DE2629373B2 - Verbundbauteil aus Hartschaumstoff mit Bewehrungsstahleinlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verbundbauteil aus Hartschaumstoff, insbesondere auf Polyurethanbasis, mit, die Festigkeit erhöhenden, vollständig in den Schaumkörper eingebetteten, stabförmigen Bewehrungsstahleinlagen.

Es ist scher, die Möglichkeit untersucht worden, Baukonsirükiioncn unter Verwendung von Hartschaumstoffen herzustellen (»KUNSTSTOFFE«, 1963. Heft 10, Seite 766 bis 777). Dabei liegt das Schwergewicht auf sog. Leichtkern-Verbundkonstruktionen, bei denen die Dichteverteilung über den Querschnitt in etwa dem Spannungsverlauf bei einer Biegebeanspruchung angepaßt ist. Ein Beispiel Für diese Bauweise ist die Sandwich-Konstruktion, in der ein Leichtstoffkern dünne Deckschichten weitgehend stabilisiert Derartige Leichtkern-Verbundkonstruktionen können in statischem Sinn nur fi>r untergeordnete Konstruktionsaufgaben als tragende Bauteile eingesetzt werden. Soweit in diesem Zusammenhang üewehrungseinlagen verwendet wurden, bildeten sie ein die Hauptlasten selbständig aufnehmendes Innengerüst oder n;.·' eine konstruktive Verstärkung der Randzonen zur Verringerung der Einbruchgefahr.

Schließlich ist auch der allgemeine Vorschlag einer Verbundbauweise Kunststoff — Stahl nicht mehr neu, bei der die auftretenden Druck-, Zug- und Schubspannungen durch die Verbindung von Kunststoflf und Stahl aufgenommen werden sollen (DE-OS 17 59 819). Eine Verbundwirkung zwischen Bewehrungseinlage und Schaumstoff kann aber nur mit großen Schwierigkeiten durch Verkleben erreicht werden; sie ist nicht exakt bestimmbar und demgemäß nicht zuverlässig.

Überdies ist es schwer, das elastische und plastische Verformungsverhalten von Bauteilen aus Hartschaumstoff exakt zu bestimmen. Das ist aber eine Voraussetzung dafür, wenn sie für tragende Aufgaben eingesetzt werden sollen. Hartschaum unterliegt nämlich bei Belastung elastischen und plastischen Verformungen, über deren Größe zwar Grundwerte bekannt sind, die jedoch nicht gesichert sind. Zweifelhaft ist auch die Dauerstandfestigkeit des Materials, d. h. die Frage, ob und in welchem Maß sich die Festigkeit des Materials mit der Zeit ändert und ob diese Änderung unter Umständen zu einem Versagen des Bauteils führt.

Bei der Herstellung von Hartschaumstoffen, die in geschlossenen Formen ausgeschäumt werden, entsteht an den Außenflächen eine Schwarte mit einer hohen mechanischen Festigkeit. Sie reicht aber aus den genannten Gründen nicht zur Aufnahme der bei statisch beanspruchten Bauteilen auftretenden Spannungen aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verbundbauteil der genannten Art einen sicheren Verbund /wischen urn·. ' !,ins<:iiHiimstoff und den

Stahleinlagen herbeizuführen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung bei einem Verbundbauteil der eingangs angegebenen Art dadurch gelöst, daß der Schaumstoff um die Stahleinlagen herum eine aus dichterem Schaumgefüge des Schaumkörpers gebildete Schicht aufweist und daß die Bewehrungsstahleinlagen an ihrer Oberfläche profiliert sind.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der Schäumvorgang wärmeabhängig verläuft. So entsteht

ίο eine sog. Schwarte an den Außenflächen von ui einer Form ausgeschäumten Schaumstoffkörpern im wesentlichen dadurch, daß dem Schaum während des Schäumvorgangs durch die Wände der Form Wärme entzogen wird. Deshalb werden die beim Schäumvorgang entstehenden Gasbiasen kleiner und der Schaum dichter und somit härter. Diese Erkenntnis zeigt sich auch, wenn in den Schaum Bewehrungseinlagen aus Stahl eingebettet werden. Dann entsteht um die Bewehrungseinlagen herum ein dichtes Schaumgefüge, das zusammen mit den Oberflächenprofilierungen der Bewehrungseinlagen einen guten Scherverbund ergibt. Die Herbeiführung des Verbundes aber ist die Voraussetzung dafür, daß die Tragfähigkeit, das elastische und plastische Verformungsverhalten dieser Bauteile nach den Grundsätzen eines Verbundbaustoffes analog dem Verbundbaustoff Stahlbeton bestimmt werden kann.

Damit kann auv'fl die Dauerstandfestigkeit des Verbundbauieils überschaubar gemacht werden, da sich der Hartschaumstoff im Bereich der Gebrauchslasten nur zu einem verhältnismäßig geringen Prozentsatz an der Übertragung der Haüptkräfte beteiligt, wenn die eingebettete Bewehrung im Bauteil nach den für den Stahlbetonbau entwickelten Grundsätzen angeordnet

J5 wird und die der Stahlquerschnitte an die jeweils auftretenden Belastungen angepaßt werden.

Nach der Erfindung lassen sich Verbundbauteile herstellen, deren Tragfähigkeit denjenigen von Bauteilen aus Stahlbeton entspricht, während ihre Gewichte nur einen Bruchteil der Gewichte der Stahlbetonbauteile ausmachen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele von Verbundbauteilen näher erläutert. Es zeigen

F i g. 1 bis 4 in schematischer Darstellung verschiedene Ausführungsbeispiele für die Anordnung der Bewehrung,

Fig. 5 einen Längsschnitt und
F i g. 6 einen Querschnitt durch ein Verbundbauteil in größerem Maßstab.

Die Herstellung der Verbundbauteile aus Hartschaumstoff ist hier an das Vorhandensein von Schaltungen gebunden, die in der Lage sind, die beim Aufschäumen entstehenden inneren Kräfte des Schaumes aufzunehmen. Stahlschalungen sind hierzu in der Lage. Es entsteht dann, wenn ein Bauteil, z. B. ein Balken I, in einer Form ausgeschäumt wird, an der Außenfläche eine dichtere und festere Schicht, eine sog. Schwarte Γ (Fig. 5 und 6). Die gleiche Schwarte 1" entsteh! um

M) einen eingebetteten Bewehrungsstab 2 herum, der mit Oberflächenprofilierungen versehen ist. In den Fig. 5 und 6 ist ein Betonrippenstahl dargestellt, dessen Rippen 2' mit der Schwarte 1" einen guten Scherverbund eingehen.

hi Für Bauteile von untergeordneter Belastung reicht es aus, wenn in den Balken I aus Hartschaumstoff nur in der Zugzone ein Bewehrungsstab 2 eingebettet wird, wie das in F i g. I im Längs- und Querschnitt

schematisch dargestellt ist. Schub- und Biegedruckkräfte werden hier allein vom Hartschaumstoff aufgenommen.

Bei dem in Fig.2 dargestellten Balken 3 ist eine Bewehrung 4 in der Biegezugzone und eine Bewehrung 5 in der Biegedruckzone angeordnet. Hier werden nur die schiefen Hauptzug- und Druckkräfte dem Hartschaumstoff zugewiesen.

Bei stärkeren Belastungen kann der Balken 6 neben einer Bewehrung 7 in der Zugzone und einer Bewehrung 8 in der Druckzone mit senkrechten Bügeln 9 versehen werden, so daß dem Hartschaumstoff nur noch die schiefen Hauptdruckkräfte zugewiesen zu werden brauchen. Die Bewehrung braucht dann insgesamt kein steifes, für sich tragfähiges Gebilde zu sein. Es reicht aus, wenn die Bewehrungsteile 7 und 8 und die Bügel 9 mit Bindedraht zusammengehalten sind.

Wird eine fachwerkartige Ausbildung der Bewehrungseiniagen vorgesehen, wie in Fig.4 angedeutet.

dann werden sowohl die schiefen Hauptzug- und Druckkräfte, wie auch die Biegezug- und Druckkräfte mit Bewehrungseinlagen abgedeckt. Im Balken IO sind hier eine Bewehrung 11 der Zugzone, eine Bewehrung 12 der Druckzone und zick-zack-förmig verlaufende Diagonalen 13 vorgesehen.

In diesen Beispielen beteiligt sich der Hartschaumstoff im Verhältnis der Flächen und der Elastizitätsmodul) an der Tragwirkung. Voraussetzung dafür ist allerdings, daß auch das Aufschäumen des Hartschaumstoffs in einer geschlossenen Form eine entsprechende Dichte erzeugt wird, welche die Festigkeit bestimmt, und daß eine einwandfreie Verbundwirkung zwischen den Bewehrungseinlagen und dem Hartschaumstoff herbeigeführt wird. Das wird, ähnlich wie im Stahlbetonbau, durch eine geeignete Profilierung der Oberfläche der Stahleinlagen erreicht, wie sie beispielsweise bei Betonrippenstählen gegeben ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verbundbauteil aus Hartschaumstoff, insbesondere auf Polyurethanbasis, mit die Festigkeit erhöhenden, vollständig in den Schaumkörper eingebetteten, stabförmigen Bewehrungsstahleinlagen, d a durch gekennzeichnet, daß der Schaumstoff um die Stahleinlagen herum eine aus dichterem Schaumgefüge des Schaumkörpers gebildete Schicht aufweist und daß die Bewehrungsstahleinlagen an ihrer Oberfläche profiliert sind.