EP0073733B1 - Gitterträger für den Untertag-Strecken- und Schachtausbau - Google Patents
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- E21D11/00—Lining tunnels, galleries or other underground cavities, e.g. large underground chambers; Linings therefor; Making such linings in situ, e.g. by assembling
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- E21D11/107—Reinforcing elements therefor; Holders for the reinforcing elements
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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 the underground line and shaft expansion according to the preamble of claim 1.
- welded lattice girders are used to produce curved expansion frames and as reinforcement in the subsequent concreting.
- Such a lattice girder is described for example in DE-U-8 020 051 or DE-A-2 951 874. It has three or more parallel belt bars, which are stiffened like a truss 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 stress, which leads to the rebars being deflected.
- a significant increase in the bending stiffness and bending load capacity as well as the torsional strength can be achieved by means of stiffening elements arranged centrally between the belt bars, as is evident from DE-A-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 correspondingly expensive. Their main disadvantage is that they form a considerable splash shadow, so that the perfect bond between the lattice girder and 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 patent claim 1.
- connecting brackets as stiffening elements of the lattice girder which consist of triangularly curved round bars which are welded with their ends to the belts.
- connecting brackets as stiffening elements of the lattice girder which consist of triangularly curved round bars which are welded with their ends to the belts.
- FR-A-1 098 003 it is also known to provide wavy curved round rods as stiffening elements.
- the lattice girder shown in the figures has three parallel belt bars 1, 2, 3, which form a triangle in normal section.
- the two upper chords 1, 2 facing the mountains, which are subjected to tensile load, have a smaller cross-section than the lower chord 3, which is subjected to pressure.
- 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 bent flat, ie in the plane, in such a way that two equilateral triangles 5 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 collided 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 form 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 welded with holes. The segments can then be pushed together at the ends and screwed together.
- two plates 18 with bores 19 can be welded to 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 are inserted at a distance from one another between the belt rods and welded manually or with a welding machine. Then the angle iron or the end plates are attached to the ends.
- the finished lattice girder segments are only finally connected to each other on site to form the expansion frame.
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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-U-8 020 051 oder der DE-A-2 951 874 beschrieben. Er weist drei oder 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 Beanspruchtung 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-A-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-A-3 014402 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 deren Gurtprofile trägt zur hohen Belastbarkeit dieses Gitterträgers bei. Die Konstruktion ist relativ aufwendig, so daß solche Gitterträger zweckmäßigerweise nur dort einzusetzen sind, wo infolgen 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. Querschnittstabilität 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.
- Aus dem DE-U-1 990 316 ist es an sich bekannt, als Versteifungselemente des Gitterträgers Verbindungsbügel vorzusehen, die aus dreieckförmig gebogenen Rundeisen bestehen, die mit ihren Enden an die Gurte angeschweißt sind. Aus FR-A-1 098 003 ist es ferner bekannt, als Versteifungselemente wellenlinienförmig gebogene Rundstäbe vorzusehen.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2-8 gekennzeichnet.
- 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 Fig. 1,
- Fig. 3 eine Stirnansicht durch das Gitterträgersegment gemäß Fig. 1,
- Fig. 4 eine Draufsicht auf ein Versteifungselement,
- Fig. 5 eine Seitenansicht des Gitterträgersegmentes gemäß Fig. 1,
- Fig. 6 eine Seitenansicht auf die Stoßstellen zweier Gitterträgersegmente, die mittels Verbindungselementen miteinander zusammengeschraubt sind, und
- Fig. einen Schnitt nach der Linie VI-VI gemäß Fig. 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 Fig. 4 hervorgeht, wird der Rundstahlstab zuerst flach, d. h. in der Eben, gebogen, derart, daß zwei gleichseitige Dreiecke 5, 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 versucht 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 Materials 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 Überlappungen 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 angeschweißt 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 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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