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In sich vorgespanntes Bauelement, geeignet als Bewehrung Die Erfindung
betrifft ein in sich vorgespanntes Bauelement, das geeignet ist, die gewöhnliche
Bewehrung im Stahlbeton zu ersetzen, und welches aus einer Hülle aus druckfestem
Material und einer im Innern des in diese Hülle eingegossenen Betons befindlichen
Metallbewehrung besteht. Erfindungsgemäß ruft die Bewehrung im Beton und in der
Hülle Druckspannungen hervor, die praktisch gleichförmig verteilt sind. Zu diesem
Zweck können zwei oder mehr als Bewehrung dienende Drähte, teils auch urgespannt,
symmetrisch zur Achse des Bauelements angeordnet sein. Vorteilhaft besteht die Hülle
aus Backsteinen oder aus für sich hergestellten Zementblöcken und sind die Bewehrungsglieder
in Kehlungen der Hüllen angeordnet.
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Bekannt sind bereits balkenartige Betonkörper, welche mittels gespannter
Stahldrähte vorgespannt werden. Die Herstellung dieser Betonkörper erfordert aber
das Vorhandensein einer Schalung. Dieser Nachteil ist bei der Erfindung vermieden,
abgesehen davon, daß bei Verwendung einer Ziegelschale das Gewicht geringer und
die Zugfestigkeit größer ist.
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Die Bauart nach der Erfindung zeichnet sich vor allem dadurch aus,
daß bei ihr die Zugbeanspruchungen von zusammengesetzten, sich in elastis
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Spannungszustand befindliclien Bewehrungen c aufgenommen werden, welche während
der Herstellung wie beim üblichen Stahlbeton mit der die Druckbeanspruchungen aufnehmenden
Masse fest verbunden werden.
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Dieser Spannungszustand kann hauptsächlich auf zwei verschiedene Weisen
erzielt werden, und zwar entweder, wie bei Spannbetonteilen bekannt, durch Vorspannung
der in deinzusammenzupressenden,noch im plastischen oder flüssigen Zustand befindlichen
Baustoff eingebetteten Metallbeweh.i-Ling, die darauffolgend freigegeben wird, sobald
der Baustoff eine genügende Härte und eine derartige Haftfestigkeit erreicht hat,
daß eine einwandfreie Verbindung zwischen Baustoff und Metallbewehrung gesichert
ist, oder dadurch, daß die Metallbewehrung in schlaffem Zustand in einen Quellzementbeton
eingebettet wird, der während der Erhärtung und der darausfolgenden Volumenvergrößerung
die Metallbewehrung mit sich reißt, wobei in dieser eine Zugspannung und dadurch
im Beton eine Druckspannung verursacht wird.
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Der Erfindungsgegenstand wird an Hand der Zeichnung beispielsweise
erläutert, und zwar zeigen Fig. i bis 5 verschiedene Ausführungsformen von zusammengesetzten
erfindungsgemäßen Bauelementen und Fig. 6 bis 12 Beispiele von mit diesen zusammengesetzten
Bauelementen ausgeführten Bauteilen. Das zusammengesetzte als Bewehrung dienende
Bauelement weist drei Glieder (Fig. i) auf, nämlich das Stahlglied Al, die Betonfüllung
Bi und die Hülle Cl, mit welcher die Füllung Bi fest verbunden ist. Diese Außenhülle
Cl kann aus Backstein, Beton oder einem anderen Werkstoff gebildet sein, der imstande
ist, sich wie die beiden obengenannt.en Werkstoffe fest und stabil mit den genannten
Gliedern zu verbinden.
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Es ist zu erkennen, daß die durch die Zugspannung des Gliedes Al verursachte
Druckspannung von der Füllung B1 auch auf die Hülle Cl, mit dem die Füllung selbst
fest verbunden ist, übertragen wird, so daß in der ganzen Anordnung ein elastischer
Spannungszustand herrscht, der nicht gelöst werden kann, ohne daß die einzelnen
Glieder voneinander getrennt werden oder daß wenigstens der Stahl von den beiden
anderen Gliedern getrennt wird.
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Dies ist aber nicht möglich, wenn bei der Herstellung des zusammengesetzten
Bauelements aus der Stahlbetontechnik bekannte Mittel verwendet werden, um das Loslösen
der Bewehrungsglieder aus dem Beton, in dem sie eingebettet sind, zu verhindern.
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Die Erfindung findet größtenteils bei Stahlbeton-oder bewehrten Backsteinbauteilen
Anwendung. Aus diesem Grunde haben die folgenden Erläuterungen besonders den Stahlbeton
und den bewehrten Backstein zum Gegenstand, wobei jedoch das Bausystem nach der
Erfindung gegebenenfalls auch für andere Werkstoffe verwendet werden kann.
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Es ist bekannt, daß bei einem Stahlbetonträger eine ganze Betonzone
(die Zugzone) vorhanden ist, die in keiner Weise am Widerstand teilnimmt und die
deshalb; wenigstens hinsichtlich der Biegewirkung, ein totes Gewicht bildet. Da
die Metallbewehrung sich .nur so weit auszudehnen braucht, als -es die Haftfestigkeit
des Betons zuläßt, kann die Bewehrung nur bis zu einer bestimmten Grenze beansprucht
werden, wie groß ,auch immer ihre Festigkeit ist. Dies schließt die Möglichkeit
einer wirtschaftlichen Verwendung von Metallen mit hoher Elastizitätsgrenze aus.
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Die Anwendung der Spannbetonbauweise ermöglicht die Überwindung dieser
Schwierigkeiten. Tatsächlich kann bei dieser Bauweise der Stahl auch auf unbeschränkt
hohe Spannungen gebracht werden, wobei die .einzigen Grenzen in der Festigkeit des
Stahls und in der Möglichkeit liegen, vermittels Verankerung oder Haftung seine
Zusammenwirkung mit dem vorgespannten Baustoff zu gewährleisten.
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Der Spannbeton erreicht aber eine gänzliche Ausnutzung der Metallbewehrung
nicht, denn die von der Bewehrung auf den Beton übertragene Spannung geht zum Teil
für die Vorpressung von Querschnittszonen verloren, die bei normalen Arbeitsbedingungen
schon gep@reßt werden.
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Der Nachteil der unvollständigen Ausnutzung der vom Stahlerzielbaren
Festigkeit wird dagegen nach der erfindungsgemäßen Bauart vollständig vermieden,
da sie Bewehrungen verwendet, die schon für sich bewehrt und in sich vorgespannt
sind. Bei dieser Bauart wird die Stahlspannung auf schlaffe Bewehrungen übertragen,
die wegen ihres kleinen Querschnitts im unteren Teil des gespannten Trägers in der
passendsten Weise angeordnet werden können.
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Aber durch die Erfindung sind noch weitere Vorteile zu erreichen.
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Die Bewehli%-en können tragend ausgebildet werden und ermöglichen
dann die nahezu gänzliche Ausschaltung der üblichen Holzverschalungen.
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Da, die Bewehrungen beschränkte Querschnitte und daher ein verhältnismäßig
geringes Gewicht haben, sind sie leicht zu befördern. Sie können daher in entsprechend
,ausgerüsteten Betrieben durch ,geschultes Personal hergestellt und darauf an die
Baustelle befördert werden.
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Die Verwendung von Backstein bei der Herstellung von Bewehrungen ermöglicht
deren weitere Gewichtsverminderung (Backstein wiegt ungefähr ein Drittel weniger
als Beton) und eine Erhöhung der Zugfestigkeit. (Es ist zu bedenken, daß man industriell
Backsteine mit einer Druckfestigkeit von über ioookg/qcm, einer Zugfestigkeit von
go kg/qem,einer Schubfestigkeit von 5o kg,'qcm, einer Betonhaftfestigkeit von a5kg/qcm
und einer Elastizitätszahl von ungefähr aao ooo kg/qcm herstellen kann.) Die erfindungsgemäßen
Bewehrungen können den verschiedensten Anforderungen gerecht werden und vorteilhaft
für den Bau von Trägern, Pfählen, Säulen, Dächern, Decken, Rohren, Eisenbahn- und
Straßenbahnschwellen, Vorratsbehältern und im allgemeinen für alle jene Bauteile
dienen, bei denen gewöhnlich Stahl als Bewehrung benutzt mürd.
Die
im ,allgemeinen als Bewehrungen dienenden Bauelemente nach der Erfindung können
als im wesentlichen axial vorgespannte Stangen in den verschiedensten Fällen die
Profilstäbe für Gerüste und Fachwerk ersetzen; sie können Verschlußeinrichtungen,
Gittertore, Geländer usw. bilden. Sie können auch Dachlatten ersetzen, die so unverbrennbar
sind, und andere ähnliche Anwendungen erfahren.
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Fig.2 zeigt im Querschnitt eine in sich vorgespannte, als Bewehrung
dienende Stange, die auf dem Schema der Fig. i beruht.
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Diese Stange ist dreikantig und enthält mehrere Drähte oder Stahlsaiten
A', A", A', die in eine Füllung-B, eingebettet sind; die dreikantige
Backsteinhülle Cl besteht aus zwei ineinandergefalzten Stücken.
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Die Fig.3 stellt eine leicht vorgepreßte Platte dar. Mit
A sind die gespannten Drähte, mit B ist die Betonfüllung und mit Cl,
C2, C3 die Backsteinaußenhülle bezeichnet. Es ist zu bemerken, daß im Gegensatz
zum Spannbeton der Spannungsverlust durch Schwinden praktisch Null ist, denn der
Druck wird in diesem Fall .auf einen keinem Schwinden ausgesetzten Werkstoff, wie
es der Backstein ist, übertragen.
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Die ähnliche Ausführungsform nach Fig.4 besteht aus einer axial vorgespannten
Platte, während bei der Ausführung nach Fig. 5 die Platte quer vorgespannt ist.
Die verschiedenen Glieder sind durch entsprechende Buchstaben bezeichnet.
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Diese Anordnung ermöglicht die Herstellung von sehr breiten Platten,
die einem Zug in beiden Richtungen widerstehen.
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Fig.6 stellt eine Trägerart im Schnitt dar. Bei diesen Trägern ist
eine untere Bewehrung 7 der in Fig. 3 dargestellten Art, die eine hohe Vorspannung
erfahren hat, und eine obere, eine .geringe Vorspannung aufweisende Bewehrung 6
auf einer Reihe von durchlochten Backsteinen .M angeordnet.
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Die obere Bewehrung hat den Zweck, die Backsteine an der Oberseite
zu verbinden und zugleich auch den Träger transportfest zu machen.
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Fig.7 zeigt in zwei Schnitten eine Anwendung von Stangen und Platten
zur Bewehrung von Sohlen geringerer Dicke. Diese Bewehrungen bestehen aus dreikantigen
Gliedern i nach Fig. 2 und prismatischen Gliedern 7 nach Fig. 3 und ¢.
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Fig. 8 zeigt wiederum in zwei Schnitten eine Anwendung der gleichen
Bewehrungen i und 7 bei Decken.
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Fig.9 ist eine Anwendung derselben Beivehrungen bei einem Randträger.
Als Schalung können die Platten 8 nach Fig. 5 dienen, die quer vorgespannt sind,
während die Glieder i und 7 der zuerst angegebenen Art als Bewehrung der Zugzone
dienen. Auf diese Weise werden beträchtliche Festigkeiten je nach den Hauptbeanspruchungen
und auch gegen die Schubbeanspruchung erzielt.
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Fig. i o stellt eine ähnliche Anwendung auf Säulen dar. Für diese
können je nach Bedarf entweder die Platten nach Fig.3 oder jene nach Fig.4 dienen,
wobei zweckmäßig diese Platten in der erforderlichen Breite auf dem Arbeitsplatz
hergestellt werden. Dabei können in die Fugen Bügel eingesteckt werden, die zur
besseren Verbindung der Platten mit dem Beton der Säule dienen.
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Fig. i i stellt schematisch einen Querschnitt durch ein Gebilde mit
Ringquerschnitt ,4 dar, das ein Pfahl, Rohr, Vorratsbehälter od. dgl, sein kann.
Dieses Gebilde ist mit trapezoidalen Bauelementen 3 nach der Erfindung aus Backstein
ausgeführt, die während der Ausführung in eine in Umfangsrichtung wirkende Vorspannung
durch die Spannwirkung der Stahldrähte io gesetzt werden; diese sind schraubenförmig
längs des Umfanges aufge@"ickelt und durch einen Mantel i i aus Beton geschützt.
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Fig. 12 stellt zwei Arten von Eisenbahn- oder Straßenbahnschwellen
schematisch dar, die mit in sich vorgespannten Bewehrungen 7 und i und Mittelkernen
12, die auch gepreßt sein können, ausgeführt sind. Auch in diesem Falle kann ein
Querdruck vermittels eines in einem Betonmantel i i eingebetteten Drahtes hergestellt
werden.
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Es ist selbstverständlich, da.ß in der Praxis sowohl die erfindungsgemäße
Bauart mit in sich vorgespannten Bewehrungen als auch die genannten Bewehrungen
selbst in verschiedenen Weisen geändert werdest können, ohne von den Merkmalen der
Erfindung abzuweichen.
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Bei einem stabförmigen Bauelement nach der Erfindung kann die innere
Metallbewehrung aus einem Kernstück oder aus Drähten oder Metallstäben bestehen,
die symmetrisch um die Achse des zusammengesetzten Elements angeordnet sind. Außerdem
kann das Bauelement außer der eigentlichen Metallbewehrung nicht vorgespannte Drähte
oder Metallstäbe aufweisen, die sowohl innen als auch außen .angeordnet sind und
mit zu der Festigkeit des Bauteiles beitragen, in dem das Bauelement verwendet wird.