EP3571353A1 - Pfeiler mit lastverzweigendem knoten und einstellbaren auslaufwinkel - Google Patents

Pfeiler mit lastverzweigendem knoten und einstellbaren auslaufwinkel

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EP3571353A1
EP3571353A1 EP18701290.1A EP18701290A EP3571353A1 EP 3571353 A1 EP3571353 A1 EP 3571353A1 EP 18701290 A EP18701290 A EP 18701290A EP 3571353 A1 EP3571353 A1 EP 3571353A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pillar
shaft
kragarmanbindungen
transition
dome surface
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18701290.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael BRÜGGENBROCK
Andreas Cott
Stephan Drewes
Lothar Patberg
Marcus Rauhut
Ingo Rogner
Ralf Stegmeyer
Klaus Plaumann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG, ThyssenKrupp AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
Publication of EP3571353A1 publication Critical patent/EP3571353A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01D—CONSTRUCTION OF BRIDGES, ELEVATED ROADWAYS OR VIADUCTS; ASSEMBLY OF BRIDGES
    • E01D19/00—Structural or constructional details of bridges
    • E01D19/02—Piers; Abutments ; Protecting same against drifting ice
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01D—CONSTRUCTION OF BRIDGES, ELEVATED ROADWAYS OR VIADUCTS; ASSEMBLY OF BRIDGES
    • E01D4/00—Arch-type bridges
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C3/00—Structural elongated elements designed for load-supporting
    • E04C3/30—Columns; Pillars; Struts
    • E04C3/32—Columns; Pillars; Struts of metal
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    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/18—Structures comprising elongated load-supporting parts, e.g. columns, girders, skeletons
    • E04B1/24—Structures comprising elongated load-supporting parts, e.g. columns, girders, skeletons the supporting parts consisting of metal
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    • E04B1/58—Connections for building structures in general of bar-shaped building elements
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    • E04B1/18—Structures comprising elongated load-supporting parts, e.g. columns, girders, skeletons
    • E04B1/24—Structures comprising elongated load-supporting parts, e.g. columns, girders, skeletons the supporting parts consisting of metal
    • E04B1/2403—Connection details of the elongated load-supporting parts
    • E04B2001/2406—Connection nodes
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H12/00—Towers; Masts or poles; Chimney stacks; Water-towers; Methods of erecting such structures
    • E04H12/18—Towers; Masts or poles; Chimney stacks; Water-towers; Methods of erecting such structures movable or with movable sections, e.g. rotatable or telescopic
    • E04H12/185—Towers; Masts or poles; Chimney stacks; Water-towers; Methods of erecting such structures movable or with movable sections, e.g. rotatable or telescopic with identical elements

Definitions

  • pillars have long been known for supporting higher-level construction elements. Usually, these are carried out in the form of columns, which have a uniform cross-section or a suit, ie a taper, from the base to the superstructure. For the support of superstructures with extensive extension a load-split structure with increased span is necessary, which directs forces from a larger area on the pillar, if the superstructure is not self-supporting or dynamic loads occur. For this purpose, the use of crossbars or Auflagerbalken, especially in conjunction with several columns or the use of truss structures is common.
  • a spherical casting node is known in which a plurality of attachment flanges are distributed over the surface to allow the connection of struts.
  • This casting node is intended in particular for use in truss constructions.
  • the disadvantage here however, the costly production and the inflexible design, so the lack of possibility to make later adjustment to the positioning, size and number of Anitatisflansche, since the angle and positions may be different depending on the version of each application.
  • the invention is therefore based on the object to provide a pillar, which has an enlarged span and is flexibly adaptable to the circumstances of the particular application.
  • Another object of the invention is to achieve the aforementioned object with identical or similar components as possible and the smallest possible space requirement. Side tasks are an aesthetic appearance and cost manufacturability.
  • a free pillar hereinafter also generally referred to as a pillar, with the features of claim 1.
  • a free pier with a shank, a branching node provided at the upper end of the shank and at least two cantilevers each connected at one end to the branching node and carrying the superstructure at the other end, is characterized in that the branching node has a branching point Dome surface and a number of cantilevers corresponding number of Kragarmanitatien comprises, and that the Kragarmanitatien are arranged such that the center axes of the Kragarmanitatien and the shaft meet at a common point of intersection.
  • the dome surface has a shape which is symmetrical at least to a plane passing through the central axis of the shaft symmetry plane or rotationally symmetrical to the central axis of the shaft.
  • the symmetrical structure around the center axis improves the force transmission to the shaft, whereby the power flow can be optimized.
  • the shapes of the dome surface may have rounded edges and / or z.
  • B. be designed as a pyramid or truncated cone. With this training, the areas are simplified, with which the Kragarmanitatien are connected to the dome surface. In the case of, for example, ellipsoidal dome surfaces, a 3D trimming may nevertheless be necessary.
  • a particularly preferred embodiment of the pillar is characterized in that the dome surface is formed substantially in the form of a spherical segment, and that the Kragarmanitatien are connected via annular surfaces with the dome surface, whereby the common intersection of the central axes lies in the center of the spherical segment.
  • the outlet angle of the cantilevers relative to the dome surface can be set different.
  • the spherical segment is a special form of rotationally symmetrical design of the dome surface, can be used as a Kragarmanitatien simple pipe sections and the outlet angle of Kragarmanitatien based on the shaft can be set arbitrarily, at the same time an alignment of the central axes is guaranteed.
  • the segment height is less than or equal to the radius, particularly preferably less than or equal to half the radius of the dome surface.
  • the minimum height of the ball segment must meet the following condition, however, where h K for the height of the ball segment, r K for the radius of the ball segment and d A for the diameter of the cantilever connection on the dome surface is:
  • the dome surface is produced by a forming process from a steel sheet.
  • Corresponding methods for forming steel sheets are known per se to the person skilled in the art.
  • the advantage of this preferred embodiment is that correspondingly produced dome surfaces have substantially more constant wall thicknesses than, for example, dome surfaces produced by cast steel.
  • the dome surface is located in the upper region of the branching node and comprises the connections to the cantilever arms completely. In a further preferred embodiment of the invention, the dome surface is curved upwards and outwards.
  • the pillar is characterized in that the cantilevers are connected by means of screw flanges with the Kragarmanitatien. Depending on the span and the ratio of shaft height and overall height of the pier, long cantilevers may be necessary. In order to simplify the assembly and alignment of the cantilever connections to the dome surface here, these are formed separately from the cantilevers. The connection of the cantilevers with the Kragarmanitatien.
  • Kragarmanitatien is then via screw flanges, in particular internal flanges, for which, if necessary, a mounting opening must be provided on at least one of the two components.
  • the pillars are characterized in that the Kragarmanitatien are integrally formed with the cantilevers. As a result, the number of parts is reduced, which reduces the transport and manufacturing costs.
  • the branching node comprises a transition, wherein the dome surface is connected by means of the transition to the shaft, and wherein the transition between different diameters and / or cross-sectional shapes of the shaft and the dome surface compensates.
  • the same cross-sectional shapes of the shaft and the dome surface are preferred, usually round or with a polygonal cross-section, although the diameters may differ, in this case in the application with diameter as a designation also the appropriate dimension, such as edge length, Um-, In Vietnamese etc. are included in polygons. Different diameters can be provided, for example, due to the space required on the dome surface for the Kragarmanitatien, if sufficient for the shaft, a smaller diameter for the support load.
  • the pillar may be characterized in that the transition has a continuously varying diameter and / or cross section.
  • conical transitions for example, which extend the shaft diameter upwards to the diameter of the dome surface, are created for this purpose.
  • the transition can also be designed to produce a mushroom-shaped appearance as a solid flat plate or from the upper shaft end downwardly directed cone.
  • Embodiments of the pillar are characterized in that the parts of the branching node are welded together.
  • these are preferably welded together, in particular the parts of the branching node can be connected to form an assembly, whereby the transport and assembly costs can be reduced.
  • pillars may be characterized in that bulkhead plates are provided in the branching node.
  • bulkhead plates are provided in the branching node.
  • Embodiments of the pillar are characterized in that the cantilevers are designed as a tube with a constant or conical cross section.
  • the easiest and most cost-effective way of manufacturing the cantilevers is to produce tubes of constant diameter. Due to the force curve and in view of the design also conically tapered cantilever arms are sufficient, which at the same time enable weight savings.
  • Embodiments of the pillar according to the invention are characterized in that the cantilevers are bent or 3D-shaped. Mainly for design reasons or to ensure certain clearances, such as clearance height on a certain width of the span between two pillars, the cantilevers can also have a curved course. Under 3D-shaped cantilevers cantilevers are understood to be deformed whose central axis over the length of the cantilever in more than one direction.
  • Pillars of embodiments according to the invention are characterized in particular in that the shaft is designed as a spiral seam welded tube. As a result, just any diameter and tube lengths are possible, which allow a constant or conical cross-sectional profile.
  • the outline of the center line of at least two cantilevers is not parallel to the floor plan of the carriageway centerline of the bridge structure.
  • Fig. 1 shows a pillar in an embodiment of the invention
  • FIG. 2 is another view of the upper part of the embodiment of FIG. 1;
  • FIG. 3 shows an alternative embodiment of the invention analogous to FIG. 2,
  • Fig. 4 shows an embodiment of the lower parts of a pillar according to the invention
  • Fig. 5 shows a further embodiment of the lower parts of a pillar according to the invention
  • Fig. 6 shows a further embodiment of the lower parts of a pillar according to the invention, including cantilever connections,
  • Fig. Fig. 7 shows an exemplary use of columns according to the invention in a bridge.
  • Fig. 1 shows a perspective view of a free pillar (1) according to the invention in an embodiment with four cantilever arms (4), which have a conical basic shape and are slightly bent. These cantilevers (4) are connected by means of screw flanges (6) with the branching node (3), which will be explained in more detail in the following figures.
  • the branching node (3) adjoins a shaft (2) at the top at the top.
  • Fig. 2 shows a branching node (3) and parts of the cantilever arms (4) according to FIG. 1.
  • the cantilever arms (4) are connected by means of screw flanges (6) to a respective cantilever connection (32) which are connected to a coupling surface (31) has a curvature upwards.
  • a transition (33) closes down, the lateral surface tapers conically downwards in the direction of the shaft (2), not shown.
  • Fig. 3 is an alternative embodiment to that shown in FIG. 2 shown variant.
  • the structure with respect to the cantilever arms (4) via the screw flanges (6) and the Kragarmanitatien (32) to the coupling surface (31) are identical.
  • transition (33) smaller diameter, so the transition (33) is not connected to the edge but the inside of the dome surface (31).
  • the transition (33) tapers conically to a smaller diameter compared to the shank (2), which is not shown.
  • the transition (33) has a connecting plate adjoining the cone.
  • Fig. 4 and FIG. 5 each show the lower components of various embodiments.
  • the shank (2) extends from bottom to top and at the top of a conical transition (33) is provided which widens to the diameter of the dome surface (31).
  • the dome surface (31) is in each case formed as a spherical segment. Due to the design as spherical segments can be used for the Kragarmanitatien not shown (32) pipe sections with a circular cross-section.
  • the dome surface (31) represents a hemisphere, thus thus the height of the ball segment or the dome surface (31) corresponds to the radius of the ball segment.
  • a relatively large dome surface (31) is provided which provide corresponding space for an arrangement for the Kragarmanitatien (32) and at the same time, in particular for large spans, allow a large outlet angle between Kragarmanitati (32) and the central axis of the shaft (2) ,
  • the height of the ball segment is less than the radius of the ball segment.
  • FIG. 6 shows a shaft (2) of a pillar (1) according to the invention, at the upper end of which the dome surface (31) adjoins directly.
  • the dome surface (31) here has a symmetrical structure to the perpendicular to the plane of representation through the central axis of the shaft (2) extending plane and is designed for two Kragarmanitatien (32). As shown, the center axes of the Kragarmanitatien (32) and the shaft (2) meet in one point.
  • Fig. 7 illustrates an exemplary use of pillars (1) according to the invention by means of a bridge as superstructure (5).
  • the pillars (1) support the superstructure (5) in that a shaft (2) extends from the floor upwards and branched at the branching node (3) in the cantilevers (4).
  • the cantilever arms (4) branch to allow a larger contact surface or span and are connected to the superstructure (5).

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Freipfeiler (1) mit einem Schaft (2), einem am oberen Ende des Schafts vorgesehener Verzweigungsknoten (3) und mindestens zwei Kragarmen (4), die jeweils an einem Ende mit dem Verzweigungsknoten verbunden sind und am anderen Ende den Überbau (5) tragen, und ist dadurch gekennzeichnet, dass der Verzweigungsknoten (3) eine Kuppelfläche (31) und eine der Anzahl der Kragarme (4) entsprechende Anzahl von Kragarmanbindungen (32) umfasst, und dass die Kragarmanbindungen (32) derart angeordnet sind, dass sich die Mittelachsen der Kragarmanbindungen (32) und des Schafts (2) in einem gemeinsamen Schnittpunkt treffen.

Description

Beschreibung
Pfeiler mit lastverzweiqendem Knoten und einstellbaren Auslaufwinkel Technisches Gebiet (Technical Field)
Im Bauwesen sind für die Abstützung höher gelegener Bauelemente Pfeiler seit langem bekannt. Üblicherweise werden diese in Form von Säulen ausgeführt, die von der Basis bis zum Überbau einen einheitlichen Querschnitt oder einen Anzug, also eine Verjüngung, aufweisen . Für die Abstützung von Überbauten mit großflächigerer Erstreckung ist eine lastverzweigte Struktur mit vergrößerter Stützweite notwendig, die Kräfte von einer größeren Fläche auf den Pfeiler leitet, sofern der Überbau nicht selbsttragend ausgeführt ist oder dynamische Lasten auftreten. Hierfür ist die Verwendung von Querriegeln bzw. Auflagerbalken, insbesondere in Verbindung mit mehreren Säulen oder die Verwendung von Fachwerkstrukturen üblich. Technischer Hintergrund (Background Art)
Aus der CN 102259166 A ist ein kugelförmiger Gussknoten bekannt, an dem mehrere Anbindungsflansche über die Oberfläche verteilt sind, um die Anbindung von Streben zu ermöglichen . Dieser Gussknoten ist insbesondere für die Anwendung in Fachwerkkonstruktionen vorgesehen . Nachteilig ist hierbei allerdings die aufwendige Herstellung und das unflexible Design, also die fehlende Möglichkeit später Anpassung an der Positionierung, Größe und Anzahl der Anbindungsflansche vorzunehmen, da die Winkel und Positionen je nach Ausführung der jeweiligen Anwendung unterschiedlich sein können.
Zusammenfassung der Erfindung (Summary of Invention)
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, einen Pfeiler bereitzustellen, der eine vergrößerte Stützweite aufweist und flexibel an die Gegebenheiten der jeweiligen Anwendung anpassbar ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, die vorgenannte Aufgabe mit möglichst gleichen bzw. gleichartigen Bauteilen und einem möglichst geringen Platzbedarf zu erreichen. Nebenaufgaben sind ein ästhetisches Erscheinungsbild sowie eine kostengünstige Herstellbarkeit.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Freipfeiler, im Folgenden auch allgemein als Pfeiler bezeichnet, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein Freipfeiler mit einem Schaft, einem am oberen Ende des Schafts vorgesehener Verzweigungsknoten und mindestens zwei Kragarmen, die jeweils an einem Ende mit dem Verzweigungsknoten verbunden sind und am anderen Ende den Überbau tragen, dadurch gekennzeichnet ist, dass der Verzweigungsknoten eine Kuppelfläche und eine der Anzahl der Kragarme entsprechende Anzahl von Kragarmanbindungen umfasst, und dass die Kragarmanbindungen derart angeordnet sind, dass sich die Mittelachsen der Kragarmanbindungen und des Schafts in einem gemeinsamen Schnittpunkt treffen . Durch eine derartige Ausgestaltung kann ein relativ filigranes Aussehen der Pfeilerkonstruktion erreicht werden, insbesondere bei der Verwendung von Stahl als Werkstoff. Somit wird nur eine verhältnismäßig kleine Aufstellfläche benötigt und es entsteht, vor allem in Verbindung mit einem entsprechenden ebenfalls relativ filigranen Überbau, nur eine geringe Verschattung der darunterliegenden Bereiche.
Bevorzugte Ausführungsformen des Pfeilers sind dadurch gekennzeichnet, dass die Kuppelfläche eine Form aufweist, die mindestens zu einer durch die Mittelachse des Schafts laufenden Symmetrieebene symmetrisch oder zur Mittelachse des Schafts rotationssymmetrisch ist. Hierbei entstehen Formen, wie Pyramiden, Kegel und Kuppeln, was eine entsprechend symmetrische Anordnung der Kragarme bzw. der Kragarmanbindungen ermöglicht. Der symmetrische Aufbau um die Mittelachse verbessert die Krafteinleitung auf den Schaft, wodurch der Kraftfluss optimiert werden kann. Abhängig von der Ausgestaltung und den Designanforderungen können die Formen der Kuppelfläche gerundete Kanten aufweisen und/oder z. B. als Pyramiden- oder Kegelstumpf ausgebildet sein. Mit dieser Ausbildung werden die Flächen vereinfacht, mit denen die Kragarmanbindungen mit der Kuppelfläche verbunden sind. Bei beispielsweise ellipsoiden Kuppelflächen kann dennoch ein 3D-Beschnitt notwendig sein .
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Pfeilers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kuppelfläche im Wesentlichen in Form eines Kugelsegments ausgebildet ist, und dass die Kragarmanbindungen über kreisringförmige Flächen mit der Kuppelfläche verbunden sind, wodurch der gemeinsame Schnittpunkt der Mittelachsen im Zentrum des Kugelsegments liegt. Durch entsprechenden 3D-Beschnitt anstelle der einfachen Rohrabschnitte sind natürlich auch Ausführungen möglich, bei denen der Auslaufwinkel der Kragarme bezogen auf die Kuppelfläche unterschiedliche eingestellt werden kann . Das Kugelsegment ist eine Sonderform der rotationssymmetrischen Ausbildung der Kuppelfläche, durch die als Kragarmanbindungen einfache Rohrabschnitte verwendet werden können und die Auslaufwinkel der Kragarmanbindungen bezogen auf den Schaft beliebig eingestellt werden können, wobei gleichzeitig eine erfindungsgemäße Ausrichtung der Mittelachsen gewährleistet ist. Bevorzugt wird hierbei, dass die Segmenthöhe kleiner gleich dem Radius, besonders bevorzugt kleiner gleich dem halben Radius, der Kuppelfläche ist. Um die mindestens zwei Kragarmanbindungen auf der Kuppelfläche anordnet zu können, ohne dass diese direkt miteinander verbunden werden müssen, muss die Mindesthöhe des Kugelsegments dabei jedoch folgende Bedingung erfüllen, bei der hK für die Höhe des Kugelsegments, rK für den Radius des Kugelsegments und dA für den Durchmesser der Kragarmanbindung an der Kuppelfläche steht:
hK ~ 2 x rK
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Kuppelfläche durch einen Umformprozess aus einem Stahlblech erzeugt. Entsprechende Verfahren zum Umformen von Stahlblechen sind dem Fachmann an sich bekannt. Vorteil dieser bevorzugten Ausführungsform ist, dass entsprechend hergestellte Kuppelflächen wesentlich konstantere Wandstärken aufweisen als beispielsweise durch Stahlguss hergestellte Kuppelflächen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung befindet sich die Kuppelfläche im oberen Bereich des Verzweigungsknotens und umfasst die Anbindungen zu den Kragarmen vollständig . In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Kuppelfläche nach oben und nach außen gewölbt.
In weiteren Ausführungsformen der Erfindung ist der Pfeiler dadurch gekennzeichnet, dass die Kragarme mittels Schraubflanschen mit den Kragarmanbindungen verbunden sind. Abhängig von der Stützweite sowie das Verhältnis von Schafthöhe und Gesamthöhe des Pfeilers sind ggf. lange Kragarme notwendig . Um hier die Montage und die Ausrichtung der Kragarmanbindungen an die Kuppelfläche zu vereinfachen sind diese separat von den Kragarmen ausgebildet. Die Verbindung der Kragarme mit den
Kragarmanbindungen erfolgt dann über Schraubflansche, insbesondere innenliegende Flansche, wofür ggf. noch eine Montageöffnung an zumindest einem der beiden Bauteile vorgesehen sein muss.
In alternativen Ausführungsformen zu den vorgenannten, vor allem bei relative geringen Pfeilerhöhen, sind die Pfeiler dadurch gekennzeichnet, dass die Kragarmanbindungen einstückig mit den Kragarmen ausgebildet sind . Hierdurch wird die Teilezahl verringert, was den Transport- und Fertigungsaufwand verringert.
Weitere Ausführungsformen des Pfeilers sind dadurch gekennzeichnet, dass der Verzweigungsknoten einen Übergang umfasst, wobei die Kuppelfläche mittels des Übergangs mit dem Schaft verbunden ist, und wobei der Übergang zwischen unterschiedlichen Durchmessern und/oder Querschnittsformen des Schafts und der Kuppelfläche ausgleicht. Hinsichtlich des Designs sind in der Regel gleiche Querschnittformen von Schaft und Kuppelfläche bevorzugt, meist rund oder mit einem polygonen Querschnitt, wobei sich allerdings die Durchmesser unterscheiden können, wobei hier in der Anmeldung mit Durchmesser als Bezeichnung auch die entsprechenden Abmessung, wie Kantenlänge, Um-, Inkreis usw. bei Polygonen beinhaltet sind . Unterschiedliche Durchmesser können beispielsweise aufgrund des Platzbedarfs an der Kuppelfläche für die Kragarmanbindungen vorgesehen werden, wenn für den Schaft ein geringerer Durchmesser für die Stützlast ausreicht.
Bei Ausführungsformen des Pfeilers mit Übergang kann der Pfeiler dadurch gekennzeichnet sein, dass der Übergang einen sich kontinuierlich ändernden Durchmesser und/oder Querschnitt aufweist. Hierfür entstehen bei runden Querschnitten beispielsweise konische Übergänge, die den Schaftdurchmesser nach oben auf den Durchmesser der Kuppelfläche erweitern . Alternativ kann der Übergang auch zur Erzeugung eines pilzförmigen Erscheinungsbilds als massive ebene Platte oder vom oberen Schaftende nach unten gerichteter Konus ausgeführt sein.
Ausführungsformen des Pfeilers sind dadurch gekennzeichnet, dass die Teile des Verzweigungsknotens miteinander verschweißt sind . Bei der Verwendung von Stahl als Werkstoff für die Bauteile des Pfeilers werden diese bevorzugt miteinander verschweißt, insbesondere die Teile des Verzweigungsknoten können so zu einer Baugruppe verbunden werden, wodurch sich der Transport- und Montageaufwand verringern lässt.
Zur Verstärkung können in Ausführungsformen der Erfindung Pfeiler dadurch gekennzeichnet sein, dass im Verzweigungsknoten Schottbleche vorgesehen sind . Insbesondere bei größeren Durchmessern kann so die Steifigkeit der Bauteile ohne eine Erhöhung der Wandstärken verbessert werden .
Ausführungsformen des Pfeilers sind dadurch gekennzeichnet, dass die Kragarme als Rohr mit einem konstanten oder konischen Querschnitt ausgeführt sind . Fertigungstechnisch am einfachsten und kostengünstigsten lassen sich die Kragarme aus Rohren mit konstantem Durchmesser herstellen . Aufgrund des Kraftverlaufs sowie in Anbetracht des Designs genügen auch sich nach oben konisch verjüngende Kragarme, welche gleichzeitig eine Gewichtsersparnis ermöglichen.
Erfindungsgemäße Ausführungsformen des Pfeiler sind dadurch gekennzeichnet, dass die Kragarme gebogen oder 3D-geformt sind . Vor allem aus Designgründen oder auch um bestimmte lichte Weiten, wie Durchfahrthöhe auf einer bestimmten Breite der Stützweite zwischen zwei Pfeilern, zu gewährleisten, können die Kragarme auch einen gebogenen Verlauf aufweisen . Unter 3D-geformten Kragarmen sind Kragarme zu verstehen, deren Mittelachse über die Länge des Kragarms in mehr als eine Richtung verformt ist.
Pfeiler erfindungsgemäßer Ausführungsformen sind insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft als spiralnahtgeschweißtes Rohr ausgeführt ist. Hierdurch sind einfach beliebige Durchmesser als auch Rohrlängen möglich, die einen konstanten oder auch konischen Querschnittsverlauf ermöglichen . In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verläuft der Grundriss der Mittellinie von mindestens 2 Kragarmen nicht parallel zum Grundriss der Fahrbahnmittellinie der Brückenstruktur.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen (Brief Description of Drawings)
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert, wobei gleichartige Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind . Im Einzelnen zeigen :
Fig . 1 einen Pfeiler in einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig . 2 eine weitere Ansicht des oberen Teils der Ausführungsform in Fig. 1,
Fig . 3 eine alternative Ausführungsform der Erfindung analog zu Fig . 2 dargestellt,
Fig . 4 eine Ausführungsform der unteren Teile eines erfindungsgemäßen Pfeilers,
Fig . 5 eine weitere Ausführungsform der unteren Teile eines erfindungsgemäßen Pfeilers,
Fig . 6 eine weitere Ausführungsform der unteren Teile eines erfindungsgemäßen Pfeilers inklusive Kragarmanbindungen,
Fig . 7 eine beispielhafte Verwendung erfindungsgemäßer Pfeiler bei einer Brücke.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen (Best Mode for Carrying out the Invention)
Fig . 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Freipfeilers (1) in einer Ausführungsform mit vier Kragarmen (4), die eine konische Grundform aufweisen und leicht gebogen sind. Diese Kragarmen (4) sind mittels Schraubflanschen (6) mit dem Verzweigungsknoten (3) verbunden, welcher in den folgenden Figuren noch näher erläutert wird . Der Verzweigungsknoten (3) schließt sich oben am oberen Ende an einem Schaft (2) an.
Fig . 2 zeigt einen Verzweigungsknoten (3) sowie Teile der Kragarme (4) gemäß Fig. 1. Hierbei sind die Kragarme (4) mittels Schraubflanschen (6) mit jeweils einer Kragarmanbindung (32) verbunden die auf einer Kuppelfläche (31) verbunden sind, die eine Wölbung nach oben aufweist. An den Rand der Kuppelfläche (31) schließt sich ein Übergang (33) nach unten an, dessen Mantelfläche sich nach unten in Richtung des nicht dargestellten Schafts (2) konisch verjüngt. In Fig . 3 ist eine alternative Ausführungsform zu der in Fig . 2 gezeigten Variante dargestellt. Der Aufbau hinsichtlich der Kragarme (4) über die Schraubflansche (6) und den Kragarmanbindungen (32) bis zur Kuppelfläche (31) sind hierbei identisch . Allerdings weist der Übergang (33) kleinere Durchmesser auf, weshalb der Übergang (33) nicht mit dem Rand sondern der Innenseite der Kuppelfläche (31) verbunden ist. Als einen weiteren Unterschied verjüngt sich der Übergang (33) konisch auf einen im Vergleich zum nicht dargestellten Schaft (2) kleineren Durchmesser. Um diesen Durchmesserunterschied auszugleichen, weist der Übergang (33) eine sich an den Konus anschließende Anschlussplatte auf.
Fig . 4 und Fig . 5 zeigen jeweils die unteren Bauteile verschiedener Ausführungsformen. Gemeinsam ist diesen Ausführungsformen, dass sich der Schaft (2) von unten nach oben erstreckt und am oberen Ende ein konischer Übergang (33) vorgesehen ist, der sich bis auf den Durchmesser der Kuppelfläche (31) erweitert. Die Kuppelfläche (31) ist jeweils als ein Kugelsegment ausgebildet. Aufgrund der Ausbildung als Kugelsegmente können für die nicht dargestellten Kragarmanbindungen (32) Rohrabschnitte mit kreisförmigem Querschnitt verwendet werden.
Der Unterschied besteht darin, dass in Fig . 4 die Kuppelfläche (31) eine Halbkugel darstellt, somit also die Höhe des Kugelsegments bzw. der Kuppelfläche (31) dem Radius des Kugelsegments entspricht. Hierdurch wird eine relativ große Kuppelfläche (31) bereitgestellt, die für die nicht dargestellten Kragarmanbindungen (32) entsprechend Platz für eine Anordnung bieten und gleichzeitig, insbesondere für große Stützweiten, einen großen Auslaufwinkel zwischen Kragarmanbindung (32) und Mittelachse des Schafts (2) ermöglichen.
Im Gegensatz dazu ist in Fig. 5 die Höhe des Kugelsegments geringer als der Radius des Kugelsegments. Hierdurch bildet sich eine Kuppelfläche (31) die deutlich flacher ausgebildet ist, wodurch ein geringerer Auslaufwinkel zwischen Kragarmanbindung (32) und Mittelachse des Schafts (2) entsteht, was den Kraftfluss in den Bauteilen verbessert.
In Fig. 6 ist ein Schaft (2) eines erfindungsgemäßen Pfeilers (1) gezeigt, an dessen oberem Ende sich direkt die Kuppelfläche (31) anschließt. In diesem Ausführungsbeispiel ist kein Übergang (33) vorgesehen . Die Kuppelfläche (31) weist hier einen symmetrischen Aufbau zu der senkrecht zur Darstellungsebene durch die Mittelachse des Schafts (2) verlaufenden Ebene auf und ist für zwei Kragarmanbindungen (32) ausgelegt. Wie dargestellt treffen sich die Mittelachsen der Kragarmanbindungen (32) und des Schafts (2) in einem Punkt. Die Position dieses Punkts auf der Mittelachse des Schafts (2) kann in diesem Ausführungsbeispiel durch Änderung der Höhe des in der Ansicht dargestellten dreieckigen Querschnitts der Kuppelfläche (31) und/oder eines anderen Winkels der Flächen an den Kragarmanbindungen (32) zur Verbindung mit der Kuppelfläche (31) verändert werden, wodurch der Kraftfluss im Pfeiler veränderbar ist. Fig . 7 stellt eine beispielhafte Verwendung erfindungsgemäßer Pfeiler (1) anhand einer Brücke als Überbau (5) dar. In diesem Beispiel tragen die Pfeiler (1) den Überbau (5) dadurch, dass sich jeweils ein Schaft (2) vom Boden nach oben erstreckt und sich am Verzweigungsknoten (3) in die Kragarme (4) verzweigt. Die Kragarme (4) verzweigen sich, um eine größere Auflagefläche bzw. Stützweite zu ermöglichen und sind mit dem Überbau (5) verbunden.
Die verschiedenen Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar und nicht nur auf die beschriebenen oder dargestellten Beispiele von Ausführungsformen beschränkt.
Bezugszeichenliste
1 (Frei-)Pfeiler
2 Schaft
3 Verzweigungsknoten
31 Kuppelfläche
32 Kragarmanbindung
33 Übergang
4 Kragarm
5 Überbau
6 Schraubflansche

Claims

Patentansprüche
1. Freipfeiler (1) mit einem Schaft (2), einem am oberen Ende des Schafts vorgesehener Verzweigungsknoten (3) und mindestens zwei Kragarmen (4), die jeweils an einem Ende mit dem Verzweigungsknoten verbunden sind und am anderen Ende den Überbau (5) tragen,
dadurch gekennzeichnet, dass der Verzweigungsknoten (3) eine Kuppelfläche (31) und eine der Anzahl der Kragarme (4) entsprechende Anzahl von Kragarmanbindungen (32) umfasst, und dass die Kragarmanbindungen (32) derart angeordnet sind, dass sich die Mittelachsen der Kragarmanbindungen (32) und des Schafts (2) in einem gemeinsamen Schnittpunkt treffen .
2. Pfeiler (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kuppelfläche (31) eine Form aufweist, die mindestens zu einer durch die Mittelachse des Schafts (2) laufenden Symmetrieebene symmetrisch oder zur Mittelachse des Schafts (2) rotationssymmetrisch ist.
3. Pfeiler (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Kuppelfläche (31) im Wesentlichen in Form eines Kugelsegments ausgebildet ist, und dass die Kragarmanbindungen (32) über kreisringförmige Flächen mit der Kuppelfläche (31) verbunden sind, wodurch der gemeinsame Schnittpunkt der Mittelachsen im Zentrum des Kugelsegments liegt.
4. Pfeiler (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Kragarme (4) mittels Schraubflanschen (6) mit den Kragarmanbindungen (32) verbunden sind .
5. Pfeiler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
Kragarmanbindungen (32) einstückig mit den Kragarmen (4) ausgebildet sind .
6. Pfeiler (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der
Verzweigungsknoten (3) einen Übergang (33) umfasst, wobei die Kuppelfläche (31) mittels des Übergangs (33) mit dem Schaft (2) verbunden ist, und wobei der Übergang (33) zwischen unterschiedlichen Durchmessern und/oder Querschnittsformen des Schafts (2) und der Kuppelfläche (31) ausgleicht.
7. Pfeiler (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang (33) einen sich kontinuierlich ändernden Durchmesser und/oder Querschnitt aufweist.
8. Pfeiler (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile des Verzweigungsknotens (3) miteinander verschweißt sind .
1
9. Pfeiler (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im
Verzweigungsknoten (3) Schottbleche vorgesehen sind .
10. Pfeiler (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Kragarme (4) als Rohr mit einem konstanten oder konischen Querschnitt ausgeführt sind .
11. Pfeiler (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kragarme (4) gebogen oder 3D-geformt sind .
12. Pfeiler (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (2) als spiralnahtgeschweißtes Rohr ausgeführt ist.
2
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