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Die Erfindung betrifft einen Ausbau für Strecken des Berg-
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und Tunnelbaus mit Hilfe von Bauen aus Stahlprofilsegmenten von rinnenförmigem,
kongruenten Ausbauprofil, das einen ebenen Profilboden mit beiderseits anschließenden,
in y-Richtung des vorstehende, sowie in x-Richtung divergierende Stegen rund von
diesen nach außen -in x-Richtung divergierende Flanschen, sowie einem mit einem
hydraulisch abbindenden Füllstoff au£gespannten Gewebestützschlauch, der zwischen
den'Stegen des Profils angeordnet ist.
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Der in dem erfindungsgemäßen Ausbau benutzte Gewebestützschlauch stellt
eine Abwandlung der Hinterfül-ltechnik dar, welche durch Einbringen von hydraulisch
abbindenden Baustoffen zwischen dem Ausbau und das Gebirge, z.B. unter dem Verzug
darauf abzielt, einen frühtragenden Ausbau zu schaffen, welcher~der Verminaerung
der Eigentragfähigkeit des Gebirgskörpers durch Gesteinsauflockerungen entgegenwirken
soll. Gewebestützschläuche örfüllen hierbei zunächst die Aufgabe einer Schalhaut
und vermindern dadurch in entscheidendem Maße den Aufwand, der mit der Einbringung
des Füllstoffes und der -Beschaffung des dafür erforderlichen Materials verbunden
ist-.
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Das rinnenförmige Ausbauprofil nimmt einen Teil des Gewebestützschlauches
in dem von den beschriebenen Profilteilen begrenzten trogförmigen Innenraum auf
und bildet beim Füllvorgang die UnterstUtzungskonstruktion für die von dem Gewebestützschlauch
gebildete Schalhaut. Dieser Gewebestützschlauch kann durch die Verwendung hochfester
Fäden seinerseits beim Auffüllen eine aktive Stützkraft gegen das Gebirge liefern
und durch Anwendung besonderer Gewebearten das überschüssige Anmachwasser des Füllstoffes
allseitig nach außen abführen, so daß sich eine frühtragende Charakteristik des
Füllstoffes und damit des Ausbaus
einstellen läßt Insbesondere läßt
sich die Erfindung mit Bauformen zusammen anwenden, in denen die überlappten Profilenden
drucknachgiebig miteinander verspannt sind und daher bei entsprechenden Belastungen
unter überwindung des Reibungsschlusses aufeinandergleiten. Dieses Gleiten im Überlappungsbereich
soll möglichst ruckfrei gegen einen gelichmäßigen Einschubwiderstand erfolgen.
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Es ist bereits bekannt {DE"PS 26 27 356) bei einem Ausbau der bezeichneten
Art für sich bekannte flansch bzw. bodenabgestützte Rinnenprofile mit den beschriebenen
Gewebeschläuchen zusammeneinzusetzen. Diese Walzprofile haben eine große Zahl von
Vorteil en, darunter den ausbautechnischen Vorzug, daß ihre Widerstandsmomente in
den Hauptachsen des Profils im wesentlichen gleich sind. Infolgedessen haben solche
Profile nicht die bei I-Ausbauprofilen aufgrund des größeren Wx störende Tendenz,
quer zur Hauptbiegerichtung einen geringeren Biegewiderstand zu entwickeln. Aus
verschiedenen Gründen muß man in der Praxis den Durchmesser des Gewebestützschlauches
auf einen bestimmten Wert festlegen, der z.B. z.Zt. bei etwa 230 mm liegt0 Diese
Festlegung ist hauptsächlich verarbeitungstechnisch bedingt, während die Wahl des
festgelegten Durchmessers auch von ausbautechnischen Gesichtspunkten bestimmt wird
Dabei geht man davon aus, daß der zoBo zwischen Verzug und Bau angeordnete Schlauch
den Bau durch Verf ormung des Schlauches formschlüssig mit dem Gebirge verbinden
soll und daher ein entsprechendes Uberprofil benötigt. Unter diesen Umständen ergibt
sich ein Profil des aufgespannten Schlauches, in dem sich an eine dem Gebirge zugewandte,
häufig ebene Abplattung nach außen und unten gewölbte Wandungsteile anschließen,
die mit einem unteren Schlauchbereich verbunden sind, der den eigentlichen Formschluß
mit
dem Bau herbeiführt. In diesem Unterteil legt sich die Schlauchwandung der Oberseite
der Profilflansche und der daran anschließenden Innenseite des oberen Bereichs der
Stege an, überspannt aber mit einem Mittelabschnitt das Ausbauprofil in mehr oder
weniger großer Entfernung von der Profilbodenfläche.
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In den Überlappungsbereichen muß-der Schlauch jeweils unter den Spannverbindungen
hindurchgeführt werden, um die Drucknachgiebigkeit des Baues zu sichern.
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Der bekannte Ausbau hat die unangenehme Eigenschaft, daß bei entsprechenden
Gebirgsdrücken die Flansche des Rinnenprofiles auf dem Schlauch Flächenpressungen
erzeugen, die wesentlich höher als in den übrigen Bereichen des Schlauchquerschnittes
sind. Diese Flächenpressungen können einerseits dazu führen, daß das Schlauchgewebe
an den überlasteten Sttllen vorzeitig zerstört und dadurch wesentliche Teile des
Schlauches abgeschert werden. Andererseits kann die hohe Endfestigkeit des Restschlauches
bewirken, daß das beschriebene Schlauchunterteil die Profilstege des Ausbauprofiles
auseinanderkeilt, während das Schlauchoberteil das Gebirge örtlich überlastet. Das
führt im Ergebnis dazu, daß man Stählprofilsegmente mit höhen Metergewichten einsetzen
muß, um den zu erwartenden Beanspruchungen genügen zukönnen, und daß man gleichwohl
nach dem Einsetzen der bleibenden Verformungen des Ausbaus mit erheblichen Verlisten
an.Ausbaumaterial und Gefährdungen durch Steinfall in den Strecken rechnen muß.
Das wirkt sich vor allem in wirtschaftlicher- Hinsicht nachteilig aus.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei dem-eingangs als bekannt
vorausgesetzten Ausbau die- Tragfähigkeit des Gewebeschlauches und des Ausbauprofiles
voll auszunutzen und dabei ein im Sinne der eingangs beschriebenen Vorteile des
Ausbaus
mit Rinnenprofilen vergleichmäßigtes Widerstandsmoment in
den Hauptprofilachsen zu erhalten.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Ausbauprofil
über seine Flanschen gemessen in y-Richtung niedriger als in x-Richtung ausgebildet
ist, und daß der Durchmesser des Gewebestützschlauches und/oder der öffnungswinkel
der Profil stege bzw. der Prof ilboden derart aufeinander abgestimmt sind, daß der
aufgespannte Schlauch dem Profil im wesentlichen vollflächig anliegt.
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Durch diese Abstimmung des Ausbauprofiles auf den Gewebeschlauch wird
ein Verbutausbau in dem Sinne geschaffen, daß der Verbund von Stahl und/Gewebe armiertem
Füllstoff ein einheitliches Profil ergibt, das sich auch im Bereich bleibender Verformungen
nicht selbst zerstören kann. Im übrigen sind die hierfür erfindungsgemäß erforderlichen
flachen Rinnenprofilformen in verschiedener Hinsicht günstiger als die bislang benutzten
Rinnenprofile.
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Beispielsweise nehmen sie aufgrund ihrer Formgebung beim Transport
weniger Raum ein. Die Metergewichte dieser Profile lassen sich gegenüber dem bekannten
Profil in der Praxis mindestens erheblich senken, weil die Wirkung des erfindungsgemäßen
Verbundprofiles auch darin besteht, den Ausbauwiderstand erheblich zu steigern.
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Diese Verbundwirkung läßt sich weiter steigern und im Bereich der
bleibenden Verformung länger aufrecht erhalten bei einer Ausfflhrungsform der Erfindung,
gemäß der die Profilsegmente schlauchseitig aufgerauht sind.
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Solche Aufrauhungen lassen sich in verschiedener Weise erzielen, insbesondere
aber durch eine Folge von Erhebungen und Vertiefungen,
vorzugsweise
im Pro£ilboden, welche durch bleibende örtliche Verformungen der Segmente z.B. durch
kegel- bis rippen-förmige Einprägungen gebildet-werden können.
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Das neuartige Verbundprofil gemäß der Erfindung bietet aufgrund seiner
hohen Festigkeit die Möglichkeit, die Baue starr auszubilden. Zu diesem Zweck sind
die Verbindungen der Profil segmente in den Überlappungen formschlüssig mit den
überlappenden Profilenden ausgebildet. Dieser Formschluß läßt sich bei Anwendung
der beschriebenen Aufrauhungen mindestens in den sie überlappenden Bereichen auf
den Profilflanschen und/oder den Profilböden verstärken.
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Andererseits' bietet die Erfindung besondere Vorteile bei der Ausbildung
von drucknachgiebigen Bauen. Hierbei empfiehlt sich eine Spannverbindung, die in
an sich bekannter Weise aus einer entsprechend dem Außenumriß des Rinnenprofils
geformten und dem Außenprofil angelegten Lasche, sowie einem parallel zum Innenprofil
geformten Bügel besteht, der durch den Anzug von mehreren Muttern mit dem Profil
verspannbar ist. Einerseits wird-eine solche Verbindung nicht durch den zur Herstellung
des Verbundes auch in der Überlappung eingelegten Gewebestützschlauch behindert,
der über dem Bügel zu liegen kommt.
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Andererseits erzeugt der Gewebestützschlauch ein der Aufbiegetendenz
des Bügels an seinen Außenteilen entgegenwirkendes Moment, weil er sich aufgrund
des Überprofils auch über die Muttern legt.
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Solche Spannverbindungen können mit einfachen Uberlappungen der Stahlprofile
verwirklicht werden. Sie lassen aber auch andere Ausführungsformen der Profilsegmentverbindung
zu.
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Erfindungsgemäß weist eine besonders vorteilhafte Verbindung
dieser
Art eine Überlappung auf0 welche von einem Überlappungssegment gebildet wird0 das
an einem der miteinander zu verbindenden Ausbauprofilsegmente werkseitig angebracht,
z.B. verschraubt oder angeschweißt ist, so daß dieser Teil der Spannverbindung bereits
vorbereitet ist0 bevor die Baue fertig montiert werden Die zweite Spannverbindung
wird nach Herstellen der Überlappung des anderen Profilsegmentes mit dem Überlappungssegment
bei der Fertigmontage des betreffenden Baues angebracht.
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Dadurch laßt sich eine relativ genaue Einhaltung der Überlappung unter
Tage erzwingen, die für eine einwandfreie Funktion des Baues vorteilhaft ist0 und
der Arbeitsaufwand für die Fertigmontage unter Tage läßt sich senken, was für die
Wirtschaftlichkeit entscheidend sein kann0 Man kann den Reibungsschluß drucknachgiebig
miteinander verspannter Prof ilsegmentenden gemäß der Erfindung auch unabhängig
von den Maßnahmen erhöhen, die zur Verbesserung der Verbundwirkung von Gewebeschlauch
und Außonprofil getroffen werden können. Dann empfehlen sich in don Verbindungen
Aufrauhungen der aufeinandergleitenden Fläche, die speziell dür die Verbessprung
des Reibungsschlusses in der Überlappung konstruiert sind. Bei einer solchen Ausführungsform
der Erfindung ist vorgesehen, Profilwülste und/oder Walzrippen anzubringen.
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Bei drucknachgiebigen Spannverbindungen in Verbundausbau gemäß der
Erfindung sind die Spannverbindungen im wesentlichen gleichmäßig hochbelastet, was
durch den beschriebenen Vorspann-und Bettungseffekt dieses Ausbaus bedingt ist0
Dadurch werden im Last-Weg-Diagramm zunächst nahezu wegfrei hohe Anfangslasten aufgenommen.
Bei fortschreitender Lastaufnahme tritt eine Querschnittsverminderung der Strecke
durch Einschieben der Baue in den Uberlappungen ein. Das Arbeitsvermögen eines solchen
Ausbausystems
ist für benachbarte Ausbaurahmen nahezu gleichmäßig. Im Gegensatz zu dem bei herkömmlichen
iinnenprofilbåüen häufig auftretenden schlagartigen Spannungsabbau in den Überlappungen
verhalten sich die erfindungsgemäßen Baue nahezu ruckfrei und schieben gleichmäßig
ein. Das beruht offensichtlich darauf, daß die Energievernichtung in den Überlappungen
nicht allein durch Reibungsarbeit in den Verbindungen stattfindet, sondern durch
das Zusammenwirken mit der Zerstörungsarbeit, die im Füllstoffmaterial und mit der
Reibarbeit zustande kommt, die an den sich berührenden Stahiprofilflächen. in den
Überlappungen geleistet wird.
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Die Einzelheiten,- weiteren Merkmale und andere Vorteile der Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen anhand der
Figuren in der Zeichnung; es zeigen Fig. 1 den neuen-Ausbau in Stirnansicht, Fig.
2 einen- Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 1, Fig. 3 eine Ansicht in Richtung
der mit einem Pfeil und III bezeichneten Stelle eines Baues, in dem sich eine Überlappung
befindet, Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV der-Fig. 3, Fig. 5 in der Fig.
3 entsprechender Darstellung eine abgeänderte Ausführungsform und Fig. 6 eine Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Profiles im unteren Teil sowie invåbgebrochener Darstellung
die
Ausbildung der Profilflansche bei dieser Ausführungsform.
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Der in Fig. 1 dargestellte Bau ist bogenförmig ausgebildet. Er besteht
einerseits aus mehreren Stahlprofilsegmenten 2-5. Die unteren Stahlprofilsegmente
2 und 5 sind Stempel, die sich bei 6 und 7 mit ihren Enden mit den beiden Firstsegmenten
3 und 4 überlappen,welche ihrerseits bei 8 im Scheitel des Bogens überlappt sind.
Die Überlappungen 6-8 entsprechen einander insbesondere hinsichtlich der Spannverbindungen,
die in Fig. 1 nur schematisch wiedergegeben sind. Im übrigen sind die in den Stahlprof
il segmenten 2-5 verwendeten Ausbauprofile kongruent, d.h. deckungsgleich ausgebildet.
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Die Profilform ist insbesondere aus der Darstellung der Fig. 2 zu
erkennen. Durch die Symmetrieebene des Profils, die bei 11 dargestellt ist, verläuft
die y-Achse. In ausgezogenen Linien ist das Trägheitsmoment 1 angezeichnet. Rechtwinklig
zur y y-Achse verläuft die zweite Symmetrieebene, die mit der x-Achse 12 wiedergegeben
ist. Das Trägheitsmoment Ix ist angegeben.
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Das Stahlprofil selbst weist beiderseits an den Profilboden anschließende
und in y-Richtung des Profils vorstehende, sowie in x-Richtung divergierende Profilstege
13, 14 auf, an die sich Profilflansche 15, 16 anschließen, die in x-Richtung verlaufen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform (Fig. 7) beträgt die Querabmessung
des Profilbodens B ca. 80 mm, die Dicke b der Profilstege macht 7,5 mm aus. während
der Boden eine Stärke von d = 15 mm aufweist. Die Dicke der Flansche e ist dagegen
15 mm.
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Zusammen mit dem beschriebenen Stahlprofil wird ein Gewebestützschlauch
verwendet,
der schematisch in Fig. 7 wiedergegeben und dort mit 18 bezeichnet-ist. Das Bezugszeichen
deutet auf das Gewebe, welche im aufgespannten und nicht behinderten Zustand dargestellt
ist. Der Durchmesser D beträgt dann 230 mm und die in y-Richtung des Stahlprofils
verlaufende Symmetrieachse 19 des Schlauches fällt mit der y-Achse zusammen. Die
x-Achse 20 des Schlauches verläuft dagegen parallel zur x-Achse des Profils.
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Im Betrieb nimmt jedoch der Schlauch die aus Fig. 2 ersichtliche Formgebung
unter den Stäben 21 an sich bekannter Verzugmatten 22 an, die zwischen dem Schlauch
18 und dem bei 23 gezeigten GebirgsstoB angeordnet sind. Das liegt einerseits am
Überprofil des Schlauches, das mit dem Durchmesser D vorgewählt ist und andererseits
an dem Überprofil des Gebirges gegenüber dem Stahlprofil, welches den Schlauch beim
Aufspannen behindert.
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Es ergibt sich dann in der Regel eine Konfiguration des Schlauches,
welche durch einen weitgehend flachen oberen Abschnitt 25, daran beiderseits anschließende,
außen und unten gekrümmte Bereiche 26 und 27 gekennzeichnet ist, die in einen unteren
Abschnitt 28 übergehen. In diesen Teil des Stützschlauches legt -sich das Gewebe
dem größeren Teil der Oberfläche 29 der Profilflansche 15, 16, der trogseitigen
Fläche 30 der Profilstege 13, 14 und der Innenseite 31 des Profilbodens 10 an. Dadurch
entsteht ein Verbund zwischen dem mit dem Gewebe armierten Füllstoff 32, mit dem
der Schlauch aufgespannt wird und dem Stahl- des Profiles. Infolgedessen wird in
dem Verbundprofil die x-Achse 33 gegenüber der x-Achse 12 des Stahlprofiles nach
oben und gegenUbér der x-Achse 20 des aufgespannten eingeschränkten Schlauches nach
unten verschoben,verläuft aber im wesentlichen parallel zu den x-Achsen 12 und 20.
Da die gekrümmten Bereiche 26 und 27 entsprechend über die. Außenkanten der Profilflansche
15 und 16 gemäß dem Ansführungsbeispiel
vorstehen, ergibt sich
eine Symmetrie des Verbundprofiles in x- und y-Richtung mit der Folge2 daß im wesentlichen
gleiche Wx und Wy einstellen.
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Die Verbindung gemäß der Darstellung nach Fig. 3 in den Überlappungen
sind identisch ausgebildet, so daß es genügt, im folgenden eine der Spannverbindungen
anhand der Darstellung der Fig. 4 näher zu erläutern: Die Spannverbindung besteht
aus einer Unterlasche 40, welche ein dem Ausbauprofil angepaßtes Profil aufweist.
Dementsprechend ist ein flacher Laschenboden 41 vorgesehen, an dem sich beider seits
Stege 42, 43 anschließen2 die in y-Richtung des Profiles vorstehen und in x-Richtung
divergieren, sowie in Profilflansche 44, 45 übergehen, die über die Flansche des
Ausbauprofils nach außen vorstehen. Diese vorstehenden Bereiche sind, wie in Fig.
5 beispielsweise bei 46 dargestellt, gesickt und mit Ausnehmungen 47 versehen, die
für die Schenkel 48, 49 eines Bügels 50 vorgesehen sind.
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Dieser Bügel ist seinerseits der inneren Umrißlinie des Ausbauprofiles
angepaßt und weist dementsprechend einen Bodenabschnitt 51 auf, an dem sich beiderseits
Stegabschnitte 52,52' anschliessen, welche in y-Richtung des Profils vorstehen und
in x-Richtung divergieren, sowie in Abschnitte 53, 54 übergehen, welche den Flanschen
des Ausbauprofils zugeordnet sind. Daran schließen sich Abschnitte 55, 56 an, deren
Enden mit Schraubgewinden für Muttern 572 58 versehen sind, Diese Spannmuttern dienen
dazu, die Profile in der Überlappung miteinander und den Bügel 50 sowie die Lasche
40 mit den Ausbauprofilen zu verspannen. Bei einer abgeänderten Ausführungsform
der Erfindung wird nur eine dieser Spannverbindungen, die in Fig. 3 mit 60 und 61
bezeichnet
sind, benutzt. Es handelt sich um die Spannverbindung
61, welche im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 dem Ende 63 des den Stempel bildenden
Ausbauprofilsegmentes 5 zugeordnet ist. Dagegen ist die Spannverbindung 60 dem Ende
64 des dem Gebirge näherliegenden Kappensegmentes 4 zugeordnet.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 trägt der Stempel 5 ein ttberlappungsprofil
65, das aus einem Abschnitt des Ausbauprofils besteht, das auch in den übrlgen Segmenten
verwendet wird und daher kongruent mit diesen Profilen ist. Das dem Stempel 5 zugeordnete
Ende 66 des Überlappungsprofiles ist in nicht näher dargestellter Weise werkseitig
angeschweißt oder am Profilboden angeschraubt, so daß eine formschlüssige Verbindung
zwischen dem Stempelprofil 5 und dem Uberlappungsprofil 65 besteht. Das Ende 64
des Kappenprofiles 4 wird stumpf vor das Ende 63 des Stempelprofils gestoßen. Der
das Ende-63 überragende freie Teil des Überlappungsprofils 67 bildet daher die Überlappung
mit dem Ende des Kappenprofils und wird durch die erwähnte Spannverbindung 61 mit
diesem verspannt. Diese Verbindung ist starr, solange sie nicht eine bleibende Formänderung
erfährt. Sie hat aber den Vorteil-, daß sie einen kontinuierlichen uebergang zwischen
den Profilen 4, 5 an der Gebirgsseite des Baues gewährleistet, wo der erwähnte Schlauch
eingelegt ist.
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In der Fig. 6 ist eine abgeänderte Ausführungsform der Erfindung im
Überlappungsbereich wiedergegeben. Das in Bezug auf den Streckenraum innenliegende
Profil 70 trägt eine oder mehrere Bohrungen 71 im Profilboden 72. Diesen Bohrungen
:71 entsprechen Bohrungen 73 im Boden 74 des in der Uberlappung dem Gebirge zugekehrten
Profiles -75, das den Schlauch aufnimmt, der bei 76 angedeutet ist. Kopfschraubenbolzen
7-7 mit außenl'iegenden
Muttern ?7werden in die miteinander fluchtenden
Bohrungen 71 und 73 eingeführt und dienen zur Vollendung des Formschlusses.
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Der FormschluS beider Profile wird ferner herbeigeführt durch kegelförmige
Vorsprünge 78 an der Außenseite des Profilbodens, denen jeweils entsprechende Einprägungen
79 auf der gegenüberliegenden Seite des Profilbodens entsprechen. Auf diese Weise
können die Vorsprünge in die Einsprünge im Überlappungsbereich eingelegt werden
und vergrößern den Formschluß.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 dienan dem gleichen Zweck erhabene
Rippen 80, die sowohl auf der Oberseite 81 des Profile flansches 15 angeordnet sein
können. Wenn es sich um Walzprofile handelt, entspricht jeag Rippe 80 eine entsprechende
Einprägung auf der gegenüberliegenden Seite. Die erhabenen Walzrippen 80 können
außerdem auf der Innenseite 31 des Profilbodens 10 angebracht sein, um dort den
Formschluß mit den eingelegten Profilen der Überlappung zu verstärken. Man kann
diese Rippen aber auch über die gesamte Länge der Segmente anbringen und erhält
dann einen zusätzlichen Formschluß der Ausbauprofile mit dem Schlauch.
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In sämtlichen der vorstehend beschriebenen AusfUhrungsformen ist der
neue Ausbau so ausgebildet, daß das Ausbauprofil über seine Flanschen (15, 16) gemessen
in y-Richtung niedriger als in x-Richtung ausgebildet ist, und daß der Durchmesser
des Gewebestützschlauches (18) und/oder der öffnungswinkel der Profil stege (13,
14) bzw. der Profilboden derart aufeinander abgestimmt sind, daß der aufgespannte
Schlauch (18) dem Profil im wesentliche vollfiächig anliegt, und obwohl der Bau
aus den Stahlprofilsegmenten und der gefüllte Gewebestlitzschlauch in zeitlichem
Abstand
eingebracht werden, ergeben sich aus ihrem Zusammenwirken Verbundprofileigenschaften,
welche die Stützkraft dieses so gebildeten Baues erheblich verbessern.
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