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Normal- und Querkraftgelenk für mehrfeldrige Brücken
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Normal- und Querkraftgelenk für
mehrfeldrige Brücken, insbesondere Eisenbahnbrücken, bei denen die durch eine Dehnfuge
voneinander getrennten Träger einer durchlaufenden Fahrbahn mittels Nürnberger Scheren
miteinander verbunden sind, deren Gelenke parallel zu den Dehnfugen angeordnet sind,
wobei die oberen beiden Gelenke fest im Bereich der Dehnfugen in den Trägern angelenkt
sind, wohingegen die beiden unteren Gelenke in senkrecht verlaufenden Ausnehmungen
geführt sind, sowie ein Mittelgelenk vorgesehen ist, welches die in einer zur Dehnfuge
senkrechten Ebene gelegene Schere drehbar in ihrer Mitte verbindet.
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Durch die DE-OS 21 03 415 ist es bekannt, Träger einer Brücke mit
einer angrenzenden Fahrbahn oder einem weiteren separaten Träger der Brücke linear
verschiebbar, durch eine Dehnfuge voneinander getrennt zu verbinden. Als Verbindungsglied
wird eine Nürnberger Schere vorgeschlagen, bei welcher die mittleren Scherenglieder
mit einem oberen Gelenk die Fahrbahnelemente tragen. Die oberen Gelenke der Scherenglieder
sind in den angrenzenden Trägerelementen drehbar angelenkt.
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Die unteren Gelenke sowohl der Scherenendglieder als
auch
der mittleren Scherenglieder sind mit vertikal verlaufenden Langlöchern versehen,
in denen die unteren Gelenke in vertikaler Richtung verschiebbar geführt sind.
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Mit einer solchen Maßnahme ist es möglich, die durch WSrmedehnung
sich verändernde Spaltbreite der Dehnfuge zu überbrücken, wobei die Schere nur die
darüberfahrende Verkehrs last zu tragen hat. Eine Ubertragung von Quer-und Normalkräften
sowie von Biegemomenten, wie sie sich bei durchlaufenden Trägern Uber der Auflagerung
ergeben (StUtzmomente) sind mit einer solchen Einrichtung nicht möglich.
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Denigegenüber liegt der Erfindung die Aurgabe zugrunde, bei mehrfeldrigen
durchlaufenden Trägern eine Verbindung derselben so vorzusehen, daß zum Ausgleich
der Wärmedehnung Längsverschiebung gewährleistet ist, jedoch zugleich die aurtretenden
Stützmomente in voller Höhe übertragbar sind.
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Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß die Scheren als mindestens
zwei schub- und biegesteife Scheiben ausgeführt sind, daß sowohl die beiden oberen
als auch die beiden unteren Gelenke mit je einem der Träger im Bereich einer der
Dehnfugen verbunden sind, und daß die beiden unteren Gelenke so ausgebildet sind,
daß zwischen den Gelenkbolzen und den Scheiben oder den Stegblechen relative Bewegung
in vertikaler Richtung möglich ist.
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Durch die Ausbildung der Scherenglieder als biegesteife und schubsteife
Platten und die Lagerung der unteren
Gelenke in den Trägern ist
es möglich, einen Durchlaufträger in mehrere Sektionen zu unterteilen, um ihm eine
Längsverschiebung zu gestatten, ohne die Vorteile eines durchlaufenden Trägers preiszugeben,
die darin bestehen daß die Tragfähigkeit eines durchlaufenden Trägers um 50 X höher
ist als mehrere über die Stützen verteilte, voneinander unabhängige Einzelträger.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung können den Unteransprüchen
2 bis 4 entnommen werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt.
Es zeigen: Fig. 1 Seitenansicht von zwei Trägern im Bereich der Dehnfuge mit den
Auflagern, Fig. 2 Schnitt II-II durch die oberen Gelenke, Fig. 3 Schnitt III-III
durch ein Mittelgelenk, Fig. 4 Seitenansicht in schematischer Darstellung der Kinematik
der Scheiben mit in den Scheiben befestigten Gelenkbolzen, Fig. 5 schematische Darstellung
des Bewegungsablaufes der Scheiben, wobei die Gelenkbolzen in den Stegblechen fest
verankert sind.
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Fig. 1 zeigt in Seitenansicht die beiden Träger 1, 2, welche durch
eine Dehnfuge 3 voneinander getrennt sind.
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Beide Träger 1, 2 stützen sich mittels Auflagern 4, 5 auf einem Stützpfeiler
6 ab, wobei mindestens eines der beiden Auflager als verschiebbares Loslager ausgeführt
ist. Um die beiden Träger 1, 2 zu verbinden, ist eine Schere 7 (Nürnberger Schere")
vorgesehen. Die Schere 7
besteht aus zwei oberen Gelenken 8 und
zwei unteren Gelenken 9 sowie einem Mittelgelenk 10 und mindestens zwei biege- und
schubfesten Scheiben 11, 12, welche die Gelenke 8 bis 10 verbinden. Die beiden oberen
Gelenke 8 sind aus Gelenkbolzen 13 gebildet, welche ihrerseits in Stegblechen 17
befestigt sind. Die schubsteifen Scheiben 11, 12 sind um die Gelenkbolzen 13 drehbar
und sind überdies gemeinsam um einen zentral angeordneten Gelenkbolzen t5 drehbar.
Dadurch, daß beide Gelenkbolzen 13 und 14 in den Trägern gelagert sind, ist es möglich,
ohne die tibertragung von Normal- und Querkräften die über den Etützpfeilern 6 auftretenden
Momente (Stützmomente) zu übertragen, ohne die Verschiebbarkeit in Richtung der
Träger zu behindern. Um die Verschlebbarkeit zu ermöglichen, sind die beiden unteren
Gelenke 9 als Ausnehmungen 19 gestaltet, welche zur Vereinfachung auf halbkreisförmige,
von der Teilfuge 3 abgewandte Aussparungen 16 reduziert sind, an welche sich kurze
Geradenstücke 20 anschließen. Diese Ausführung ist möglich, da die Gelenke 9 stets
nur auf Druck beansprucht sind. Die von der Aussparung 16 umfaßten Gelenkbolzen
14 sind durch diese Maßnahme in der Lage, bei Verschiebung der Träger 1, 2 geringfügige
Verschiebungen relativ zu den Scheiben 11, 12 auszuführen. Verformungen, wie sie
sich bei Durchbiegung der Träger 1, 2 unter der Verkehrslast ergeben, werden jedoch
behindert, so daß sich über dem StUtzpfeiler 6 durch Verformungsbehinde rung die
vollen Stützmomente ausbilden, was zu einer wesentlichen Erhöhung der Tragfähigkeit
beiträgt. Diese Konstruktion verbindet die hohe Tragfähigkeit eines Durchlauf trägers
mit der vorteilhaften Längsverschieblichkeit einer in Einzelträger unterteilten
Konstruktion.
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Fig. 2 stellt einen Schnitt II-II in Fig. 1 durch die oberen Gelenke
8 und deren Gelenkbolzen 13 dar. Aus
Gründen der Symmetrie werden
zu beiden Seiten eines Stegbleches 17 mindestens zwei Scheiben 11, 12 angeordnet,
um zusätzliche Biegemomente in den an sich hoch beanspruchten Scheiben zu vermeiden.
Die Gelenkbolzen 13, welche die Stegbleche 17 in unmittelbarer Umgebung einer Dehnfuge
3 durchdringen, sind im wesentlichen auf Schubspannung durch Scherkräfte beansprucht.
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Sie erlauben geringe Drehbewegungen bei Längsverschiebung der Träger
1, 2 zueinander.
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Einen Schnitt III-III durch den Gelenkbolzen 15 des Mittelgelenkes
10 zeigt Fig. 3. Zur Durchführung des Gelenkbolzens 15 weisen die Stegbleche 17
Ausnehmungen auf, diese sind in Fig. 1 als gestrichelte Linie angedeutet. Zur Verringerung
der Lochleibungsspannungen sind die Stegbleche 17 im Bereich der Dehnfuge 3 zur
Durchführung der Gelenkbolzen 8, 9 verstärkt. Das Mittelgelenk 10 erlaubt Drehbewegungen
der Scheiben 11, 12 zueinander bei Längsverschiebung der Träger 1, 2.
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Fig. 4 gibt eine schematische Darstellung der Kinematik der Scheiben
(hier vereinfacht als Hebel dargestellt) wieder. Die Scheiben 11, 12 sind um das
Mittelgelenk 10 sowie um die oberen Gelenke 8 drehbar. Die unteren Gelenke 9 werden
aus den in den Scheiben 11, 12 fest verankerten Gelenkbolzen 14 gebildet, welche
in Langlöchern 18 der Stegbleche 17 gleitend geführt sind. Bewegen sich die Träger
1, 2 durch Wärmedehnung od. dgl. relativ zueinander, so verändern die Scheiben ihren
Drehwinkel und die Gelenke 9 verschieben sich vertikal. Die Längsverschiebung wird
also nicht behindert. Wird nun aber auf die Träger 1, 2 eine Verkehrslast aufgebracht,
so erfolgt eine Durchbiegung derselben und eine Verdrehung der Trägerenden. Diese
Verdrehung wird aber verhindert, indem sich die unteren Gelenke 9 über ihre Gelenkbolzen
14 seitlich in den Stegblechen 17 abstützen, d.h. eine Drehung
der
Scheiben 11, 12 um das Mittelgelenk 10 wird verhindert.
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Durch die Behinderung der Verdrehung wird erreicht, daß sich ebenso
wie in einem durchlaufenden Träger StUtzmomente ausbilden, welche die Tragfähigkeit
der Konstruktion gegenüber Einzelträgern beträchtlich erhöhen. Die in Fig. 4 als
Langlöcher 18 dargestellte Führung für die Gelenkbolzen 14 kann auch, wie in Fig.
1 zu sehen ist, als annähernd halbkreisfdrmige Aussparung 16 gestaltet sein, da
in der Praxis die Gelenke 9 stets auf Druck beansprucht sind.
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Fig. 5 gibt die Kinematik bei Längsverschiebung der Träger 1, 2 wieder,
wobei die Scheiben 11, 12 in ihren Positionen a vor und b nach der Längsverschiebung
der Träger 1, 2 gezeichnet sind. Alternativ zur Ausführung nach Fig. 4 sind die
unteren Gelenke 9 derart ausgebildet, daß die Gelenkbolzen 14 fest in den Stegblechen
17 verankert sind, wohingegen Ausnehmungen 19 in den Scheiben 11, 12 vorgesehen
sind, wobei diese Ausnehmungen halbkreisförmig entsprechend der Bewegung der Gelenkbolzen
14 bei horizontaler Verschiebung der Träger 1, 2 zueinander gestaltet sind. Gegenüber
der Ausführung nach Fig. 4 beinhaltet diese Lösung den Vorteil, daß die an sich
hoch beanspruchten Stegbleche 17 nicht durch die Langlöcher 18 geschwächt werden.
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