EP0073733A1 - Gitterträger für den Untertag-Strecken- und Schachtausbau - Google Patents
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- E21D11/10—Lining with building materials with concrete cast in situ; Shuttering also lost shutterings, e.g. made of blocks, of metal plates or other equipment adapted therefor
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- E21D11/14—Lining predominantly with metal
- E21D11/18—Arch members ; Network made of arch members ; Ring elements; Polygon elements; Polygon elements inside arches
Definitions
- the invention relates to a lattice girder for underground track and shaft expansion according to the preamble of claim 1.
- Welded lattice girders are used for the construction of arched expansion frames and as reinforcement for the subsequent concreting during the expansion of tunnels and pit sections in pressurized mountains.
- Such a lattice girder is for example in DE-OS 29 51 874 described. It has three or more parallel belt bars which are stiffened in a truss-like manner by means of individual zigzag bars arranged in zigzag fashion. The kink, shape and cross-sectional stability of this lattice girder is relatively small.
- the belt bars tend to buckle and buckle under load.
- the infill bars are individually welded to the belt bars, whereby the many welds cause the material to become brittle. The welds can break under heavy use, which leads to the rebars being pulled out.
- a significant increase in the bending stiffness and load-bearing capacity as well as the torsional strength can be achieved by stiffening elements arranged centrally between the belt bars, as can be seen from DE-OS 27 09 242.
- Composite sheet metal pressed parts are provided here as inner stiffeners, which have laterally projecting, eyelet-like projections, which encompass the belt bars in a form-fitting manner.
- the sheet metal parts are complicated to manufacture and accordingly expensive. Your biggest disadvantage is that it raises you liche splash shadow so that the perfect bond of the lattice girder with the concrete is not guaranteed.
- a lighter lattice girder is sufficient, which is simpler in construction and can be constructed accordingly cheaper.
- a lattice girder should nevertheless have a sufficiently high level of dimensional stability or cross-sectional stability both against bending stresses and against stresses due to buckling and torsion. It should be possible to use it at least partially load-bearing until it is concreted in and its belt bars form the reinforcement of the final reinforced concrete structure.
- the infill must be designed so that there are no splash shadows when concreting.
- the object of the invention is now to provide a lattice girder that meets these requirements. According to the invention, this is done by the features defined in the characterizing part of claim 1.
- the lattice girder shown in the figures has three parallel belt bars 1, 2, 3, which are normal cut to form a triangle.
- the two upper chords 1, 2 facing the mountains, which are subjected to tensile stress when loaded, have a smaller cross section than the lower chord 3, which is stressed.
- the belt bars 1, 2, 3 are spatially fixed to one another by means of inner stiffening elements 4.
- Each stiffening element 4 is made in one piece from a round steel rod.
- the round steel rod is first flat, i. H. in the plane, curved, in such a way that two equilateral triangles 5, 6 are formed, the tips 7, 8 of which are connected to one another via two short parallel rod pieces 9.
- the two ends 10 of the rod are pushed together and then butt welded together.
- This two-dimensional structure is then deformed in a further work operation to form the three-dimensional stiffening element 4, two kinks occurring at the tips 7, 8.
- the two triangles 5, 6 of the stiffening element 4 are arranged obliquely to the belt bars 1, 2, 3 and enclose an acute angle a with them.
- the stiffening element 4 is symmetrical with respect to a central plane 15 perpendicular to the belt rods 1, 2, 3.
- each lattice girder segment To connect two lattice girder segments, they are joined together at the joints. At the ends of each lattice girder segment, two angle irons 16 are used Welded holes. The segments can then be pushed together at the ends and screwed together.
- two plates 18 with bores 19 can be welded onto the lattice girder segment on both sides.
- a V-shaped connecting element 20 with two rows of holes 21 is pushed from below onto the ends of two adjacent lattice girder segments and screwed to the plates 18, as can be seen in FIG. 6.
- the stiffening elements 4, 19 are inserted at a distance from one another between the belt bars and welded manually or with a welding machine. Then the angle iron or the end plates are attached to the ends.
- the ferti Lattice girder segments are only finally connected to one another on site to form the expansion frame.
Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft einen Gitterträger für den Untertag-Strecken- und Schachtausbau gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
- Beim Ausbau von Tunnel und Grubenstrecken in druckhaftem Gebirge werden geschweisste Gitterträger verwendet zur Herstellung gewölbter Ausbaurahmen und als Bewehrung bei der anschliessenden Betonierung.
- Ein solcher Gitterträger ist beispielsweise in der DE-OS 29 51 874 beschrieben. Er weist drei ober mehr parallele Gurtstäbe auf, die mittels zickzackförmig angeordneter, einzelner Ausfachungsstäbe fachwerkartig versteift sind. Die Knick-, Form- und Querschnittsstabilität dieses Gitterträgers ist jedoch relativ klein. Die Gurtstäbe neigen unter Belastung zum Einbeulen und seitlichem Ausknicken. Die Ausfachungsstäbe sind einzeln an den Gurtstäben angeschweisst, wobei die vielen Schweissstellen eine Versprödung des Materials verursachen. Unter starker Beanspruchung können die Schweissstellen brechen, was zum Ausscheren der Ausfachungsstäbe führt.
- Eine wesentliche Erhöhung der Biegesteifigkeit und Biegetragfähigkeit sowie auch der Torsionsfestigkeit kann durch mittig zwischen den-Gurtstäben angeordnete Aussteifungselemente erzielt werden, wie dies aus der DE-OS 27 09 242 hervorgeht. Hier werden als innere Aussteifung zusammengesetzte Blechpressteile vorgesehen, die seitlich vorkragende, ösenartige Ansätze aufweisen, die die Gurtstäbe formschlüssig umgreifen. Die Blechpressteile sind kompliziert in der Herstellung und entsprechend teuer. Ihr grösster Nachteil liegt aber darin, dass sie einen erheblichen Spritzschatten bilden, so dass der einwandfreie Verbund der Gitterträger mit dem Beton nicht gewährleistet ist.
- Ein anderer bekannter Gitterträger mit mittig angeordneten Aussteifungselementen in Form von geknickten Rundstäben, die je in einem zentralen Knoten miteinander verbunden sind, ist in der DE-OS 30 14 402 beschrieben. Durch die Verwendung von Rundeisen für die Aussteifung können Spritzschatten beim Betonieren vermieden werden. Die mittige Anordnung des zentralen Verbindungsbereiches jedes Aussteifungselementes innerhalb des Querschnittes der Gurtprofile trägt zur hohen Belastbarkeit dieses Gitterträgers bei. Die Konstruktion ist relativ aufwendig, so dass solche Gitterträger zweckmässigerweise nur dort einzusetzen sind, wo infoigen von hohem Gebirgsdruck, Geröll oder losem Gestein die Anforderungen und Beanspruchungen entsprechend gross sind.
- Für verhältnismässig standfeste Gebirge, z. B. für Ausbaustrecken in Sandstein oder Lehm, genügt ein leichterer Gitterträger, der einfacher im Aufbau ist und entsprechend billiger konstruiert werden kann. Ein solcher Gitterträger sollte aber trotzdem eine ausreichend hohe Formsteifigkeit bzw. Querschnittsstabilität sowohl gegenüber Biegebeanspruchungen als auch gegenüber Beanspruchungen auf Knickung und Torsion aufweisen. Er sollte mindestens teilweise tragend eingesetzt werden können bis zum Zeitpunkt, wo er einbetoniert wird und seine Gurtstäbe die Bewehrung des endgültigen Stahlbetonausbaus bilden. Die Ausfachung muss so gestaltet sein, dass keine Spritzschatten beim Betonieren entstehen.
- Aufgabe der Erfindung ist es nun, einen Gitterträger zu schaffen, der diese Anforderungen erfüllt. Erfindungsgemäss erfolgt dies durch die in der Kennzeichnung des Patentanspruches 1 definierten Merkmale.
- Nachfolgend wird anhand der Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Gitterträgersegmentes, vom Stoss aus gesehen,
- Fig. 2 eine Draufsicht auf das Gitterträgersegment gemäss Figur 1,
- Fig. 3 eine Stirnansicht durch das Gitterträgersegment gemäss Figur 1,
- Fig. 4 eine Draufsicht auf ein Versteifungselement,
- Fig. 5 eine Seitenansicht des Gitterträgersegmentes gemäss Figur 1,
- Fig. 6 eine Seitenansicht auf die Stossstellen zweier Gitterträgersegmente, die mittels Verbindungselementen miteinander zusammengeschraubt sind, und
- Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie VI - VI gemäss Figur 1 durch die Stossstelle der Gitterträgersegmente.
- Der in den Figuren dargestellte Gitterträger weist drei parallele Gurtstäbe 1, 2, 3 auf, die im Normalschnitt ein Dreieck bilden. Die beiden dem Gebirge zugekehrten Obergurte 1, 2, die bei Belastung auf Zug beansprucht werden, weisen einen kleineren Querschnitt auf als der Untergurt 3, der auf Druck beansprucht wird. Es wäre aber auch möglich, die Querschnitte aller Gurtstäbe gleich auszubilden. Die Gurtstäbe 1, 2, 3 sind mittels innerer Versteifungselemente 4 räumlich zueinander fixiert.
- Jedes Versteifungselement 4-ist einstückig aus einem Rundstahlstab hergestellt. Wie aus der Figur 4 hervorgeht, wird der Rundstahlstab zuerst flach, d. h. in der Eben, gebogen, derart, dass zwei gleichseitige Dreiecke 5, 6 entstehen, deren Spitzen 7, 8 über zwei kurze parallele Stabstücke 9 miteinander verbunden sind. Die beiden Enden 10 des Stabes werden zusammengestossen und dann stumpf zusammengeschweisst. Dieses zweidimensionale Gebilde wird anschliessend in einer weiteren Arbeitsoperation zum dreidimensionalen Versteifungselement 4 verformt, wobei an den Spitzen 7, 8 zwei Knicke entstehen.
- Die Ecken 7, 11, 12 bzw. 8, 13, 14 der Dreiecke 5, 6 werden nun innen an den Gurtstäben 1, 2, 3 angeschweisst, wobei die Spitzen 7, 8 mit dem Verbindungsstück 9 am inneren Gurtstab 3, befestigt und die beiden Basisecken 11, 12 bzw. 13, 14 an den äusseren Gurtstäben 1, 2 angeschweisst werden.
- Die beiden Dreiecke 5, 6 des Aussteifungselementes 4 sind schräg zu den Gurtstäben 1, 2, 3 angeordnet und schliessen mit diesen einen spitzen Winkel a ein. Das Versteifungselement 4 ist symmetrisch ausgebildet in bezug auf eine zu den Gurtstäben 1, 2, 3 senkrechte Mittenebene 15.
- Die vorstehend beschriebene Konstruktion des Gitterträgers weist folgende Vorteile auf:
- - Das Rundmaterial ist einfach erhältlich und verursacht keine Spritzschatten beim Ausbetonieren. Dies ist wichtig, da der Gitterträger voll im Beton eingegossen wird und als Bewehrung dient.
- - Die Konstruktion ist sehr stabil trotz sehr geringen Materialaufwandes. Die einzelnen Fachwerk-Aussteifungsstrecken sind sehr kurz, da das Aussteifungselement innen an den Gurtstäben angeschweisst wird.
- - Da das Versteifungselement einstückig ausgebildet ist, erfolgt dessen Verbindung mit den Gurtstäben an relativ wenigen Schweissstellen, was eine entsprechend geringe Versprödung des Material durch das Schweissen bewirkt.
- - Infolge der einstückigen Ausbildung ist es auch nicht notwendig, einzelne Ausfachungsstäbe vorzusehen, die einzeln verschweisst werden und bei starker Belastung leicht ausbrechen können.
- - Die Enden des Versteifungselementes sind gegeneinandergestossen und stumpf verschweisst, so dass auch hier kein überschüssiges Material durch Ueberlappungen entsteht.
- Zum Verbinden zweier Gitterträgersegmente werden diese an den Stössen miteinander verbunden. An den Enden jedes Gitterträgersegmentes werden zwei Winkeleisen 16 mit Bohrungen angeschweisst. Die Segmente können sodann an den Enden zusammengestossen und zusammengeschraubt werden.
- Um einen Längenausgleich zu erzielen, können anstatt der Winkeleisen 16 zwei Platten 18 mit Bohrungen 19 beidseitig am Gitterträgersegment angesschweisst werden. Ein V-förmig gebogenes Verbindungselement 20 mit zwei Bohrungsreihen 21 wird von unten auf die Enden zweier benachbarter Gitterträgersegmente aufgeschoben und mit den Platten 18 verschraubt, wie dies aus der Figur 6 hervorgeht.
- Zur rationellen Herstellung der Gitterträgersegmente empfiehlt es sich, die Versteifungselemente in speziellen Lehre vorzufertigen. Sodann werden die oberen und unteren Gurtstäbe mit dem gewünschten Krümmungsradius vorgebogen und ebenfalls in eine Lehre gelegt, um sie räumlich zueinander zu fixieren. Nun werden die Versteifungselemente 4, 19 im Abstand voneinander zwischen die Gurtstäbe eingelegt und manuell oder mit einer Schweissmaschine verschweisst. Anschliessend werden an den Enden die Winkeleisen oder die Endplatten befestigt. Die fertigen Gitterträgersegmente werden erst an Ort und Stelle miteinander definitiv verbunden, um den Ausbaurahmen zu bilden.
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