DE2335998A1

DE2335998A1 - Mittels verleimung vorgespanntes bauelement

Info

Publication number: DE2335998A1
Application number: DE19732335998
Authority: DE
Inventors: Gerard Desprez
Original assignee: Wendel Sidelor SA
Current assignee: Wendel Sidelor SA
Priority date: 1972-07-17
Filing date: 1973-07-16
Publication date: 1974-02-28
Also published as: JPS4985817A; LU67925A1; FR2192229A1; BE801961A

Description

DR.-ING. EUGEN MAIER

PATENTANWALT £. «5 V D ίί i/ Q

DRESOMER SANK AQ ^? STUTTQART NR. 1820 634

TE^rTJm⁷E¹? ^«tor 7 STUTTSART 1. PI8CHEKSTR. 19 _Po_Stscheck sre, 2a2OO-7O₉

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12. Juli 1973

i - kt

Hayane / Frankreich

Mittels Yerleimung vorgespanntes Bauelement

Die Erfindung betrifft ein vorgespanntes Bauelement, beispielsweise einen Profilträger, Plattenbalken oder dergleichen_e

Aus Spannbeton gefertigte Bauteile sind seit langer Zeit bekannt. Die Vorspannung wird hierbei mittels Spanngliedern in Gestalt von Kabeln aus hochwertigem Stahl bewirkt, deren Zugspannung den Beton verdichtet und auf diese Weise die mechanischen Eigenschaften solcher Bauelemente verbessert <> Diese Art der Torspannung ist bei aus Beton bestehenden

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Bauelementen "besondere vorteilhaft, da Beton nur eine hohe Druckfestigkeit aufweist und die aus Stahl bestehenden Kabel gegen Korrosion geschützt sind.

"eniger geeignet ist dieses Verfahren zur Aufreehterhaltung einer Torspannung bei nur aus Stahl bestehenden Bauelementen, da Stahl eine ebenso hohe Zugfestigkeit wie Druckfestigkeit aufweist. '.Venn andererseits die aus Stahl bestehenden Kabel nur einen verhältnismäßig kleinen Durchmesser aufweisen und von Beton nicht vollständig umhüllt sind, sind diese der Korrosion ausgesetzt, die sich bei Kabeln mit geringem Durchmesser infolge einer fortschreitenden Querschnittsverringerung besonders nachteilig auswirkte

Bs ist auch schon ein Verfahren bekannt, bei dem die Vorspannung durch einen Stahl-Beton-Verbund erhalten bleibte Hierbei werden die an einem Träger angeschweißten Bolzen von dem eingegossenen Beton umhüllt. Dieses an sich vorteilhafte Verfahren kann jedoch nur auf der Baustelle durchgeführt werden« was mit Schwierigkeiten verbunden ist una verhältnismäßig hche Kosten verursacht« Dieses Verfahren ist auf die Herstellung von Betonbauteilen beschränkt. um einen solchen Verbund zwischen Beton ixaü Stahl zu erhalten, muß

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man Bolzen verwenden,, deren Einlagerung in den Beton verhältnismäßig umatändlich ist und auch keine zuverlässige Verbindung zwischen dem Stahl und dem Beton gewährleistet»

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, vorgespannte, aus gleichartigen oder auch ungleichartigen Werkstoffen bestehende Fertigbauteile zu schaffen₉ zu deren Herstellung es keiner Spannglied er in Gestalt von Bolzen und dergleichen bedarf.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöste daß der Hauptbestandteil eines solchen Bauelements = im folgenden "Basisteil" genannt - einer elastischen Biegeverformung unterworfen wird und mit diesem elastisch verformten Basisteil ein weiteres, keine wesentliche Biegespannung aufweisendes Teil durch Flächenhaftung verbunden wird.

Die einzelnen Teile, von denen das Bauelement auch jeweils mehrere aufweisen kann, können hierbei aus demselben Werkstoff, beispielsweise Stahl, bestehen» Das Basisteil kann ein handelsübliches Trägerprofil aufweisen? mit dem mindestens an siner Außenfläche, einem !Flansch oder einem Gurt, ein weiteres, der Krümmung dieser Fläche angepaßtes Teil ver=

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bund en ist· Sas Basisteil kann auch ein mehrschenkliges Profil aufweisen, mit dem mindestens ein weiteres, an je einem Schenkel anliegendes Teil verbunden ist.

Das Basisteil kann aber auch ein zusammengesetzter Träger sein, mit dem das weitere, einem einzelnen Bestandteil dieses Trägers, beispielsweise einem Ober- oder Untergurt, angepaßtes Teil verbunden ist« Schließlich kann das Basisteil auch eine Platte sein, die an einer oder auch an zwei einander gegenüberliegenden Ober- oder Unterflächen ein mit dieser bzw. diesen verbundenes, die Vorspannung erhaltendes Teil aufweist«

In der Zeichnung sind einige Ausfüürungsbeispiele des erfindungsgemäßen vorgespannten Bauelementes in schematischer Weise dargestellt. Is zeigen

Fig. 1 die Seitenansicht eines ein unsymmetrisches Profil aufweisenden Trägers;

Pig. 2 einen senkrechten Schnitt durch den Träger nach 3Figo 1 j Pig. 3 eine Seitenansicht desselben Trägers in einem einer Biegespannung unterworfenen Zustand mit einem auf den oberen Plansch aufgeleimten Gurtungsteilj

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Fig» 4 eine Seitenansicht desselben Trägers mit aufgeleimtem Gurtungsteil, naeMem die die Biegung verursachende Einspannung aufgehoben wurde;

Mg* 5 einen senkrechten Schnitt durch d en Träger nach der Schnittlinie Y-V der Pig· 4|

Fig. 6 eine Seitenansicht eines zusammengesetzten Trägers; Fig. 7 einen senkrechten Schnitt durch den in Fig« 6 dar= gestellten zusammengesetzten Träger nach der Schnittlinie VII - TII;

Fig. 8 einen senkrechten Schnitt durch denselben Träger mit auf die obere Piaute aufgeleimtem Gurtungsteil;

Fig. 9 eine Stirhseitenansicht einer Stahlplatte, teilweise im Schnitt;

Fig,10 dieselbe Ansicht der in Fig· 9 dargestellten Platte in biegebelastetem Zustand mit aufgeleimtem Gurtungsteil;

Fig.11 einen senkrechten Schnitt durch die mit einem aufgeleimten Profil seitlich abgedeckte Eandzone der in Fig_o 9 dargestellten Platte in vergrößertem Maßstab«

Der in den Figo 1 und 2 dargestellte Träger wird zum Beispiel mittels Hebeböcken einer Biegeverformung unterworfen* deren Krümmung der im späteren Belastungszustand auftretenden

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Krümmung entgegengesetzt ist, worauf auf den konvex gekrümmten, in Fig. 3 nach oben weisenden Plansch 3 die Gurtungsauflage 2 aufgeleimt wird. Nach der Erhärtung des Leims v/erden die in der Zeichnung nicht dargestellten, die Biegung verursachenden Hebeböcke entfernt. Hierbei geht die Krümmung auf ein in der Figur nicht mehr ersichtliches MaB zurück und das vorgespannte Element 1 'te.&naa. als !rager in ein Bauwerk eingebaut werden. Da die aus Stahl bestehende Gurtungeauflage 2 sowohl auf Zug als auch auf Druck beansprucht werden kann, könnte die Gurtungaauflage auch auf den in Fig. 3 nach unten weisenden, unter Bruekbelastung stehenden konkav gekrümmten Plansch 4 aufgebracht v/erden e

Anhand des in den Figuren 6-8 dargestellten uasyaaietrisch ausgebildeten zusammengesetzten Trägers sollen im folgenden die Belastungseigenschaften mit Zahlenangaben beschrieben werden.

Dieser zusammengesetzte Eräger besteht aus einem Gfeergurt und einem "Untergurt 7, die zum Beispiel ein tJ-Brofil aufweisen.

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Die Stegbreite dieser Profile beträgt 300 cm, die Sehenkelhöhe 50 cm "und die Stärke des Profils im falle des Obergurts 1,5 cm und im Falle des Untergurts 3 cm. Die beiden Gurte und 7 sind mittels eines Fachwerkes 8 aus gebogenen Rundstählen durch Schweißung miteinander verbunden und bilden so einen beispielsweise 16 m langen, beispielsweise zur Unterstützung einer Decke dienenden Träger.

Das Trägheitsmoment Ix und die Trägheitsmodul sind folgende: Ix = 3.300 cm⁴, ΐΛΐ = 320 cm³, Ι/Ϋ2 = 168 cm⁵ο

Man unterwirft diesen Träger einer gleichmäßig verteilten Last von 75 kg/ml und erhält hierbei im Obergurt eine Zugspannung von - 14,1 kg/mm und im Untergurt eine Druckspannung von +7,5 kg/mm .

Hierauf leimt man auf den Obergurt mittels dreier Klebestreifen von einer Breite von je 1,5 cm, somit insgesamt 4,5 cm, eine Auflage S₉ deren Rechteekprofil 250 χ 2,5 cm beträgt. Als Klebstoff kann beispielsweise ein solcher auf der Grundlage eines Epoxy-Hai'zes verwendet werden.

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Die mechanischen Eigenschaften dieses !Trägers sind die folgenden:

Ix = 5.130 cm⁴, 1/71 = 334 cm³, τ/ΊΖ = 346 cm⁵.

Kach dem Järhärten des Leims wird die Drucklaßt entfernt, worauf der !Träger folgende Eigenspannungen bzw. Durchbiegung aufweist:

im Obergurt - 7,15 kg/mm

im aufgeleimten Gurt +6,95 kg/mm

P im Untergurt +0,3 kg/mm

Durchbiegung - 32 mm.

Wird dieser Träger in ein Bauwerk eingebaut, so weist der Träger aufgrund der Bauwerkbelastung von 37,5 kg/ml folgende Spannungswerte auf:

im Obergurt - 3,65 kg/mm

im aufgeleimten Gurt + 10,45 kg/mm

im Untergurt - 3»3 kg/mm

Durchbiegung - 2 mm.

Belastet man diesen Träger mit einer Überbelastung von 90 kg/ml, so erhält man folgende Spannungswerte:

= 9 —

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im Obergurt +4,70 kg/mm

im aufgeleimten Gurt + 18,80 kg/mm

im Untergurt - 11,9 kg/mm

Durchbiegung + 70 mm,

somit wehiger als der bei Deckenkonstruktionen zulässige \7ert von 1/200 der Spannweite.

Unterwirft man diesen iDräger zur Überprüfung einer von unten wirkenden Druckbeanspruchung von 75 kg/ml, so erhält man folgende Spannungswerte:

im Obergurt - 10,65 kg/mm

im Auflagegurt +3,45 kg/mm

im Untergurt + 3,9 kg/mm

Durchbiegung - 62 mm.

Unterwirft man diesen Träger einer Schubspannungsbelastung, so erhält man in dem Klebebereich von insgesamt 4,5 cm Breite einen Schubspannungswert von 8,6 kg/cm , somit nur einen geringen Bruchteil des Wertes der von einem Kleber aufgenommenen

Schubspannung von 200 kg/cm .

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Der Träger ist somit in der Lage, eine übliche Deokenlaet auf eine Spannweite von 16 m zu tragen» während ein bezüglich seiner Höhe und seines Gewichts identischer !Träger bei derselben Deckenbelastung nur für eine Spannweite von 12 m eingesetzt werden kann. Die Spannweitenvergrößerung beträgt somit ein Drittel.

Interessant ist eine Gegenüberstellung der Vorspannungewerte des Trägers im unbelasteten Zustand und bei einer maximalen Überbelastung von 90 kg/ml. Hierbei ergibt sich unter Zugrundelegung der vorgenannten Werte folgendes Bild:

Eigenbelastung Maximal-Belaatung

Obergurt - 7,15 kg/mm² +4,70 kg/mm²

Auflagegurt +6,95 kg/mm² + 18,80 kg/um²

Untergurt +0,3 kg/mm² - 11,9 kg/ana²

Durchbiegung - 32 mm +70 mm.

Hieraus ersieht man, daß ausschließlich die Durchbiegung die Verwendungsmöglichkeiten des Trägers begrenzt, da der metallische Werkstoff als solcher ebenso wie die Leimverbindung keiner nennenswerten Beanspruchung ausgesetzt sind.

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Den Gegenstand einer zweiten numerischen Auswertung bildet das Ausführungsbeispiel der in den fig. S - 11 dargestellten Stahlplatte.

Diese Platte besteht aus den beiden durch U-Profile 12 mit nach außen abgewinkelten Schenkeln verbundenen Blechen 10 und 11» deren Blechstärken 10/10 bzw. 6/10 mm betragen und die an ihren Seiten einen durch Profile 14 gebildeten Abschluß aufweisen.

Das !Trägheitsmoment Ix und die Trägheitsmodul sind folgende: Ix = 35,4 cm⁴, l/VA = 20 cm³, ΙΛ2 = 25,6 cm³.

Man Tanterwirft diese Platte einer Biegebeanspruchung durch

eine gleichmäßig verteilte Last von 1500 kg/m und erhält

hierdurch in dem oberen Blech eine Zugspannung von + 16,4 kg/mm

und in dem unteren Blech eine Druckspannung von - 21 kg/mm . Die Durchbiegung beträgt - 2,17 cm.

Unter das untere Blech 11 wird ein Blech 13 mit einer Stärke von 6/10 mm mittels mehrerer Streifen eines Epoxy-Klebers geklebt. Dieser Träger v/eist folgende Werte auf: Ix = 48,4 cm⁴", I/V1 = 32 cm⁵ ₉ I/Y2 = 28₉3 cm³.

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ffachdem der Kleber gebunden hat, entfernt man die Vorspannungxlasten und erhält in der Platte folgende Spannungswerte bzw. Durchbiegung:

im Obergurt-Bleeh +1,6 kg/mm

im Untergurt-Blech - 7,9 kg/mm

im Auflageblech + 13,1 kg/mm Durchbiegung - 0,58 cm.

Wird diese Platte nach ihrem Einbau mit einer last von

1000 kg/m belastet, so erhält man folgende Werte:

im Obergurt-Blech - 8,4 kg/mm

im Untergurt-Blech + 1 kg/mm im Auflageblech + 27 kg/mm maximale Durchbiegung 0,47 cm.

Bringt man je Meter Plattenbreite Leimstreifen von einer Gesamtbreite von 20 cm auf, so erhält man rechnerisch eine Schubbeanspruchung von 27 kg je cm Klebestreifen, ein Wert, der v/eit unterhalb der Beanspruchungsgrenze des Klebers liegt. Hätte man anstelle dieser geleimten vorgespannten Platte eine übliche Platte derselben Höhe verwendet, so müßte diese bei gleicher Durchbiegung eine Blechstärke von 2,5 mm aufweisen, was einem Gewicht von 45 kg anstelle von nur 23 kg

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im Falle der vorerwähnten Platte entspricht. Man ersieht hieraus, daß die Einsparung an Gewicht sehr beträchtlich ist,

Pur die erfindungsgemäßen Elemente können die beliebigsten Werkstoffe Verwendung finden, soweit sie die erforderlichen mechanischen Eigenschaften aufweisen. Stahl ist zwar gut geeignet, es läßt sich jedoch genauso gut jede Art von Legierung, von Kunststoff und auch Beton verwenden. Bas Basisteil kann beispielsweise aus Beton und der Auflagegurt aus Stahl bestehen.

Sie erfindungsgemäßen vorgespannten Elemente weisen eine große Zahl von Vorteilen auf. Ein wesentlicher Vorteil ist, daß sie in einem l'ertigungsbetrieb hergestellt werden und als Fertigbauelemente an der Baustelle verwendet werden können. Ein weiterer Vorteil ist die erhebliche Gewichtseinsparung bzw. bei gleichem Gewicht eine wesentlich größere Spannweite bzw. bei gleicher Spannweite eine wesentlich höhere Belastungsmöglichkeit.

Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen vorgespannten Elemente gelingt es, die Gefahr des Knickens des Obergurts eines Trägers weitgehend zu beseitigen.

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Me Vorteile einer Klebeverbindung gegenüber einer Vernietung, einer Bolzenverschraubung oder auch einer auf kleiner Pläche erfolgten Verschweißung bestehen darin, daß in den Bereichen des Gurtungsteils, die zwischen den Stellen gelegen sind, an denen das Gurtungsteil mit dem Basisteil verbunden ist, keine Knickungen auftreten können, wenn diese Bereiche einer Druckspannung unterworfen sind. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das Gurtungsteil mit seinem gesamten Querschnitt Belastungen aufnimmt, während bei der seither üblichen Vernietung oder Bolzenversohraubung nur der Querschnitt wirksam ist, der zwischen den Bohrungen für die Niete bzw. die Schraubenbolzen gelegen ist.

Verwendet man für das Basisteil und das Gurtungeteil denselben Werkstoff oder Werkstoffe mit im wesentlichen übereinstimmenden Ausdehnungskoeffizienten, so sind Temperaturschwankungen ohne Einfluß auf die Verteilung auf die in dem Basisteil und dem Gurtungsteil herrschenden Spannungen.

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Claims

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Patentansprüche

Vorgespanntes Bauelement, dadurch gekenn· ζ ei c h η et , daß es mindestens aus einem vorgespannten Basisteil (1) und mindestens einem mit diesem durch Verleimung verbundenen Gurtungsteil (2) besteht.

2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Basisteil (1) und das Gurtungsteil (2) aus demselben, gleiche Festigkeitseigenschaften aufweisenden Werkstoff bestehen.

3· Bauelement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Teile (1 und 2) aus Stahl bestehen.

4. Bauelement nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Basisteil (1) ein handelsübliches einfaches Profil und das Gurtungsteil (2) eine Gestalt aufweist, die sich einer Fläche des elastisch verformten Basisteils (1) anschmiegt.

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5. Bauelement nach den Ansprüchen 1-3» dadurch gekennzeichnet , daß das Basisteil (1) ein zusammengesetztes vielschenkliges Profil ist und das Gurtungsteil (2) eine Gestalt aufweist, die sich einem der Schenkel anpaßt.

6. Bauelement nach den Ansprüchen 1 -3 » dadurch gekennzeichnet , daß das Basisteil (1) eine Platte ist und das Gurtungsteil (2) mit einer Seitenfläche der Platte verbunden ist.

7* Bauelement nach den Ansprüchen 1 bis 4« dadurch gekennzeichnet, daß das Basisteil (1) aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzt ist und das Gurtungsteil (2) eine Gestalt aufweist, die sich einem der Einzelteile anpaßt.

8. Verfahren zur Herstellung eines vorgespannten Bauelements nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß das Basisteil (1) einer elastischen Biegeverformung mittels Flächenklebung mit einem im wesentlichen keinen^ elastischen Verformungskräften unterworfenen gekrümmten Gurtungsten geringeren

Querschnitts verbunden wird.

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