DE911430C - Verfahren zum Vorspannen eines zylindrischen oder aehnlichen, insbesondere rohrfoermigen Bauteiles - Google Patents

Description

• Verfahren zum Vorspannen eines zylindrischen oder ähnlichen, insbesondere rohrförmigen Bauteiles Es ist im Stahlbetonbau bekannt, eine Bewehrung in Form eines Netzes anzuwenden, und es sind auch Betonschornsteine bekannt, bei denen. die innerhalb des Betonwerkstoffes befindliche netzartige Bewehrung aus zwei Scharen gegenläufiger Wendeln besteht, die in Richtung der Resultierenden aus den auftretenden Axial- und Umfangsspannungen angeordnet sind. Fernerhin ist es im Stahlbetonbau allgemein bekannt, die- Bewehrung eines Bauteiles vor, während oder nach dem Erhärten des Betons einer Vorspannung auszusetzen und diese Vorspannung der Bewehrung auf den Beton selbst zu übertragen, um ihn dadurch von bestimmten, Zugbeanspruchungen zu entlasten. Zur Erzeugung der Vorspannung der Bewehrung sind verschiedene Verfahren bekannt (mechanisch, thermisch, elektrothermisch), dis jedoch in vielen Fällen, beispielsweise bei Rohr, erhebliche hersbellungstechnisch,e Schwierigkeiten bereiten.
• Ziel der Erfindung ist es, diese Schwierigkeiten zu überwinden und eine mit Vorspannung arbeitende Verbundbauweise bei Bauteilen vorwiegend zylindrischer Raumform mit den einfachsten Mitteln und vollkommener Wirksamkeit zu erreichen. Darüber hinaus werden durch die Erfindung noch die verschiedensten neuen Anwendungs= möglicbkeiten und Abwandlungen einer Verbundbauweise geschaffen.
• Nach dem Vorschlag der Erfindung wird die Bewehrung eines Verbundbaukörpers als vorzugsweise schiefwinkliges Netzwerk ausgebildet, in das eine Vorspannung eingeleitet wird, die in einer Normalen zur Ebene der auftretenden Belastung liegt. Durch die Form eines Netzes, dessen Maschen z. B. aus schiefwinkligen Vierecken bestehen, und die einachsige Krafteinwirkung wird hierbei selbsttätig ein zwei- bzw. dreiachsiger Vorspannungszusta.nd in der Bewehrung und damit im Bauteil hervorgerufen. Wird hierbei, z. B. bei einem Rohr, die Netzbewehrung in einer Zylinderebene angeordnet, so, löst beispielsweise eine an b°iden Enden eingeleitete axiale Druck- oder Zugkraft gleichzeitig eine Umfangsspannung senkrecht zur Axialkraft in der Zylinderebene, fernerhin auch eine radiale Spannung senkrecht zur Zylinderachse aus. Die axial in das Netzwerk eingeleitete Kraft bewirkt dabei eine Verkleinerung oder Vergrößerung des Krümmungsradius der Wendeln bzw, eine entsprechende Vorspannung derselben bei verhinderter Ausdehnung.
• Das Netzwerk kann bei Rohren oder sonstigen Hohlkörpern am Umfang des Hohlkörpers (in.n°n oder außen) angeordnet werden.
• Das Netzwerk kann im einzelnen aus Draht-, Rund- oder Profilstahl oder anderen Materialien gleicher Art oder höherer Festigkeit als der des Grundkörpers, z. B. eines Stahlrohres, bestehen; die Netzmaschen können als schiefwinkliges Viereck, Sechseck oder sonstiges Vieleck und die gesamte Bewehrung kann mit einfachem oder mehrschichtigem Netzwerk ausgebildet werden. Die einfachste Masche ist das Parallelogramm, dessen Seiten so angeordnet sind, daß sie in die Richtung der aus Längs- und Querbeanspruchung resultierenden Zugkraft fallen.
• Im Rahmen dieser Grundgedanken der Erfindung sind die verschiedensten-Ausführungsmögliclikeiten gegeben.- -Beispielsweise kann die Erfindung zu der Schaffung einer neuen Art von Rohren in der Weise verwirklicht werden, daß ein. Stahlrohr mit einer in Richtung der Rohrachse unter Spannung gesetztere Netzbewehrung vereinigt wird. Das Stahlrohr bildet den Kern eines derartigen Rohres und weist übliche Ausführung und Länge auf, jedoch mit einer wesentlich verringerten. Wandstärke (25 bis 5001o, je nach Beanspruchung und Durchmesser). Durch Anbringung einer in Richtung der Rohrachse vorgespannten, Netzbewehrung wird der Stahlmantel gegen die auftretenden Beanspruchungen verstärkt. Die in der Rohrwand durch inneren Überdruck hervorgerufenen Hauptspannungen in der Längsrichtung erfahren durch Biegebeanspruchungen eine Erhöhung, während die Umfangsspannungen nur an den Einspannstellen unwesentlich vergrößert werden. Es ist aber ohne weiteres möglich, das Netzwerk bzw. seine Maschen so auszubilden, daß auch diese zusätzlichen Längskräfte aufgenommen werden. Nach einer weiteren Ausführungsform kann die Erfindung auch in der Weise verwirklicht werden, daß auf einem inneren Betonrohr, welches zweckmäßig im Schleuderverfahren hergestellt wird, eine N etzbewehrung nach der Erfindung verspannt wird, deren -\,'orspann,ung durch einen äußeren Betonmantel aufrechterhalten wird.
• Eine weitere Ausführungsform ergibt sich dann, wenn zwischen innerem Rohr und Bewehrung ein dünner Blechmantel eingeschaltet wird. Durch die Einschaltung eines derartigen Blechmantels wird eine absolute Dichtigkeit gewährleistet. Diese Ausführungsform empfiehlt sich insbesondere für die Anfertigung von,-Spannbetonkrümmern und Formstücken. ' . .
• Ein weiteres wesentliches Anwendungsgebiet der Erfindung stellt die `sogenannte Schalenbauweise dar. Diese Bauweise ist insbesondere durch das Bestreb°ii gekennzeichnet, die Schalenhaut und die Versteifung in geeigneter Weise- zu einem \Terbundkörper zu vereinigen, bei dem beide Elemente festigkeitstechnisch möglichst vollkommen ausgenutzt werden.
• Auch bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung Best; ht die Versteifungskonstruktion aus einem Netzwerk, bei dem durch einen Zug oder Druck an beiden Enden des Netzes eine Kürzung oder Längung erfolgt bzw. entsprechende Reaktionskräfte in der zur Richtung der einwirkenden Kraft senkrechten Richtung auftreten. Das Netzwerk wird innerhalb einer Schale als Versteifung der Schalenhaut angeordnet und einer Druckvorspannung in Richtung der Schalenachse ausgesetzt. Wird das Netzwerk seitlich in geeigneter Weise gegen Verschiebung gegenüber der Schale festgelegt, so wirkt sich der ins Netzwerk eingeleitete Druck als Vorspannung der gesamten Schalenhaut aus. Der Spannungszustand zwischen Netzwerk und Schalenhaut wird im erfo,rd#-rliche:n Umfang durch Heftsehweißung der beiden Konstruktionselemente aufrechterhalten und führt damit zu einem Verbundkörper, in welchem die Schalenhaut ausschließlich auf Zug, das Netzwerk auf Zug und Druck beansprucht wird. Netzwerk und Schalenhaut lassen sich so bemessen, daß eine restlose Ausnutzung der im Verbundkörper enthaltenden Festigkeit erreicht wird.
• Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind aus der Zeichnung ersichtlich, in welcher die Erfindung an einigen Ausführungsbeispielen erläutert ist. Es zeigen -Abb. i und 2 ein neitzverspanntes Stahlrohr gemäß der Erfindung, Abb.. 3 und 4 ein entsprechendes Stahlbetonrohr, Abb. 5 und 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Stahlbetonrohr, während die Abb. 7 und S ein Ausführungsbeispiel für die Schalenbauweise nach der Erfindung -veranschaulichen.
• Der Verbundkörper nach Abb. i und 2 besteht aus einem Stahlrohr i, auf dessen Außenfläche ein Netzwerk 2 angeordnet ist. Das Netzwerk 2 wird i in axialer Richtung einer Zugvarspannung unterworfen und an den Stellcii 3 durch Heftschweißung mit dem Stahlrohr i verljunden. In ähnlicher Weise kann auch insbesondere für durch Außendruck beanspruchte Rohre das Netzwerk 2 im Innern des Stahlrohres i angeordnet sein, wobei es selbstverständlich einer Druckvorspannung unterworfen wird. Beide Ausführungsformen könnnen schließlich miteinander vereinigt werden.
• Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 3 und .4 ist das Netzwerk 2 auf einem Betonrohr 4 angeordnet und unter axialer Vorspannung in eine Betonummantelung 5 eingebettet. Bei Abb. 5 und 6 ist zwischen Netz"verk 2 und Betonrohr 4 ein Blechmantel 6 eingeschaltet.
• In Abb. 7 und 8 ist die Anwendung der Erfindung auf die; Schalenbauweise an einem netzverspannten Zylinder erläutert. Die Schalenhaut wird in diesem Falle von einem zylindrischen Blechrohr i gebildet. Das rautenförmige Netzwerk 2 schmiegt sich der inneren Blechmantelfläche an. Durch einen von außen wirkenden Druck auf die Endflächen des Netzwerkes wird von demselben ein radialer Druck auf die innere Blechrohrseite ausgeübt und eine Vorspannung der Zylinderschale erreicht. Durch Hefturig der Maschenzahl an die Schalenhaut wird der Spannungszustand aufrechterhalten und ein schalensteifer Verbundkörper erzielt. Dabei müssen die Maschenseiten des Netzwerkes 2 zwischen zwei Heftun.gen die erforderliche Knicksteifigkeit aufweisen. Die Vorspannung des Netzwerkes kann zweckmäßig statt durch a.xia,leri Außendruck auch durch in der Zylinderfläche angoordnete Zuganker erzeugt werden.
• Wenn man sich die dargestellte Zylinderschale als Halbzylinderschale oder als einen noch kleineren Zylinderausschnitt vorstellt, so ist ersichtlich, daß bei festliegender Schalenhaut, z. B. durch Querverankerung der Schalenenden, und seitlicher Abstützung des eingelegten Netzwerkes eine axiale Druckvorspannun.g des Netzwerkes einen radialen Druck auf die Schalenhaut ausübt und in ihr dadurch eine Zugvorspaiinung ausgelöst wird.
• Die Erfindung ist mit den, beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispielen von Rohren und der Schalenbauweise keineswegs erschöpft. Der ihr zugrunde liegende Gedanke, eine allgemeine oder gerichtete Vorspannnung in einem gewölbten Verbundkörper dadurch zu erzielen, daß durch axiales Spannen einer Netzbewehrung eine Vorspannung erzeugt wird, kann vielmehr bei anderen Bauteilen vorzugsweise zylindrischer Raumform mit gleichen oder abweichenden konstruktiven Einzelheiten verwirklicht werden, insbesondere können die dargestellten Ausführungsbeispiele ganz oder teilweise miteinander kombiniert werden. Neben den dargestellten und beschriebenen Beispielen sei z. B. die Anwendung im Behälter- und Apparatebau genannt.

Claims (4)

1. PATENTANSPAUCHE: i. Verfahren zum Vorspannen eines zylindrischen oder ähnlichen, insbesondere rohrförmigen Bauteiles, dadurch gekennzeichnet, daß eine als vorzugsweise schiefwinkliges Netzwerk ausgebildete Bewehrung einer Kraft in der Richtung der Normalen zur Ebene der auftretenden Belastung ausgesetzt wird, die selbsttätig eine zwei- bzw. dreiachsige Vorspann.ung im Verbundbaukörper auslöst.
2. 2. Im Verfahren nach Anspruch i herrgesttelltes rohrförmiges Bauteil, bestehend aus einem Stahlrohr, das mit der Netzbewehrung unter Spannung derselben in Richtung der Rohrachse vereinigt ist.
3. 3. Im Verfahren nach Anspruch i hergestelltes rohrförmiges Bauteil, bestehend aus einem Betonrohr, auf welchem die Ne zb ewehrung angeordnet ist und unter Vorspannung derselben auf den umschlossenen Beton eine Druckspannung ausübt.
4. 4. Im Verfahren nach Anspruch i hergestelltes zylindrisches oder ähnliches Bauteil, bestehend aus einer Schalenhaut, die mit einer Netzversteifung unter Spannung derselben in Richtung der Längsachse vereinigt ist. Angezogene Druckschriften: Deutschre Patentschriften Nr. 53 604, 204 365, 283 568, 639 858; österreichische Patentschriften Nr. 43 259, 44241, 83008, 122812; französische Patentschriften Nr. 435 794 764181-