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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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The invention relates to a box sliding wall girder in the form of a truncated cone for bridge construction and building construction, in particular for three-hinged arch structures.
Since the end of the Second World War, there has been a shift in steel bridge construction from riveted to welded constructions in around three stages. In the current third stage, the longitudinally oriented systems, the development goal is to achieve a constructive continuum by combining main girders with carriageway sections and lower chord parts to form spatial manufacturing units. The associated use of surface and space structures ran through the use of girder gratings up to the current state of the box girders.
As can be seen from the collapse of the Cleddau Bridge, the Milford Haven Bridge and the Westgate Bridge in Melbourne, some of these have considerable defects, since according to the so-called "Merrison Report" I. the supporting structure is already useless occurs when, as a result of unwanted bulging of unstiffened plate fields of a box cross-section, the flow stress of the plate material is reached through the load transfer and n. a failure of the supporting structure occurs when the load transferring causes the load-bearing stress of the material to be achieved as a result of bulging at a single pressure-loaded point on the girder walls .
These deficiencies are due to the fact that 4 types of plate buckling are possible with these systems, namely: 1. Buckling in the elastic area.
2. Dents with shear loads or pre-curvature.
The decisive differential equations are inhomogeneous and non-linear. The design must not be based on the permissible stresses, because the stresses grow faster than the loads. If the half-waves of the bulging coincide with the number of half-waves of the bulging figure, the plate deflections increase very quickly and the load-bearing capacity is exhausted without a change in equilibrium.
Now, with box girders around 9.5 m wide and 5 m high with sheet metal thicknesses of 10 to 30 mm, the dents have a probability of 99% equal to the sheet metal thickness (- in some designs even greater -). This leads to 3. Bumps in the supercritical area.
If the stress continues to grow to such an extent that the propordonality limit is exceeded, there will eventually be 4. bumps in the plastic area.
Here the differential equations have to be supplemented by additional flow conditions.
In the construction of solid bridges, the box girder has found expanded application through the rediscovery of the diagonal bridges.
Due to the emergence of tension band bridges, the box shape is also used for arches, continuous tension band systems that are supported on pendulum supports or pylons, with large spans the pendulum supports or pylons experience torsional stresses due to the torsion of the tension band and are therefore sensitive to vibration. Unfortunately, the rule that the arch girders are the lightest structures in reinforced concrete, since their concrete cross-section is stressed centrally when the support and center line match and is therefore fully utilized, no longer applies, as the constant load due to the Dead weights in relation to the variable loads as a result of the variable belt tension cannot prevent the support line from migrating from the center line, unless the arch support is very flat.
Then it depends on the buckling stability of the arch and thus on the bulges of the box fields.
In building construction, corrugated shell supports, hyperboloid shell supports, fold and trough fold supports with average spans of up to around 24 m (maximum around 36 m) were developed as prefabricated shells to create cover elements with a shell effect. For the roofing of grandstands, loading areas and wide-span halls, the hyperboloid shells are limited because, on the one hand, their stability behavior
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In fact, pure bending stress states can only be absorbed by a strainless deformation.
The disadvantages of the constructions presented here are avoided according to the invention in that the partial truncated cone shell of the box sliding wall girder of constant wall thickness h has the shape of a bisected elliptical straight truncated cone, which is defined by the semi-axis lengths (ai, a or bi, b) of the semi-ellipse of its end cross-sections and the beam length D == (n + l).
Ad, d. H. the distance between the elliptical centers of the end cross-sections, where n is the number of any partitions (bulkheads or ribs) and Ad is the center-to-center distance between the elliptical centers of two partition walls (bulkheads or ribs), so that the relationships between these individual geometrical quantities with Inclusion of the basic quantities (Ew = effective modulus of elasticity, m = effective Poisson's
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ren semi-elliptical end cross-section the axis length a1 increases
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and the center-to-center distance Ad between two adjacent partition walls (bulkheads or ribs) or
the beam length (for n = 0)
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results, where bi is half the small elliptical axis in this smaller end cross-section and
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A constructive output variable is when b is half the small axis of the ellipse in the larger end cross-section, a. <to this In this end cross-section the axis length must be a = - b, and that in the bisection plane this bi
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articulation axes that are also located in these end cross-sections or in their immediate vicinity of joints intended to absorb the compressive forces from the traffic loads are
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Construction purpose in the two end cross-sections (bulkheads or frames) or in the two end cross-sections (bulkheads or frames) and one partition or several partition walls (one bulkhead or several bulkheads or
one frame or several frames) (e.g. in the case of bridges through road barrels and in building construction via purlins), and the introduction of the transverse forces into the two end cross-sections (bulkheads or frames) can also be carried out in such a way that the transverse force portion of one end cross-section (Bulkheads or frames) In the borderline case it becomes zero (cantilever beam). The effective material constants (Ew, Gw, m) are initially not constants, but functions. Only through the relationship according to the invention between the geometric quantities and the permissible compressive stress of the material do they have a constant character. If you put z. B. for the related
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