Knotenaussteifung an rohrförmigen Konstruktionselementen. Rohrförmige Konstruktionselemente, ins besondere, wenn ihr Querschnitt durch zwei konzentrische Kreise begrenzt ist, eignen siöh namentlich da, wo die Stabachse nach be liebigen Querrichtungen Biegungserscheinun- gen unterworfen ist.
Diese Biegungserschei- nungen, verursacht durch Biegungsmomentc, werden hervorgerufen durch exzentrische, aber parallel zur Stabachse wirkende Normal kräfte, oder durch senkrecht zu ihr gerichtete Querkräfte.
Ganz besonders eignen sich Rohrstäbe für auf Knickung beanspruchte Konstraktions- elemente. Die Widerstandsfähigkeit gegen Bruch und Deformation im Sinne der Rohr- Längsrichtung steigt bei auf Biegung be anspruchten Stäben mit dem äussern Rohr durchmesser, weshalb dünnwandige Rohr querschnitte in bezug auf Steifigkeit nach allen Querrichtungen den geringsten Material aufwand (Querschnittsflächen) erfordern.
Zu berücksichtigen bleibt, dass' die Quer deformation, welche den Kre_sringquerschnitt bei auf Biegung beanspruchten Stäben zu einem Ellipsenringquerschnitt verengt, bei dünnwandigen Rohren grösser ist als bei dick- w=andigen.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, Knotenaussteifungen an rohr- förmigen Konstruktionselementen zu schaf fen, welche geeignet sind, einer Quer deformation, vornehmlich dünnwandiger Rohre, in wirksamer Weise entgegen zu treten.
Dieser Zweck wird gemäss vorliegender Erfindung dadurch erreicht, dass an der zu versteifenden Stelle des Rohres ein inneres, axial zum Rohr angeordnetes Aussteifungs- stück, welches unter sich verbundene Radial- rippen aufweist, vorgesehen ist, deren platten förmige Teile durch Schlitze aus dem Rohr austreten und vermittelst Schweissnähten mit der Rohrwand verbunden sind, wobei ein nach allen Querrichtungen biegungsfester Verband entsteht.
Das eigentliche Knotenaussteifungsstück dient meistens gleichzeitig als Rohrstoss- stück oder Anschlussstück für mit dem Rohre zu verbindende andere Konstruktions glieder.
In. der Zeichnung sind mehrere Ausfüh rungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigt: Fig. 1 eine Ansicht einer Knotenausstei fung, wie sie auf zwei mit ihren Längs enden mittelst eines gemeinsamen Ausstei- fungsstückes zu stossende Konstruktions elemente angewandt ist, Fig. 2 einen Querschnitt durch den Stoss nach Fig. 1, Fig. 3 einen Querschnitt durch ein ab geändertes Aussteifungsstück,
Fig. 4 eine Seitenansicht zu Fig. $, Fig. 5 einen Querschnitt durch ein wei teres Ausführungsbeispiel des Aussteifungs- stückes, Fig. 6 einen Querschnitt durch ein vier tes Ausführungsbeispiel des Aussteifungs- stückes, Fig. 7 eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht,
jedoch je ein besonderes Aussteifungsstück für jedes Konstruktionselement zeigend, Fig. 8 einen Querschnitt durch den .Stoss nach Fig. 7, Fig. 9 eine Ansicht eines Stosses zweier mit ihren Längsenden verbundener Kon struktionselemente mit anschliessenden Fach werken, Fig. 10 einen Grundriss zu Fig. 9, Fig. 11 eine Variante zu Fig. 10, Fig. 12 eine Ansicht der Knotenausstei fung,
wie sie zur Bildung eines Säulenfusses angewandt ist, Fig. 13 einen Grundriss zu Fig. 12, Fig. 14 eine Ansicht einer Knotenaus steifung, wie sie zur Bildung eines Säulen fusses für Gelenklagerung angewandt ist, Fig. 15 einen Grundriss zu Fig. 14, Fig. 16 eine Ansicht einer Knotenaus steifung, wie sie zur Bildung eines Säulen kopfes mit Trägeranschlüssen angewandt ist, Fig. 17 einen Grundriss zu Fig. 16,
Fig. 18 eine Ansicht der Knotenausstei fung, wie sie für einen Säulenstoss mit gleich- zeitigem Anschluss von Deckenträgern an gewandt ist, Fig. 19 einen Grundriss zu Fig. 18.
Bei der in Fig, 1 dargestellten Knoten aussteifung für zwei an ihren Längsenden gestossene rohrförmige Konstruktionselemente 1 und 2 ist für beide Rohre ein gemeinsames inneres, koaxial zu den Rohren angeordnetes Aussteifungsstück verwendet. Dasselbe be steht aus einem Vierkantkern 3 und vier Ra dialrippen in Form von plattenförmigen Tei len 4, die sternförmig bezw. kreuzförmig um den zentralen lern 3 angeordnet sind und die in Axialebenen der Konstruktionselemente 1, 2 liegen.
Die mit dem Kern 3 einen Kreuz stock bildenden Versteifungsplatten 4 beste hen mit dem Kern aus einem Stück eines Walzprofils, so dass folglich das Ausstei- fungsstück nach allen Querrichtungen bie- gungsfest ist. Die Breite der Radialplatten ist so gewählt, dass beim axialen Einschieben des den beiden Rohren 1 und 2 gemeinsamen Kreuzstockes durch Längsschlitze 5 in den Rohrwänden, die Platten 4 über die Rohr aussenwände vorstehen.
Die Platten 4 sind mit den Rohren 1 und 2 durch ausserhalb des Rohres liegende Flankenschweissnähte 6 ver bunden. Die Querschweissnaht 7 füllt die Stossfuge und dient lediglich zum Decken der selben, ohne für die Kraftübertragung in Frage zu kommen.
Die Länge jeder Befesti- gungsplatte 4, in der Axialrichtung der ge stossenen Rohre 1 und 2 gemessen, ist so ge wählt, dass die doppelten Flankennähte 6 ent sprechende Länge haben, um sowohl die Zug- oder Druckspannungen, herrührend von der Übertragung der in der Axialrichtung zwi schen den Rohren 1 und 2 wirkenden Kraft, aufnehmen zu können, als auch die Zusatz biegungsspannungen, welche durch gewollte oder ungewollte Biegungsursachen in beliebi gen Querrichtungen auf den Verband ent stehen können,
inbegriffen die Wirkungen ungleichmässiger Ausführung der Flanken nähte oder ungleicher Rohrwandstärken. Zür Verstärkung des Stosses können, wie in Fig. 2 angedeutet, zwischen den Platten 4 längs des Umfanges der Rohre 1 und 2 VerstärkungTs- laschen 8 in entsprechende Schlitze der Rohr wände radial eingesetzt und mit diesen ver schweisst werden.
Bei auf Knickung beanspruchten Rohr stäben ist der Kreuzstock zweckmässig so di mensioniert, dass er nach jeder Querschnitts richtung eine mindestens ebenso grosse Wider standsfähigkeit gegen Bruch und Deforma tion besitzt wie die zu stossenden Konstruk tionselemente in ihren ungeschwächten Quer schnitten. Die Bemessung der Schweissnähte erfolgt entsprechend dem Stande der Schweiss technik unter besonderer Berücksichtigung der Festigkeitsverhältnisse des Muttermate- rials und der geschweissten Nähte. Eine De formation der Flankenschweissnähte und der Rohrwände ist durch die gewählte Knoten aussteifung möglichst verhindert.
In den Fig. 3 und 4 ist ein abgeänder ter Kreuzstock dargestellt. Der Vierkant kern 9 ist hier stärker gehalten und die Ver steifungsplatten 4 sind längs des Kernes mit diesem durch Schweissnähte 10 ver bunden. Zur Verstärkung des Kreuzstockes sind Lamellen 11 angeordnet, welche die Ver tikalschweissnähte 10 entlasten.
Nach Fig. 5 sind zwischen den mit dem Kern verbundenen Platten 4 VerstIrkungs- platten 12 vorgesehen, deren Enden mit den Kopfplatten 13 verbunden sind, welche gleich zeitig Lamellen des Kreuzstockes zur Ent lastung der Kernschweissnähte sind. Diese Disposition der Knotenaussteifung ist wieder um -eine Verstärkung des Kreuzstockes bei hohen Rohrlängshälften und gleichzeitigen Biegungsmomenten.
Bei überwiegend zentrischer Agi.albela- stung, also da, wo Biegungsmomente in den Rohrstäben eine untergeordnete Rolle spie len, kommt vorteilhaft eine Ausbildungsform des Kreuzstockes zur Anwendung, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist. Der Kreuzstock ist aus einzelnen Platten 14 ohne massiven Kern zusammengesetzt, die an ihren Enden mit Kopfplatten 13 verbunden sind.
Es kann aber auch an Stelle der Kopfplatten 13 ein rohr- förmiger Kern 15 vorgesehen sein, wie durch die strichpunktierten Linien angedeutet ist. Nach Fig. 7 dient die Knotenaussteifung als Rohrstoss, welcher für jedes Rohr 1 und 2 einen besonderen Kreuzstock erfordert und besonders dann gute Dienste leistet, wenn auf der Baustelle Schweissarbeiten nicht zur Aus führung kommen sollen.
Die beiden Kreuz stöcke weisen im Querschnitt übereinstim mende Versteifungsplatten 4 auf, deren ausser halb der Rohrwände liegende Teile durch La schen 16 miteinander verbunden sind.
Die Fig. 9 und 10 veranschaulichen eine Stossverbindung zweier Konstruktionselemente 17 und 18, die sich zum Anschluss von Fach werken eignet. Die Elemente 17 und 18 sind dabei Gurtstäbe zweier Fachwerkebenen (in deren Grundriss die Stäbe 19 und 20 liegen). Der dabei verwendete Kreuzstock weist in den Ebenen dieser Fachwerke zu Knoten blechen verbreiterte Platten 21 auf, an wel che die Stäbe 19, 20 und die übrigen Fach werkstäbe 20' angeschlossen werden.
Nach Fig. 11 ist ein Kreuzstock mit sechs Ver steifungsplatten angewendet, um den An schluss von zwei Fachwerkebenen, welche in einem Winkel von 60 Grad zueinander stehen, zu gestatten.
Die Fig. 12 und 13 zeigen eine Knoten aussteifung, wie sie vorteilhaft für :Säulen füsse zur Anwendung kommen. Die mit dem Kern 3 längsverbundenen Platten sind als Tragrippen 22 ausgebildet, die mit ihren Stirnenden mit einer Fussplatte 23 ver schweisst sind. Zwischen den Tragrippen 22 sind Verstärkungsrippen 2'4 eingeschaltet, ebenfalls mit der Fussplatte verschweisst, je doch am Kern 31 nur anliegend.
Die Fig. 14 und 15 zeigen die Ausbildung eines Gelenksäulenfusses. Die Kugeldruck platte 25 befindet sich direkt unter dem Kern des Kreuzstockes. Die Kopfplatten 26, die mittelst Nähten 27 mit dem Kern 28 und den Versteifungsplatten 29 verbunden sind, die nen als Lamellen des Kreuzstockes zur Auf nahme der hohen Biegungsspannungen, ins besondere, wenn der Kern 28 mit. den Plat ten 29 verschweisst wird.
Die Fig. 16 und 17 stellen einen ,Säulen kopf dar, welcher als Knotenaussteifung gleichzeitig den Anschluss von Deckenträgern 30 ermöglicht. Der Kreuzstock ist mit einer Kopfplatte 31 der Säule verbunden, auf wel cher die Fussplatte der darüber stehenden Säule aufgelagert und befestigt wird. Die ausragenden Platten 321 des Kreuzstockes sind Tragkonsolen der Deckenträger 30.
Auch hier werden die Flankennähte zwischen dem Kno- tenaussteifungsstück und den Rohrwänden nur auf Abscherung und nicht auf Biegung beansprucht. Einer Querdeformation der Rohrwände ist, auch bei ungleichen Träger reaktionen, in wirksamer Weise entgegen getreten.
In Fig. 18 und 19 dient die Knotenaus steifung als durchwegs geschweisster Säulen stoss der beiden Konstruktionselemente 33, 34 mit gleichzeitigem Anschluss von Decken- trägern 39. Zwischen den vier Kreuzstock platten 35, welche mit .dem Kreuzstockkern 36 durch Nähte verschweisst sind, liegt je eine Verstärkungsplatte 37. Diese Verstär- 'kungsplatten sind an ihren Enden durch zwei Kopfplatten 38 unter sich und mit dem Kreuzstockkern verbunden.
Die beiden Säu lenenden erhalten der Lage der Platte ent sprechende Ausschlitzungen, in welche der beiden Säulen als gemeinsames Aussteifungs- stück dienende Kreuzstock mitsamt Verstär kungsplatten eingeführt wird. Die Verbin dung des verstärkten Kreuzstockes mit den Rohrwänden der beiden Säulen erfolgt durch geschweisste Doppelflankennähte, in diesem Falle 2 X 8 = 16 Stück. Der Anschluss der Deckenträger 39 erfolgt vermittelst Doppel decklaschen 40 an die ausragenden Platten teile des Kreuzstockes.
Die Horizontalnaht zwischen den beiden Säulenenden ist hier verschweisst und dient nur zur Verkleidung, nicht aber zu Kraftübertragungszwecken.
Bei der beschriebenen Knotenaussteifung, welche vorzugsweise an Rohrstossstellen. oder Rohranschlussstellen zur Verwendung kommt, ist der Querschnittsverlust, verursacht durch die Rohrwandschlitze und die Festigkeits beeinträchtigung des geschweissten Mutter- materials bei Anordnung von Flankenschweiss- nähten verhältnismässig gering, vor allem ge genüber einem Querschnittsverlust bei stumpf- geschweissten Rundnähten am Rohrumfang,
wo der Festigkeitsverlust des Muttermaterials und in den Nähten selbst in der Querschnitts- ebene erhöht wird. Von besonderem Vorteil ist jedoch die beschriebene Knotenaussteifung für exzentrische Kraftanschlüsse, da in ihrem Bereich Querdeformationen des Rohrquer schnittes wirksam entgegen getreten ist.
Ebenso bedeutend ist der Vorteil der beschrie benen Knotenaussteifung bei Rohrstössen, wo in der Zone der Knotenaussteifung Bie- gungsspannungen, hervorgerufen durch un vermeidliche Konstruktionsungenauigkeiten (ungleichmässige Schweissung, verschiedene Rohrwandstärken) zu keinen erheblichen Querdeformationen führen können. Die Flan kennähte der beschriebenen Knotenausstei fung, können leicht hergestellt und gut nach kontrolliert werden.
Ausbesserungen einzel ner Nähte können selbst in belastetem Zu stande vorgenommen werden, da die Bruch festigkeit der vorgesehenen Doppelflanken nähte mindestens eine dreifache ist. Die Flankennähte werden nur auf Abscherung und nicht auf Biegung beansprucht.
Die Knotenaussteifung für rohrförmige Konstruktionselemente bietet zahlreiche An- wendungsmöglichkeiten, vor allem bei Säu lenkonstruktionen für Hochbauten. Da, wo die rohrförmigen Stabkonstxuktionen durcü reduzierte Windbelastungen gegenüber an dern Profilstäben im Vorteil sind, wie be sonders bei Fernleitungsmasten, Turmkon struktionen, Transportanlagen, Flugzeugen usw., wird die beschriebene Knotenausstei fung, welche hauptsächlich zu Rohrstössen und Rohranschlüssen geeignet ist, das An wendungsgebiet rohrförmiger Konstruktions elemente erweitern.
Als Konstruktionselemente kommen Rohre aus Stahl, Aluminium, Kupfer und Legie rungen dieser Metalle in Betracht. Natür lich können auch Rohre von anderem als kreisringförmigem Querschnitt benützt wer den.