-
"Eintragung von Eigenspannungszuständen
-
in Biegeträger und normalkraftbeanspruchte Stäbe" Die Erfindung betrifft
die Eintragung von Eigenspannungszuständen vorzugsweise in Biegeträger und gerade,normalkraftbeanspruchte
Stäbe unter der Bedingung,daß sich die einfretragenen Normalkräfte ganz oder teilweise
gegenseitig aufheben oder mit äusseren Normalkräften im Gleichgewicht stehen.
-
Der Anwendungsbereicn der Erfindung bezieht sich auf vorzugs weise
Biegelemente aus unterschiedlichen Materialien wie Holz, Stahl,Beton,Kunststoffe,NE-Metalle
und andere geeignete Materialien.
-
Zweck der Erfindung ist es'Eigenspannungszustände mit Zug-und Druckspanngliedern
vorzugsweise in Biegeträger so einzutragen'daß sich die eingetragenen Normalkräfte,die
aus Zug-und Druckkomponenten bestehen,gegenseitig ganz oder teilweise aufheben,
sodaß normalkraftfreie otlcr überwiegend normalkraftfreie Eigenspannungszustände
i den Biegeträgern entstehen.Es is weiter Zweck der Erfindung,die zur Anwendung
gelan-renden Druckspannglieder als selbständige,knicksichere Stützen zu verwenden.
-
Zweck der Erfindung ist es,die inneren Beanspruchungen der Biegeträger
zu ermässigen und auch Baustoffe vergleichsweise geringerer Festigkeit einer normalkraftfreien
Vorspannung zugänglich zu machen und in anderen Fällen die Einflüsse des Kriechens
unter Dauerlastem teilweise oder ganz zu eliminieren.
-
Die Anwendung des Spannverfahrens ist im Spannbetonbau allgemein bekannt.
Stählerne S annglieder aus hochfesten Stählen werden als Zugspannglieder eingesetzt
und geben ihre Kräfte über Endverankerungen an den Betonträger ab und erzeugen in
diesem Eigenspannungszustände,die sich aus Biegung mit Längskraft zusammensetzen.
-
Für viele Anwendungsfälle bietet die dabei auftretende Druckvorspannung
des Biegeträgers keine Vorteile und lässt die zulässige Beanspruchung schneller
eintreten,als das ohne Normalkraftanteil der Vorspannung der Fall wäre.
-
Die bekannten Spannverfahren wenden im allgemeinen eine exzentrische
Vorspannung an. Die Resultierende der Spannkräfte befindet sich hierbei in einem
bestimmten Exzentrizitätsabstand
von der Schwerachse ,der die Grösse
des nutzbaren Vorspannmomentes bestimmt, Nachteil der bekannten Spannverfahren ist
es daher,daß bei dem nur wenig veränderlichen Hebelarm der inneren Kräfte die angestrebten
Vorspannmomente nur durch eine erhebliche Steigerung der Spannkräfte erreicht werden.
-
Sowohl der Normalkraft-wie auch der Biegemomentenanteil der Vorspannung
erzeugen ari der gleichen Randfaser Druckspannungen Nachteil des Spannverfahrens
ist es daher daß an einer Randfaser vorzgusweise die Druckspannungen schnell ansteigen
und bald die für das verwendete Material zulässigen Grenzen erreichen. Nachteil
der bekannten Spannverfahren ist es,daß für ihre Anwendung vorzugsweise Materialien
hoher Festigkeit erforderlich werden, Ein weiterer Nachteil der üblichen Spannverfahren
besteht darin, daß als IIebelarm der inneren Kräfte zur Erzeugung der vorspannmomente
nicht die gesamte Querschnittshöhe genutzt werden kann.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ,vorzugsweise in Biegeelemente
Eigenspannungszustände einzutragen,die in der Wirkung auf den Bauteil keine resultierende
Normalkraftkomponente besitzen und in diesem nur Biegespannungen erzeugen, die vorwiegend
den Spannungen aus äusseren Kräften entgegenwirken, Aufgabe der Erfindung ist es,
die Gesamtbeanspruchungen der Biegeträger aus äusseren Lasten und Eigenspannungszuständen
vergleichsweise geringer zu halten als bei anderen Verfahren, insbesondere bestimmte
Lasten,wie z.B. die Eigengewichte durch affine Eigenspannungszustände praktisch
frei von Durchbiegungen und Normalspannungen zu übertragen.
-
Damit ist es Aufgabe der Erfindung,auch Materialien geringerer Normalfestigkeit
zur Obertragung grosserer Kräfte nutzen zu können,bei gleichzeitiger Verminderung
oder Elimination der Durchbiegung, Bei der Anwendung des Verfahrens auf Betonkonstruktionen
ist es Aufgabe der Erfindung,Kriecherscheinungen des Betons unter ständigen Lasten
weitgehend auszuschalten und damit gleichzeitig die Durchbiegungen aus Kriechen
zu eliminieren oder zu mindern.
-
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es,die Knickstabilität druckbeanspruchter
Ttundstahl und/oder HohlkfrperstUtzen
durch eine Kombination eine
Normalkrafteigenspannungszustandes mit der angreifenden äusseren Last zu verbessern
und die Möglichkeit; zu bieten,hochfeste Stähle zur Aufnatlme von Stützenlasten
bei gleichzeitiger Elimination oder Verminderung der Knickgefahr einzusetzen.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst,daß neben üblichen
Zugspanngliedern-oder Stäben auch Druchspannglieder oder Stäbe verwendet werden.Die
Druckkraftelernente werden auf der entgegengesetzten Seite des Querschnittes angeordnet.
-
Beide Spanngliedarten,Zug-wie Druckspannglieder werden an ihren Enden
nach bekannten Verfahren mit dem Biegeelement verankert und geben ihre Kräfte an
den Träger ab. Die Kraftkomponenten der Spannglieder wirken in entgegengestzter
Richtung und heben sich gegenseitig auf, sodaß aus ihrer Wirkung keine resultierende
Normalkraft im Träger verbleibt,soweit keine unter schiedlichen Spannkräfte gewählt
werden.
-
Beide Kraftkomponenten besitzen einen vorgegebenen Abstand von der
Schwerachse des Querschnittes,der die Grösse des Eigenmomentenanteiles bestimmt.
Die beiden Momentenanteile addieren sich zum eingetragenen Eigenspannungsmoment,daß
vorzugsweise so gewählt wird,daß es den äusseren Momentenbeanspruchungen entgegenwirkt.
Werden beide Kraftkomponenten gleich groß gewählt, über die Trägerlänge constallt
gehalten und ihr Abstand proportional dem Verlauf der Eigengewichtsmomente gehalten,
entsteht ein affines Eigenspannumgsmoment,daß die Eigengewichtsmomente aufhebt.Da
auch keine resultierenden Normalkräfte im Biegeträger verbleiben,werden die Eigengewichte
des Biegeträgers normalspannungsfrei und ohne Durchbiegungen aufgenommen. In der
Schwerachse sind nur Schubkräfte in der Grösse der Normalkraft;komponenten zu übertragen.
Für Baustoffe, die Kriecherscheinungen zeigen,werden bei dieser Methode der Eintragung
der Eigenspannumgszustände die Kriechwirkungen eliminiert.
-
Gegenstand der Lösung der Aufgabe ist es, daß die Stähle oder Stäbe
der Druckspannglieder in Hüllkanälen verlegt werden,die während der Eintragung der
Druckkräfte das seitliche Ausweichen der Einzelstäbe verhindern oder begrenzen.
Es ist auch Gegenstand der Lösung,daß die Hullkanäle durch einzelne Stütz-und Führungspunkte
ersetzt werden,die in ausreichend engem Abstand angeordnet werden um das Ausknicken
der Stäbe unter Druckspannungen zu verhindern.
-
Entsprechend dem Erfindungsgedanken sind die Zug-und Druckspannglieder
vorzugsweise an den Trägerenden zu verankern.
-
Es ist deshalb ein Teil der Lösung der Erfindung,wrzugsweise beide
Spanngliedarten koncav und konvex gekrümmt; im Träger zu verlegen und an den Trägerenden
so zusammenzulühren,daß die Zug-und Druckspannglieder in einem Ankerstück kraftschlüssig
verankert werden und sich hierbei die Kraftwirkungen aufheben.
-
Gegenstand der Lösung der Erfindung ist es weiterhin, die Knicke
fahr von vorzugsweise Rohr-oder Hohlkörperstützen unter Druckbelastungen aufzuheben
oder zu vermindern. Die Stütze bildet das Hüllrohr eines Druckspanngliedes.Die Einzelstäbe
des Druckspanngliedes werden vorzugsweise um eine innere Spiralfeder kreisförmig
angeordnet.Die äussere Hülle wird vom Stahlröhr der Stütze gebildet.Den Druckstäben
des Spanngliedes verbleibt nur ein geringer Bewegungsspielraum.Bei der Eintragung
der Druckkräfte in die hochfesten Einzelstäbe des Spanngliedes werden diese ausknicken
und nach geringen Seitenbewegungen von den inneren und äusseren Hüllrohren stabilisiert.
Da diese Seitenbewegungen der Einzelstäbe und die dabei auftretenden geringen Kraftwirkungen
ungeregelt und zufällig sind,werden sich die Kraftwirkungen in der Summe überwiegend
auftieben, sodaß die äussere Hüllstütze dünnwandig und nur eine geringe aber ausreichende
Biegesteifigkeit besitzen muss,die auftretenden Stabilitätskräfte aufzunehmen Gegenstand
der Erfindung ist es, daß die Knickfigur der eingeschlossenen Druckstäbe durch eine
entsprechende Formgebung , vorzugsweise parabelförmig,vorgegeben wird und damit
die Druckstäbe unter Belastung in stabiler Lage gehalten werden.
-
Die vorgegebene Knickfigur gestattet erfindungsgemäss die Grösse der
Knick-Kräfte zu ermitteln .Damit sind auch die in der Hüllstütze atis dem Anpreßdruck
der Druckstäbe tierrührenden Ringzugkräf te bekannt und bieten die Voraussetzungen,
die Hüllrohre einwandfrei bemessen zu können.
-
Gegenstand der Erfindung ist es, daß die inneren Druckstäbe vor der
Eintragung äusserer Lasten eine Druckvorspannung erhalten, bis diese ihre stabile
Gleichgewichtslage eingenommen haben und ohne Knickgefahr äussere Lasten aufnehmen
können.
-
Die äussere Hüllstütze oder auch ein Hilfsspannglied bieten der Vorspannung
der inneren Druckstäbe das Gleichgewicht.
-
Besonders vorteilhaft ist es, die Vorspannung der inneren Druckstäbe
bis
zur Grösse der späteren ständigen Last vorzunehmen.
-
Beim Eintragen der äusseren standigen Last können die Hilfsspannglieder
wieder entspannt wer(ien und die Verankerung der Vorspannkräfte wird von der äusseren
Last übernommen.Der Spannungszustand der inneren Druckstäbe ändert sich in diesem
Fall nicht,da lediglich ein Ersatz der Vorspannkraft durch die äussere Last erfolgt.
-
Die ständigen Lasten werden dehnungsfrei von der Stütze aufgenommen.
-
Erfindungsgemäss ist die Kopfplatte längsbeweglich in der Hüllstütze
gelagert,sodaß beim Eintragen der äusseren Lasten die Hüllstütze nicht von Normalkraften
beansprucht wird.
-
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen darin, daß vorzugsweise
Biegeträgern unterschiedlicher Materialien normalkraftfreie,den Eigengewichtsbelastungen
oder anderen ausgewählten Lastzuständen affine Eigenspannungszustände gegeben werden
können,die die Beanspruchungen der Träger für diese ausgewählten Last zustände teilweise
oder gänzlich aufheben da die Obertragung der Lasten allein von den vorzugsweise
hocii£esten Stählen der Zug-und Druckspannglieder dbernommen wird.
-
Für diese Last zustände verbleiben die Biegeträger spannungs-und
durchbiegungsfrei. Den Trägerquerschnitten obliegt nur die Aufgabe der Abstandhaltullg
der Zug-und Druckspannglieder,deren Führung und Stabilisierung. Die Elgenspannungszustände
und Differenzbeanspruchungen,die nach der Superpostion mit den Eigenspannungen verbleiben,sind
vom Biegeträger zu übernehmen.
-
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß Biegeträger geringerer
Materialfestigkeit und geringerer Eigengewichte auc1i zur Aufnahme wesentlicher
Belastungen eingesetzt werden können und das der Hauptanteil der inneren Kräfte
hochfesten Zug-und Druckgliedern zugewiesen werden kann, ohne dass im Biegeträger
Normal-und Schubspannungen verbleiben. Die Bemessung der Biege träger hat nur für
die über die Eigenspannungen hinausgehenden Beanspruchungen zu erfolgen und ist
unter dem Gesichtspunkt der Abst;andhaltung der Zug-und Druckspannglieder vorzuneiimen.
-
Der weitere Vorteil der Erfindung ist es,daß Druckspannglieder
als
selbständige Bauelemente für den Einsatz als Druckstäbe und Stützen verwendet werden
können.
-
Der Vorteil der Erfindung besteht darin,daß für diese Druckstäbe
unter der Wirkung der äusseren Lasten die Knickgefahr eliminiert ist und die Druckkräfte
aufnehmendç; Stäbe knickstabilisiert sind und bei der Eintragung äusserer Lasten
keine Spannungsänderungen mehr erfahren. Der Vorteil der Erfindung ist es, daß zur
Aufnahme gnosser Druckkräfte auch hochfeste,vorzugsweise Spannstähle verwendet werden
können.
-
Die Figuren erläutern beispielsweise und schematisch das Wesen der
Erfindung: Fig. 1 Führung der Zug-und Druckspannglieder im Längsschnitt eines Biegeträgers
aus beliebigen geeigneten Materialien.
-
Fig.2 Querschnitt eines Biegeträgers mit Zug-und Druckspanngliedern.
-
Fig. 3,3aSpannungsdiagramm des normalkraftfreien Eigenspannungszustandes
und die Oberlagerung mit dem Spannungsdiagramm aus Eigengewichten.
-
Fig. 4 Querschnitt des Druckspanngliedes bestehend aus einem Einzelstab
im Führungsrohr.
-
Fig, 5 Druckspannglied mit einem Mittelstab und konzentrisch angeordneten
Einzelstäben.
-
Fig. 6 Druckspannglied mit einer mittleren Ordnungsspirale.
-
Fig. 7 Druckspannglied in regelloser Haufenanordnung.
-
Fig.x8 Querschnitt eines kombinierten Holz-Stahlträgers.
-
Fig,.?9 U-Profile mit gekrümmten Druckspannglied.
-
Fig. lo Profilträger mit oder ohne Verbund der Spannglieder.
-
Fig. 11 Abgekantete Profile mit oder ohne Beul-Verstärkung durch Holzquerschnitte.
-
Fig. 12 Querschnitt einer vorgespannten Rundstahlstütze0 Fig. 13 Kopf
der Rundstahlstütze mit längsverschieblicher Ankerplatte Fig. 14 Beispiel der Endverankerung
eines Druckspanngliedes sus.regelloser Haufenanordnung der Spannstähle gen.
-
Fig. 7.
-
Fig. 15 System des knickstabilen Druckstabes Fig. 16 Querschnitt durch
den knickstabilen Druckstab.
-
Fig. 17 JCräftegleichgewicht am Stützenkopf mit verankerter Kopfplatte.
-
Die Fig. 1 zeigt unterhalb der Schwerachse die Führung und Verankerung
von Zugspanngliedern und oberhalb der Schwerachse die beispielsweise Führung der
Druckspannglieder.Die gekrümmten Spannglieder erzeugen im gleichen Sinn gerichtete
Umlenkkräfte(1) und zeigen,daß sowohl die Zugspannglieder wie auch die Druckspannglieder
die entsprechenden Lastanteile der äusseren Lasten übernehmen.
-
Vorzugsweise enden die beiden Spanngliedarten im gemeinsamen Ankerkörper,in
dem sich die Zug-und Druckkraftkomponenten unmittelbar ausgleichen.(2).
-
Die Fig.2 zeigt den Querschnitt eines Rechteckbiegeträgers mit Zug-und
Druckspanngliedern im Bereich der Randfasern.Die Zugspannglieder (3) und Druckspannglieder
(4) erzeugen den Eigenspannungszustand.
-
Fig. 3 erläutert den Eigenspannungszustand des Trägers,der aus einem
eingetragenei Biegemoment ohne Normalkraftanteile besteht.
-
Das Diagramm(5)zeigt den eingetragenen Eigenspannungszustand Die Spannungen
in den Spanngliedern die mit oder ohne Verbund im Träger liegen können haben das
entgegengesetzte Vorzeichen(6) wie die zugehörigen Spannungen der Randfasern.
-
Das Diagramm (7) erläutert den Spannungszustand aus Eigengewicht.
-
Nach der Suporpoeltion der Spannuniren folgt das Diagramm Fig.3a.
-
Es folgt ein bieg.-und im wesentlichen auch schubspannungsfreier Spannungszustand
im Biegeträger.
-
Die Fig. 4 bis b erläutern verschiedene Möglichkeiten der Ausbildung
von Druckspanngliedern.Die Druckstähle liegen vorzugsweise im Hüll-und Führungskanal.
Bei der Eintragung der Druckkräfte knicken die Einzelstähle aus,werden aber von
den Führung kanälen stabilisiert. Fig. 6 zeigt die Anordnung der Druckglieder um
eine innere Spirale. Entsprechend Fig. 7 sind die Druokglieder ungeordnet mit begrenztem
seitlichen Bewegungsspielraum im Führungskanal.
-
Fig.8 zeigt.einen Spannträger (8) der durch Holzprofile versteift
wird.
-
Entsprechend Fig9 liegen die Druckspannglieder(9),die nach innen gekrümmt
verlegt sind und die Zugspannglieder (10) zwischen U-Profilen. Als Abstandhalter
sind Führungsbleche(11) für die Spannglieder angeordnet.
-
Fig. 1o zeigt einen Profilträger mit eingetrageneb Eigenspannungszustand.
-
Der Träger der Fig. 11 besteht aus dünnwandigen abgekanteten Blechen,die
durch Holzprofile oder ähnliche Profile verstärkt sind.Der Eigenspannungszustand
dieser kombinierten Träger wird von Druckspanngliedern 12 erzeugt,sowie von vorgespannten
Untergurtblechen(13),die unter Spannung, vorzugsweise durch Punktschweissung mit
dem Träger verbunden werden, nachdem die Endverankerungskräfte dieser Gurtverstärkungen
in den Träger eingetragen sind. Im Holz bilden Aussparungen die Führungskanäle der
Druckspannglieder.
-
Fig.12 zeigt den Querschnitt einer Rundstahlstütze,die ii Aufbau
einem Druckspannglied entspricht.Um eine innere Spiral. (14) sind Rundstähle angeordnet,die
unter leichter Druckvorspannung stehen und eine stabile Gleichgewichtslage eingenommen
haben (15).
-
Die Druckstähle haben ihre Vorspannkraftan die äussere Hüllstütze
(16) abgegeben,die unter Zugspannungen steht.
-
Die Fig. 13 zeigt mit den gleichen Bezeichnungen wie Fig. 12 den Längsschnitt
durch die Druckspanngliedstütze. Die verankerte Kopfplatte (17) ist längsbeweglich
in der Hüllstütze angeordnet;Die einzutragende äussere Last ist mit (18) bezeichnest.
Die Druckstähle (15) übernehmen die Druckkräfte vorzugsweise über Kontaktflächen.Bei
einer Steigerung der äusseren Last (18) wird das Hüllrohr(16) nicht beansprucht.
-
Die Fig. 14 stellt; beispielsweise die Endverankerung eines Druckspanngliedes
dar und ist gleichzeitig Spannvorrichtung.
-
Die hochfeste Gewindemutter ist an der Ankerplatte befestigt(21).
-
Die Gewindeschraube (22) drückt die Spannstäbe (23) zusammen.
-
Die Kontaktfläche zwischen der Gewindeschraube (24) und dem Druckspannstahl
ist vorzugsweise mit einem Gleitmittel versehen.
-
Die Fig. 15 erläutert beispielhaft den Längsschnitt einer knicksicheren
Stütze.In einem äusseren Hüllrohr (25) aus Stahl, Stahlbeton oder Spannbeton und
anderen geeigneten Materialien sind in einem konzentrischen Kreis zum Hüllrohr Druckstäbe
mit vorgegebener,vorzugsweise parabolischer Krümmung (26) angeordnet. Die Druckspannstähle
erhalten eine Druckvorspannung, die mindestens so groß ist,daß die Stähle an der
gekrümmten Führungsfläche knickstabil anliegen.Ein Hilfsspannglied (27) dient beispielsweise
der Eintragung der Druckvorspannung und kann später wieder entfernt werden,nachdem
die Druckkräfte (28) über die längsbewegliche Kopfplatte (29) endverankert(30) sind.
-
Beim Eintragen der Last (31) erfolgt keine ungewollte Belastung der
Hüllstütze (25) wenn die Haftung zwischen dem Füllmaterial und der HUllstütze (32,25)
durch geeignete Gleitmittel aufgehoben wird.oder der E-Modul des Füllmaterials so
gering gewählt wird, daß die Kraftübertragungen praktisch vernachlässigt werden
können.
-
Die Fig. 17 zeigt, daß als Abstandhalter der Druckstähle auch Spiralfedern
,horizontale Scheiben oder Ringe (33) Verwendung finden können.
-
Die.Fig, 16 erläutert den Querschnitt durch die Stütze der Fig. 15.
Der Anpreßdruck der belasteten gekrümmten Druckstäbe erzeugt Ringzugkräfte im Hüllrohr
(35).
-
L e e r s e i t e