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Die Erfindung bezieht sich auf einen Kastenschubwandträger in Form eines Kegelstumpfes für den Brükkenbau und für den Hochbau, insbesondere für Dreigelenkbogenkonstruktionen.
Seit dem Ende des zweiten Weltkrieges hat sich im Stahlbrückenbau eine Umwälzung von den Niet- zu den Schweisskonstruktionen hin in etwa drei Stufen vollzogen. Bei der derzeitigen dritten Stufe, den längsorientierten Systemen, ist durch die Zusammenfassung von Hauptträgern mit Fahrbahnabschnitten und Untergurtteilen zu räumlichen Fertigungseinheiten das Entwicklungsziel, ein konstruktives Kontinuum zu erreichen. Der dazugehörige Einsatz von Flächen-und Raumtragwerken lief über die Anwendung von Trägerrosten bis zum derzeitigen Stand bei den Kastenträgern.
Diese haben, wie sich aus den Einstürzen der Cleddau-Brücke, der Milford-Haven- Brücke sowie der Westgate-Brücke in Melbourne ergibt, zum Teil erhebliche Mängel, da nach dem sogenannten"Merrison-Bericht" I. eine Unbrauchbarkeit der Tragkonstruktion bereits dann eintritt, wenn infolge ungewollter Vorbeulen unversteifter Plattenfelder eines Kastenquerschnittes durch die Lastabtragung die Fliessspannung des Plattenmaterials erreicht wird und n. ein Versagen der Tragkonstruktion dann eintritt, wenn infolge von Vorbeulen an einer einzelnen drucki beanspruchten Stelle der Trägerwände durch die Lastabtragung die Tragspannung des Materials erreicht wird.
Diese Mängel haben ihre Ursache darin, dass bei diesen Systemen 4 Arten von Plattenbeulungen möglich sind, und zwar : 1. Beulen im elastischen Bereich.
2. Beulen mit Querlasten oder Vorkrümmung.
Die massgebenden Differentialgleichungen sind hiebei inhomogen und nichtlinear. Die Bemessung darf hier nicht nach zulässigen Spannungen erfolgen, weil die Spannungenrascherwachsen als die Lasten. Bei zufälliger Übereinstimmung der Halbwellen derVorbeulenmit der Anzahl der Halbwellen der Beulfigur wachsen die Plattendurchbiegungen sehr rasch an und das Tragvermögen wird ohne Gleichgewichtswechsel erschöpft.
Nun hat man bei Kastenträgern von rund 9, 5 m Breite und 5 m Höhe bei Blechstärken von 10 bis 30 mm den Stich der Beulen mit einer Wahrscheinlichkeit von 99% gleich der Blechstärke angesetzt (-bei manchen Ausführungen noch grösser -), Dies führt zu 3. Beulen im überkritischen Bereich.
Wachsen die Beanspruchungen derart weiter, dass die Propordonalitätsgrenze überschritten wird, entstehen schliesslich 4. Beulen im plastischen Bereich.
Hier sind die Differentialgleichungen durch zusätzliche Fliessbedingungen zu ergänzen.
Im Massivbrückenbau hat der Kastenträger durch die Wiederentdeckung der Schrägseübrücken erweiterte Anwendung gefunden.
Durch das Aufkommen der Spannbandbrücken ergibt sich die Verwendung der Kastenform auch für Bögen, dabeidurchlaufenden Spannbandsystemen, die auf Pendelstützen bzw. Pylonengestützt sind, bei grossen Spannweiten durch die Torsion des Spannbandes die Pendelstützen bzw. Pylonen Torsionsbeanspruchungen erfahren und dadurch schwingungsempfindlich sind. Leider ist nunhiezu die Regel, dass die Bogenträger die leichtesten Bauwerke im Stahlbeton sind, da ihr Betonquerschnitt bei Übereinstimmung von Stütz-und Mittellinie zen- trisch beansprucht und dadurch voll ausgenutzt ist, nicht mehr zutreffend, da selbst für grosse Spannweiten die ständige Last durch die Eigengewichte gegenüber den veränderlichen Lasten infolge der variablen Bandzüge das Abwandern der Stützlinie von der Mittellinie nicht verhindern kann, es sei denn, dass der Bogenträger sehr flach ist.
Dann kommt es aber auf die Knickstabilität des Bogens und dadurch auf die Ausbeulungen der Kastenfelder an.
ImHochbauwurdenWellenschalenträger, Hyperboloid- Schalenträger, Falten- und Trogfaltenträger mit durchschnittlichen Spannweiten bis zirka 24 m (maximal zirka 36 m) als Fertigteilschalen zu Abdeckungselementen mit Schalenwirkung entwickelt. Für die Überdachung von Tribünen, Verladeplätzen und weitgespannten Hallen sind denHyperboloidschalen dadurch Grenzen gesetzt, dass einerseits ihr Stabilitätsverhalten
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vonlich nur durch eine dehnungslose Verformung reiner Biegungsspannungszustände aufgenommen werden kann.
Die hier angeführten Nachteile der vorgebrachten Konstruktionen werden nun erfindungsgemäss dadurch vermieden, dass die Teilkegelstumpfschale des Kastenschubwandträgers von der konstanten Wandstärke h die Form eines halbierten elliptischengeraden Kegelstumpfes hat, welche durch die Halbachsenlängen (ai, a bzw. bi, b) der Halbellipse seiner Endquerschnitte und die Trägerlänge D== (n+ l).
Ad, d. h. denAbstand der Ellipsenmittelpunkte der Endquerschnitte, gegeben ist, wobei n die Zahl der allenfalls vorhandenen Zwischenwände (Schotten oder Spanten) und Ad der Mittenabstand zwischen den Ellipsenmittelpunkten jeweils zweier Zwischenwände (Schotten oder Spanten) ist, dass die Relationen zwischen diesen einzelnen geometri- schen Grössen mit Einbezug der Grundgrössen (Ew = wirksamer Elastizitätsmodul, m=wirksame Poissonsche
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ren halbelliptischen Endquerschnitt die Achsenlänge a1 sich zu
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und der Mittenabstand Ad zwischen zwei jeweils benachbarten Zwischenwänden (Schotten oder Spanten) bzw.
die Trägerlänge (für n = 0) aus
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ergibt, wobei bi die halbe kleine Ellipsenachse In diesem kleineren Endquerschnitt Ist und
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eine konstruktive Ausgangsgrösse ist, wenn b die halbe kleine Ellipsenachse im grösseren Endquerschnitt ist, a. < dazu In diesem Endquerschnitt die Achsenlänge a =--b sein muss, und dass In der Halbierungsebene dieser bi
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fenden, sich ebenfalls in diesen Endquerschnittenoder in ihrer unmittelbaren Nachbarschaft befindlichen Gelenkachsen von zur Aufnahme der Druckkräfte aus den Verkehrslasten vorgesehenen Gelenken sich im Ab-
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Konstruktionszweck in die beiden Endquerschnitte (Schotte oder Spanten) oder in die beiden Endquerschnitte (Schotte oder Spanten) und eine Zwischenwand oder mehrere Zwischenwände (ein Schott oder mehreren Schotten bzw.
einen Spant oder mehreren Spanten) (z. B. bei Brücken durch Fahrbahntonnen und im Hochbau über Pfetten) einzuleiten sind, und die Einleitung der Querkräfte in die beiden Endquerschnitte (Schotte oder Spanten) auch so vollzogen werden kann, dass der Querkraftanteil des einen Endquerschnittes (Schottes oder Spantes) Im Grenzfall null wird (Kragträger). Die wirksamen Materialkonstanten (Ew, Gw, m) sind zunächst keine Konstanten, sondern Funktionen. Erst durch die erfindungsgemässe Relation der geometrischen Grössen zur zulässigen Druckspannung des Materials erhalten sie konstanten Charakter. Setzt man z. B. für den bezoge-
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