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Zweigelenkbogen, insbesondere Zweigelenkbogenbrücke, aus Stahlbeton
Die Erfindung betrifft einen Zweigelenkbogen, insbesondere eine Z,weigelemkbogenbrücke,
aus Stahlbeton mit einem Zugband ,im Untergurt und mit schlaffen stählernen Diagonalen.
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Die bekannten, nach dem Vorschlag von Nielsen ausgebildeten Z.weigelenkbogen,
mit Zugband @im Untergurt und mit schlaffen Diagonalen haben gegenüber Bogenbrücken
mit lotrechten Hängern denn großen Vorteil, daß die Bogen und der Untergurt des,
Fächwerkträgers im wesentlichen frei von Biegungsmomenten bleiben, solange die Zugkräfte
der Diagonalen aus dem Eigengewicht der Fahrbahn größer sind als die Druckkräfte,
die sich aus der wandernden. Verkehrslast ergeben. Das ist jedoch nur der Fall,
solange die Verkehrslast im Verhältnis zu der Eigemgewichtslast klein ist. Ist dies
nicht der Fall und werden die Druckkräfte der Diagonalen aus Verkehr größer als
die Zugkräfte aus dem Eigengewicht, so fallen die dann auf Druck beanspruchten schlaffen
Diagonalen aus, und, es entsteht ein Tragwerk, das einen Übergag zwischen. einem
Fachwerkträger und einten Bogen mit Zugband darstellt (Systeme mit ständig veränderlicher
Kräftewirkung). Damit ergeben sich aber auch infolge des Ausfalles der auf Druck
beanr spruch,ten schlaffen Diagonalen für den., Bogen und den Untergurt Biegungsmommente,
die aber kleiner sind als bei dem Bogen mit Zugband.
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Bei der landläufigem Definition der Sicherheit ist die Berechnung
für die Bruchlast die gleiche wie
für die Gebrauchslast. Diese Definition
der Bruchsicherheit ist nicht zulässig, denn man. muß auch den Fall ins Auge fassen,
daß die Verkehrslast allein zunimmt, während. das Eigengewicht der Brücke
unverändert bleibt. Eine solche Steigerung nur der Verkehrslast ergibt aber ein
ungünstigeres Verhältnis von Verkehrslast zu Eigengewicht und damit einen stärkeren
Ausfall vom. Diagonalen und als Folge vergrößerte Biegungsmomente.
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Das System Nieilsen 'hat sich auf Grund dieser landläufigen, aber
vom theoretischen Standpunkt aus unzulässigen Berechnungsart als sehr wirtschaftlich,
erwiesen, da die Bogen und auch der Untergurt infolge der kleinen Biegungsmomente
sehr leicht gehalten. werden können, besonders dann, wenn zweckmäßigerweise der
auf Zug beanspruchte Untergurt durch hochwertige Seile vorgespannt wird, so daß
die Zugkräfte aufgehoben werden b:zw. im Untergurt sogar Druckkräfte erzeugt werden.
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Sobald aber der Begriff der Sicherheit so ausgelegt wird, daß die
Brücke nicht nur für eine Bruchlast, sondern auch für eine erhöhte Verkehrslast
gerechnet werden muß, gehen die angegebenen Vorteile dieses Systems zum größten
Teil verloren. Es ist auch zu beachten, daß mit dem Ausfall einer bestimmtem, Anzahl
von schlafen Diagonalen. bei dem dünnen Bogen Knickgefahr in der Tragwandebene eintritt,
ein Problem, das bei der veränderlichen Wirkungsweise des Tragwerks schwer zu übersehen:
ist.
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Die Erfindung besteht .nun darin, daß beii einem Zweigelenkboge@n
mit einem Zugband im Untergurt und mit schlaffen, !stählernen Diagonalen lotrecht
angeordnete, durch den Schnittpunkt der Dia: gona,len mit dem Bogen: verlaufende-
drucksteife Ständer angeordnet und die Diagonalen vorgespannt sind.
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Zweckmäßig wird dabei der Untergurt des Bogens mit Hilfe von Kabeln,
die an, den: Enden des Bogens verankert sind, so vorgespannt, daß er frei von Zugkräften:
bleibt.
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Zur Aufnahme der durch die Vorspannung der Diagonalen erzeugten, auf
den Untergurt einwirkenden Zug- und Druckkräfte kann das durchgehende Kabel, z.
B. durch Hochziehen des Kabels zwischen :den drucksteifen Ständern,durch lotrecht
angeordnete, an der Verankerungsstelle der Diagonalen angreifende Anker, abgebogen
sein. Ferner können. die schlaffen Diagonalen des in Höhe des Bogens angeordneten
Windverbandes gegenüber den zugehörigen drucksteifen Ständern vorgespannt sein,
so daß in den. Diagonalen auch bei Windlast keine Druckkräfte auftreten. und zugleich,
die Biegespannungen der Stahlbetonständer durch Druckspannungen überlagert sind.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt.
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Fig. i stellt einen Längsschnitt und Fig. 2 einen Querschnitt einer
Zweigelenkbogenbrücke dar; Fig. 3 zeigt einen; Ausschnitt aus dem Längsschnitt in
größerem Maßstabe; Fig. .4 ist ein Längsschnitt durch. den Unie-rgurt zwischen zwei
drucksteifen Ständern, und Fig. 5 zeigt die Anordnung des Windverbandes zwischen
den Bogen.
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Bei. der Durchbildung eines Zweigelenkbogens nach der Erfindung wird
erreicht, daß auch bei einer erhöhten, Verkehrslast die schlaffen Diagonalen nicht
ausfallen können. Der in Fig. i dargestellte Zweigelenkbogen i aus Stahlbeton hast
einen Untergurt 2, schlaffe Diagonalen: 3 und Kabel oder Seile 4, durch die der
Untergurt 2 vorgespannt wird. Die Seile haben, den Zweck, die in dem Untergurt durch
den Bogen auftretenden Zugkräfte in, Druckkräfte umzuwandeln. Das System unterscheidet
sich rein äußerlich von den von. N i e 1 s en gemachten Vorschlägen dadurch, daß
auch Ständer 5 angeordnet sind, die am besten, zwecks Gewichtsersparnis als leichte
Hohlquerschnitte ausgebildet sind.
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Wie Fig. 2 zeigt, ,ist es zweckmäßig, auch, den Untergurt im Querschnitt
hohl auszubilden, damit das Vorspannseil 4 in dem Hohlraum untergebracht werden
kann.
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Um zu erreichen, daß die schlaffen Diagonalen auch bei ungünstiger
Verkehrslaststeillung nur durch Zug b'eanspruc'ht werden, ist die in. den: Diagonalen.
durch das Eigengewicht bereits vorhandene Zugkraft durch eine Vorspannung so vergrößert,
daß die Druckkräfte aus Verkehr durch Zug überlagert sind. Bei dieser Vorspannung
der Diagonalen 3 ergeben sich in den Ständern 5 Druckkräfte D5, die auf den Untergurt
einwirken. Das Gleichgewicht ergibt sich, aus den lotrechten, Komponenten der Zugkräfte
Z3 der beiden Diagonalen, die zwischen zwei Ständern auf den Untergurt einwirken.
Dieses Gleichgewichtssystem erzeugt Momente, die sich mit Hilfe des Vorspannkabels
q. leicht beseitigen lassen, indem man das Kabel zwischen den Ständern 5 während
des Vorspannens der Diagonalen am besten durch gesonderte lotrechte Anker 7 nach
oben zieht (Fig. 4). Zugleich mit dem Anspannen der Diagonalen 3, das zweckmäßig
an den Punkten 6 erfolgt, wird das Kabel 4 durch diel lotrechten Anker
7 so weit nach oben: gezogen, da:ß die lotrechten Komponenten, der Vorspannkräfte
der Diagonalen 3 in das Kabel 4 eingeleitet werden. Dabei stützt sich nun das Kabel
4 in den Punkten 8 gegenüber dem Randträger bzw. den Ständern 5 ab und übernimmt
so, zugleich die in den Ständern infolge der Vorspannung der Diagonalen wirkende
Druckkraft D$. Durch diese Maßnahme werden somit -nicht nur die aus der Vorspannung
.der Diagonalen folgenden Zugkräfte Z3, sondern auch die daraus folgenden Druckkräfte
der Stän-der D5 von dem Kabel übernommen, so daß der Untergurt selbst frei
von Biegun:gsmomenten bleibt.
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Damit eist auch für den Bogen i jede Knickgefahr in der Tragwandtbene
beseitigt. Infolge Wegfallens der Knickgefahr in der Tragwandebene und der Beseitigung
der Momente des Tragwandsystems für Eigengewicht und Verkehr können: auch bei größten
Spannweiten sehr leichte und damit architektonisch. zusagende Brücken, hergestellt
werden.
Zweckmäßig wird die Vorspannkraft der Kabel so groß gewählt,
da.B der gesamte Querschnitt der Brücke gewisse Druckspannungen erhält. Wenn hierbei
nach Fig. 4 das Kabel gegenüber dem Untergurt in lotrechter Richtung festgelegt
ist, wird durch diese vergrößerte Vorspannkraft des Kabels 4. keine Knickgefahr
für das Gesamtsystem ausgelöst.
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Geringe Biegungsmomente für das Gesamtsystem verbleiben jedoch: auch
nach der Vorspannung des Kabels 4 und der Diagonalen 3, weil der Bogen sich stärker
verkürzt als die in der Längsrichtung nur schwach unter Druck gesetzten Längsträger.
Diese Biegungsmomeate fallen in das Gebiet der Neben. spannungen und entsprechen
den zusätzlichen Verbiegungen der Fachwerkstäbe infolge Längenänderung der einzelnen
Stäbe. Da aber bei dem neuen System infolge der Ausschaltung der Hauptbiegungsmomente
alle Stäbe sehr schlank gehalten werden können, gehen auch die Nebenspannungen wesentlich
zurück.
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Dieses Prinzip der Vorspanmung der Diagonalen läßt sich auch bei dem
in der Höhe des Bogens anzuordnenden Windverband, der in Fig.5 dargestellt ist,
anwenden. Zweckmäßig werden auch hier, nur die Ständer 9 aus Stahlbeton hergestellt,
während für die Diagonalen io nur schlaffe Stäbe verwendet werden:. Damit aber diese
Diagonalen auch die aus der Windübertragung folgenden Druckkräfte übernehmen können:,
werden sie ebenfalls vorgespannt. Auf diese Weise werden die Ständer 9. unter Druckvorspannung
gesetzt und können dar durch leichter ausgeführt werden. Der Ersatz der Stahlbetondiagonalen
durch schlaffe vorgespannte Rund- und Formstähle und die dadurch bedingte Vorspann,ung
der Ständer ergeben einen sehr leichten Windverband.
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Das beschriebene System läßt sich in vorteilhafter Weise auch für
weitgespannte Hallenbauten mit bogenförmigem Dach anwenden. Hier sind die Zugkräfte
infolge des Eigengewichtes der angehängten Zwischendecke sehr gering, so daß d:ic
schlaffen Diagonalen nur durch die geschilderte Vorspannung zur Mitarbeit gezwungen
werden können.