EP0284609B1

EP0284609B1 - Trägerförmiges bauelement

Info

Publication number: EP0284609B1
Application number: EP19870900098
Authority: EP
Inventors: Friederike Wimmer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-12-05
Filing date: 1986-12-03
Publication date: 1991-03-27
Anticipated expiration: 2006-12-03
Also published as: AU6847087A; EP0284609A1; WO1987003637A1; JPS63502765A

Description

Die Erfindung betrifft ein trägerförmiges Bauelement mit einer Zugbewehrung, die zwischen mit dem Bauelement verbundenen Verankerungseinrichtungen längsverschieblich angeordnet ist, wobei wenigstens eine Verankerungseinrichtung vorgesehen ist, die wenigstens ein Kraftübertragungselement aufweist, das an das Bauelement im Bereich der Zugzone angreift.
Bei einem auf Biegung beanspruchten Bauelement, wie beispielsweise einem Stahlbetonträger, erfolgt bisher die Dimensionierung des konstanten Trägerquerschnitts stets nach dem Maximalmoment, das nur an einer Stelle der Gesamtlänge des Trägers auftritt. Hierdurch wird bisher der Querschnitt des Bauelements nur an dieser Stelle im Rahmen der zulässigen Norm beansprucht und wirtschaftlich ausgenützt, während die anderen Bereiche längs der Trägerlänge einen unwirtschaftlichen Querschnitt aufweisen, da die Belastung, beispielsweise bei Parallelträgern, dort geringer ist.
Ein trägerförmiges Bauelement der eingangs genannten Art ist bereits aus der DE-AS 22 06 140 in der Ausbildung als sogenannter Verbundträger mit Vorspannung bekannt. Bei diesem Verbundträger ist eine frei parallel zu dem Träger angeordnete Zugbewehrung vorgesehen, die in Ankerplatten münden, an denen ein starrer Flansch als Kraftübertragungselement befestigt ist, der sich an dem untersten Profilabschnitt des Trägers abstützt und zur Erzielung der gewünschten Vorspannung an dem Träger in dessen Druckbereich befestigt ist. Mit dieser vorbekannten Konstruktion läßt sich zwar allgemein die Biegeverformung eines Verbundträgers verringern, jedoch nicht das Bedürfnis nach einer effektiveren Ausnutzung des Trägerprofils über dessen Länge befriedigen, um eine erhebliche Reduzierung der Profilquerschnittsabmessungen und damit entsprechend einen höheren Ausnutzungsgrad bzw. eine größere Wirtschaftlichkeit zu erzielen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein trägerförmiges Bauelement der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem das maximale Biegemoment bei Belastung erheblich reduziert wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die längsverschiebliche Zugbewegung in der Zugzone des Profils des Bauelements angeordnet ist und aus wenigstens zwei Zugelementen besteht, und daß jedes Kraftübertragungselement als Gelenkhebel ausgebildet ist, der an den jeweils zueinander weisenden Enden zweier Zugelement angelenkt ist.
Bevorzugte Merkmale, die die Erfindung vorteilhaft weiterbilden, sind in den nachgeordneten Patentansprüchen enthalten.
In vorteilhafter Weise wird durch die Erfindung ein trägerförmiges Bauelement verfügbar gemacht, bei dem nicht nur die Biegesteifigkeit erhöht, sondern gleichzeitig auch eine Verringerung und Vergleichmäßigung der Biegemomente erzielt wird. Hieraus resultiert technisch eine bis zu dreifache Tragfähigkeit, wirtschaftlich eine Profileinsparung bis zu 60% und konstruktiv eine Verminderung der Konstruktionshöhe bzw. Vergrößerung der Spannweite bei gleicher Lastannahme bis zu 1,73 fach. Damit ergeben sich besonders günstige Anwendungsmöglichkeiten für Brücken, Träger und Platten aus Stahlbeton, Metall und Holz, insbesondere beim Holzleimbau.
Die gemäß der Erfindung erzielbare Vergleichmäßigung der Momente läßt sich in der folgenden Weise erläutern. Wenn in einem Bauelementquerschnitt Biegemomente auftreten, ergibt sich im Zugbereich eine Dehnung und im Druckbereich eine Stauchung der Fasern, wobei sich die Länge des trägerförmigen Bauelements in der Nullinie nicht ändert. Die Erfindung geht von der Tatsache aus, daß sich bei Materialien mit verschiedenem Elastizitätsmodul bei gleicher Dehnung verschiedene Spannungen ergeben und nutzt diese durch Anordnung eines exzentrischen Zuggliedes mit unterschiedlichem Elastizitätsmodul aus, um im Bereich der Zugzone des Bauelements eine außermittige Kraft einzuleiten. Man verhindert hierdurch die elastische Längenänderung im Zugbereich und schafft an den kritischen Stellen eine Momentenreduzierung bzw. eine Momentenumkehrung. Nimmt man diese Momentenumkehrung mehrfach auf der Länge des Bauelements vor, wird das äußere Maximalbiegemoment auf mehrere Abschnitte des Bauelementes aufgeteilt, wodurch sich eine gleichmäßigere Beanspruchung der Bauelementlänge ergibt und sich die inneren aufgeteilten Maximalbiegemomente entsprechend gleichmäßig mit der Folge verringern, daß mit geringeren Widerstandmomenten bzw. geringeren Querschnitten des Bauelements gearbeitet werden kann. Die Summe der aufgeteilten inneren Maximalbiegemomente entspricht dem äußeren Maximalbiegemoment.
Bei dem erfindungsgemäßen trägerförmigen Bauelement werden die aus dem äußeren Maximalbiegemoment resultierenden Zugkräfte in der Zugbewehrung innerhalb des Bauelements durch Gelenkhebel richtungsverkehrt als Druckkräfte in die Zugzone eingebracht, wobei für diese Kraftumlenkung ein über die Länge des Bauelements in mehrere längsverschiebliche Zugelemente unterteilte Zugbewehrung vorgesehen ist. Die Unterteilung der Zugbewehrung in Zugelemente erfolgt mittels Gelenkhebel, die jeweils an den zueinanderweisenden Enden zweier Zugelemente angelenkt sind. Dadurch wird die Zugzone vorteilhaft in statisch voneinander getrennte Abschnitte unterteilt, wobei in jeder Verankerungseinrichtung eine Veränderung des Kräfteverhältnisses stattfindet, und den Zugbeanspruchungen lastabhängige Druckbeanspruchungen entgegenwirken, die das maximale Biegemoment verringern.
Vorzugsweise sind die Gelenkhebel aufweisenden Verankerungseinrichtungen als Kraftumlenkdose ausgebildet und vom Auflagebereich des Bauelements beabstandet angeordnet, wobei sich die verwendete Anzahl von Kraftumlenkdosen und deren Verteilung über die Länge des Bauelementes nach den jeweiligen Anforderungen und Gegebenheiten richtet. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung besitzt jede Kraftumlenkdose wenigstens zwei gekreuzte Gelenkhebel, die gelenkig in ihrem Kreuzungspunkt mit einem Zugelement verbunden sind, jeweils mit einem Ende gelenkig an die Kraftumlenkdose angreifen und jeweils mit ihrem anderen Ende an dem anderen Zugelement angelenkt sind. Hierdurch und durch weiterhin mögliche Hebelarmbemessungen und daraus resultierenden Übersetzungsverhältnissen lassen sich bereits bei kleinen Dehnungswegen durch Ausnutzung des Kraftverstärkungsprinzips große Druckkräfte in die Zugzone einleiten, die zu einer gewünschten Vergleichmäßigung der Momentbelastung bei Vorsehen von mehreren Kraftumlenkdosen beitragen.
Bei dem erfindungsgemäßen trägerförmigen Bauelement gibt es insgesamt drei verschiedene Verankerungseinrichtungen, die im Bereich der Zugzone angreifen, nämlich eine am Ende des trägerträgerförmigen Bauelements vorgesehene Endverankerungseinrichtung, eine als Kraftumlenkdose ausgebildete Verankerungseinrichtung und schließlich eine Profilverankerungseinrichtung im Profilverlauf selbst, die beabstandet von der Kraftumlenkdose und von dem Ende des trägerförmigen Bauelements in dieses integriert ist und über die von einem Zugelement Kräfte in das trägerförmige Bauelement eingeleitet werden können. Gemäß bevorzugter Weiterbildungen der Erfindung ist das trägerförmige Bauelement mit wenigstens zwei unterschiedlichen Verankerungseinrichtungen versehen, wobei die jeweiligen Anordnungen den entsprechenden Anforderungen gemäß so getroffen sind, daß sich eine deutliche Verringerung des maximalen Moments und eine günstige Profilauslastung ergibt. Beispielsweise kann durch Anordnung einer Kraftumlenkdose in der Nähe des Lagerungsbereichs eines Bauelements in vorteilhafter Weise eine Verformung mit den damit verbundenen Längenänderungen im Auflagebereich vermieden werden, was besondere Bedeutung für die Auslegung und Haltbarkeit von Bauelementlagerungen nach sich zieht.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile sind dem anschließenden Beschreibungsteil zu entnehmen, in dem die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert wird. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines trägerförmigen Bauelements mit konstantem Querschnitt, das an seinen Enden gelagert ist und bei dem eine Zugbewehrung mit zwei Kraftumlenkdosen vorgesehen ist, die an den Enden des Bauelements an Verankerungseinrichtungen angreift;
Figur 2 einen Biegemomentverlauf für das trägerförmige Bauelement gemäß Fig. 1 bei einem Lastfall mit mittiger Punktlast;
Figur 3 ein anderes Ausführungsbeispiel eines trägerförmigen Bauelements mit einer Kraftumlenkdose und zwei endseitigen Verankerungseinrichtungen;
Figur 4 einen Biegemomentverlauf für das Bauelement gemäß Fig.3 bei einem Lastfall mit mittiger Punktlast;
Figur 5 ein Ausführungsbeispiel eines trägerförmigen einseitig eingespannten Bauelements mit einer endseitigen Verankerungseinrichtung, einer Kraftumlenkdose und einer im Profil des Bauelements vorgesehenen Verankerungseinrichtung;
Figur 6 einen Biegemomentverlauf für das in Fig. 5 dargestellte Bauelement bei einem Lastfall mit Punktlast am äußeren freien Ende;
Figur 7 ein Ausführungsbeispiel eines trägerförmigen Bauelements mit zwei Endverankerungseinrichtungen, zwei Kraftumlenkdosen und zwei Profilverankerungseinrichtungen, wobei zwei parallel verlaufende Zugelemente vorgesehen sind;
Figur 8 einen Biegemomentverlauf für das Bauelement gemäß Fig.7 bei einem Lastfall mit mittiger Punktlast;
Figur 9 ein Ausführungsbeispiel eines trägerförmigen Bauelements mit zwei Kraftumlenkdosen und zwei Profilverankerungseinrichtungen;
Figur 10 ein Biegemomentverlauf für das in Fig. 9 dargestellte Bauelement bei einem Lastfall mit mittiger Punktlast;
Figur 11 eine schematische Darstellung einer Kraftumlenkdose ohne gemeinsame gelenkige Verbindung von Gelenkhebeln;
Figur 12 eine schematische Darstellung einer Kraftumlenkdose mit gemeinsamer gelenkiger Verbindung von Gelenkelementen und zusätzlichen gekreuzten Gelenkelementen;
Figur 13 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer Kraftumlenkdose mit teilweise weggeschnittenen Teilen;
Figur 14 einen Schnitt entlang der Schnittlinie XIV-XIV in Fig. 13; und
Figur 15 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kraftumlenkdose.

In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines trägerförmigen Bauelements 10 dargestellt. Das Bauelement 10 besteht aus einem Stahlbetonträger, der über seine gesamte Länge 1_ges einen konstanten Querschnitt aufweist. Das Bauelement 10 ist an seinen Enden auf schematisch dargestellten Auflagern 11 und 12 gelagert und besitzt an seinen Profilenden jeweils eine Endverankerungseinrichtung 13 bzw. 14. In das Profil des Bauelements 10 ist in dessen Zone eine Zugbewehrung 15 integriert, die an den Endverankerungseinrichtungen 13 und 14 befestigt ist. Zu der Zugbewehrung 15 gehören ferner eine kürzere Zugstange 16, eine Kraftumlenkdose 19, eine längere Zugstange 17, eine Kraftumlenkdose 20 sowie eine kürzere Zugstange 18.
Die Zugstangen 16, 17 und 18 sind jeweils in zugeordneten Hüllrohren 21, 22 und 23 längs verschiebbar angeordnet. Die Hüllrohre 21, 22 und 23 sind ihrerseits fest in das Bauelement 10 bei dessen Herstellung integriert. Dies gilt auch für die Kraftumlenkdosen 19 und 20, die gegebenenfalls durch zusätzliche Verankerungsmaßnahmen, wie beispielsweise angeschweißte Stirnplatten oder Stangenprofile, in dem Bauelement ortsfest eingebaut sind. In Fig. 1 beträgt der Abstand 1₁ zwischen der Endverankerungseinrichtung 13 und dem rechten Ende der Kraftumlenkdose 19 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel 1_ges /4, der Abstand 1₂ ist 1_ges /2 und der Abstand 1₃ entspricht dem Abstand 1₁. Die jeweiligen Abstände lassen sich den jeweiligen Belastungsanforderungen entsprechend wählen.
Der Aufbau der Kraftumlenkdosen 19 und 20 entspricht beispielsweise dem in den Figuren 13 und 14 bzw. 15 dargestellten Kraftumlenkdosen, wobei bei der Kraftumlenkdose 19 ein Gelenkhebelübersetzungsverhältnis von 1: 1 gewählt ist. Bei der Kraftumlenkdose 20 ist demgegenüber ein Gelenkhebelübersetzungsverhältnis von 1: 2 gewählt. Dieses Gelenkhebelverhältnis ergibt sich jeweils aus der Länge der Hebelarme zwischen den Anlenkungspunkten der Zugstangen 16 bzw. 18 an dem jeweiligen Gelenkhebel und der Zugstange 17 sowie aus dem Gelenkarm zwischen der Anlenkung der Zugstange 17 und der Anlenkung des Gelenkhebels am Gehäuse der Kraftumlenkdose 19 bzw. 20, wie noch später erläutert wird.
Zur Herstellung des Bauelements 10 werden handelsübliche gerade Spannstangen als Zugstangen 16, 17 und 18 in entsprechenden Hüllrohren 21, 22 und 23 angeordnet, mit den entsprechenden Kraftumlenkdosen 19 und 20 verbunden und gemeinsam mit diesen in die Trägerform einbetoniert, ohne daß eine Verbindung der Zugstangen mit den Endverankerungseinrichtungen 13 und 14 hergestellt wird, die ebenfalls einbetoniert werden. Nach Erreichen der geforderten Betonfestigkeit wird jeweils am Trägerende eine auf der herausragenden Zugstange 16 bzw. 18 befindliche Schraubenmutter mittels eines Drehmomentschlüssels so verschraubt, bis die erforderliche Spannkraft erreicht wird. Dabei ist es aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung des Bauelements 10 möglich, die erforderliche Vorspannung mit lediglich etwa 33% der gesamten Vorspannkraft zu erreichen, so daß diese Vorspannung von Hand vorgenommen werden kann. Demgegenüber war bisher für die Herstellung von vorgespannten Stahlbetonträgern entweder eine kapitalintensive Vorspannanlage mit aufwendiger Bedienung erforderlich, oder die T-Träger wurden im Auflagenbereich bis zum vollen Rechteckquerschnitt (verstärkt) ausgeführt, weil dies zur Aufnahme der gesamten Vorspannkraft erforderlich war, oder Spannkabel wurden parabelförmig eingelegt und mußten nachher aus dem Hohlraum des Hüllrohres unter gleichzeitigem maschinellen Vorspannen der Spannkabel mit Mörtel ausgepreßt werden.
In Fig. 2 ist für einen Lastfall mit einer mittigen Punktlast P vergleiche Fig. 1, ein Biegemomentverlauf dargestellt, der sich für die in Fig. 1 dargestellte Ausbildung des Bauelements 10 ergibt. Der Unterschied zu einer Momentendarstellung mit Gleichlast besteht lediglich darin, daß statt einer dreieckförmigen eine parabelförmige Momentenverteilung vorliegt. Die gestrichelte Dreieckslinie in Fig. 2 stellt den Momentenverlauf bei einem nicht zusatzarmierten Bauelement mit einem konstanten Querschnitt dar. Das maximale Biegemoment Mb_max liegt an der Stelle, an der die Punktlast in das trägerförmige Bauelement 10 eingeleitet wird. Die gestrichelt dargestellten Bereiche zeigen einen geänderten Biegemomentverlauf, der sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bauelements 10 ergibt. Von den Kraftumlenkdosen 19 und 20 sowie von den Endverankerungseinrichtungen 13 und 14, an denen die Zugelemente angreifen, werden den bei Belastung herrschenden Zugkräften Druckkräfte entgegengesetzt, die sich aufgrund unterschiedlicher elastischer Längenänderung zwischen der Zugzone des Bauelements 10 und der zusätzlich angebrachten Zugstangen über die Gelenkhebel ergeben, welche die Längenänderungen in ihrer Richtung umkehren und damit das Dehnmaß der Bauelementzugzone verringern bzw. Aufheben, wodurch sich lastabhängig eine neutrale Lage ergibt. Voraussetzung ist dabei, daß die Zugstangen stets eine geringere elastische Längenänderung der Querschnittsfaser aufweisen als die Zugzone des Bauelements. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß die Zugstangen mit einem niedrigeren σ_zul. gewählt werden als die Zugzone des Bauelements. Bei gleichem Elastizitätsmodul ergeben sich dann unterschiedliche Längenänderungen 1. Dasselbe kann bei unterschiedlichen Baumaterialien durch verschiedene Elastizitätsmodule erreicht werden, z.B. Holz und Stahl oder Beton und Stahl. Dadurch ergeben sich vielfältige Anwendungsmöglichkeiten für ein erfindungsgemäßes trägerförmiges Bauelement, beispielsweise als Biegeträger auf zwei Stützen, als Durchlaufträger mit Anwendung jeweils im Zugbereich, als Kragträger, als Stützen und jeweils in der Ausbildung aus Holz, Metall und Stahlbeton.
Der in der rechten Hälfte der Fig. 2 gegenüber der linken Hälfte der Fig. 2 unterschiedliche Momentenverlauf resultiert aus dem gewählten Gelenkhebelübersetzungsverhältnis von 1: 2 und ist insbesondere vorteilhaft zur Verringerung der Vorspannkräfte im Bereich des Auflagers 12. Die erreichte Momentenumkehr und gleichmäßigere Momentenverteilung über die Länge des Bauelements 10 unter Erzielung eines deutlich verringerten maximalen Biegemoments M′b_max läßt sich in Fig. 2 deutlich erkennen. Technisch läßt sich mit der erfindungsgemäßen Konzeption in wirtschaftlich vertretbarer Weise ein trägerförmiges Bauelement mit einer dreifachen Tragfähigkeit erreichen. Konstruktiv ist bei gleicher Belastung eine Verminderung der Konstruktionshöhe bzw. Vergrößerung der Spannweite bis zum Faktor 1,73 möglich. Dies führt unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten zu einer Kosteneinsparung bis zu 60%.
In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Bauelements 25 schematisiert dargestellt. Gleiche Teile wie bei Figur 1 sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Zugbewehrung besteht hier aus einer kurzen Zugstange 26 und einer langen Zugstange 27, die in einer Kraftumlenkdose 19 mit einem Gelenkhebel im Übersetzungsverhältnis von 1: 1 aneinander angelenkt sind. Die zugehörigen Hüllrohre für die Zugstangen 26 und 27 sind nicht dargestellt. Endseitig sind die Zugstangen 26 und 27 an Endverankerungseinrichtungen 13 bzw. 14 befestigt.
Der zugehörige resultierende Momentenverlauf ergibt sich aus der schematischen Darstellung von Fig. 4. Mit dem trägerförmigen Bauelement 25 läßt sich eine zweifache Tragfähigkeit beispielsweise bei Leimbindern mit Rechteckquerschnitt erreichen. Da nur eine Kraftumlenkdose vorgesehen ist, stellt diese Ausbildungsform eine besonders wirtschaftliche Lösung eines derartigen trägerförmigen Bauelements dar.
Die Figuren 5 und 6 zeigen die Ausbildung eines trägerförmigen Bauelements 30 als auskragenden Träger, der in einer Wand 31 befestigt ist und für den der resultierende Momentenverlauf aus einer Punktlast P am gegenüberliegenden Ende in Fig. 6 dargestellt ist.
Das Bauelement 30 besteht aus einem rechteckförmigen Trägerprofil 32, in dessen in Fig. 5 im oberen Bereich liegenden Zugzone eine Zugbewehrung 33 vorgesehen ist, die sich zusammensetzt aus einer Endverankerungseinrichtung 34, einer Zugstange 35, die in einem Hüllrohr 36 längsverschiebbar angeordnet ist, einer Kraftumlenkdose mit einem Gelenkhebelübersetzungsverhältnis von 1: 1, einer Zugstange 38 mit einem zugeordneten Hüllrohr 39 sowie einer Profilverankerungseinrichtung 40. Die wirksame Länge 1₁, der Zugstange 35, die Länge 1₂ zwischen dem Beginn der Kraftumlenkdose 37 und der Profilverankerungseinrichtung 40 sowie die Länge 1₃ zwischen der Profilverankerungseinrichtung 40 und dem Ende des Trägerprofils 32 betragen bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils 1/3 der Gesamtlänge 1_ges. Auch für diese Ausbildungsform gelten die oben erwähnten Vorzüge des erfindungsgemäßen Bauelements in entsprechender Weise.
Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungemäßen trägerförmigen Bauelements 45, wobei wiederum gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Die Zugbewehrung 46 setzt sich von links nach rechts zusammen aus einer Endverankerungseinrichtung 13, einer ersten Zugstange 47 mit der Länge 1₁, einer Kraftumlenkdose 51, einer zweiten Zugstange 48 und einer Profilverankerungseinrichtung 52. Parallel zu dieser Anordnung ist in dem Profil des trägerförmigen Bauelements 45 die Zugbewehrung 46 weiterhin von links nach-rechts gesehen mit einer Profilverankerungseinrichtung 53, einer dritten Zugstange 49, einer Kraftumlenkdose 54, einer vierten Zugstange 50 sowie einer Endverankerungseinrichtung 14 gebildet. Die Kraftumlenkdosen 51 und 54 weisen ein Gelenkhebelübersetzungsverhältnis von 1: 1 auf.
Die Zugstangen 48 und 49 durchtreten jeweils die Profilverankerungseinrichtungen 53 bzw. 52 in nicht dargestellten Hüllrohren. Auch die Zugstangen 47 und 50 sind längsverschiebbar in nicht dargestellten Hüllrohren untergebracht. Der Abstand 1₁ der Kraftumlenkdose 51 von der Endverankerungseinrichtung 13 ist größer als der Abstand 1₃ der Kraftumlenkdose 54 von der Endverankerungseinrichtung 14, während die Abstände 1₂₁ und 1₂₂ der jeweiligen Kraftumlenkdosen zu den zugehörigen Profilverankerungseinrichtungen 52 bzw. 53 gleichlang sind. Durch die getroffene Anordnung lassen sich vorteilhaft erfindungsgemäße Bauelemente 45 herstellen, die mit schwächer dimensionierten Kraftumlenkdosen auskommen. Weiterhin lassen sich in günstiger Weise Endkräfte im Auflagerbereich herstellen, die entsprechend den jeweiligen Bedürfnissen aufgeteilt sind. Günstig ist ferner die erzielbare geringe Formveränderung des gesamten Bauelements 45 bei Belastung.
Fig. 8 zeigt schraffiert die zugehörige resultierende Momentenverteilung über das Bauelement 45 bei Belastung in der Mitte des Bauelements 45 durch eine punktförmige Kraft P, während gestrichelt zum Vergleich der dreieckförmige Biegemomentverlauf bei gleicher Belastung und fehlender Zugbewehrung dargestellt ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bauelements 56 zeigt schematisch Fig. 9, wobei in Fig. 10 wiederum der zugehörige resultierende Biegemomentverlauf schraffiert wiedergegeben ist. Das Bauelement 56 besitzt wiederum ein rechteckförmiges Trägerprofil 55, das an seinen Enden auf Auflagern 11 und 12 aufliegt. Die Zugbewehrung 58 setzt sich zusammen aus einer Profilverankerungseinrichtung 59, einer kurzen Zugstange 60, einer Kraftumlenkdose 61 mit einem Gelenkhebelübersetzungsverhältnis von 2: 1, einer langen Zugstange 62, einer Kraftumlenkdose 63 mit einem Gelenkhebelübersetzungsverhältnis von 2: 1, einer kurzen Zugstange 64 und einer Profilverankerungseinrichtung 65.
Im Gegensatz zu den bisher dargestellten Ausführungsbeispielen weist das Bauelement 56 eine an beiden Seiten im Feldbereich beginnende Verankerung mit Momentenumkehr auf.
Figur 11 zeigt schematisch den Aufbau der Kraftumlenkdose 19 von Fig. 1. Die Kraftumlenkdose 19 besteht aus einem quadratischen oder rechteckigen Gehäuse 70, in das in Fig. 11 von links die zu der Endverankerungseinrichtung 13 führende Zugstange 16 eingreift, die in dem Gehäuse an einem sich rechtwinklig zu der Zugstange 16 erstreckenden Profil 71 befestigt ist. Das Profil 71 erstreckt sich seinerseits nahezu über die gesamte Breite der Kraftumlenkdose 19 und besitzt an seinen Enden Gelenke 72 und 73, an denen in zueinander parallelen Ebenen entsprechende Zwischenhebel 74 und 75 angelenkt sind, welche ihrerseits über Schwenkgelenke 76 und 77 mit in parallelen Ebenen zueinander angeordneten Gelenkhebeln 78 und 79 verbunden sind. Die Gelenkhebel 78 und 79 kreuzen einander und sind an ihrem jeweils anderen Ende mit einem gehäusefesten Schwenkgelenk 80 bzw. 81 verbunden. Die Zugstange 17 tritt in das Gehäuse 70 von der entgegengesetzten Richtung zu der Zugstange 16 ein und greift mit einer flanschartigen Anformung 82 an die Gelenkhebel 78 und 79 im Bereich des Kreuzungspunktes derselben an. Das bereits erwähnte Übersetzungsverhältnis der Gelenkhebel 78 bzw. 79 ist definiert durch den Abstand des Hebelarmes zwischen dem Gelenk 81 und der Angriffsstelle der Anformung 82 im Kreuzungsbereich der Hebel sowie dem Hebelarm zwischen dem erstgenannten Kreuzungspunkt und dem Gelenk 77.
Bei einem Gelenkhebelübersetzungsverhältnis von 1: 1 ergibt sich bei der Kraftumlenkdose 19 für eine Längenänderung 1 der Zugstange 17 aufgrund der scherenartigen Konstruktion der Gelenkhebel 78 und 79 eine Längenänderung von 21.
Figur 12 zeigt schematisch eine modifizierte Kraftumlenkdose 85, bei der in einem rechteckigen Gehäuse 86 abweichend von dem in.
Fig. 11 dargestellten Ausführungsbeispiel zwischen den Zwischenhebeln 74 und 75 zwei gekreuzte weitere Zwischengelenhebel 90 und 91 angelenkt sind, die in ihrem Kreuzungspunkt eine drehbare Verbindung haben. Die Zwischengelenkhebel 90 und 91 sind an ihren anderen Enden mit Schwengelenken 92 und 93 an den Gelenhebeln 78 und 79 angeschlossen, die abweichend von der Ausbildung in Fig. 11 ein gemeinsames Gelenk 87 in ihrem Kreuzungspunkt besitzen und sich mit ihren gegenüberliegenden Enden mittels Schwenk-Schubgelenken 88 bzw. 89 an der Wand des Gehäuses 86 abstützen, durch die die an dem Gelenk 78 angelenkte Zugstange 17 eintritt. Das Übersetzungsverhältnis beträgt bei den Zwischengelenkhebeln 90 und 91 1: 1 und bei den Gelenkhebeln 78 und 79 2: 3. Der Aufbau der Gelenkhebel ähnelt dem einer Doppelschere, wobei der Vorteil erzielt wird, daß bei einer Längenänderung bzw. bei einem Weg 1 der Zugstange 17 aufgrund der Konfiguration ein Weg von 51 an der Zugstange 16 erreicht wird.
In den Figuren 13 und 14 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kraftumlenkdose 100 dargestellt, das sich insbesondere zur Verwendung in betonumhüllten Bauteilen eignet, ebensogut jedoch für Stahlträger mit Doppel-T-Querschnitt, rechteckigem querschnitt, Holzträger usw., also Träger, die nicht oder nicht vollständig von Beton umhüllt werden, verwendet werden kann.
Die als Verankerungseinrichtung ausgebildete Kraftumlenkdose 100 besteht aus einem dosenförmigen Gehäuse, das im zusammengebauten Zustand abgekapselt und im trägerförmigen Bauelement fest verankert ist. In das Gehäuse 101 greift in Fig. 13 von links die Zugstange 16 und von rechts die Zugstange 17 ein, die jeweils von Hüllrohren 21 bzw. 22 so umschlossen sind, daß in jedem Fall deren Längsverschiebung sichergestellt ist. Das quaderförmige Gehäuse 101 weist einen Boden 102, vier Seitenwände 103, 104 sowie einen aufsetzbaren Deckel 105 auf, der in der Darstellung nach Fig. 13 abgenommen ist. Die sich parallel zu den Zugelementen 16 und 17 erstreckenden Seitenwände 104 sind mit Nuten 106 versehen, in die erste Hebelarme 107 zweier Hebel 108 begrenzt schwenkbar eingreifen.
Das Gehäuse 101 ist entweder am Bauelement befestigt oder im Fall eines Betonbauteiles in dieses eingegossen, so daß die Nuten 106 trägerfeste Widerlager für den schwenkbaren Eingriff der Hebelarme 107 zur Bildung eines Schwenkgelenks ähnlich den Gelenken 80, 81 in Fig. 11 bilden.
Ein Endabschnitt der Zugstange 17, der sich innerhalb des Gehäuses 101 befindet, ist mit einem Gewinde versehen, auf das ein Gabelstück 109 aufgeschraubt ist. Jede Zinke des Gabelstücks 109 dient als Lager für eine Achse 110 eines der beiden zweiarmigen Hebel 108. Der jeweils erste Hebelarm 111 der beiden Hebel 108, der die gleiche Länge hat wie der Hebelarm 107, greift in eine Umfangsnut 112 der anderen Zugstange 16 ein. Die muffenartige Umfangsnut ist durch nicht dargestellte Gewindemuttern begrenzt, die mit Abstand zueinander auf einem in dem Gehäuse 101 befïndlichen Gewindeabschnitt der Zugstange 16 aufgeschraubt sind, wobei die endseitige Gewindemutter den Endflansch 113 bildet.
Figur 15 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausbildungsform einer Kraftumlenkdose 115, die aus einem würfeloder einem quaderförmigen Gehäuse 116 besteht. Die Kraftumlenkdose 115 stellt eine Modifikation der in den Figuren 11 und 12 schematisch dargestellten Kraftumlenkdosen dar, wobei vergleichbare Bauteile identische Bezugszeichen tragen. Abweichend von dem in Figur 11 dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Gelenkhebel 78 und 79 in ihrem Kreuzungspunkt ein Schwenkgelenk auf, an dem gleichzeitig die Zugstange 17 angelenkt ist. Außerdem stützen sich die Gelenkhebel 78 und 79 über Dreh- und Schubgelenke 88 und 89 wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 12 unmittelbar an der Gehäusewand ab, die der Zugstange 17 zugewandt ist. Die Gelenke 88 und 89 sind als Zylinderrollen ausgebildet, die an den Gelenkhebeln 78 und 79 in formentsprechenden Ausnehmungen mit Spiel aufgenommen sind. Das Übersetzungsverhältnis der Gelenkhebel 78 und 79 beträgt 1: 1, wobei sich die Gelenkhebel und die Zwischengelenkhebel jeweils in parallelen Ebenen zueinander bewegen.
Falls das Querschnittsprofil begrenzt ist, beispielsweise bei einem sogenannnten Holzleimbinder, und größere Belastungen aufgebracht werden sollen, besteht auch die Möglichkeit, von dem Kreuzgelenkpunkt 78 ein querverlaufendes Joch durch seitlich in dem Gehäuse vorzusehende Aussparungen nach außen zu führen und die Zugstange 17 durch zwei außerhalb des Profils verlaufende Zugstangen mit entsprechend für die halbe Last verringertem Querschnitt zu ersetzen.

Claims

1. Trägerförmiges Bauelement (10, 25, 30, 45, 56) mit einer Zugbewehrung (15, 33, 46, 58), die zwischen Verankerungseinrichtungen (13, 14) längsverschieblich angeordnet ist, welche mit dem Bauelement (10, 25, 30, 45, 56) verbunden sind, wobei wenigstens eine Verankerungseinrichtung (13, 14) vorgesehen ist, die wenigstens ein Kraftübertragungselment aufweist, das an das Bauelement (10, 25, 30, 45, 56) im Bereich der Zugzone angreift, dadurch gekennzeichnet, daß die längsverschiebliche Zugbewehrung (15, 33, 46, 58) in der Zugzone des Profils des Bauelements (10, 25, 30, 45, 56) angeordnet ist und aus wenigstens zwei Zugelementen (16, 17, 18, 26, 27, 35, 38, 47 _ 50, 60, 62, 64) besteht, und daß jedes Kraftübertragungselement als Gelenkhebel (78, 79, 108) ausgebildet ist, der an den jeweils zueinanderweisenden Enden zweier Zugelemente (16, 17, 18, 26, 27, 35, 38, 47 _ 50, 60, 62, 64) angelenkt ist.

2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Gelenkhebel (78, 79, 108) in einer als Kraftumlenkdose (19, 20, 37, 51, 54, 61, 63, 85, 100, 115) ausgebildeten und vom Auflagerbereich (11, 12) des Bauelements (10, 25, 30, 45, 56) beabstandeten Verankerungseinrichtung vorgesehen ist.

3. Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kraftumlenkdose (19, 20, 37, 51, 54, 61, 63, 85, 100, 115) zwei gekreuzte Gelenkhebel (78, 79) aufweist, die an ihrem Kreuzungspunkt gelenkig mit einem Zugelement (17, 27, 35, 48, 49, 62) verbunden sind, jeweils mit einem Ende gelenkig (80, 81, 88, 89, 106, 107) an die Kraftumlenkdose (19, 20, 37, 51, 54, 61, 63, 85, 100, 115) und jeweils mit ihrem anderen Ende an dem anderen Zugelement (16, 18, 26, 38, 47, 50, 60, 64) angelenkt sind.

4. Bauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlenkung der Enden der Gelenkhebel (78, 79) an dem anderen Zugelement (16) über wenigstens zwei Zwischenhebel (74, 75) vorgesehen ist.

5. Bauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Gelenkhebeln (78, 79) und den Zwischenhebeln (74, 75) wenigstens zwei gekreuzte Zwischengelenkhebel (90, 91) vorgesehen sind.

6. Bauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei den Gelenkhebeln (78, 79) der Hebelarm zwischen dem Kreuzungspunkt (82, 87) und dem Angriffsende an der Kraftumlenkdose gleich dem oder kleiner als der Hebelarm zwischen dem Kreuzungspunkt (82, 87) und ihrem anderen Ende ist.

7. Bauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes in dem Bauelement vorgesehene Zugelement (16, 17, 18, 26, 27, 35, 38, 47 _ 50, 60, 62, 64) längsverschieblich in einem Hüllrohr (21, 22, 23, 33, 39) angeordnet ist.

8. Bauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei miteinander verbundene Zugelemente (16, 17, 18, 26, 27, 35, 38, 47 _ 50, 60, 62, 64) unterschiedliche Länge besitzen, wobei das kürzere Zugelement mit einer im Bereich der Zugzone des Bauelements (10, 25, 30, 45) angreifenden Endverankerungseinrichtung (13, 14) im Auflagerbereich (11, 12) des Bauelements verbunden ist.

9. Bauelement nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei miteinander verbundene Zugelemente (35, 38, 47 _ 50, 60, 62, 64) unterschiedliche Länge besitzen, wobei eines der Zugelemente (38, 48, 49, 60, 64) mit einer im Bereich der Zugzone des Bauelements angreifenden Profilverankerungseinrichtung (40, 52, 53, 59, 65) verbunden ist.

10. Bauelement nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement (10, 56) zwei Kraftumlenkdosen (19, 20, 61, 63) aufweist, die über ein gemeinsames längeres Zugelement (17, 62) miteinander verbunden und von dem jeweiligen Ende des Bauelements beabstandet angeordnet sind.

11. Bauelement nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei miteinander verbundene Zugelemente (47, 48, 49, 50) unterschiedliche Länge besitzen und daß das Bauelement (45) zwei Kraftumlenkdosen (51, 54) aufweist, wobei die jeweils längeren Zugelemente (48, 49) parallel zueinander verlaufen und mit einer im Bereich der Zugzone des Bauelements (45) angreifenden Profilverankerungseinrichtung (52, 53) verbunden sind, welche von einer Kraftumlenkdose gesehen jeweils vor der gegenüberliegenden Kraftumlenkdose angeordnet sind.

12. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugbewehrung (15, 33, 46) im Auflagerbereich (11, 12) des Bauelementes (10, 25, 30, 45) endverankert ist und daß jeder Hebel (78, 79, 108) auf dem Ende seines Zugelements (17, 27, 35, 48, 49, 62) drehbar gelagert ist und sein zweiter Arm (111) mit dem Ende des anschließenden Zugelements (16, 18, 26, 38, 47, 50, 60, 64) beweglich verbunden ist.

13. Bauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des ersten von zwei zueinanderweisenden Zugelementen gabelförmig ausgebildet ist und das Gabelstück (109) das Ende des anderen Zugelements (16) einfaßt, wobei auf jeder Zinke des Gabelstücks (109) ein Hebel (108) drehbar gelagert ist und die zueinanderweisenden zweiten Arme (111) der beiden Hebel (108) gemeinsam an einen Endflansch (113) des anderen Zugelements (16) angreifen.

14. Bauelement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der beiden Zugelemente (16, 17) mit Gewinden versehen sind, wobei einerseits das Gabelstück (109) und andererseits eine Umfangsnut (112) bildende Gewindemuttern aufgeschraubt sind.

15. Bauelement nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugelemente (16, 17) innerhalb in Beton eingebetteter Hüllrohre (21, 22) längsverschieblich angeordnet sind und an dosenartige Verankerungseinrichtungen (100) anschließen, deren parallel zu den Zugelementen verlaufende Seitenwände (104) mit Nuten (106) versehen sind, in die die ersten Hebelarme (107) eingreifen.

16. Bauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugelemente (16, 18, 26, 35, 47, 50) als Zugstangen ausgebildet sind, die wenigstens im Bereich von Endverankerungseinrichtungen (13, 14, 34) mit einem Gewinde vesehen sind, wobei mittels einer aufschraubbaren Gewindemutter eine Vorspannkraft einleitbar ist.