. 1 ois 12 zeigen geschlossene Halbprofile, in deren Druckspannungszone ein Profil aus nichtmetallischem Werkstoff eingearbeitet ist . dieses Profil kann die Halterungen zum Befestigen von Versorgungsleitungen tragen.

Fig. 13. und 14 zeigen je ein Profil mit einem von .Beton vollständig ausgefülltem Hohlraum, Fig. 13 zeigt einen Doppel-T-Träger mit aufgeschweißtem Kasten , Fig. 14 zeigt ein geschlitztes Doppelrohrprofil für Hängebahnen; beide Rohre sind durch Bolzen und Versteifungsbleche gegen Verschieben gesichert, und an der geschlitzten Stelle zusammengeschweißt. An der / Verbindungsstelle sind auch die beiden Tragschienen angeordnet. Das hohle Innere dieses HalbmondprofiIes dient zur Aufnahme von Rädern , Fahrdrähten und Stromabnehmern. Der gesamte Biegeträger ist über aufgeschweißte .Stege aufgehängt.

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Claims

si/ri 3

MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NÜNR3ERG
Akitengesel !schaft

München, den 13. März 1973

Patentansprüche

1. ^iegeträger, insbesondere für Hochbahnkörper, bestehend aus mindestens

je einem Profilträger aus Metall, insbesondere Stahl, und aus einerr. ichtmetal tischen Werkstoff, insbesondere Beton, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Profilträger aus Metall in den auf Druck belasteten und/oder an den auf Beuiung beanspruchten Stellen sowie an den Kräfte in Ie itungspunkten des Biegeträgers durch Profilträger aus nichtmetallischem Werkstoff verstärkt sind.

2. Biegeträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er mindestens eine nach außen gerichtete Anlagefläche aufweist, die im wesentlichen aus dem Profilträger aus nichtmetallischem Werkstoff gebildet wird.

3. Biegeträger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Profilträger aus nichtmetall ischem Werkstoff Elemente zum Einleiten von Kräften eingebracht sind.

4. Biegeträger nach Anspruch 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilträger aus nichtmetall ischem Werkstoff aus hintereinanderl legenden Einz$labschnitten besteht.

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5. Biegeträger nach Anspruch 1-4 , dadurch gekennzeichnet, daß der Metal !-Profilträger ein Rohr ist, dem an der Außenseite eines oder beider Quadranten, die zusammen die der Auflagelast zugewandte Hälfte des Profilträger-Querschnitts büden, ein Profilträger aus nichtmetallischem Werkstoff angebracht ist, dessen Querschnitt im wesentlichen ein rechtwinkeliges Dreieck bildet, wobei der Biegeträger an seiner Außenfläche eine waagerechte und eine senkrechte Anlagefläche aufweist.

6. Biegeträger nach Anspruch 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Metal !-Profilträger waagerecht verlaufende Zug- und Druckzonen aufweist, die durch dünnwandig© senkrechte Stege miteinander verbunden sind, und daß mindestens einem der senkrechten Steg® ein etwa ebenso hoher Profilkörper aus nichtmetallischem Werkstoff als

-Versteifung zugeordnet ist. -

7. Biegeträger nach Anspruch 1,3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Metall-Profilträger ein geschlossenes Hohlprofil mit mindestens einer waagerechten und einer senkrechten Außenfläche bildet, das längs seiner durch Druckkräfte beanspruchten Seite durch den Profilträger aus nichtmetallischem Material teilweise ausgefüllt ist.

8. Biegeträger nach Anspruch 1,3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil aus Metall zumindest einen mindestens zum Teil in der druckbelasteten Zone angeordneten, geschlossenen Hohlraum aufweist, der gänz lich vom nichtmetallischen Werkstoff ausgefüllt ist.

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9. Biegeträger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daf3 das Stahlprofil ein Doppel-T-Träger mit auf dem Obergurt aufgesetztem Kasten ist.

10. Biegeträger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahiprofil aus zwei ineinander!legenden Rohren gebildet ist, deren Wandungen sich längs einer Geraden berühren.

11. Biegeträger nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungszone an der den Hauptbiegekraften abgewandten Seite der Rohre . angeordnet ist.

12. Biegeträger nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß des von den beiden Rohren gebildete Gesamtprofil In der Berührungszone der beiden Rohre einen Längsschlitz aufweist.

13. Biegeträger nach Anspruch 10-12, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rohre außerhalb der Berührungszone miteinander insbesondere durch Spannbolzen verbunden sind.

14. Biegeträger nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Innenrohres, insbesondere einer - oder beiderseits des Längsschlitzes, nahe der Berührungszone der beiden Rohre, Profile oder Drähte zur Aufnahme von Rädern und/oder Stromabnehmern, insbesondere von Hängebahnen angeordnet sind.

15. Biegeträger nach Anspruch 8-14, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Hochlraum eingeschriebene nichtmetallische Profilträger aus Schüttgut besteht. ■

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16. Verfahren zur Herstellung eines Biegeträgers nach Anspruch 1-3 und 5-14 durch Stahl-Beton-Verbundguß, dadurch gekennzeichnet, daß beim Erstarren des Betons dieser oder der Stahl derart temperiert werden, daß das Schwindmaß des Betons der Wärmedehnung entspricht und somit das fertige Gußstück spannungsfrei ist.

17. Verfahren nach Anspruch 16 , dadurch gekennzeichnet, daß das Stahl- profil erwärmt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 16«. dadurch gekennzeichnet, daß der erstarrte Beton erwärmt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18 , dadurch gekennzeichnet, daß dem Beton zum Kühlen Kanäle eingeflossen werden.

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