DE3515052A1

DE3515052A1 - Konstruktionsverfahren fuer vorgespannte tragwerke aus gussstahl

Info

Publication number: DE3515052A1
Application number: DE19853515052
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. 8000 München Eberle; Horst Dipl.-Ing. 8000 München Friedrichs
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-04-26
Filing date: 1985-04-26
Publication date: 1986-10-30

Description

Konstruktionsverfahren für vorgespannte
Tragwerke aus Gußstahl.
Die Erfindung betrifft ein Konstruktionsverfahren im Stahlbau, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Im Stahlbau will man Tragwerke, die über ihren Auflagern im Raume beliebig angeordnet und geradlinig, einfach oder mehrfach gekrümmt, flächenhaft oder räumlich sind, auch bei größeren Spannweiten tragfähig, stabil und schlank ausbilden.
Die Materialverteilung im Tragwerk soll aus Gründen der Wirtschaftlichkeit dem Kräfteverlauf an jeder Stelle möglichst exakt entsprechen.
Außerdem sind Forderungen zu erfüllen, die sich aus der statischen und / oder dynamischen Beanspruchung ergeben.
Dauerhaftigkeit, z.B. gegenüber Korrosion, ist sicherzustellen.
Vorteilhaft ist es darüberhinaus, wenn die Konstruktion nach Erfordernis zerlegbar, wiederverwendbar und sogar in ihren Abmessungen veränderbar ist und somit die selbe Konstruktion an unterschiedlichen Orten und bei unterschiedlichen Voraussetzungen verwendet werden kann.
Für alle diese Erfordernisse hat man bisher unterschiedlichste Tragwerkskonstruktionen eingesetzt, z.B. vollwandige oder fachwerkartige Träger, Stützen, Platten, Schalen.
Als Material verwendete man vorwiegend Walzstahl mit produktionsbedingt gleichbleibendem Querschnitt (Strangprofile).
Diese wurden nach Bedarf vom Strang abgelängt und miteinander vernietet, verschraubt oder verschweißt.
Hier ergeben sich wirtschaftliche, technische und ästhetische Probleme: erstens haben Walzstahl-Bauelemente aus Strangprofilen eine produktionsbedingt vorgegebene starre Form mit kontinuierlich gleichem Querschnitt, der einer sinnvollen, differenzierten Materialverteilung im Tragwerk gemäß den unterschiedlichen Erfordernissen des Kräfteverlaufs entgegensteht, zweitens bedingt die Herstellung von Walzstahlkonstruktionen einerseits die Vorhaltung verschiedener Profil sorten, andererseits das Entstehen von Verschnittabfällen, drittens ist Walzstahl materialbedingt korrosionsanfällig. Konstruktionen aus Walzstahl müssen durch aufwendige Maßnahmen geschützt .werden, viertens sind die üblichen, nicht vorgespannten Walzstahl-Tragwerke beträchtlich durchbiegungs- und schwingungsempfindlich, was zu aufwendigen Gegenmaßnahmen führt, fünftens erfordern Walzstahl-Konstruktionen einen hohen Aufwand bei allen Verbindungen.
Es entstehen technisch und ästhetisch schwierig lösbare Probleme bei der kraftschlüssigen Verbindung der Bauteile in Fugen, bei Stößen, Knoten, Rahmenecken usw.
sechstens sind Walzstahl-Konstruktionen nach ihrer Demontage nur unter erheblichem Aufwand wiederverwendbar.
Aus diesen Gründen sind Tragwerke aus Walzstahl häufig nur beschränkt geeignet.
Die Anwendung der Spann- und Vorspanntechnik bei Walzstahlkonstruktionen ist nicht gebräuchlich.
Der Einsatz von Gußstahl auf dem speziellen Gebiet dieser Erfindung nach Patentanspruch ist ebenfalls bisher nicht üblich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu überwinden und darüberhinaus neue Anwendungsvarianten u.
Gestaltungsmöglichkeiten zu eröffnen. Es soll als Baustoff ein in der Formgebung optimal plastisch formbares Material eingesetzt werden, das korrosionswiderstandsfähig ist, zudem ausreichende Festigkeitseigenschaften aufweist, sich den statischen Erfordernissen im Tragwerk durch wählbare Querschnittsveränderung der Bauteile leicht anpassen läßt und so eingesetzt werden kann, daß Durchbiegung und Tragwerksschwingung stark reduziert werden.
Diese Aufgabe wird bei gattungsgemäßen Tragwerken durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche dadurch gelöst, daß einzelne Gußstahl-Bauelemente unter An- wendung der Vorspanntechnik und mit Ausnutzung des Bowdenzugeffektes derart zusammengespannt sind, daß die Zuggurte des Tragwerkes vorgedrückt werden, diese Vorspannung bewirkt wird durch koachsial in den vorzuspannenden Querschnitten fomschlüssig zwangsgeführte Spannglieder, so daß die Zugkräfte im Spannglied und die Durckkräfte aus Vorspannung im Zuggurt des Tragwerks nach Bowdenzugeffekt bei entgegengesetzter Wirkungsrichtung den gleichen eg nehmen und dadurch auch gekrümmte Zuggurte unter Vorspannung formstabil bleiben.
Dadurch entstehen kontinuierliche, ebene oder räumliche Tragwerke mit geradlinigem oder gleichsinnig oder gegensinnig gekrümmtem Verlauf über einem oder mehreren Auflagern.
Nach dem erweiterten Verfahren der Erfindung entsprechend Anspruch 2 können zwischen den einzelnen Gußstahlbauelementen Formpaßstücke angeordnet werdenszur Variierung der Form des Tragwerkes.
Nach dem erweiterten Verfahren der Erfindung entsprechend Anspruch 3 können bei den vorzuspannenden Zuggurten die Vorspannzugglieder auch exzentrisch zwangsgeführt werden, um eine planmäßige Formveränderung bis zur Lagestabilisierung zu bewirken.
Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im folgenden anhand von Zeichnungen beispielsweise beschrieben.
Es zeigen jeweils in systematischer Darstellung: Blatt 1 einen Ausschnitt eines horizontalen Tragwerkes z.B. statisch bestimmt gelagerte Brückenträger, Blatt 2 einen Teil eines vertikalen Tragwerkes z.B. Fachwerkgittermast, Blatt 3 den Ausschnitt aus einem Schalentragwerk z.B. Kuppel eines Gebäudes, Blatt 4 das Stütztragwerk für eine Gewölbesanierung, Blatt 5 das Tragwerk eines Schiffsspanten, Es zeigen auf Blatt 1: Fig.la die Seitenansicht eines zweifach gekrümmten Trägers, bestehend aus den aneinandergereihten Gußstahlbauelementen 1 mit Obergurt 2, Untergurt 3, dem Elementenstoß 4 und dem Auflager 5 Fig.lb den gleichen Träger im Grundriß in der Draufsicht. Die gestrichelten Systemachsen 6 markieren horizontale Aussteifungen gegen Ausweichen des Trägers unter Last Fig.1c in anderem Maßstab eine mögliche Form des Gußstahl elementes 1 in der Seitenansicht Fig.ld den Querschnitt S-S durch das Gußstahlbauelement 1 aus Fig.lc mit Spannglied 7 im Untergurt 3 und Verbindungsbolzen 8 zwischen den Elementen 1 im Obergurt 2 Fig.1e einen Längsschnitt durch zwei Gußstahlbauelemente 1 bei dem Elementenstoß 4 in der auch die Stahlhülse 9 zur Zwangsführung des Spanngliedes 7 und zur Querkraftsicherung erkennbar ist.
Es zeigen auf Blatt 2: Fig.2a die Ansicht eines Masten aus Gußstahlbauelementen 10 mit gekrümmt sich verjüngendem Verlauf, den Vertikal stäben 11, den Elementenstößen 12 Fig.2b die Ansicht auf ein einzelnes Gußstahlbauelement mit Vertikal stäben 11 und Stegen 13 Fig.2c den Querschnitt S-S durch den Masten mit Darstellung der drei Zugglieder 14 jeweils in den Hohlräumen der Vertikal stäbe 11 Fig. 2d den Längsschnitt durch zwei Gußstahlelemente 10 beim Elementenstoß 12 mit der Stahlhülse 15 zur Zwangsführung der Spannglieder 14 und zur Querkraftsicherung.
Es zeigen auf Blatt 3: Fig.3a den Grundrißausschnitt einer Gewölbeschale aus kassettenartigen Gußstahlbauelementen 16 und die Elementenstöße 17 Fig.3b den Querschnitt durch den Schalenausschnitt mit den sich in zwei Ebenen kreuzenden Untergurten 18 und 19 und den Kreuzungspunkten 20 der Obergurte 21 Fig.3c in anderem Maßstab die Ansicht eines Gußstahleinzel elementes 21 mit den Zuggliedern 22 Fig.3d den Schnitt S-S durch dasselbe Element nach Fig.3c mit den Zuggliedern 23, den Stahlhülsen 24 zur Zwangsführung der Zugglieder und den Verbindungsbolzen 25 im Obergurt 21 Es zeigen auf Blatt 4: Fig.4a ein gemauertes Gewölbe 26,dessen Widerlager 27 gesichert werden sollen.
Ein Tragwerk aus Gußstahlbauelementen 28 ist über den Auflagern 29 im erfo.rderlichen Abstand 30 zum Mauergewölbe errichtet. An den abzustützenden Stellen z.B. an den Widerlagern 27 ist ein Druckverteilungselement 31 angeordnet (z.B. Stahlbetonbalken oder Stahlträger mit Mörtelhinterfüllung).
Die Spannglieder 32 des erfindungsgemäßen Tragwerkes verlaufen zwangsgeführt im Untergurt 33. Die Spannenden 34 der Spannglieder 32 sind an den Tragwerksenden angeordnet.
Durch dosiertes Aufbringen der Vorspannung wird der beabsichtigte horizontale Stützdruck erzeugt.
Fig.4b die gleiche Tragwerksanordnung wie in Fig.4a, jedoch liegen hier die Spannenden 35 der Zugglieder an anderer Stelle, innerhalb des Tragwerkes, z.B. wie hier, am Bogenscheitel.
Es zeigen auf Blatt 5 Fig.5a einen Schiffsspanten,de+en von außen wirkenden veränderlichen Wasserdruck und auch Lasten von innen aufzunehmen hat.
Er besteht aus einzelnen Gußstahlbauelementen 36 und den an der Tragwerksaußenseite zwangsgeführten Spanngliedern 37. Die Spannenden 38 sind an den Tragwerksenden angeordnet.
Zur Aufnahme der Lasten von innen sind an der Tragwerksinnenseite ebenfalls Zugglieder 39 angeordnet mit den Spannenden 40.
Fig.5b die gleiche Tragwerksanordnung wie in Fig.5a, jedoch liegen hier die äußeren Spannenden 41 und die inneren Spannenden 42 an anderer Stelle des Tragwerkes z.B. wie hier am Schiffskiel.

Claims

Konstruktionsverfahren für vorgespannte Tragwerke aus Gußstahl Patentanspriiche: 1. Konstruktionsverfahren für vorgespannte Tragwerke aus Gußstahl, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Gußstahl-Bauelemente unter Anwendung der Vorspanntechnik und mit Ausnutzung des Bowdenzug-Effektes derart zusammengespannt sind, daß die Zuggurte des Tragwerks vorgedrückt werden, daß diese Vorspannung bewirkt wird durch koachsial in den vorzuspannenden Querschnitten formschlüssig zwangsgeführte Spannglieder, so daß die Zugkräfte im Spannglied und die Druckkräfte aus Vorspannung im Zuggurt des Tragwerkes nach Bowdenzug-Effekt bei entgegengesetzter Wirkungsrichtung den gleichen Weg nehmen und dadurch auch gekrümmte Zuggurte unter Vorspannung formstabil bleiben.
2. Konstruktionsverfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den einzelnen Bauelementen Paßstücke angeordnet werden, welche der Variierung der Tragwerksform dienen.
3. Konstruktionsverfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Spannglieder nicht koachsial sondern exzentrisch in den vorzuspannenden Zuggurten zwangsgeführt werden zur Erzielung differenzierter Tragwirkung.