DE19704759A1

DE19704759A1 - Abspannelement für Bauwerke, Teile von Bauwerken, Masten oder dergleichen

Info

Publication number: DE19704759A1
Application number: DE1997104759
Authority: DE
Inventors: Constantin Dipl Ing Verwiebe
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-02-08
Filing date: 1997-02-08
Publication date: 1998-08-13

Description

Die Erfindung betrifft ein Abspannelement für Bauwerke, Teile von Bauwerken, Masten oder dergleichen, insbesondere Seile von Schrägseilbrücken oder Hänger von Stabbogenbrücken, mit einem im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt, dessen Mantelfläche zur Störung des Erregermechanismus und damit zur Reduzierung Regen-Wind-induzierter Schwingungen mit mindestens einem Mittel versehen ist, das auf entlang der Mantelfläche herablaufende Wasserrinnsale einwirkt.

Bei abgespannten Strukturen, wie beispielsweise Schrägseilbrücken, Stabbogenbrücken, Masten oder Dächern, treten an den Abspannelementen mit Kreisquerschnitt, beispielsweise Seilen oder Stahlhängern, Schwingungen auf, die durch die Kombination von Wind und Regen hervorgerufen werden. Diese in Windrichtung und quer zur Windrichtung auftretenden Schwingungen nennt man Regen-Wind-induzierte Schwingungen. Bei bestimmten Windgeschwindigkeiten und gleichzeitigem Regen können Wechselwirkungen zwischen Bewegungen des Abspannelementes und der Massenträgheit von einem oder zwei an der Mantelfläche des Abspannelementes herablaufenden Wasserrinnsalen dazu führen, daß die auf das Abspannelement wirkenden Windkräfte bzw. Windkraftbeiwerte sich im gleichen Rhythmus ändern wie die Bewegung des Abspannelementes. Diese rhythmische Veränderung der Windkräfte bzw. der Windkraftbeiwerte kann dazu führen, daß die Schwingungsamplituden des Abspannelementes so groß werden, daß seine Haltbarkeit beeinträchtigt wird. Das Phänomen der Regen-Wind-induzierten Schwingungen wird beispielsweise in der Zeitschrift "Stahlbau", 65 (1996), Heft 12, Seiten 547 bis 550, beschrieben. Von einem Schadensfall wird in "Stahlbau", 65 (1996), Heft 3, Seiten 105-114, berichtet.

Zur Reduzierung dieser Regen-Wind-induzierten Schwingungen wurden in der Praxis verschiedene Maßnahmen erprobt. Eine optisch nicht sehr ansprechende und darüber hinaus bautechnisch sehr aufwendige Lösung besteht beispielsweise darin, die zu schützenden Abspannelemente mit zusätzlichen Abspannelementen zu versehen, über die diese untereinander oder gegenüber dem Grund verspannt sind. Weiterhin wurde vorgeschlagen, mäanderförmige oder geradlinig verlaufende Längsrillen in der Mantelfläche der Abspannelemente auszubilden, um über diese Längsrillen ein kanalisiertes Ablaufen der Wasserrinnsale zu erreichen. Bei schwachen Regenfällen haben sich diese Längsrillen zwar durchaus bewährt, jedoch hat sich in der Praxis herausgestellt, daß sich diese Rillen bei starkem Regen mit Wasser füllen und damit ihre Wirkung gegen die Rinnsalschwingungen in Umfangsrichtung verlieren.

Ausgehend von diesem bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei Abspannelementen der Eingangs genannten Art die Mittel zur Reduzierung Regen-Wind-induzierter Schwingungen derart zu modifizieren, daß auch bei starken Regenfällen ein ausreichender Schutz gegen Regen-Wind-induzierte Schwingungen gewährleistet ist.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel im wesentlichen an der Stelle der Mantelfläche angeordnet ist, an der die Wasserrinnsale herablaufen und daß das Mittel so ausgestaltet ist, daß es einer wind- und massenträgheitsinduzierten Schwingung des Wasserrinnsals als ganzem entgegenwirkt.

Durch die Erkenntnis, daß die Regen-Wind-induzierten Schwingungen durch Schwingungen der entlang der Mantelfläche der Abspannelemente herablaufenden Wasserrinnsale erzeugt werden, ist es nunmehr möglich, diese Schwingungen dadurch zu unterbinden oder zumindest stark zu reduzieren, daß die an der Mantelfläche der Abspannelemente vorgesehenen Mittel so ausgestaltet sind, daß sie ein Schwingen des Wasserrinnsals als ganzem verhindern. Darüber hinaus werden diese als Oberflächenmodifikationen ausgebildeten Mittel vorteilhafterweise im wesentlichen nur an den Stellen der Mantelfläche angeordnet, an denen die Wasserrinnsale herablaufen, also der Unter- und Oberseite sowie der beiden Seiten der Abspannelemente.

Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist die an der Mantelfläche des Abspannelementes vorgesehene Oberflächenmodifikation als mindestens ein auf der Mantelfläche angeordneter, das Wasserrinnsal leitender Steg ausgebildet. Durch einen solchen auf der Mantelfläche angeordneten Steg wird das Verschieben des Wasserrinnsals bzw. der Wasserrinnsale entlang der Mantelfläche aufgrund ihrer Massenträgheit bzw. der Wind kraft verhindert, so daß aufgrund der Behinderung der Schwingbewegung des Wasserrinnsals keine Änderung der Kraftbeiwerte mehr stattfindet und somit keine selbsterregte Schwingung mehr auftritt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dieser Dämpfungsmittel ist der mindestens eine Steg als nur an einzelnen Berührungspunkten mit der Mantelfläche verbundener hinterlüfteter Steg ausgebildet. Diese Möglichkeit der Hinterlüftung des Steges ist besonders vorteilhaft, da hierdurch Galloping-Schwingungen unterdrückt werden, die aufgrund der veränderten Querschnittsform des ursprünglich zylindrischen Abspannelementes durch die aufgebrachten Stege hervorgerufen werden könnten. Bei der Bemessung des Spaltes zwischen Mantelfläche des Abspannelementes und Unterkante des Steges ist darauf zu achten, daß dieser so groß ausgestaltet wird, daß er das Auftreten von Galloping-Schwingungen verhindert.

Gemäß einer ersten Ausführungsform der als Steg ausgebildeten Oberflächenmodifikation wird vorgeschlagen, daß die Stege geradlinig in Längsrichtung der Mantelfläche des Abspannelementes verlaufen.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform der als Stege ausgebildeten Oberflächenmodifikation sind die Stege als ein- oder mehrgängige Wendel ausgebildet. Durch diese Ausbildung der Stege als Wendel wird das an der Mantelfläche herablaufende Wasser fortlaufend so abgeführt, daß sich kein durchgehendes Rinnsal entlang der Manteloberfläche ergibt, das aufgrund der Windkräfte zu Schwingungen angeregt werden könnte.

Zur Reduzierung von Regen-Wind-induzierten Schwingungen an Abspannelementen mit vorgegebener Wind- und Regenrichtung ist es weiterhin möglich, daß die Stege als nur die Unterseite der Mantelfläche übergreifende, in Längsrichtung der Mantelfläche übereinander angeordnete Wendelsegmente ausgebildet sind.

Ebenso ist es bei vorgegebener Wind- und Regenrichtung möglich, den mindestens einen Steg als von der Oberseite und Unterseite der Mantelfläche zu der einen oder anderen Seite der Mantelfläche führende, in Längsrichtung der Mantelfläche übereinander angeordnete Wendelsegmente auszubilden.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist die Oberflächenmodifikation als mindestens eine tangential zur Mantelfläche verlaufende, das Wasserrinnsal leitende Nut ausgebildet. Im Gegensatz zu den aus der Praxis bekannten, in Längsrichtung entlang der Mantelfläche verlaufenden Nuten bildet sich selbst bei starken Regenfällen bei diesen tangential verlaufenden Nuten kein in Längsrichtung der Mantelfläche verlaufendes Wasserrinnsal aus, welches zu Schwingungen angeregt werden kann.

Mit einer dritten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Oberflächenmodifikation als das Ablaufen des Wasserrinnsals entlang der Mantelfläche unterbrechendes Ableitelement ausgebildet ist. Diese Ausführungsform macht sich zunutze, daß das zwischen den Ableitelementen sich ansammelnde Wasser nicht ausreicht, um mindestens ein ausgeprägtes Wasserrinnsal entstehen zu lassen, dessen Schwingung in Umfangsrichtung Voraussetzung für die sich rhythmisch ändernden Kraftbeiwerte ist, die wiederum das Spannelement selbst in Schwingungen versetzen.

Gemäß einer ersten Ausführungsform der als Ableitelemente ausgebildeten Oberflächenmodifikation wird vorgeschlagen, daß das Ableitelement als mindestens ein die Mantelfläche umgreifender Ring ausgebildet ist. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß sie besonders einfach ausgestaltet ist und auch ohne Eingriff in die Mantelfläche des Abspannelementes mit nur geringem Aufwand nachträglich an vorhandenen Abspannelementen anbringbar ist. Durch die rechtwinklig oder unter einem Winkel zur Mantelfläche geneigt ausgerichteten Scheiben werden die entlang der Mantelfläche herabfließenden Wasserrinnsale unterbrochen und das Wasser von der Mantelfläche abgeleitet. Auf diese Weise ist es nicht möglich, daß ein entlang der gesamten Mantelfläche herablaufendes Wasserrinnsal als ganzes in Schwingungen versetzt werden kann.

Mit einer zweiten Ausführungsform der als Ableitelemente ausgebildeten Oberflächenmodifikation wird vorgeschlagen, daß das Ableitelement als mindestens eine in der Ablaufstrecke des Wasserrinnsals angeordnete, von der Mantelfläche fortweisende Abtropfnase ausgebildet ist. Diese im Bereich der Wasserrinnsale ausgebildeten Abtropfnasen unterbrechen das zusammenhängende Rinnsal und leiten das ihnen zugeführte Wasser vom Abspannelement fort in den Wind, so daß dieses abgeleitete Wasser nicht mehr zur Ausbildung eines neuen Rinnsals zur Verfügung steht.

Schließlich wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß die mindestens eine Abtropfnase in einer in Längsrichtung der Mantelfläche verlaufenden Nut angeordnet ist. Mit dieser Anordnung der Abtropfnasen in den Längsnuten ist es möglich, die aus der Praxis bekannte Idee der Anordnung von die Wasserrinnsale kanalisierenden Längsnuten so zu verbessern, daß sich auch bei starken Regenfällen kein zusammenhängendes, die Nuten auffüllendes Wasserrinnsal bildet, welches als ganzes zu Schwingungen angeregt werden kann, weil die in der Nut angeordneten Abtropfnasen das herabfließende Wasser immer wieder aus der Nut heraus und von der Mantelfläche fortlenken.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen, in der verschiedene Ausführungsformen der Oberflächenmodifikationen zur Reduzierung von Regen-Wind-induzierten Schwingungen an Abspannelementen dargestellt sind. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine ausschnittweise Seitenansicht eines Abspannelementes mit an der Unterseite der Mantelfläche angeordneter Nut mit Abtropfnasen;

Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch ein Abspannelement mit auf der Mantelfläche angeordneten hinterlüfteten Stegen;

Fig. 3 eine ausschnittweise Seitenansicht eines Abspannelementes mit auf der Mantelfläche angeordneten wendelförmigen Stegen;

Fig. 4 eine ausschnittweise Seitenansicht eines Abspannelementes mit auf der Unterseite der Mantelfläche angeordneten Wendelsegmenten;

Fig. 5 eine ausschnittweise Seitenansicht eines Abspannelementes mit auf der Unterseite und Oberseite angeordneten Wendelsegmenten und

Fig. 6 eine ausschnittweise Seitenansicht eines Abspannelementes mit die Mantelfläche umgreifenden Ringen.

In Fig. 1 ist exemplarisch ein Teilausschnitt eines Abspannelementes 1 in Seitenansicht dargestellt. Auf der Unterseite der Mantelfläche 2 des Abspannelementes 1 sind in Längsrichtung übereinander zwei Abtropfnasen 3 angeordnet. Wenn Regen an diesem Abspannelement 1 herabläuft, so bildet sich auf der Unterseite des Abspannelementes 1 ein Rinnsal aus, welches entlang der Mantelfläche 2 über die gesamte Länge des Abspannelementes 1 herablaufen will. Durch die in der Abfließstrecke angeordneten Abtropfnasen 3 wird das Wasserrinnsal von der Mantelfläche 2 des Abspannelementes 1 abgeleitet, so daß sich kein zusammenhängendes, über die gesamte Länge des Abspannelementes 1 erstreckendes Wasserrinnsal ausbilden kann. Diese dargestellten Abtropfnasen 3 können einerseits direkt auf der Mantelfläche 2 des Abspannelementes 1 angeordnet sein oder aber in Nuten 4 angeordnet sein, welches zum kanalisierten Abführen des Regenwassers dienen. Eine solche Nut 4 ist exemplarisch in Fig. 1 auf der Unterseite des Abspannelementes 1 dargestellt.

Bei dem in Fig. 2 im Querschnitt dargestellten Abspannelement sind zum Verhindern des Schwingens der Regenwasserrinnsale auf der Mantelfläche 2 in Umfangsrichtung Stege 5 angeordnet. Das an der Mantelfläche 2 des Abspannelementes 1 herablaufende Wasserrinnsal wird durch diese Stege 5 begrenzt und läuft entlang dieser Stege 5 an der Mantelfläche 2 herab. Bei dieser Ausgestaltung ergibt sich zwar ein durchgehendes, über die gesamte Länge des Abspannelementes 1 erstreckendes Wasserrinnsal, jedoch kann dieses Rinnsal aufgrund der auf der Mantelfläche 2 angeordneten Stege 5 durch die angreifenden Windkräfte und durch die Massenträgheitskräfte nicht in rhythmische Schwingungen über die Mantelfläche 2 verschoben werden, da die Stege 5 das Wasserrinnsal begrenzen.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist zwischen der Mantelfläche 2 und dem Steg 5 ein Spalt 6 ausgebildet, durch den zur Vermeidung von Galloping-Schwingungen der Wind W hindurchtreten kann. Die Größe des Spaltes 6 ist so zu bemessen, daß die Gallopingschwingung verhindert wird.

In den Abb. 3 bis 5 sind verschiedene Ausführungsformen zur Anordnung der Stege 5 auf der Mantelfläche 2 des Abspannelementes 1 dargestellt. In Abbildung Fig. 3 verläuft der Steg eine eingängige Wendel 7 bildend entlang der Mantelfläche 2 des Abspannelementes 1. Bei der Anordnung der Wendel 7 auf der Mantelfläche 2 ist darauf zu achten, daß der Drehsinn der Wendel 7 so ausgebildet ist, daß das Rinnsal etwa im rechten Winkel auf die Wendel 7 trifft. Neben dieser Ausbildung einer eingängigen Wendel 7 sind auch durchaus mehrgängige Wendeln 7 möglich.

Bei den in Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsformen bilden die Stege Wendelsegmente 8. Solche Ausführungsformen sind vorgesehen, wenn das Abspannelement 1 nur gegen Regen-Wind-induzierte Schwingungen geschützt werden soll, die bei bestimmten vorgegebenen Wind- und Regenrichtungen auftreten.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 verlaufen die Wendelsegmente 8 die Unterseite der Mantelfläche 2 übergreifend von einer Seite zur anderen Seite der Mantelfläche 2. In Fig. 5 sind die Wendelsegmente 8 so auf der Mantelfläche 2 angeordnet, daß sie von der Oberseite und der Unterseite der Mantelfläche 2 zu jeweils der gleichen Seite hin verlaufen. Das entlang der Ober- und Unterseite des Abspannelementes 1 ablaufende Wasser wird bei dieser Form zur Seite der Mantelfläche abgeleitet und aufgrund der Höhe der die Wendelsegmente 8 bildenden Stege von der Mantelfläche 2 des Abspannelementes 1 abgeleitet, so daß sich kein durchgehendes Wasserrinnsal ausbilden kann.

Das in Fig. 6 abschließend dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine besonders einfache Ausführungsform einer auf der Mantelfläche 2 eines Abspannelementes 1 anzuordnenden Oberflächenmodifikation zur Reduzierung Regen-Wind-induzierter Schwingungen. Bei der dargestellten Ausführungsform handelt es sich um die Mantelfläche 2 umgreifende Ringe 9, welche - wie dargestellt - im rechten Winkel oder aber auch unter einem Winkel zur Mantelfläche 2 geneigt von der Mantelfläche 2 abweisen. Diese Ringe 9 können auf einfache Weise auch auf bestehenden Abspannelementen 1 angeordnet werden.

Mit den dargestellten Oberflächenmodifikationen ist es möglich, die Regen- Wind-induzierten Schwingungen an Abspannelementen, wie diese beispielsweise durch Seile von Schrägseilbrücken oder Hängern von Stabbogenbrücken gebildet werden, in der Entstehung zu unterdrücken oder aber zumindest wirksam zu reduzieren.

Bezugszeichenliste

1

Abspannelement

2

Mantelfläche

3

Abtropfnase

4

Nut

5

Steg

6

Spalt

7

Wendel

8

Wendelsegment

9

Ring
W Wind

Claims

1. Abspannelement für Bauwerke, Teile von Bauwerken, Masten oder dergleichen, insbesondere Seile von Schrägseilbrücken oder Hänger von Stabbogenbrücken, mit einem im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt, dessen Mantelfläche (2) zur Reduzierung Regen-Wind induzierter Schwingungen mit mindestens einem Mittel versehen ist, das auf entlang der Mantelfläche (2) herablaufende Wasserrinnsale einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel im wesentlichen an der Stelle der Mantelfläche (2) angeordnet ist, an der die Wasserrinnsale herablaufen und daß das Mittel so ausgestaltet ist, daß es einer massenträgheits- und windinduzierten Schwingung des Wasserrinnsals als ganzem entgegenwirkt.

2. Abspannelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel als mindestens einer auf der Mantelfläche (2) angeordneter, das Wasserrinnsal leitender Steg (5) ausgebildet ist.

3. Abspannelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (5) als nur an einzelnen Berührungspunkten mit der Mantelfläche (2) verbundener hinterlüfteter Steg (5) ausgebildet ist.

4. Abspannelement nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (5) geradlinig in Längsrichtung der Mantelfläche (2) verläuft.

5. Abspannelement nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (5) als ein- oder mehrgängige Wendel (7) ausgebildet ist.

6. Abspannelement nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (5) als nur die Unterseite der Mantelfläche (2) übergreifende, in Längsrichtung der Mantelfläche (2) übereinander angeordnete Wendelsegmente (8) ausgebildet sind.

7. Abspannelement nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (5) als von der Oberseite und der Unterseite der Mantelfläche (2) zu mindestens einer Seite der Mantelfläche (2) führende, in Längsrichtung der Mantelfläche (2) übereinander angeordnete Wendelsegmente (8) ausgebildet sind.

8. Abspannelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel als mindestens eine tangential verlaufende, das Wasserrinnsal leitende Nut (4) ausgebildet ist.

9. Abspannelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel als das Ablaufen des Wasserrinnsals entlang der Mantelfläche (2) unterbrechendes Ableitelement ausgebildet ist.

10. Abspannelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ableitelement als mindestens ein die Mantelfläche umgreifender Ring (9) ausgebildet ist.

11. Abspannelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ableitelement als mindestens eine in der Ablaufstrecke des Wasserrinnsals angeordnete, von der Mantelfläche (2) fortweisende Abtropfnase (3) ausgebildet ist.

12. Abspannelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Abtropfnase (3) in einer in Längsrichtung der Mantelfläche verlaufenden Nut (4) angeordnet ist.