DE4039335C2

DE4039335C2 - Rolled profile for composite beams

Info

Publication number: DE4039335C2
Application number: DE19904039335
Authority: DE
Inventors: Gernot Wolperding
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-12-10
Filing date: 1990-12-10
Publication date: 2000-02-17
Anticipated expiration: 2010-12-11
Also published as: DE4039335C3; DE4039335A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Doppel-T-Träger, vorzugsweise auf Walzprofile mit doppel-T-förmigem Querschnitt, wie sie beispielsweise als Verbundträger und als Verbundstützen mit Kammerbeton verwendet werden, mit zwei Flanschen und einem Steg.The present invention relates to double-T beams, preferably to Rolled profiles with a double-T-shaped cross-section, such as as Composite beams and used as composite columns with chamber concrete, with two flanges and a web.

Derartige Doppel-T-Träger sind seit langem aus dem Stahlbau und auch aus der Verbundbauweise, bei welcher Stahl und Beton fest miteinander verbunden werden, bekannt. Dabei gibt es unterschiedliche Profilformen, z. B. Breitflansch träger oder mittelbreite Träger, sogenannte Europaträger, die sich im wesentlichen durch das Verhältnis von Flanschbreite zu Flanschabstand, d. h. Steghöhe, unterscheiden. Auch Profile mit unterschiedlichen Flanschbreiten sind bekannt. Derartige Doppel-T-Träger werden zumeist als Walzprofile aus im Stranggußver fahren hergestellten Blöcken gefertigt. Dabei wird zunächst in einem Gerüst mit fest eingestellten Kalibern ein vorgeblocktes Profil hergestellt, welches bereits ein Doppel-T-Profil aufweist, wobei jedoch die Doppel-T-Form nur ansatzweise vorhanden ist und Flansche und Stege im Verhältnis zu ihrer Breite noch relativ dick sind.Such double-T beams have long been from steel construction and from Composite construction, in which steel and concrete are firmly connected become known. There are different profile shapes, e.g. B. Wide flange carriers or medium-wide carriers, so-called European carriers, which are essentially by the ratio of flange width to flange distance, d. H. Web height, differentiate. Profiles with different flange widths are also known. Such double-T beams are mostly used as rolled sections in the continuous casting drive manufactured blocks manufactured. It is initially carried in a scaffold fixed calibers produced a pre-blocked profile, which is already a Has double-T profile, but the double-T shape only partially is present and flanges and webs are still relative to their width are fat.

Es versteht sich, daß entsprechend dem Einsatzzweck derartiger Doppel-T-Träger das Profil möglichst in der Weise hergestellt wird, daß man eine maximale Biegesteifigkeit und eine maximale Biegetragfähigkeit bei möglichst geringem Materialeinsatz erhält. Dies ist am besten bei Betrachtung eines konkreten Beispiels zu erläutern. Liegt ein Doppel-T-Träger mit seinen beiden Enden auf zwei beabstandeten Auflagern auf und wird er im Raum dazwischen belastet, so wird er je nach der Größe der Last sich mehr oder weniger durchbiegen. Dabei wird der obere Flansch auf Druck, der untere Flansch auf Zug belastet. Die sogenannte Nullinie, d. h. eine gedachte Linie, entlang welcher das Material des Doppel-T- Trägers weder auf Druck noch auf Zug belastet wird, verläuft bei einem symmetrischen Doppel-T-Träger genau in der Mitte des Steges. Der Steg selbst wird daher in der Nähe der Nullinie nur wenig und erst in unmittelbarer Nähe der Flansche annähernd so wie die Flansche belastet. It is understood that according to the purpose of such double-T beams the profile is made as possible in such a way that a maximum Bending rigidity and maximum bending load capacity with the lowest possible Receives material input. This is best when looking at a specific example to explain. Is a double T-beam with its two ends on two spaced supports and if he is loaded in the space in between, so depending on the size of the load, it will bend more or less. Doing so the upper flange under pressure, the lower flange under tension. The so-called Zero line, d. H. an imaginary line along which the material of the double-T Carrier is not subjected to pressure or tension, runs with one symmetrical double-T beam exactly in the middle of the web. The dock itself is therefore only a little near the zero line and only in the immediate vicinity the flanges are loaded almost like the flanges.

Im wesentlichen hat also der Steg nur die Funktion, die beiden Flansche miteinander zu verbinden und im gewünschten Abstand zu halten, wobei lediglich sichergestellt sein muß, daß der Steg sich nicht ausbeult oder sonstwie verformt. Im Ergebnis hat dies dazu geführt, daß derartige Doppel-T-Träger ein Verhältnis der Stegdicke zur Flanschdicke im Bereich von etwa 0,52 bis 0,66 aufweisen. Man spart also nach Möglichkeit im Stegbereich Material zugunsten des Flansch bereiches ein, da die Druck- und. Zugfestigkeit der Flanschbereiche letztlich die Biegetragfähigkeit und Biegesteifigkeit des Doppel-T-Trägers bestimmen.So essentially the web only has the function, the two flanges to connect with each other and to keep the desired distance, whereby only it must be ensured that the web does not bulge or deform in any other way. As a result, this has resulted in such double T-beams having a ratio the web thickness to the flange thickness in the range of about 0.52 to 0.66. Man So if possible saves material in favor of the flange in the web area area because the printing and. Ultimately the tensile strength of the flange areas Determine the load-bearing capacity and rigidity of the double-T beam.

Diese Standards haben sich auch für die Verbundbauweise durchgesetzt. Es werden also auch in der Verbundbauweise, bei welcher Bauelemente aus Stahl fest mit Beton verbunden werden, derartige Träger mit maximaler Biegesteifigkeit und Biegetragfähigkeit eingesetzt. Im Falle der Doppel-T-Träger sind hierzu beispiels weise sogenannte Kopfbolzen oder Kopfbolzendübel vorgesehen, die sich vom oberen Flansch aus nach oben erstrecken und so eine feste Verbindung des oberen Flansches mit dem darauf gegossenen und ausgehärteten Deckenbeton sicher stellen. Bei der Verwendung von Doppel-T-Trägern als Stützen werden die zwischen den Flanschen gebildeten Hohlräume mit sogenanntem Kammerbeton ausgegossen, wobei ebenfalls entsprechende Kopfbolzendübel, die dann vorzugs weise am Steg angebracht sind, die Verbindung zwischen Beton und Stahlträger sicherstellen.These standards have also become established for composite construction. It are also solid in the composite construction, in which structural elements made of steel be connected with concrete, such beams with maximum bending rigidity and Bending load capacity used. In the case of double-T beams, this is an example wise so-called head bolts or dowel bolts are provided, which differ from the extend the upper flange from up and so a firm connection of the upper Flange with the cast and hardened concrete on it put. When using double-T beams as supports, the Cavities formed between the flanges with so-called chamber concrete poured out, also corresponding head pin dowels, which are then preferred are attached to the bridge, the connection between the concrete and the steel girder to ensure.

Dabei zielt die Verbundbauweise bei der Konstruktion und Anordnung der einzelnen Bauelemente grundsätzlich darauf ab, daß der Verbundbeton auf Druck und der Stahl, hier konkret der Doppel-T-Träger, auf Zug belastet wird. Für einen Doppel-T-Träger mit auf dem oberen Flansch angeordnetem Deckenbeton sind die entsprechenden Spannungsverhältnisse in Fig. 1b dargestellt. Im statischen Gleichgewicht ist die insgesamt auftretende Druckkraft gleich der insgesamt auftretenden Zugkraft, wobei jedoch die Spannungen in dem höher belastbaren Stahl wesentlich höher sind als im Beton, da sich die entsprechenden Kräfte im Beton auf eine wesentlich größere Querschnittsfläche verteilen.The aim of the composite construction in the construction and arrangement of the individual components is to ensure that the composite concrete is subjected to pressure and the steel, here specifically the double-T beam, is subjected to tension. The corresponding stress relationships for a double-T beam with ceiling concrete arranged on the upper flange are shown in FIG. 1b. In the static equilibrium, the total compressive force that occurs is equal to the total tensile force that occurs, although the stresses in the more resilient steel are considerably higher than in the concrete, since the corresponding forces in the concrete are distributed over a substantially larger cross-sectional area.

Derartige Verbundelemente werden entsprechend den einschlägigen Vorschriften so berechnet, daß sie über ihre Nennlast, für die sie berechnet sind, hinaus eine Sicherheitsreserve von etwa 70% haben. Das heißt, die tatsächliche Belastung darf bis zu 70% höher liegen als die Nennbelastung, bevor die tragenden Verbund elemente in mehr oder weniger irreversibler Weise nachgeben.Such composite elements are in accordance with the relevant regulations calculated so that, in addition to the nominal load for which they are calculated, one Have a safety reserve of around 70%. That means the actual burden may are up to 70% higher than the nominal load before the load-bearing composite yield elements in a more or less irreversible manner.

Das Nachgeben geschieht bei einer derartigen Überlast in der Weise, daß die einzelnen Bestandteile des Verbundträgers zu fließen beginnen. Dabei sind bei einem optimierten Verbundträger die Beton- und Stahlquerschnitte und -qualitäten derart aufeinander abgestimmt, daß sowohl die Stahlelemente als auch der Beton bei derselben Überlast in den sogenannten "vollplastischen Traglast Zustand" übergehen. Auch in diesem Zustand ist bei statischer Belastung die Summe der auftretenden Druckkräfte gleich der Summe der auftretenden Zugkräfte. Das Spannungsdiagramm ist jedoch, wie in Bild 1c dargestellt, nunmehr in der Weise geändert, daß über den gesamten Stahlquerschnitt die maximal statisch mögliche Zugspannung wirkt während entsprechend im wesentlichen über den gesamten Betonquerschnitt die maximal mögliche Druckspannung wirkt. Wie bereits erwähnt, soll dieser Zustand frühestens bei 70%-iger Überlast, d. h. bei dem 1,7- fachen der Nennlast, auftreten.Given such an overload, the yielding occurs in such a way that the individual components of the composite carrier begin to flow. In the case of an optimized composite girder, the concrete and steel cross-sections and qualities are matched to one another in such a way that both the steel elements and the concrete change into the so-called "fully plastic load-bearing condition" with the same overload. In this state, too, the sum of the compressive forces that occur is the same as the sum of the tensile forces that occur. However, as shown in Figure 1c, the stress diagram has now been changed in such a way that the maximum statically possible tensile stress acts across the entire steel cross-section, while the maximum possible compressive stress acts accordingly over the entire concrete cross-section. As already mentioned, this condition should occur at the earliest at 70% overload, ie at 1.7 times the nominal load.

Daneben müssen derartige Verbundbauelemente auch je nach Einsatzzweck unterschiedliche Brandschutzkriterien erfüllen. Hierzu werden die Konstruktionen in sogenannte Feuerwiderstandsklassen F30, F60, F90 und F120 eingeteilt. Hierbei gibt die Zahl der vorgenannten Klassen jeweils die Zeit in Minuten an, die ein entsprechender Verbundträger bei Nennbelastung der Wärmebelastung eines (standadisierten) Brandes standhalten muß, bevor das Element irreversibel nachgibt.In addition, composite components of this type also have to be used depending on the intended use meet different fire protection criteria. For this, the constructions divided into so-called fire resistance classes F30, F60, F90 and F120. Here the number of the aforementioned classes indicates the time in minutes, the one Corresponding composite girder with a thermal load of one (standardized) fire must withstand before the element becomes irreversible yields.

Um entsprechende Feuersicherheitsbestimmungen erfüllen zu können, sind die Doppel-T-Träger ebenfalls mit Kammerbeton gefüllt. Im Brandfall wird also zumindest anfangs nur der untere, freiliegende Flansch des Doppel-T-Trägers wärmebelastet. Mit zunehmender Erhitzung nimmt die Zugfestigkeit des Stahles allmählich ab, so daß der Doppel-T-Träger nach einer gewissen Zeit der Hitzeeinwirkung der bei Nennbelastung auftretenden Zugbelastung nicht mehr standhalten kann. In order to be able to meet the relevant fire safety regulations, the Double-T beams also filled with chamber concrete. So in the event of a fire at least initially only the lower, exposed flange of the double-T beam heat loaded. The tensile strength of the steel decreases with increasing heating gradually, so that the double-T beam after a certain time the Heat of the tensile load occurring at nominal load no longer can withstand.

Es versteht sich, daß dabei dem unteren Flansch des Doppel-T-Trägers, in welchem standardmäßig ein erheblicher Teil der Masse des Trägers konzentriert ist, eine wesentliche Bedeutung zukommt. Im Ergebnis führt dies dazu, daß es, beispielsweise für die Einordnung in die Feuerwiderstandsklasse F90, notwendig ist, den Doppel-T-Träger wesentlich größer zu dimensionieren, als dies für die Einhaltung der sonstigen Sicherheitsbestimmungen bei Normaltemperatur (Erreichen des vollplastischen Moments erst bei 70%-iger Überlast) erforderlich wäre. Für die Einordnung in die entsprechenden Feuerwiderstandsklassen werden also Träger verwendet, die einen größeren Querschnitt und damit im allgemeinen auch größere äußere Abmessungen haben, was den Bau entsprechend verteuert.It is understood that the bottom flange of the double-T beam, in which standard a significant part of the mass of the carrier is concentrated, is of essential importance. As a result, it leads to it being classified, for example, in the Fire resistance class F90, is necessary to make the double-T beam much larger dimension than this for compliance with other safety regulations Normal temperature (reaching the fully plastic moment only with 70% overload) would be required. For the classification in the corresponding fire resistance classes Carrier used, which has a larger cross section and thus generally larger outer Have dimensions, which makes the construction more expensive.

Die DE 28 29 864 zeigt einen Verbundträger für Stützen, Unterzüge und Deckenträger mit einem Steg/Flanschdickenverhältnis von 1.DE 28 29 864 shows a composite beam for supports, beams and ceiling beams with one Web / flange thickness ratio of 1.

Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Doppel-T- Träger zu schaffen, der einerseits in materialsparender Weise hergestellt werden kann und dabei gleichzeitig bei Verbundbauweise sowohl die Sicherheitsanforderungen hinsichtlich etwaiger Überlasten als auch verschärfte Brandschutzbestimmungen erfüllt, ohne daß hierzu eine Überdimensionierung des Doppel-T-Trägers erforderlich ist.Against this background, the object of the present invention is to develop a double T To create carriers that can be produced in a material-saving manner on the one hand and thereby at the same time, with composite construction, both the safety requirements with regard to any Overloads as well as tightened fire protection regulations are fulfilled without this Oversizing the double-T beam is required.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Verhältnis von Stegdicke zu Flanschdicke des Doppel-T-Trägers zwischen 1,1 und 1,8 beträgt. Im Brandfall kommt damit dem unteren Flansch, welcher gegebenenfalls direkt den Brandflammen ausgesetzt ist und damit seine Zugfestigkeit fast vollständig verliert, eine wesentlich geringere Bedeutung zu, da ein Großteil der Zuglast nunmehr vom Steg aufgenommen wird, der durch Kammerbeton wesentlich besser vor äußerer Hitzeeinwirkung geschützt ist.This object is achieved in that the ratio of web thickness to flange thickness of the Double T-beam is between 1.1 and 1.8. In the event of a fire, the lower flange which may be directly exposed to the fire flames and almost its tensile strength completely loses a much lesser importance because much of the train load is now is taken up by the bridge, which is much better in front of the outside thanks to chamber concrete Heat is protected.

Überraschenderweise wirkt sich diese Querschnittveränderung des Doppel-T-Trägers bei gleichem Materialeinsatz, d. h. bei gleichem Gesamtquerschnitt des Doppel-T-Trägers auch nicht nachteilig auf die Tragfähigkeit des Verbundträgers bei Normaltemperatur aus. Während die Praxis der Verbundbauweise bisher so aussah, daß man glaubte, eine maximale Tragfähigkeit nur dadurch erzielen zu können, daß man Stahlträger mit einer für sich gesehen maximalen Biegesteifigkeit und Biegetragfähigkeit verwendete und mit Beton in der beschriebenen Weise kombinierte, so hat sich herausgestellt, daß auch andere Trägerquerschnitte jedenfalls im Verbund die gleiche Wirkung zu erzielen vermögen, selbst wenn ihre Eigensteifigkeit und -tragfähigkeit geringer ist als die eines hierfür im Querschnitt optimierten Doppel-T-Trägers. Dies läßt sich daraus erklären, daß gemäß Fig. 1c im Zustand der maximalen Überlast ohnehin der gesamte Trägerquerschnitt maximal auf Zug belastet ist, so daß es nicht darauf ankommt, an welchem Punkt im Querschnitt des Trägers die Zugbelastung aufgenommen wird. Der Steg trägt insofern zur Zugbelastbarkeit des Gesamtträgers entsprechend seinem Querschnitt ebenso bei, wie die Flansche. Da nun aber ein größerer Teil der Trägermasse im Steg konzentriert ist als bei den üblicherweise verwendeten Trägerquerschnitten und da dieser Bereich gleichzeitig besser vor Hitzeeinwirkung geschützt ist, haben die erfindungsgemäßen Träger in Verbundbauweise im Brandfall eine höhere Tragfähigkeit als die bisher üblicherweise verwendeten Elemente. Der Gesamtquer schnitt des Doppel-T-Trägers und damit auch der Gesamtmaterialeinsatz brauchen bei Normaltemperatur jedoch nicht verändert zu werden, da im Falle der maximalen Zugbelastung die entsprechenden Zugkräfte vom gesamten Trägerquer schnitt aufgenommen werden.Surprisingly, this change in cross-section of the double-T beam with the same use of material, ie with the same overall cross-section of the double-T beam, does not have a disadvantageous effect on the load-bearing capacity of the composite beam at normal temperature. While the practice of composite construction was previously such that it was believed that maximum load-bearing capacity could only be achieved by using steel girders with maximum bending stiffness and bending load-bearing capacity per se and combining it with concrete in the manner described, it has been found that other beam cross-sections can in any case achieve the same effect in the composite, even if their inherent rigidity and load-bearing capacity are lower than that of a double-T beam optimized for this in cross-section. This can be explained from the fact that, according to FIG. 1c, in the state of maximum overload, the entire cross-section of the girder is subjected to a maximum of tension, so that it does not matter at which point in the cross-section of the girder the tensile load is absorbed. In this respect, the web contributes to the tensile strength of the overall beam in accordance with its cross-section, as does the flange. However, since a larger part of the carrier mass is concentrated in the web than in the carrier cross-sections commonly used and since this area is also better protected from the effects of heat, the composite beams according to the invention have a higher load-bearing capacity in the event of fire than the elements conventionally used hitherto. The overall cross-section of the double-T beam and therefore also the total material use do not need to be changed at normal temperature, since in the event of the maximum tensile load, the corresponding tensile forces are absorbed by the entire beam cross-section.

Die erfindungsgemäße Querschnittsgestaltung hat zusätzlich einen weiteren Vorteil, der die Herstellung derartiger Walzprofile betrifft. Bei der Herstellung der bekannten Doppel-T-Profile lag ein Problem darin, daß der im Vergleich zu den Flanschen wesentlich dünnere Steg nach dem Walzvorgang entsprechend rascher abkühlte und sich schneller verfestigte als die Flansche. Entsprechend der Temperaturabnahme des Steges zieht sich dieser jedoch in Längsrichtung zusammen, wobei die Flansche, die wegen ihrer höheren Temperatur auch leichter verformbar sind, diese Schrumpfung mitmachen. Beim weiteren Abkühlen der Flansche ziehen diese sich ihrerseits weiter zusammen, wobei nun jedoch der inzwischen verfestigte Steg der weiteren Schrumpfung in Längsrichtung einen erheblichen Widerstand entgegensetzt. Dies führt zu unerwünschten Eigen spannungen in den Flanschen und im Steg und bewirkt damit auch eine inhomogene Bildung des inneren Kristallaufbaues des Doppel-T-Trägers.The cross-sectional design according to the invention has an additional advantage, which relates to the production of such rolled sections. When producing the known double-T profiles was a problem in that compared to the Flanges of much thinner bars are correspondingly faster after the rolling process cooled and solidified faster than the flanges. According to the Decrease in temperature of the web, however, extends in the longitudinal direction together, the flanges being lighter because of their higher temperature are deformable, undergo this shrinkage. When the Flanges in turn contract further, but now the meanwhile the web of further shrinkage in the longitudinal direction solidified one opposed considerable resistance. This leads to undesirable properties tensions in the flanges and in the web and thus also causes a inhomogeneous formation of the internal crystal structure of the double-T support.

Durch die größere Stegdicke im Verhältnis zur Flanschdicke ist bei dem erfindungsgemäßen Träger dieses Problem weitgehend behoben. Due to the larger web thickness in relation to the flange thickness, the Carriers according to the invention largely solved this problem.

Als besonders brauchbar haben sich Verhältnisse der Stegdicke zur Flanschdicke im Bereich von etwa 1,1 bis 1,8 erwiesen. Dabei ist es einleuchtend, daß für die Einhaltung schärferer Brandschutzbestimmungen das Verhältnis von Stegdicke zu Flanschdicke größer gewählt wird als bei geringeren Brandschutzanforderungen. In der Praxis dürfte sich jedoch ein optimierter Wert des Verhältnisses s/t (= Stegdicke/Flanschdicke) im Bereich von 1,1 bis 1,5 als für Anwendungszwecke am besten geeignet herausstellen. Sehr gute Ergebnisse wurden mit einem Verhältnis s/t von 1,3 für die übliche Feuerwiderstandsklasse F90 erzielt.Ratios of the web thickness to the flange thickness have proven to be particularly useful proven in the range of about 1.1 to 1.8. It is obvious that for the Compliance with stricter fire protection regulations the ratio of web thickness to Flange thickness is chosen larger than with lower fire protection requirements. In practice, however, an optimized value of the ratio s / t (= Web thickness / flange thickness) in the range of 1.1 to 1.5 than for application purposes best suited. Very good results were obtained with a Ratio s / t of 1.3 achieved for the usual fire resistance class F90.

Es versteht sich, daß der erfindungsgemäße Doppel-T-Träger für beliebige Einsatzzwecke verwendet werden kann, wobei er jedoch in der Praxis aufgrund seiner geringeren Eigensteifigkeit und Biegetragfähigkeit weniger im reinen Stahlbau, sondern in erster Linie in der angesprochenen Verbundbauweise Verwendung finden dürfte, da entsprechende Verbundelemente gegenüber herkömmlichen Verbundelementen, die mit Doppel-T-Trägern mit herkömmlichem Profil, jedoch gleichem Gesamtquerschnitt hergestellt werden, die gleiche maximale Belastbarkeit haben, gleichzeitig jedoch in höhere Feuerwiderstandsklassen einzuordnen sind. Außerdem wird auch die Herstellung der Doppel-T-Träger dadurch vereinfacht, daß keine aufwendigen Maßnahmen zur gleichmäßigen Abkühlung und damit Spannungsvermeidung erforderlich sind, weil die Träger mit dem erfindungsgemäßen Querschnitt im Flansch und Stegbereich relativ gleichmäßig abkühlen.It is understood that the double T-beam according to the invention for any Purpose can be used, however, due to its in practice its lower inherent rigidity and bending capacity less in the pure Steel construction, but primarily in the aforementioned composite construction Should be used, since corresponding composite elements conventional composite elements with double-T beams with conventional Profile, but the same overall cross-section are produced, the same maximum Have resilience, but at the same time in higher fire resistance classes are classified. In addition, the manufacture of double-T beams simplified by the fact that no complex measures for uniform Cooling and thus avoiding tension are necessary because of the carrier with the cross-section according to the invention in the flange and web area relative cool evenly.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und der dazugehörigen Figuren. Es zeigen:Further advantages, features and possible uses of the present Invention will become apparent from the following description of a preferred Embodiment and the associated figures. Show it:

Fig. 1a den Querschnitt eines Stahlträgers in Verbundbauweise mit einem Deckenboden aus Beton, Fig. 1a the cross-section of a steel beam in composite construction with a top cover made of concrete,

Fig. 1b ein dem Verbundträger in Fig. 1a entsprechendes Spannungs diagramm, Fig. 1B is a diagram of the composite beam in Fig. 1a corresponding voltage,

Fig. 1c das zugehörige Spannungsdiagramm im vollplastischen Traglastzu stand, Fig. 1c the corresponding voltage diagram in the fully plastic Traglastzu stand,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Verbundträgerquerschnitts im Brandfall und Fig. 2 is a schematic representation of a composite beam cross-section in the event of fire and

Fig. 3 den erfindungsgemäßen Trägerquerschnitt mit Kammerbetonfüllung. Fig. 3 shows the beam cross section according to the invention with chamber concrete filling.

Fig. 1a zeigt im Querschnitt einen herkömmlichen Stahlträger 1, welcher aus zwei Flanschen 3 besteht, die über einen Steg 2 miteinander verbunden sind. Das Verhältnis der Stegdicke s zur Flanschdicke t liegt typischerweise im Bereich von etwa 0,5 bis 0,7. Fig. 1a shows in cross section a conventional steel beam 1 , which consists of two flanges 3 , which are connected to each other via a web 2 . The ratio of the web thickness s to the flange thickness t is typically in the range from about 0.5 to 0.7.

Kopfbolzendübel 5 sind an dem oberen Flansch 3 fest angebracht, z. B. ange schweißt, und erstrecken sich in eine Betonschicht 4, die mit Hilfe einer entsprechenden Schalung auf der Oberseite des oberen Flansches 3 aufgegossen ist. Nach Aushärtung des Betons bilden die Betonschicht 4 und der Stahlträger 1 einen festen Verbundträger, da der Stahlträger 1 über die Kopfbolzendübel 5 fest und kraftübertragend in der Betonschicht 4 verankert ist.Head bolt dowels 5 are fixedly attached to the upper flange 3 , e.g. B. welded, and extend into a concrete layer 4 , which is poured onto the top of the upper flange 3 with the aid of a suitable formwork. After the concrete has hardened, the concrete layer 4 and the steel girder 1 form a solid composite girder, since the steel girder 1 is anchored firmly and force-transmitting in the concrete layer 4 via the headed bolt dowels 5 .

Fig. 1b zeigt den Spannungsverlauf entlang des vertikalen Schnittes durch den Doppel-T-Träger 1 und die darüberliegende Betonschicht 4. Dabei ist nach links eine Zugspannung σ⁺ aufgetragen, die allgemein mit einem Pluszeichen gekennzeichnet wird, während nach rechts die entsprechende Druckspannung σ^- gezeichnet ist. FIG. 1b shows the voltage waveform along the vertical section through the double-T-carrier 1 and the overlying concrete layer 4. A tensile stress σ ^{+ is} plotted to the left, which is generally marked with a plus sign, while the corresponding compressive stress σ ^{- is} drawn to the right.

Die dargestellte Belastung ergibt sich, wenn beispielsweise die beiden Enden des Trägers 1 auf entsprechenden Auflagern aufliegen und der aus Betonschicht 4 und Doppelträger 1 bestehende Verbundträger zwischen den Auflagern von oben belastet wird. Der Verbundträger biegt sich dabei leicht nach unten durch, wobei, wie man in Fig. 1b deutlich erkennt, der Träger 1 im wesentlichen vollständig unter Zugspannung gerät, während die Betonschicht eine Druckspannung erfährt. Mit 6 ist dabei eine (kraftfreie) Nullinie bezeichnet, die bei derartigen Kon struktionen immer im Bereich des oberen Flansches 3 liegt. Im Idealfall befindet sich die Nullinie 6 exakt in der Grenzschicht zwischen Betonschicht 4 und oberem Flansch 3. In dem vorliegend gezeichneten Beispiel gerät jedoch auch noch eine dünne Schicht des oberen Flansches 3 unter Druckspannung.The load represented arises when for example the two ends of the beam 1 rest on corresponding supports and is charged to the existing concrete layer 4 and the double support 1 composite beam between the supports from above. The composite girder bends slightly downwards, whereby, as can be clearly seen in FIG. 1b, the girder 1 is essentially completely under tensile stress while the concrete layer is subjected to compressive stress. With 6 , a (force-free) zero line is designated, which is always in the area of the upper flange 3 with such constructions. Ideally, the zero line 6 is located exactly in the boundary layer between the concrete layer 4 and the upper flange 3 . In the example shown here, however, a thin layer of the upper flange 3 also comes under compressive stress.

Die unterschiedliche Steigung der Spannungskurve im Bereich des Stahlträgers 1 und der Betonschicht 4 in Fig. 1b ist auf die unterschiedlichen Materialeigen schaften zurückzuführen, wobei diese Unterschiede jedoch hier nicht quantitativ, sondern nur schematisch wiedergegeben sind. Tatsächlich ist die Druckspannung im Beton im Verhältnis zur Zugspannung im Stahlträger noch kleiner als dargestellt. Dennoch ist die insgesamt wirkende Druckkraft vom Betrag her gleich der insgesamt wirkenden Zugkraft, da der Verbundträger insgesamt nicht bewegt wird. Dies ist mit dem dargestellten Spannungsdiagramm insofern in Einklang zu bringen, als die Druckspannung im Beton über eine wesentlich größere Quer schnittsfläche wirkt als die Zugspannung im Stahl, so daß die über die vorhande nen Querschnittsflächen integrierten Spannungen genau den Ausgleich von Druck- und Zugkraft ergeben.The different slope of the stress curve in the area of the steel beam 1 and the concrete layer 4 in Fig. 1b is due to the different material properties, but these differences are not shown here quantitatively, but only schematically. In fact, the compressive stress in the concrete in relation to the tensile stress in the steel girder is even smaller than shown. Nevertheless, the total pressure force is the same as the total force, since the composite beam is not moved as a whole. This can be reconciled with the stress diagram shown in that the compressive stress in the concrete acts over a much larger cross-sectional area than the tensile stress in the steel, so that the stresses integrated over the existing cross-sectional areas result in the equalization of compressive and tensile forces.

Fig. 1c ist ebenfalls ein Spannungsdiagramm für den gleichen Querschnitt, in welchem der sogenannte "vollplastische Traglastzustand" dargestellt ist. Dies bedeutet, daß im Stahl die Zugspannung σ⁺ den Wert erreicht hat, bei dem das Material zu fließen beginnt, ebenso wie auch im Beton die Druckspannung σ^- einen Wert erreicht hat, der nicht weiter erhöht werden kann, da der Beton dann mehr oder weniger plastisch nachgibt. Fig. 1c is also a stress diagram for the same cross section, in which the so-called "fully plastic load condition" is shown. This means that in steel the tensile stress σ ^{+ has reached} the value at which the material begins to flow, just as in the concrete the compressive stress σ ^- has reached a value that cannot be increased further, since the concrete then increases or yields less plastically.

Außerdem ist in Fig. 1c die Lage der Nullinie 6 als genau im Grenzbereich zwischen oberem Flansch 3 und Betonschicht 4 liegend angenommen worden. Auch bei Fig. 1c handelt es sich selbstverständlich um eine nur schematische Wiedergabe der tatsächlichen Verhältnisse, insbesondere ist der Maßstab ein anderer als in Fig. 1b. Der Übergang von Fig. 1b nach Fig. 1c ergibt sich beispielsweise durch sukzessive Erhöhung der Spannung, wobei zunächst der untere Flansch den maximal möglichen Spannungswert aufnimmt, bei dem das Fließen des Materials beginnt. Die Spannung nimmt dann im unteren Flansch nicht weiter zu, sondern der Flansch beginnt sich stärker zu dehnen, woraufhin sukzessive auch die oberen Bereiche von den wachsenden Spannungswerten erfaßt werden. Das gleiche gilt umgekehrt für die Druckspannung im Beton, so daß sich schließlich der in Fig. 1c dargestellte idealisierte Verlauf der Spannungskurve ergibt. Da die Spannung nunmehr über den gesamten Querschnitt konstant ist, kann für diesen Zustand die Biegesteifigkeit und damit auch die gesamte Biegetragfähigkeit des Verbundsystems leicht errechnet werden. Hierzu braucht man lediglich anzunehmen, daß die Zugkraft insgesamt im Schwerpunkt des (symmetrischen) Doppel-T-Trägers angreift, während die Druckkraft im darüber liegenden Schwerpunkt bzw. in der Mittelebene der Betonschicht angreift. Das maximal tragbare Biegemoment ist dann lediglich das Produkt aus Zugkraft und dem Abstand a des Schwerpunktes P des Doppel-T-Trägers 1 zur Mittelebene der Betonschicht 4.In addition, the position of the zero line 6 in FIG. 1 c has been assumed to be exactly in the border area between the upper flange 3 and the concrete layer 4 . Also in Fig. 1c is of course only a schematic representation of the actual conditions, particularly the scale is different in Fig. 1b. The transition from FIG. 1b to FIG. 1c results, for example, from a gradual increase in the tension, the lower flange initially taking up the maximum possible tension value at which the material begins to flow. The tension then no longer increases in the lower flange, but the flange begins to expand more, whereupon the upper areas are also gradually covered by the increasing tension values. The same applies in reverse for the compressive stress in the concrete, so that the idealized course of the stress curve shown in FIG. 1c finally results. Since the stress is now constant over the entire cross-section, the bending stiffness and thus also the entire bending load-bearing capacity of the composite system can be easily calculated for this state. All you have to do is assume that the tensile force acts as a whole in the center of gravity of the (symmetrical) T-beam, while the compressive force acts in the center of gravity above or in the central plane of the concrete layer. The maximum acceptable bending moment is then only the product of the tensile force and the distance a from the center of gravity P of the double-T beam 1 to the central plane of the concrete layer 4 .

Wie man aus Fig. 1c erkennt, geht die genaue Querschnittform des Doppel-T- Trägers in diese Überlegungen nicht ein, so daß sich für den Verbundträger unabhängig von der genauen Form und dem genauen Querschnitt des Doppel- T-Trägers immer dieselbe maximale Biegesteifigkeit und damit auch die maximale Gesamtbelastbarkeit ergibt solange nur die Gesamtquerschnittsfläche des Doppel- T-Trägers 1 (und damit seine gesamte Zugaufnahmefähigkeit) und die Lage seines Schwerpunktes P nicht verändert werden.As can be seen from Fig. 1c, the exact cross-sectional shape of the double-T beam does not go into these considerations, so that regardless of the exact shape and the exact cross-section of the double-T beam, the composite beam always has the same maximum bending stiffness and the maximum total load-bearing capacity thus only results in the total cross-sectional area of the double T-beam 1 (and thus its entire tensile capacity) and the position of its center of gravity P being unchanged.

In Fig. 2 ist nochmals ähnlich wie in Fig. 1a ein Doppel-T-Träger 1 dargestellt, wobei anhand von Fig. 2 die sich im Brandfall durch Erhitzung des Doppel- T-Trägers 1 von unten ergebende Festigkeitsänderung diskutiert werden soll. Hierzu ist der Träger schematisch in mehrere Zonen aufgeteilt worden, von denen die unteren drei mit I, II und III bezeichnet sind. Die Hohlräume des Doppel- T-Trägers 1 zwischen den Flanschen 3 sind mit sogenanntem Kammerbeton 4' ausgefüllt. Im Brandfall wird vor allem der untere Flansch 3 mit Hitze beauf schlagt, so daß für eine prinzipielle Betrachtungsweise angenommen werden kann, daß die Festigkeit in der Zone I nach einer bestimmten Zeit der Hitzeeinwirkung nur noch etwa 5% der Festigkeit im kalten Zustand des Trägers 1 beträgt. Für die Zone II wird angenommen, daß die Festigkeit noch etwa 15% der ursprüng lichen Festigkeit beträgt, während in Zone III noch rund 90% der Zugfestigkeit erhalten sein sollen. Der Kammerbeton 4' verhindert dabei die Erhitzung des oberen Flansches 3 und des oberen Teils des Steges 2. Lediglich die äußersten Kanten des oberen Flansches 3 können noch mehr oder weniger in Mitleidenschaft gezogen werden. Im Belastungsfall, d. h. auch unter Normalbelastung, wird ein erheblicher Teil der auf den Träger 1 wirkenden Zugkraft von dem unteren Flansch 3 des Trägers 1 aufgenommen, wie sich auch aus Fig. 1b ergibt. Dieser Flansch macht auch bereits einen erheblichen Teil der Gesamtquerschnittsfläche des Trägers 1 aus, so daß die drastische Reduzierung der Zugbelastbarkeit in diesem Bereich auch die Gesamtbelastbarkeit des Verbundträgers beträchtlich herabsetzt. Bei grob vereinfachter Betrachtungsweise könnte man den Beitrag des unteren Flansches 3 bei der Aufnahme der auftretenden Zugkräfte vernachlässigen und für den verbleibenden Trägerquerschnitt die volle Zugaufnahmefähigkeit unterstellen. Wie man dann leicht erkennt, ist sowohl die insgesamt durch den Träger 1 aufnehmbare Zugkraft um den Querschnittsanteil des unteren Trägers 3 herabgesetzt und außerdem liegt auch der Schwerpunkt des verbeibenden Trägerquerschnittes, d. h. des oberen Flansches 3 und des Steges, wesentlich weiter oben, so daß sich für die in Fig. 1c dargestellte Grenzbelastbarkeit nicht nur die maximale Zugkraft F_Z um 30 bis 40% verringert hat, sondern auch noch der Abstand a drastisch verkürzt worden ist, was im Ergebnis zu einem erheblich reduzierten maximalen Biegemoment führt, welches sich ja als Produkt aus F_Z und a ergibt.A double T-beam 1 is shown in FIG. 2 again, similarly to FIG. 1 a , the FIG. 2 being used to discuss the change in strength that results from heating the double T-beam 1 from below in the event of a fire. For this purpose, the carrier has been divided schematically into several zones, the lower three of which are designated I, II and III. The cavities of the double T-beam 1 between the flanges 3 are filled with so-called chamber concrete 4 '. In the event of fire, the lower flange 3 in particular is subjected to heat, so that it can be assumed for a principle view that the strength in zone I after a certain time of exposure to heat is only about 5% of the strength when the carrier 1 is cold is. For zone II it is assumed that the strength is still about 15% of the original strength, while in zone III about 90% of the tensile strength should still be preserved. The chamber concrete 4 'prevents the heating of the upper flange 3 and the upper part of the web 2 . Only the outermost edges of the upper flange 3 can be affected more or less. In the case of loading, that even under normal load, a significant portion of the tensile force acting on the support 1 is taken up by the lower flange 3 of the carrier 1, as is also apparent from Fig. 1b. This flange already makes up a considerable part of the total cross-sectional area of the beam 1 , so that the drastic reduction in the tensile strength in this area also considerably reduces the overall strength of the composite beam. With a roughly simplified view, one could neglect the contribution of the lower flange 3 when absorbing the tensile forces that occur and assume the full tensile capacity for the remaining beam cross section. As can then be easily seen, both the total tensile force that can be absorbed by the carrier 1 is reduced by the cross-sectional portion of the lower carrier 3 and, moreover, the center of gravity of the obstructing carrier cross-section, ie the upper flange 3 and the web, is much higher up, so that for the limit load capacity shown in FIG. 1c, not only has the maximum tensile force F _Z reduced by 30 to 40%, but the distance a has also been drastically shortened, which as a result leads to a considerably reduced maximum bending moment, which is a product from F _Z and a results.

Der erfindungsgemäße Träger 1 ist im Querschnitt in Fig. 3 dargestellt. In dem dargestellten Beispiel beträgt das Verhältnis von Stegdicke s zu Flanschdicke t etwa 1,3. Setzt man einen solchen Träger an die Stelle des Stahlträgers 1 in Fig. 1a, so ergibt sich für die entsprechende Darstellung in der Fig. 1c keinerlei Änderung, d. h. das Verbundsystem hat dieselbe Biegetragfähigkeit entsprechend dem maximal möglichen Biegemoment F_Z × a, wobei der Abstand a unverändert bleibt, da sich die Lage des Schwerpunktes in . dem Träger nicht verändert hat, und F_Z ebenso groß ist, da sich die Gesamtquerschnittsfläche des Trägers 1 nicht verändert hat.The carrier 1 according to the invention is shown in cross section in FIG. 3. In the example shown, the ratio of web thickness s to flange thickness t is approximately 1.3. If one places such a girder in place of the steel girder 1 in Fig. 1a, there is no change for the corresponding representation in Fig. 1c, that is, the composite system has the same bending load capacity corresponding to the maximum possible bending moment F _Z × a, the distance a remains unchanged because the location of the center of gravity changes. has not changed the carrier, and F _{Z is} also large, since the total cross-sectional area of the carrier 1 has not changed.

Stellt man jedoch bei dem in Fig. 3 dargestellten Träger die gleichen Betrachtun gen an, wie im Zusammenhang mit dem in Fig. 2 dargestellten Träger, so wird sofort deutlich, daß ein Nachlassen der Zugfestigkeit des unteren Flansches 3 wesentlich geringere Auswirkungen auf die Gesamtzugfestigkeit des Trägers 1 hat. Zum einen trägt der untere Flansch 3 wegen seines geringeren Querschnittes weniger zur gesamten Zugaufnahmefähigkeit bei, zum anderen wandert bei Vernachlässigung des unteren Flansches 3 der Schwerpunkt der verbleibenden Trägerteile weniger stark nach oben, da ein größerer Teil der Masse im Steg 2 konzentriert ist. However, if one applies the same considerations to the carrier shown in FIG. 3 as in connection with the carrier shown in FIG. 2, it immediately becomes clear that a decrease in the tensile strength of the lower flange 3 has a significantly smaller impact on the overall tensile strength of the Carrier 1 has. On the one hand, the lower flange 3 contributes less to the overall tensile capacity due to its smaller cross-section, and on the other hand, if the lower flange 3 is neglected, the center of gravity of the remaining support parts moves upward less because a larger part of the mass is concentrated in the web 2 .

Das maximal mögliche Biegemoment F_Z × a wird also weniger reduziert, da jeder der beiden Faktoren F_Z und a in geringerem Maße abnimmt, als dies bei herkömmlichen Trägerquerschnitten der Fall ist.The maximum possible bending moment F _Z × a is therefore reduced less, since each of the two factors F _Z and a decrease to a lesser extent than is the case with conventional beam cross sections.

Obwohl also die (Eigen-)Biegesteifigkeit und (Eigen-)Biegetragfähigkeit eines Trägers gemäß der vorliegenden Erfindung etwas geringer sein mag als die herkömmlicher Doppel-T-Träger, ist es mit der vorliegenden Erfindung gelungen, allein durch die Veränderung der Querschnittsform von Doppel-T-Trägern die Tragfähigkeit entsprechender Verbundelemente bzw. deren Maximalbelastbarkeit voll zu erhalten und dabei gleichzeitig eine geringere Empfindlichkeit bei typischen Hitzeeinwirkungen im Brandfall zu erreichen. Die erfindungsgemäßen Doppel-T-Träger können die gleichen Außenabmessungen haben wie typische herkömmliche Träger und ersetzen herkömmliche Träger mit der gleichen Gesamtquerschnittsfläche. Sie sind als normale Verbundträger in der gleichen Weise geeignet und belastbar wie die herkömmlichen Träger, weisen jedoch zusätzliche Vorteile auf, wie z. B. die Eignung für höhere Feuerwiderstandsklassen, wenn die Hohlräume des Trägers mit Kammerbeton gefüllt sind, wobei sie sich außerdem leichter spannungsfrei herstellen lassen, da die Abkühlung im Steg und in den Flanschen gleichmäßiger erfolgt.So although the (inherent) bending stiffness and (inherent) bending load-bearing capacity of one Carrier according to the present invention may be slightly less than that conventional double-T beam, the present invention has succeeded in just by changing the cross-sectional shape of double-T beams Load capacity of corresponding composite elements or their maximum load capacity fully preserved and at the same time a lower sensitivity to achieve typical heat effects in the event of fire. The invention Double-T beams can have the same external dimensions as typical ones conventional carriers and replace conventional carriers with the same Total cross-sectional area. They are in the same as normal composite beams Suitable and resilient as conventional carriers, but have additional benefits such as. B. suitability for higher fire resistance classes, when the cavities of the girder are filled with reinforced concrete, whereby they can also be produced more easily without tension, because the cooling in the web and takes place more evenly in the flanges.

Im übrigen ist für den Fachmann klar, daß das im Einzelfall zu wählende, optimierte s/t-Verhältnis auch von der Flanschbreite abhängen kann. Im Falle eines Doppel-T-Trägers mit verhältnismäßig großer Flanschbreite kann man also ein größeres s/t-Verhältnis wählen als bei im Vergleich zur Steghöhe schmaleren Flanschen.For the rest, it is clear to the person skilled in the art that the individual optimized s / t ratio can also depend on the flange width. In the event of a double-T beam with a relatively large flange width can therefore be used choose a larger s / t ratio than the narrower one compared to the web height Flanges.

Claims

1. Double T-beam, preferably made of rolled steel, with a web ( 2 ) and two flanges ( 3 ), characterized in that the ratio of web thickness (s) to flange thickness (t) of the double-T beam ( 1 ) is between 1.1 and 1.8.

2. Double T-carrier according to claim 1, characterized in that the ratio s / t is between 1.1 and 1.5.

3. Double T-beam according to claim 2, characterized in that the ratio s / t approximately Is 1.3.

4. Composite element for receiving loads, consisting of at least one double T-beam ( 1 ) with a web ( 2 ) and two flanges ( 3 ) and at least one concrete layer firmly connected to the double-T beam ( 1 ) 4 ), which in the ready-to-use state is arranged relative to the double-T girder ( 1 ) in such a way that the concrete layer ( 4 ) is predominantly subjected to pressure and the double-T girder ( 1 ) is predominantly subjected to train, characterized by Ratio of the web thickness (s) to the flange thickness (t) of the double T-beam ( 1 ) according to one of claims 1 to 3.

5. Composite element according to claim 4, characterized in that for the connection of the double T-beam ( 1 ) with the concrete layer ( 4 ) on the top of the upper flange ( 3 ) head bolt dowels ( 5 ) are fixedly attached.

6. Composite component according to claim 4 or 5, characterized in that the between the flanges and the web formed cavities are filled with chamber concrete.

7. Composite element according to claim 6, characterized in that on the web ( 2 ) in the chamber concrete ( 4 ') projecting head bolt dowels are provided.

8. Composite element according to claim 6 or 7, characterized in that the chamber concrete ( 4 ') has an additional reinforcement in the longitudinal direction of the beam ( 1 ).