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Bauwerk, das gegen Baugrundbewegungen, beispielsweise
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infolge bergbaulicher Einwirkungen an seinen Auflagern gesichert
ist" Die Erfindung betrifft ein Bauwerk, das gegen Baugrundbewegungen, beispielsweise
infloge bergbaulicher Einwirkungen an seinen Auflagern gesichert ist, ao dass die
für das Bauwert unschädlichen Verformungsgrenzen nicht übersciritten werden.
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Bergbauliche Einwirkungen auf den Baugrund eines Bauwerkes führen
unter bestimmten Voraussetzungen zu den sogenannten Bergschäden, welche fast immer
eine Folge ungleichmäßiger Absenkungen des Baugrundes sind. Hiervon werden hauptsächlich
Bauwerke bet@@@ fen, welche an der Tagesoberfläche stehen. Dazu @@@@-ren statisch
unbestimmt gelagerte Konstruktionen waler Art. Besonders große Schäden treten an
den wertwelleren Bauwerken ein. Hierbei kann es sich um Brücken, Gebäude o.dgl.
handeln. Aber auch unterhalb des Bu@@@@
kommt es u.U. zu erheblichen
Schäden, wenn in einem derartigen Absenkungsgebiet bergmännischte Räume und/oder
Tunnel, z.B. U-Babnbauten bestehen. Baugrundabsenkungen treten jedoch nicht nur
im Gefolge des Bergbaus auf, sondern werden u.a. auch aufgrund ungünstiger geologischer
Bedingungen bei bestimmten Bugründen beobachtet. Die Erfindung ist auf den Schutz
von äußerlich statisch unbestimmt gelagerten Konstruktionen aller Art bei solchen
Baugründen anwendbar.
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Als Beispiel sei der Schutz von Kugeltanks eines chemischen Werkes
gewählt. Die kugelförmigen Tanks haben ein Fassungsvermögen von 2000 bis 5000 Jede
Kugel hat auf ihrer Außenhaut eine Vielzahl von Anschliissen für eine entsprechende
Anzahl von Stützen, so daß jede Stütze einzeln an die Kugel angeschlossen ist. Die
Stützen stehen ihrerseits auf Fundamenten.
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Zwischen dem unteren Ende der Stützen und den Fundamenten befinden
sich die Auflager.
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Die Kugeln sind mit Flüssigkeiten gefullt, welche bei freiem Zutritt
von Luft-Sauerstoff explodieren können.
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Es muß daher jede Undichtigkelt der Kugeltanks verhindert werden.
Um ein solches Tanklager auch kürzer betreiben zu können, müssen eine Absinkungsdifierenz
zwischen den Stützen von 20-30
und Schieflagen von 10 minAn schadlos aufgenommen werden. Im allge et; geht man
davon aus, daß bei den Tanks jede Stünge bis zu einer Maximallast auf Druck belastbar
ist.
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Unter diesem Tanklager ist der Abbau mehrerer Steinkohlenflöze vorgeseher.
Die Tenks können rungssehr
kleine Senkungsdifferenz zwischen den
Stützen, nämlich eine solche von 2-6 mm ertragen, die mit den üblich markscheidersichen
Messungen nicht genügend genau erfaßt werden kann. Die übliche Sicherung der Kugeltanks
ist sehr aufwendig. Daher steht nur zur Wahl, den Abbau zu unterlassen oder das
Tanklager aufzugeben. Beides ist mit erheblichen wirtschaftlichen Verlusten verbunden.
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Die Erfindung geht davon aus, daß die Auflager einer solchen, statisch
unbestimmt gelagerten Konstruktion, wie sie die beschriebenen Kugeltanks darstellen,
im Gefolge von ungleichmäßigen Absenkungen ihres Baugrundes unterschiedliche Beanspruchungen
der Stützen hervorrufen, nämlich daß bei einer örtlichen Absenkung eine Verlängerung
der betreffenden Stütze und dadurch eine Verminderung der Dnickbelastung eintritt,
während umgekehrt bei einer Verkürzung die Stütze eine Drucksteigerung erfährt.
Wenn es nun gelingt, die maximal möglichen Absenkungsdifferenzen zuzulassen, ohne
die maximalen Druckbelastungen der Stützen zu überschreiten, dsirn können keine
Schäden an den Kugeln auftreten.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Bauwerk mit den
eingangs bezeichneten allgemein£ii Merkmalen dadurch abzusichern, daß eine Absenkuar
der Fundamente der Baugrundabsenkung entspricht, ohne daß die das Bauwerk maximal
zulässige Verformungsgrenze überschritten wird.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß unter jedem
Auflager wenigst-ons ein Tragkörper angeordnet ist, der einen äußeren, mindestens
die Horinzontakräfte aufnehmenden Hohlkörper und einen ausschließlich Vertikalkräfte
aufnehmenden Innenkörper aufweist, daß jeder Tragkörper bei Belastungen, welche
zwischen einer Maximalbelastung und einer die Standfestigkeit das Bauwerkes gewährleistenden
Minimalbelastung sich verkürzt, und daß die an den durch die Absenkungen des Baugrundes
zusätzlich belasteten Auflagern auftretenden Verkürzungen der dort befindlichen
Tragkörper wenigstens der Differenz zwischen der Absenkung der Fundamente und der
durch die Konstruktion des Bauwerkes vorgegebenen zulässigen Verformung zwischen
den Auflagern entspricht.
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Die Tragkörper können entweder von vornherein einem baut oder nachträglich
angebracht werden. Sie haben den Vorteil, daß sie relativ billig sind, so daß die
Sicherungsarbeiten sich wirtschaftlich in tragbaren Grenzen halten. Ihr wichtigster
Vorteil besteht darin, daß ihre Eigenschaften streng reproduzierbar sind.
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Sie ändern sich auch nicht während sehr langer Standzeiten, weil sie
nicht auf Steuerungsmaßnahn'en, sondern auf Materialkonstanten der Teile beruhen,
aus denen sie sich zusammensetzen.
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Die Erfindung schafft verschiedene Bauarten solcher Tragkörper. Gemäß
einer Ausführungsforin ist vorgnsehen, daß der Innenkörper den Hohikörper ausfüllt
und so viel kürzer als der Hohlkörper ist. daß seine Längendifferenz im wesentlichen
nit der Maximallast
ist, und
daß der Innenkörper so zusammengesetzt ist, daß er nach
Aufzehrung der Längendifferenz zusammen mit dem Hohlkörper die Aufrechterhaltung
der Ninimalbelastung unterhalb der llaximallast gewährleistet.
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Bei dieser Ausführungsform wird zunächst der Xohlkörper im elastischen
Bereich verformt und nimmt dabei Druck auf. Man kann diesen Bereich so willen, daß
an der Fließgrenze eine hohe Last unterhalb der Maximallast erreicht ist. .hXn diesem
Bereich schließt sich nun ein weiterer Bereich an, indem der Hohlkörper sich weiter
verformt und an Tragkraft verliert, der Innenkörper aber in zunehmendem Maße Druck
aufnimmt und infolgedessen einen Abfall der Druckbelastung verhindert. Im Zuge der
weiteren Verkürzung des Tragkörpers steigert si.ch der vom Innenkörper ausgenommene
Lastanteil immer weiter, bis sich der Tragkörper er starrt und ohne weitere Verformung
dcr Druck ansteigt.
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Wo dieser Druck die Maximallast überschreitet,
der nutzbare Bereich des Tragkörpers.
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Vorzugsweise und gesäß einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht
der Hohlkörper jedes Tragkörpers aus einem krensringförmigen Stahlzylinder, der
oben mit einer die Stütze tragenden Druckplatte verschlossen ist, unter der die
Längendifferenz bis zur Oberseite des Innenkörpers besteht.
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Wenn ein solcher Tragkörper belastet wird, verkürzt sich zunächst
der Hohlkörper infolge der axialen Druckspannungen. Aufgrund seiner Hohlform sind
die tangentialen Ringzugspannungen auf seinen gesemter
Umfang gleich.
Bei weiterer Verformung beult das Rohr nach außen. In der Beule wird durch die tangentiale
Ringzugspannungen ein Gleichgewicht mit d.en axialen Druckkräften erzielt, so daß
bei jeder Last ein stabiles Gleichgewicht besteht.
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Als Material für den Innenkörper wird gemäß einem anderen Merkmal
der Erfindung vorzugsweise eine Sandfüllung vorgesehen. Diese Sandfül.lung hat die
Eigenschaft, daß sie Druck aufnehmen kann und daß sie anoererseits den Verformungen
des Hohlkörpers zu folgen vermag.
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Anstelle von Sand eignen sich deshalb auch alle anderen Materialien1
welche bei Druckaufnahme entweder bereits krümelig sind oder zerkrümeln. Dazu gehören
z.B. bestimmte Betone.
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Die Einzelheiten, weiteren Merkmale und andere Vorteile der Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der beschriebenen
Tragkörper anhand der Figuren in der Zeichnung; es zeigen Fig. 1 einen Tragkörper
gemäß der Erfindung, wobei die dazugehörige Auflagekonstruktion des Bauwerks weggelassen
ist unter Darstellt der sich bei Belastung ergebenden Verformung in gestrichelten
Linien, Fig. 2 ein Drucklast-Verkürzungsdiagramm für den in Fig. 1 wiedergeebenen
Tragkörper,
Fig. 3 in der Fig. 2 entsprechender Darstellung eine
abgeänderte Ausführungsform der Erfindung und Fig. 4 in der Fig. 1 entsprechender
Darstellung eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Tragkörpers.
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Unter den Auflagern eines äußerlich statisch unbestimmt gelagerten
Bauwerkes befindet sich jeweils rnindestens ein Tragkörper, der gemäß dem in Fig.
l wiedergegebenen Ausführungsbeispiel allgemein mit 1 bezeichnet ist.
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Der Tragkörper hat einen äußeren, allgemein mit 2 bezeichneten Hohlkörper.
Dieser Hhlkörper besteht aus einem Abschnitt eines Stahlrohres 3, das an seinem
oberen Ende eine Druckplatte 4 trägt. Das untere Ende des Rohres 3 ist mit einer
entsprechenden Platte 5 verschlossen, welche kongruent zur Platte 4 gemäß dem dargestellten
Ausführungsbeispiel ausgebildet ist. Der Druckkörper hat eine Sandfüllung 6, deren
Oberseite im druckentlasteten Zustand des Tragkörpers 1 auf dem strichpunktiert
wiedergegebenen Niveau 7 liegt. Die Sandfüllung 6 bildet einen Innenkörper, der
uia die in Fig. 1 mit d bezeichnete Längendifferenz kürzer als das Rohr 3, d.h.
der Hohlkörper 2 ist.
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In dem in Flg.2 wiedergegebenen Diagramm sind die Verhältnisse abzulesen,
die sich bei Druckkörpern der in Fig. 1 bezeichneten Art ergeben haben. Hierbei
handelt es sich jeweils um 80 mm hohe Rohre r66 133/7.1 St. 55.29. Die Druckplatte
4 bestand ebenso wie die Fußplatte 5 aus Blechen 150-1=0/10 r. Gefüllt zarer, die
Tragkörper mit 1400 g getrocknetem Sand. Dieser
war 70 mm hoch
eingeklopft. Die beiden Proben sind mit A und B bezeichnet.
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Wie sich aus dem Diagramm ergibt, führt eine Druckbelastung zunächst
dazu, daß bei einer verhältnismäßig geringen Änderung der Höhendifferenz h zunächst
der Druck steil ansteigt und bei I praktisch bereits einen hohenDruck unterhalb
des Maximaldruckes erreicht.
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In diesem Bereich beginnt die verformung des Rohres, wobei die Drucklast
nur noch geringfügig ansteigt.
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Die weitere Verformung des Rohres 3 führt darin nur zu einem geringfügigen
Abfall der Drucklast, weil die Sandfüllung in zunehmendem Maße Druck aufnimmt Hierdurch
wird gewährleistet, daß die Drucklast nur noch geringfügig absinkt, aber eine Verkürzung
um ca. 19 mm in diesem bis zu II reichenden nutzbaren Bereich eintritt. Die Verformung
des Stahlrohres 3 ist in Fig. 1 wiedergegeben. Sie besteht in einer kontrollierte
Ausbeulung, die bei 9 schematisch wiedergegeben ist.
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Jenseits der Grenze II beginnt die Drucklast stärker anzusteigen.
Hierbei tritt eine weitere, aber nur noch geringe Verkürzung des Tragkörpers ein.
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Bei III in Fig. 2 ist die Darstellung
| tmnlaErtzbtlY/1 |
| wnmaBE44,a4a, |
weil eine sehr hohe Last aufgebracht wurde. Bei. V ist wohl der Tragkörper entlastet,
ohne daß er zerstört worden ist.
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Nimmt man nun an, daß die maximal zulässige Verkürzung 19 mm beträgt,
so nimmt innerhalb dieser Verkürzung der Tragkörper unter den in Fig. 2 wiedergebenen
Verhältnissen
eine Maximaldruckbelastung zwischen 120 und 140
Mp auf.
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Fig. 3 zeigt bei den mit C-E wiedergegebenen Proben die Prüfungsergebnisse
der gleichen Druckkörper, die jedoch nunmehr mit 1500 g getrocknetem Sand 75 mm
hoch gefüllt waren. Man erkennt, daß sich der nutzbare Bereich entsprechend verkürzt,
aber die maximale D clibelastung im wesentlichen gleich bleibt. Daraus ergibt sich,
daß man die maximale Verkürzung ändern, die maximale Druckbelastung aber im wesentlichen
beibehalten kann.
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Die mit F bezeichnete Kurve zeigt, daß man den ersten Bereich des
Lastanstieges, d.h. den Bereich von O-I im Diagramm nach Fig. 2 praktisch aussparen
kann.
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Das geschieht dadurch, daß man die Tragkörper vor ihrem Einbau bis
nahe an die Maximallast vorstaucht. Hierdurch treten nach dem Einbau bei Lasten
unterhalb der Vorstauchlast nur sehr kleine, oberhalb der Vorstauchlast aber unterhalb
der Maximallast entsprechend größere Verkürzungen ein.
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Das Vorstauchen hat außerdem den Vorteil, daß eine Prüfung der Tragkörper
vor ihrem Einbau stattfindet, wodurch ein Versagen infolge verborgener Material-oder
Herstellungsfehler ausgeschaltet werden karl.
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Die zweite Bauart von Drucklastbegrenzern, die als Ausführungabeispiel
wiedergegeben ist, besteht aus einem zweiteiligen Hohlkörper 10, in dessen Innerem
die bis nahe der Maximallast vorgespannte Feder 15 eingeschlosse
n
ist.
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Diese Feder gewährleistet bis zur Verkürzung um die Maximalverkürzung
die Aufrechterhaltung einer ausreichend hohen Druckbelastung unterhalb der Maximallast.
Bei Einsetzen der Druckbelastung erfolgt zunächst nur eine kleine elastische Verformung
des äußeren, aus den Teilen 11 und 12 bestehenden Hohlkörpers 10.
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Dieser Bereich reicht bis zur Vorspannlast der Feder.
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Bei Lasten unterhalb der Vorspannlast ist der äußere Hohlkörper 10
axialen Zugspannungen ausgesetzt, die sich aus der Differenz der Vorspannlast der
Feder und der äußeren Drucklast ergeben, so daß eine innere Zugkraft erzeugt wird.
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Zur Aufnahme der inneren Zugkraft sind die beiden des des äußeren
Hoh-lkörpers zugfest miteinander gekuppelt. Das geschieht gemäß dem dargestellten
Ausführungsbeispiel durch eine in das untere Ende des oberen Hohlkörperteiles 11
eingeschraubte Muffe1#auf deren Stirnseite sich ein Flansch 14 des Unterteiles
12 des Hohlkörpers 10 abstützt.
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Damit sind zur Aufnahme der inneren Zugkraft die beiden Teile des
äußeren Hohlkörpers zugfest miteinander gekoppelt. Bei Lasten oberhalb der Vorspannlast
der Feder wird die Feder zusammengedrückt, der obere Kohlkörper senkt sich entsprechend
der Federverformung ab, bis sich im Zuge der weiteren Verkürzung der obere Hohlkörper
auf dem unteren Hohlkörper aufsetzt und abstützt. Beim Aufsetzen des oberen auf
den unteren Hohlkörper
der Federkörper mit vrre cl.en
der Maximallast; hier endet der
nutzbare Bereich dcs Federkörpers.
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4 Die Bauart des Drucklastbegrenzers gemaß Fig. \ zeigt in Gegensatz
zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bei Druckentlastung bis zur Vorsparmlast eine
Rückverformung um das Maß h. Der Tragkörper verformt sich also im ganzen Verformungsbereich
über die Höhe h elastisch entsprechend den Eigenschaften der Feder. Gegenüber der
ersten Bauart gemäß Fig. l ist die Bauart gemäß Fig 4 erheblich teurer.
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Die Bauart gemäß Fig. 1 erfüllt in vollem Umfang die Aufgabenstellung
gemäß der Erfindung. Der dortige Tragkörper muß aber gegen einen Drucklastbegrenzer
ausgewechselt werden, wenn das Verformungsvermögen erschöpft ist und weitere Verformungen
erwartet werden.
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Ist bei der Bauart nach Fig. 4 das Verformungsvermögen des Tragkörpers
erschöpft, kann er, wenn weitere Verformungen erwartet werden, weiter verwendet
werden, jedoch muß das Bauwerk derart neu ausgerichtet. werden, daß der Tragkörper
wieder seine ursprüngliche Höhe einnehmen kann.
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Patentansprüche
L e e r s e i t e