DE102010012381A1

DE102010012381A1 - Node joint for supporting structure i.e. steel structure, for e.g. bridge construction, has belts, and connecting elements comprising casing surface, where belts and elements are connected with one another at contact points by welding seams

Info

Publication number: DE102010012381A1
Application number: DE102010012381A
Authority: DE
Inventors: Ekkehart Dipl.-Ing. Mitschke; Axel Dipl.-Ing. Peine
Original assignee: Ingbuero Mitschke & Peine GbR; Ingenieurbuero Mitschke & Peine GbR Verkehrsbauplanung (vertretungsberechtigter Gesellschafter Ekkehart Mitschke 06846 Dessau and Axel Peine 06842 Dessau)
Current assignee: Ingbuero Mitschke & Peine GbR; Ingenieurbuero Mitschke & Peine GbR Verkehrsbauplanung (vertretungsberechtigter Gesellschafter Ekkehart Mitschke 06846 Dessau and Axel Peine 06842 Dessau)
Priority date: 2009-03-25
Filing date: 2010-03-22
Publication date: 2010-09-30
Also published as: DE102010012381A9

Abstract

The joint has upper and lower belts (3, 4), and diagonals (5) connected with the belts over node connecting elements (6, 7). The connecting elements comprise curved casing surface with ends that lie on a plane. The belts are designed as thick plates with a flat contact surface, where the belts and the connection elements are connected with one another at contact points by outer and/or inner-lying welding seams. The belts are braced by steel, reinforced concrete and/or prestressed concrete components.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Knotenverbindung für ebene und/oder räumliche Tragwerke als Stahl- oder Stahlverbundkonstruktion, insbesondere auf dem Gebiet des Brückenbaus sowie im Hoch- und Wasserbau.The The invention relates to a node connection for plane and / or spatial structures as a steel or steel composite construction, particularly in the field of bridge construction and in the field of and hydraulic engineering.

Tragwerke, wie z. B. Fachwerkbrücken mit oben liegenden Fahrbahnen für den Straßen- als auch Eisenbahnverkehr, sind in unterschiedlichen Ausführungen bekannt. Um Schäden aus Einwirkungen an Konstruktionsteilen und/oder Verbindungsmitteln zu minimieren, ist die Einhaltung der Systemgeometrie in den Fachwerkknoten von wesentlicher Bedeutung. Bei bekannten Bauwerken bestehen die Gurte aus eigens für diese Konstruktionen zusammengefügten oder gewalzten Profilstäben welche unter der o. g. Voraussetzung eine der Systemgeometrie entsprechende Einbindung der Diagonalen in die Gurte ermöglichen. Die Herstellung dieser eigens für diese Konstruktionen zusammengefügten Bauteile erfordert hohe Aufwendungen beim Zuschnitt der Einzelteile und deren Zusammenbau.Structures, such as B. truss bridges with overhead lanes for road and rail transport known in different versions. To damage from impacts on construction parts and / or fasteners minimizing compliance with system geometry in the truss nodes essential. In known structures, the straps exist from specially assembled for these constructions or rolled profile bars which under the o. g. requirement one of the system geometry corresponding integration of diagonals allow in the straps. The production of this particular required for these constructions components high expenses when cutting the individual parts and their assembly.

Bekannt ist eine Knotenverbindung für Rohre bei Fachwerkkonstruktionen für Brücken ( DE 31 15 531 C2 ). Diese besteht aus einem auf dem Hauptrohr bzw. Gurt aufgeschweißten Zwischenstück. Der Gurt besteht aus einem Profilstab, vorzugsweise einem Rohr, welches aufgrund der hohen Beanspruchung einen entsprechend großen Durchmesser erfordert. Das Zwischenstück besteht aus einem zum Hauptrohr koaxialen Zylinder, der in seinem mittleren Abschnitt ausgeweitet ist. Die nicht ausgeweiteten Abschnitte sind mit dem Hauptrohr verschweißt. Diese Lösung wurde bei einer Fachwerk-Verbundbrücke mit oben liegender Fahrbahn eingesetzt. Ein ebenes Fachwerk unterstützt die Fahrbahnplatte. In diesem Fall wurde auf dem Zuggurt als Zwischenstück ein Schuh aus Stahlguss aufgesetzt, an dem die Diagonalstäbe angreifen. Diese Lösung weist jedoch einige Nachteile auf. Der Gussschuh bedarf einer konkreten Form, welche nur für diese eine Geometrie anwendbar ist. Ändert sich die Geometrie des Zuggurtes oder der anzuschließenden Diagonalen, z. B. durch eine größere oder kleinere Stützweite oder auch durch höhere Einwirkungen, wird eine neue Form des Gussschuhes erforderlich. Die Verbindung der unterschiedlichen Stoffe Guss und Stahl erfordert bei der Herstellung besondere Sorgfalt und ist im Fall von Reparaturen aufwendig. Der Kraft- und Formschluss ist bei einem solchen Anschluss schon bei geringen Walzabweichungen des Zuggurtes oder der Diagonalen aber auch bei Abweichungen des Gussschuhes selbst beeinträchtigt. Der Gussschuh kann nur durch eine umlaufende Schweißnaht begrenzter Länge an den Gurt angeschlossen werden, wodurch die übertragbaren Kräfte begrenzt sind.Known is a node connection for pipes in framework structures for bridges ( DE 31 15 531 C2 ). This consists of a welded on the main pipe or belt adapter. The belt consists of a profile bar, preferably a tube, which requires a correspondingly large diameter due to the high stress. The intermediate piece consists of a coaxial cylinder to the main tube, which is expanded in its central portion. The unexpanded sections are welded to the main pipe. This solution was used in a timber-framed composite bridge with overhead lane. A flat truss supports the roadway slab. In this case, a shoe made of cast steel was placed on the tension belt as an intermediate piece, on which attack the diagonal bars. However, this solution has some disadvantages. The cast shoe requires a concrete form, which is applicable only for this one geometry. If the geometry of the tension belt or the diagonals to be connected, z. B. by a larger or smaller span or by higher impact, a new shape of the shoe is required. The connection of the different materials cast iron and steel requires special care in the production and is expensive in the case of repairs. The positive and positive connection is impaired in such a connection even with small rolling deviations of the tension belt or the diagonal but also in deviations of the cast shoe itself. The cast shoe can be connected to the belt only by a circumferential weld of limited length, whereby the transferable forces are limited.

Aus der DE 197 25 722 A1 ist eine Fachwerkbrücke bekannt, bei der die Streben als Diagonale über angeschweißte Verbindungsplatten als Knotenpunkte mit den Gurten über Schraubverbindungen verbunden sind, wobei die Gurte aus räumlichen Profilstäben beste hen. Die Kräfte der Diagonalen müssen in die obere Anschlussplatte (Schweißnaht), von der oberen Anschlussplatte in die untere Anschlussplatte (Schraubverbindung) und von der unteren Anschlussplatte in den Gurt (Schweißnaht) übertragen werden. Bei der Übertragung sehr hoher Kräfte sind sehr große Anschlussplatten mit vielen Schraubverbindungen erforderlich. Die Herstellung dieser Brücke ist daher mit einem entsprechend hohen Aufwand verbunden. Von Nachteil ist weiterhin, dass die Systemachsen der Diagonalstäbe und des Gurtstabes sich nicht in einem Punkt schneiden wodurch zusätzliche Biegemomente bewirkt werden.From the DE 197 25 722 A1 is a truss bridge known in which the struts are connected as a diagonal welded welded connection plates as nodes with the belts via screw, the belts hen from spatial profiled bars best. The forces of the diagonal must be transferred to the upper connection plate (weld seam), from the upper connection plate into the lower connection plate (screw connection) and from the lower connection plate into the belt (weld seam). When transmitting very high forces, very large connection plates with many screw connections are required. The preparation of this bridge is therefore associated with a correspondingly high cost. Another disadvantage is that the system axes of the diagonal bars and the belt bar do not intersect at one point causing additional bending moments.

Bekannt ist auch eine Knotenverbindung ( JP 2001-348 961 A ), bestehend aus einem als Rohr ausgebildeten Gurt und einem auf der rohrförmigen Mantelfläche aufgesetzten Knotenverbindungselement mit gekrümmter Mantelfläche, die das Rohr teilweise umschließt. Das Knotenverbindungselement ist über eine umlaufende Schweißnaht an dem Rohr befestigt. Durch die Länge der Anschlussnähte des Knotenverbindungselementes an den Profilstab sind die auf den Gurt übertragbaren Kräfte begrenzt.Also known is a node connection ( JP 2001-348 961 A ), consisting of a belt formed as a tube and a patch on the tubular lateral surface node connection element with a curved lateral surface, which partially surrounds the tube. The node connector is attached to the pipe via a circumferential weld. Due to the length of the connecting seams of the node connecting element to the profiled bar, the forces transferable to the belt are limited.

Die US 2 477 260 A beschreibt eine aus Rohren bestehende Metallrahmenkonstruktion mit einem gekrümmten Verbindungselement, das auf einem Rohr angeordnet ist. Die Verbindung zwischen dem Verbindungselement und dem Rohr erfolgt über eine umlaufende Schweißnaht.The US 2 477 260 A describes a tubular metal frame construction with a curved connector disposed on a tube. The connection between the connecting element and the pipe via a circumferential weld.

Ein Gerüst aus Rohren ist aus der FR 1 344 132 A bekannt. Das Knotenverbindungselement besteht aus einer bogenförmig gekrümmten Platte, die auf dem Tragrohr mittels einer Schweißverbindung befestigt ist. An den einzelnen Knotenverbindungselementen sind diagonal verlaufende Streben bzw. Stützen angeschweißt.A scaffold of pipes is out of the FR 1 344 132 A known. The node connector consists of an arcuately curved plate which is fixed to the support tube by means of a welded connection. At the individual node connecting elements diagonal struts or supports are welded.

Eine Knotenverbindung für Leichtmetallrohre ist aus der DE 1 123 816 A bekannt. Querkräfte übertragende Rohre sind über ein Knotenblech mit einem Gurtrohr verbunden. Das Knotenblech kann eine gekrümmte Mantelfläche besitzen und ist mittels einer umlaufenden Schweißnaht auf dem Gurtrohr befestigt.A nodal connection for light metal tubes is from the DE 1 123 816 A known. Transverse forces transmitting pipes are connected via a gusset plate with a Gurtrohr. The gusset plate may have a curved lateral surface and is fixed by means of a circumferential weld on the Gurtrohr.

Die bekannten Knotenverbindungen bestehend aus einem Rohr als Gurt, mindestens zwei Streben (Diagonalen), die über einen Knoten mit gekrümmter Mantelfläche mit dem Gurt verbunden sind, ermöglichen nur eine begrenzte Kraftübertragung und sind in ihrer Realisierung mit einem hohen Herstellungs- und Montageaufwand verbunden.The known knot joints consisting of a tube as a belt, at least two struts (diagonals) crossing a knot with curved lateral surface connected to the belt are, allow only a limited power transmission and are in their realization with a high manufacturing and assembly costs connected.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Knotenverbindung für ebene und/oder räumliche Tragwerke als Stahl- oder Stahlverbundkonstruktion auf dem Gebiet des Brückenbaus sowie im Hoch- und Wasserbau zu schaffen, das eine verbesserte Einleitung auftretender Kräfte und Momente in den Gurt ermöglicht und dabei zu einer deutlichen Verringerung der Gurthöhe führt. Außerdem soll der Herstellungs- und Montageaufwand verringert werden. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 2 bis 9 angegeben.Of the Invention is based on the object, a node connection for level and / or spatial structures as steel or steel composite construction in the field of bridge construction as well as in hydraulic and hydraulic engineering to create an improved initiation of occurring forces and moments in the strap allows for a significant reduction the belt height leads. In addition, the manufacturing and assembly costs are reduced. According to the invention the problem solved by the features specified in claim 1. Advantageous embodiments are in the claims 2 to 9 specified.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Gurt unter Einhaltung der Systemgeometrie als Grobblech mit einer ebenen Auflagefläche ausgebildet ist, das gegen Kno tenrotation ausgesteift ist, wobei Gurt und Knotenverbindungselement an ihren Berührungsstellen über außen- und/oder innenliegende Schweißnähte verbunden sind. Überraschenderweise zeigte sich, dass bei Einsatz von Knotenverbindungselementen als Guss- oder Blechbauteil mit gekrümmter Mantelfläche der Gurt des Tragwerkes aus Grobblech hergestellt werden kann. Dadurch kann das gekrümmte Knotenblech entweder über eine außenliegende oder eine innen- und außenliegende Schweißnaht mit dem Gurt aus Grobblech verbunden werden. Als Grobbleche kommen Stahlplatten mit einer Dicke ≥ 3 mm gemäß der Definition in der EN 10029 in Frage, wobei auch gewalzte Bleche mit Dicken bis zu 200 mm eingesetzt werden können.According to the invention the object is achieved in that the belt is formed in compliance with the geometry of the system as a plate with a flat bearing surface, which is stiffened against Kno tenrotation, belt and node connection element are connected at their points of contact via external and / or internal welds. Surprisingly, it was found that when using node connecting elements as a cast or sheet metal component with a curved lateral surface of the belt of the structure can be made of heavy plate. As a result, the curved gusset plate can be connected to the belt made of heavy plate either via an external or an internal and external weld. As heavy plate steel plates come with a thickness ≥ 3 mm as defined in the EN 10029 in question, although rolled sheets with thicknesses up to 200 mm can be used.

Der Knoten zur Verbindung der Querstreben mit dem Gurt ist in seiner Geometrie so ausgelegt, dass vorhandene Normalkräfte und Biegemomente der Diagonalen im gekrümmten Abschnitt eingetragen werden, wobei deren Richtungsverlauf aufgrund der gekrümmten Mantelfläche geändert wird und die Normalkräfte und Biegemomente über das Guss- oder Blechbauteil in den Gurt abgeleitet werden. Dadurch ist es unter Einhaltung der Systemgeometrie möglich, die Materialdicke bzw. Höhe des Gurtes erheblich zu reduzieren.Of the Node for connecting the cross braces with the belt is in his Geometry designed so that existing normal forces and Bending moments of the diagonals entered in the curved section be whose direction is due to the curved Lateral surface is changed and the normal forces and bending moments over the cast or sheet metal component in the Belt are derived. This makes it possible to maintain the system geometry, considerably reduce the material thickness or height of the belt.

Von großem Vorteil ist auch, dass bei einer Ausführung des Gurtes aus Grobblech parallel nebeneinander ein, zwei oder mehrere Knotenverbindungselemente angeordnet werden können. Bei dieser Ausführung kann es ausreichend sein, wenn der Knoten nun über eine außenliegende Schweißnaht mit dem Gurt aus Grobblech verbunden ist.From great advantage is also that in one execution of the belt of heavy plate parallel next to each other, two or more Node connectors can be arranged. at In this embodiment, it may be sufficient if the node now with an external weld the belt is made of heavy plate.

Durch parallele nebeneinander liegende Knoten eröffnen sich neue Möglichkeiten für die Auslegung von Tragwerken, insbesondere im Brückenbau.By Parallel adjacent nodes open up new ones Possibilities for the design of structures, especially in bridge construction.

Die neue Knotenverbindung ermöglicht eine Optimierung der statischen Auslastung durch maximale Ausnutzung der statischen Höhe. Beim Bau von Tragwerken lassen sich Materialeinsparungen von bis zu ca. 10% und durch einen Einsatz hochfester Baustähle im Gurtbereich von bis zu 20% erzielen. Der Aufwand zur Herstellung der Gurte aus Grobblechen ist gegenüber geschweißten Profilstäben um etwa 20% geringer.The new node connection allows for optimization of static Utilization by maximum utilization of the static height. When building structures, material savings of up to to about 10% and by using high-strength structural steels in the belt area of up to 20%. The effort to manufacture The straps of heavy plate is welded opposite Section bars about 20% lower.

Bei einer Verbindung zwischen dem gekrümmten Anschlussblech oder Gussbauteil und dem Gurt sowohl innen als auch außen mittels Schweißnähten, lassen sich sehr hohe Kräfte übertragen und ansonsten mögliche Schweißnahtwurzelfehler werden somit zweifelsfrei ausgeschlossen. Durch die Ausrichtung der Knotenverbindungselemente längs zur Tragwerksachse wirkt es der Knotenrotation des gesamten Fachwerkknotens entgegen.at a connection between the curved connection plate or cast component and the belt both inside and outside By means of welds, very high forces can be transmitted and otherwise possible weld root faults are therefore excluded beyond doubt. By the orientation the node connecting elements along the structural axis it counteracts node rotation of the entire truss node.

Das Knotenverbindungselement kann vorzugsweise aus zwei identischen Blechbauteilen bestehen, die spiegelbildlich angeordnet und an ihren zusammenstoßenden Stirnseiten mittels einer Schweißnaht zu einem Bauteil verbunden sind. Derartige Knotenverbindungselemente werden bevorzugt dann eingesetzt, wenn mehrere Diagonalen mit dem Gurt zu verbinden sind. Die den Tragwerksknoten bildenden Blechbauteile können aus einem vorgefertigten Teil bestehen oder aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzt sein. Mindestens ein gekrümmter Abschnitt muss vorhanden sein. Möglich ist auch, dass die Mantelfläche des Blechbauteils gekrümmte und gerade verlaufende Abschnitte aufweist.The Node connector may preferably be made of two identical ones Sheet metal components consist, arranged in mirror image and at their colliding End faces by means of a weld to a component are connected. Such node connectors are preferred then used when connecting several diagonals with the strap are. The structural components forming the structural nodes can consist of a prefabricated part or of several individual parts be composed. At least one curved section must be present. It is also possible that the lateral surface the sheet metal component curved and straight sections having.

Die Streben bzw. Diagonalen liegen an der bzw. den gekrümmten Flächen des Blechbauteils, was für die Einleitung der auftretenden Kräfte und Momente wichtig ist. Die gekrümmte Mantelfläche oder deren gekrümmte Abschnitte sind vorzugsweise kreis- und/oder parabelförmig ausgebildet. Die entsprechenden Radien können gleichbleibend oder unterschiedlich sein.The Struts or diagonals are located on the curved or the Surfaces of the sheet metal component, what the introduction the occurring forces and moments is important. The curved one Lateral surface or whose curved sections are preferably formed circular and / or parabolic. The corresponding radii can be consistent or different be.

Das gesamte Knotenverbindungselement kann auch als ein Bauteil aus Gussstahl hergestellt werden. Bei der Herstellung können Schweißnahtvorbereitungen vorgesehen werden, womit sich der Arbeitsaufwand weiter reduziert.The Entire node connector may also be considered a cast steel component getting produced. In the preparation can weld preparation be provided, which further reduces the workload.

Die lichte Höhe des Blechbauteils kann sich nach einer oder beiden Seiten, in Längsrichtung gesehen, verringern.The clear height of the sheet metal component may be after one or Both sides, seen in the longitudinal direction, reduce.

Nach Errichtung eines erfindungsgemäßen Tragwerkes ist es von großem Vorteil, dass die auf dem Gurt montierte Knotenverbindung an einer oder an beiden in Längsrichtung zeigenden Seiten eine Öffnung oder Aussparung aufweisen, die ausreichend groß ist, um bei erforderlichen Bauteilprüfungen Schweißnahtverbindungen auch innen kontrollieren zu können.After constructing a supporting structure according to the invention, it is of great advantage that the node connection mounted on the belt have an opening or recess on one or both sides pointing in the longitudinal direction, which extends is large in order to be able to inspect welded joints in the required component tests.

Durch die freie Zugänglichkeit der Schweißnähte verringert sich auch der Arbeitsaufwand bei Reparaturen.By the free accessibility of the welds also reduces the workload for repairs.

Zur Errichtung von Tragwerken im Brücken-, Hoch- oder Wasserbau sind die Blechbauteile oder Gussknoten in ihrer Geometrie so ausgelegt, dass das angreifende Ende der Diagonalen an der gekrümmten Mantelfläche anliegt. Der zugehörige Endabschnitt der Diagonalen ist an die Krümmung der Mantelfläche anzupassen oder im Falle des Einsatzes einer Schweißnahtvorbereitung an deren Geometrie anzupassen. Eine Durchdringung des Blechbauteils oder des Gussbauteiles wird ausgeschlossen. Der aus Grobblech bestehende Gurt besitzt eine ebene bzw. minimal gekrümmte Auflagefläche auf der das Blech- oder Gussbauteil montiert wird. Die Befestigung der Diagonalen an den Blech- oder Gussbauteilen erfolgt ebenfalls durch Schweißen.to Construction of structures in bridge construction, civil engineering or hydraulic engineering are the sheet metal components or cast nodes in their geometry designed so that the attacking end of the diagonal on the curved Lateral surface is applied. The associated end section the diagonal is at the curvature of the lateral surface or in the case of using a weld preparation to adapt to their geometry. A penetration of the sheet metal component or the cast component is excluded. The existing of heavy plate Belt has a flat or minimally curved bearing surface on which the sheet metal or cast component is mounted. The attachment the diagonal on the sheet metal or cast components also takes place by welding.

Die Streben bzw. Diagonalen und Grobbleche der Gurte können in ihren Querschnitten unterschiedlich ausgebildet sein. Falls erforderlich kann das Grobblech des Gurtes mittels Stahl-, Stahlbeton- und/oder Spannbetonelementen versteift werden.The Struts or diagonals and plates of the straps can be formed differently in their cross sections. If necessary can the heavy plate of the belt by means of steel, reinforced concrete and / or Prestressed concrete elements are stiffened.

Die Blechbauteile mit gekrümmter Mantelfläche können, ausgehend von Halbzeugen, durch geeignete Umformverfahren hergestellt werden. Bestehen die Bauteile aus mehreren Einzelteilen so werden diese durch Schweißen miteinander verbunden. Die Wanddicken des Blechbauteils richten sich nach den auftretenden Belastungen im Tragwerk. Wird das Knotenverbindungselement aus einem Teil hergestellt, erfolgt die Herstellung durch Gießen. Die Grobbleche der Gurte werden miteinander verschweißt. Die Diagonalen werden nach an sich bekannten Verfahren hergestellt.The Sheet metal components with a curved lateral surface can, starting from semi-finished products, produced by suitable forming processes become. Pass the components of several items so these joined together by welding. The wall thicknesses of the sheet metal component depend on the loads occurring in the structure. If the node connector is made from one piece, the production takes place by casting. The heavy plates of the Belts are welded together. The diagonals will be produced according to known methods.

Mit den vorgeschlagenen Knotenverbindungselementen lassen sich auch räumliche Tragwerke mit Dreiecks-, Rechteck- oder Trapezquerschnitten herstellen. Eine Neigung der Diagonalebenen ist möglich, womit eine einfache Anpassung des Tragwerkes an geometrische Erfordernisse gegeben ist. Räumliche Tragwerke zeichnen sich durch eine sehr hohe Stabi lität im Bau- und Endzustand aus. Diese hohe Stabilität ist bei Transport- und Montagevorgängen von Vorteil. Auf zusätzliche Aussteifungen kann verzichtet werden.With the proposed node connection elements can also be Spatial structures with triangular, rectangular or trapezoidal cross-sections produce. An inclination of the diagonal planes is possible bringing a simple adaptation of the structure to geometric requirements given is. Spatial structures are characterized by a very high stability in construction and final state. This high Stability is during transport and assembly operations advantageous. On additional stiffeners can be omitted become.

Von Vorteil ist die durch die erfindungsgemäße Lösung bewirkte günstige Einleitung der Kräfte in die Grobbleche der Gurte. Bei Tragwerken mit Rechteck- oder Trapezquerschnitt erfolgt die Einleitung der Kräfte etwa in die Viertelspunkte des Gurtes. Beim Dreiecksquerschnitt und bei ebenen Tragwerken werden die Kräfte in der Mitte des Gurtes eingeleitet. Damit wird eine annähernd gleichförmige Spannungsverteilung über die gesamte Gurtbreite erreicht. Die Verteilung der aus den Kräften resultierenden Spannung wird in den Bauteilen optimiert. Hinsichtlich der unmittelbaren Lasteinleitung in die Gurte ist von Vorteil, dass die Knotenverbindungselemente längs zur Tragwerksachse orientiert sind, wodurch nur eine geringe Knotenrotation zugelassen wird. Eine punktuelle Lasteinleitung wird vermieden. Bei Tragwerken mit Rechteck- oder Trapezquerschnitt können mehrere Tragwerksebenen nebeneinander auf einem durchgehenden Gurt angeordnet werden, womit die Tragfähigkeit der Gesamtkonstruktion deutlich erhöht werden kann.From Advantage is the by the inventive solution caused favorable introduction of forces into the Heavy plates of straps. For structures with rectangular or trapezoidal cross section the introduction of forces takes place approximately in the quarter-points of the belt. When triangular cross-section and flat structures are the forces initiated in the middle of the belt. This will be an approximately uniform stress distribution over reached the entire belt width. The distribution of the forces resulting tension is optimized in the components. Regarding the direct load transfer into the straps is an advantage that the node connecting elements along the structural axis are oriented, allowing only a small node rotation becomes. A point load application is avoided. For structures with rectangular or trapezoidal cross-section can have multiple structural levels be arranged side by side on a continuous strap, which significantly increased the load capacity of the overall construction can be.

Ein weiterer Vorteil ist die begünstigte ungehinderte Abstrahlung von Lärm an die Umgebung. Im Vergleich zu Bauwerken mit Kastenquerschnitt entfallen Resonanzräume, womit die Lärmabstrahlung des Bauwerkes reduziert wird. Bei stark befahrenen Brücken lässt sich somit eine Lärmreduzierung erzielen. Weitere Vorteile im Zusammenhang mit der Errichtung von Tragwerken sind die Verringerung von konzentrierten Strukturspannungen (hot spot stress) mit einhergehender Erhöhung der Ermüdungsfestigkeit im Schweißnahtbereich (und im Grundmaterial) zur Schaffung von robusten dauerhaften Konstruktionen mit einer hohen Redundanz des Gesamtsystems. Beim Bau eines Tragwerkes mit der erfindungsgemäßen Knotenverbindung werden im Vergleich zu herkömmlichen Knotenverbindungen deutlich weniger Einzelteile benötigt. Dadurch reduziert sich der Aufwand für die Herstellung und Montage des Tragwerkes, insbesondere durch eine geringere Anzahl an erforderlichen Schweißverbindungen. Die geometrische Form der Knotenverbindungselemente ermöglicht den Einsatz von Walzprofilen als Diagonale bzw. Verbindungsstreben. Bisher werden in der Praxis beim Brückenbau die Diagonalen aus zugeschnittenen Blechen gefertigt, was mit einem entsprechenden Aufwand verbunden ist. Der Einsatz von Walzerzeugnissen beschränkt sich fast ausschließlich auf Hochbauten, welche keiner oder nur geringer dynamischer Belastung ausgesetzt sind.One Another advantage is the favored unhindered radiation from noise to the environment. Compared to buildings with Box cross section accounts for resonant spaces, so the noise emission of the Building is reduced. For heavily used bridges can thus achieve a noise reduction. Further advantages in connection with the construction of structures are the reduction of concentrated structural stresses (hot spot stress) with concomitant increase in fatigue strength in the weld area (and base material) to create Robust, durable designs with high redundancy of the overall system. When building a structure with the invention Node connection will be compared to conventional node connections significantly fewer items needed. This reduces the effort for the production and assembly of the structure, in particular by a smaller number of required welded joints. The geometric shape of the node connectors allows the use of rolled profiles as diagonal or connecting struts. So far, in practice in bridge building the diagonals made of cut sheets, which corresponds with a corresponding Effort is connected. The use of rolled products limited almost exclusively on buildings, which none or only low dynamic load.

Ein weiterer Vorteil besteht in der Reduzierung des Aufwandes für Zuschnitt und Schweißen von Gurten aus Grobblech, insbesondere durch Reduzierung auf handelsübliche Abmessungen der Blechdicken der Gurte.One Another advantage is the reduction in the cost of Cutting and welding of belts made of heavy plate, in particular by reducing to commercially available dimensions of the sheet thicknesses the straps.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:The Invention will hereinafter be an embodiment be explained in more detail. In the associated Show drawing:

1 einen Teilabschnitt eines Fachwerkes als Seitenansicht, 1 a section of a truss as a side view,

2 eine erste Ausführung eines erfindungsgemäßen Knotenverbindungselementes in perspektivischer Darstellung, 2 a first embodiment of a node connecting element according to the invention in a perspective view,

3 einen Schnitt gemäß der Linie A-A in 2, 3 a section along the line AA in 2 .

4 einen Schnitt gemäß der Linie B-B in 2, 4 a section along the line BB in 2 .

5 eine zweite Ausführung eines erfindungsgemäßen Knotenverbindungselementes in perspektivischer Darstellung, 5 a second embodiment of a node connecting element according to the invention in a perspective view,

6 einen Schnitt gemäß der Linie A-A in 5, 6 a section along the line AA in 5 .

7 einen Schnitt gemäß der Linie B-B in 5 und 7 a section along the line BB in 5 and

8 eine perspektivische Darstellung eines Gurtes mit mehreren quer nebeneinander angeordneten Knotenverbindungselementen. 8th a perspective view of a belt with a plurality of transversely juxtaposed node connection elements.

In der 1 ist ein Teilabschnitt eines ebenen Fachwerkes 1 gezeigt, das mit seinem einen Ende auf einem Auflager 2 abgestützt ist. Das Fachwerk besteht aus einem oberen Gurt 3 und einem unteren Gurt 4 sowie Streben bzw. Diagonalen 5, die über Fachknoten bzw. Knotenverbindungselemente 6, 7 mit den Gurten 3 und 4 verbunden sind. Die seitlich geneigt angeordneten Diagonalen 5 greifen an gekrümmten Abschnitten der Mantelfläche der aus Blechbauteilen bestehenden Fachwerkknoten an, wie nachfolgend noch ausführlich erläutert wird. Im gezeigten Beispiel besteht das Fachwerk aus einer Fachwerkscheibe.In the 1 is a section of a flat framework 1 shown with one end on a support 2 is supported. The truss consists of an upper strap 3 and a lower strap 4 as well as struts or diagonals 5 , which are via compartment nodes or node connection elements 6 . 7 with the straps 3 and 4 are connected. The laterally inclined diagonals 5 engage curved portions of the lateral surface of the existing sheet metal components truss nodes, as will be explained in detail below. In the example shown, the framework consists of a half-timbered pane.

Durch Anordnung mehrerer Fachwerkscheiben lassen sich Rechteckquerschnitte erzielen. Bei Anwendung geneigter Fachwerkebenen können Dreiecks- oder Trapezquerschnitte gebildet werden.By Arrangement of several trusses can be rectangular cross-sections achieve. When using inclined truss levels, Triangular or trapezoidal cross sections are formed.

In den 2 bis 4 ist eine erste erfindungsgemäße Ausführung einer Knotenverbindung gezeigt (Einzelheit X gemäß 1 in vergrößerter Darstellung).In the 2 to 4 a first embodiment of a node connection according to the invention is shown (detail X according to FIG 1 in an enlarged view).

Das Knotenverbindungselement 6 besteht aus zwei identischen Blechbauteilen 7 und 8, die spiegelbildlich zueinander auf dem unteren Gurt 4 aus Grobblech angeordnet sind. An ihren einander zugewandten Stirnseiten sind die beiden Blechbauteile 7 und 8 durch eine Schweißnaht 9 miteinander verbunden. In bestimmten Anwendungsfällen kann auch ein Blechbauteil 7 oder 8 als Knotenverbindungselement eingesetzt werden, wie z. B. als endseitiger Fachwerksknoten 7, an dem nur eine Diagonale bzw. Strebe 5 angreift, wie in 1 am Auflager 2 gezeigt. In weiteren Anwendungsfällen kann das Knotenverbindungselement 6 aus nur einem Bauteil aus Gussstahl bestehen.The node connector 6 consists of two identical sheet metal components 7 and 8th , which mirror each other on the lower strap 4 are arranged from heavy plate. At their facing end faces are the two sheet metal components 7 and 8th through a weld 9 connected with each other. In certain applications may also be a sheet metal component 7 or 8th be used as a node connector, such. B. as end-side truss node 7 , on which only one diagonal or strut 5 attacks as in 1 on the support 2 shown. In other applications, the node connection element 6 consist of only one component made of cast steel.

Jedes Blechbauteil 7, 8 besitzt eine gekrümmte Mantelfläche 10, die gemäß dem gezeigten Beispiel an ihrer Stirnseite die Form eines Halbkreises (siehe 4) hat. Das Blechbauteil 7, 8 wird z. B. durch Walzen von Grobblech mit einer Materialdicke von ca. 60 mm hergestellt, wobei der Walzvorgang so gesteuert wird, dass die gekrümmte Mantelfläche einen gleichbleibenden Radius aufweist, so dass die Querschnittsform an dieser Stelle einem Kreissegment entspricht. Ausgehend von der Stirnseite 11 verringert sich die Höhe des Abstandes zur Mantelfläche kontinuierlich, wie in 3 zu sehen. Die äußere Form des Blechbauteils 7, 8 entspricht somit der einer Rohrschale. Die zu einem Fachwerkknoten 6 zusammengefügten Blechbauteile 7, 8 werden auf der ebenen Auflagefläche 15 des Gurtes 4 mittels einer umlaufenden Schweißnaht 12 befestigt. Die Diagonalen bestehen aus rohrförmigen Streben 5, deren Enden so zugeschnitten sind, dass diese passgenau auf der gekrümmten Mantelfläche 10 anliegen. Die beiden Streben 5 sind im gleichen Winkel zum Gurt 4 angeordnet und auf dem jeweiligen Blechbauteil 7 bzw. 8 mittels einer Schweißnaht 13 befes tigt. Wie in der 3 zu sehen, schneiden sich die Systemachsen S1 und S2 der beiden Diagonalen 5 und die Systemachse S3 des Gurtes 4 in einem Punkt.Every sheet metal component 7 . 8th has a curved lateral surface 10 , which according to the example shown on its front side the shape of a semicircle (see 4 ) Has. The sheet metal component 7 . 8th is z. B. produced by rolling heavy plate with a material thickness of about 60 mm, wherein the rolling process is controlled so that the curved lateral surface has a constant radius, so that the cross-sectional shape corresponds to a circle segment at this point. Starting from the front side 11 the height of the distance to the lateral surface decreases continuously, as in 3 to see. The outer shape of the sheet metal component 7 . 8th thus corresponds to a pipe shell. The to a truss node 6 assembled sheet metal components 7 . 8th be on the flat bearing surface 15 of the belt 4 by means of a circumferential weld 12 attached. The diagonals consist of tubular struts 5 whose ends are cut to fit precisely on the curved surface 10 issue. The two struts 5 are at the same angle to the belt 4 arranged and on the respective sheet metal component 7 respectively. 8th by means of a weld 13 fastened. Like in the 3 to see, the system axes S1 and S2 intersect the two diagonals 5 and the system axis S3 of the belt 4 in one point.

Die von den Diagonalen aufzunehmenden Kräfte und Biegemomente werden in die Blechbauteile eingetragen und aufgrund der gekrümmten Mantelfläche wird die Richtung des Kraftverlaufes geändert, wobei die Kräfte und Momente über die Verbindungsstellen mit dem Gurt in diesen eingeleitet werden. Dadurch ergeben sich, wie bereits aufgezeigt, verschiedene Möglichkeiten für erhebliche Einsparungen beim Bau von Fachwerken.The forces and bending moments to be absorbed by the diagonals are registered in the sheet metal components and due to the curved lateral surface the direction of the force curve is changed, the Forces and moments over the joints be initiated with the belt in these. This results in As already shown, different possibilities for Significant savings in the construction of trusses.

In den 5 bis 7 ist eine zweite Ausführung des erfindungsgemäßen Knotenverbindungselementes gezeigt.In the 5 to 7 a second embodiment of the node connection element according to the invention is shown.

Im Vergleich zu der Ausführung gemäß den 2 bis 4, weisen die Mantelflächen 10 der beiden Blechbauteile 7 und 8 keine Krümmung mit einem gleichbleibenden Radius auf, sondern eine Krümmung, die einer Parabelfunktion folgt. Der Fachwerkknoten besteht in analoger Weise aus zwei identischen Blechbauteilen 7, 8, die spiegelbildlich zueinander angeordnet und miteinander verschweißt sind. Ein einzelnes Blechbauteil 7 oder 8 kann auch als separates Knotenverbindungselement eingesetzt werden. In bestimmten Anwendungsfällen kann das Knotenverbindungselement 6 aus einem Bauteil aus Gussstahl bestehen. An den parabelförmig gekrümmten Abschnitt 10 der Blechbauteile 7, 8 schließen sich nach beiden Seiten gerade verlaufende Abschnitte 10a (7) an, die sich in Richtung Oberseite Gurt 3, 4 erstrecken und auf einer Ebene enden. Die beiden Blechbauteile 7, 8 haben an ihren in entgegengesetzter Richtung zeigenden Endabschnitten eine Öffnung bzw. Aussparung 14. Diese ist in ihrer Größe so bemessen, dass zur Befestigung des Fachwerkknotens 6 auf dem Gurt 4 die Schweißnaht 12 erforderlichenfalls auch entlang der Innenseite gelegt werden kann. Die an den beiden Blechbauteilen 7, 8 angreifenden Diagonalen 5 sind in den 5 bis 7 als Walzprofil (Doppel-T-Profil) dargestellt. Die geometrische Ausgestaltung der zweiten Ausführung des Knotenverbindungselementes 6 ist im Vergleich zu der ersten Ausführung zur Aufnahme größerer Kräfte und Momente vorgesehen.Compared to the execution according to the 2 to 4 , assign the lateral surfaces 10 the two sheet metal components 7 and 8th no curvature with a constant radius, but a curvature that follows a parabolic function. The truss node consists in an analogous way of two identical sheet metal components 7 . 8th , which are arranged in mirror image to each other and welded together. A single sheet metal part 7 or 8th can also be used as a separate node connector. In certain applications, the node connector may 6 consist of a component made of cast steel. To the parabolic curved section 10 the sheet metal components 7 . 8th close to both sides straight sections 10a ( 7 ), which are in the direction of Obersei te belt 3 . 4 extend and end on one level. The two sheet metal components 7 . 8th have at their pointing in the opposite direction end portions of an opening or recess 14 , This is sized in size so that the attachment of the truss node 6 on the belt 4 the weld 12 if necessary, can also be placed along the inside. The at the two sheet metal components 7 . 8th attacking diagonals 5 are in the 5 to 7 shown as rolled profile (double T-profile). The geometric configuration of the second embodiment of the node connection element 6 is provided in comparison to the first embodiment for receiving larger forces and moments.

Die Herstellung der einzelnen Blechbauteile 7, 8 erfolgt in analoger Weise wie bei der Ausführung gemäß der 2 bis 4. Die Dimensionierung der Gurte aus Grobblech sowie die Größe der Blechbauteile 7, 8 und deren Materialdicke richten sich nach der Baugröße und den aufzunehmenden Belastungen des Fachwerkes. Bei sehr hohen Belastungen kommen wie in den 5 bis 7 gezeigte Knotenverbindungen mit innen- und außenliegenden Schweißnähten 12 zum Einsatz.The production of individual sheet metal components 7 . 8th takes place in an analogous manner as in the embodiment according to the 2 to 4 , The dimensioning of the straps made of plate and the size of the sheet metal components 7 . 8th and their material thickness depend on the size and the loads to be absorbed by the truss. At very high loads come as in the 5 to 7 shown node connections with internal and external welds 12 for use.

Sowohl die Knotenverbindungselemente als auch die Gurte und Diagonalen eines Fachwerkes können nunmehr aus gewalztem Grobblechmaterial bestehen, was zu erheblichen Kosteneinsparungen führt. Das Grobblech des Gurtes wird in seiner Dicke so ausgeführt, dass die gestellten Anforderungen an die Achsen der Systemgeometrie S1, S2 und S3 erfüllt (6) werden. Auf das bisher übliche Zusammenfügen von Bauteilen zu einem Profilstab für den Gurt kann nunmehr verzichtet werden.Both the knot fasteners and the straps and diagonals of a truss can now be made of rolled plate stock, resulting in significant cost savings. The heavy plate of the belt is designed in its thickness so that meets the requirements imposed on the axes of the system geometry S1, S2 and S3 ( 6 ) become. On the hitherto usual assembly of components to a profile bar for the belt can now be dispensed with.

Die erforderlichen Streben bzw. Diagonalen, die in ihren Querschnitten unterschiedlich ausgebildet sein können, werden nach entsprechender Anpassung der Verbindungsflächen an die Krümmung der Mantelfläche an diese angeschweißt.The required struts or diagonals, in their cross sections can be designed differently, according to appropriate Adaptation of the connecting surfaces to the curvature of the Jacket surface welded to this.

Die Diagonalen greifen stets an einem gekrümmten Abschnitt der Mantelfläche an. Die Diagonalen können zur Herstellung räumlicher Fachwerke auch versetzt an den Knotenverbindungselementen 6 angeordnet werden. An einem Fachwerksknoten 6 können problemlos vier Diagonalen angreifen.The diagonals always attack on a curved portion of the lateral surface. The diagonals can also be offset at the node connection elements for the production of spatial trusses 6 to be ordered. At a half timbered knot 6 can easily attack four diagonals.

In Abhängigkeit von der Größe der Fachwerkknoten können die Blechbauteile 7 und 8 auch aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzt sein, falls sich eine Herstellung aus einem Teil technologisch nicht wirtschaftlich realisieren lässt.Depending on the size of the truss nodes, the sheet metal components can 7 and 8th be composed of several individual parts, if a production of one part can not be implemented technologically economically.

In beiden Ausführungen, wie in den 2 und 5 zu sehen, verringert sich die lichte Höhe der beiden zusammengesetzten Blechbauteile 7 und 8 von der Mitte aus nach beiden Seiten, in Längsrichtung gesehen kontinuierlich.In both versions, as in the 2 and 5 To see, the clear height of the two composite sheet metal components is reduced 7 and 8th from the center to both sides, viewed continuously in the longitudinal direction.

Eine Ausführung mit zwei parallel nebeneinander angeordneten Knotenverbindungselementen, die analog wie die in den 5 bis 7 gezeigten Knoten ausgeführt sind, ist in 8 zu sehen. Auf dem durchgehenden Gurt 4 aus Grobblech sind zwei Knotenverbindungselemente 6 nebeneinander mittels einer Schweißnaht 12 befestigt, wodurch ein Rechteckquerschnitt mit zwei Fachwerkebenen herstellbar ist. Durch die Verwendung nur eines Gurtes 4 für zwei oder mehrere nebeneinander liegende Knotenverbindungselemente 6 werden eine hohe Raumstabilität des Fachwerkes und eine sehr hohe Tragfähigkeit erreicht.An embodiment with two parallel juxtaposed node connector elements, analogous to those in the 5 to 7 are shown executed in nodes 8th to see. On the continuous belt 4 heavy plate are two node connectors 6 next to each other by means of a weld 12 fixed, whereby a rectangular cross-section with two truss levels can be produced. By using only one strap 4 for two or more adjacent node connectors 6 A high stability of the truss and a very high load capacity are achieved.

Die Knotenverbindungselemente können, wie in den beiden vorangestellten Anwendungsbeispielen dargestellt, aus Blechbauteilen zusammengesetzt oder als ein Bauteil aus Gussstahl bestehen. Die Herstellung dieser Knotenverbindungen erfolgt analog wie in den vorgenannten Beispielen bereits beschrieben.The Node connectors can, as in the two preceding Application examples shown assembled from sheet metal components or as a component made of cast steel. The production of this Nodal connections are analogous as in the aforementioned examples already described.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 3115531 C2 [0003]
DE 19725722 A1 [0004]
JP 2001-348961 A [0005]
- US 2477260 A [0006]
FR 1344132 A [0007]
DE 1123816 A [0008]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

- EN 10029 [0011]

Claims

Node connection for a flat and / or spatial structure, as a steel or steel composite construction, in the field of bridge construction and in hydraulic and hydraulic engineering, consisting of at least one belt ( 3 . 4 ) and at least two struts (diagonals) ( 5 ), which via a designed as a cast or sheet metal component node connection element ( 6 ) with a curved lateral surface ( 10 ), which towards belt ( 3 . 4 ) pointing ends lie on a plane, with the belt ( 3 . 4 ), characterized in that the belt ( 3 . 4 ) is formed in accordance with the system geometry (S1, S2, S3) as a heavy plate with a flat bearing surface, which is issued against node rotation, said belt ( 3 . 4 ) and node connector ( 6 ) at their points of contact via external and / or internal welds ( 12 ) are connected.

Node connection according to claim 1, characterized in that the node connection element consists of several individual parts ( 10 . 10a ) is composed.

Node connection according to one of claims 1 or 2, characterized in that the node connection element consists of two identical sheet metal components ( 7 . 8th ), which are mirror images of each other and by means of a weld ( 9 ) are connected.

Node connection according to one of claims 1 to 3, characterized in that the lateral surface of the node connection element ( 6 ) curved ( 10 ) and now ( 10a ) has extending portions.

Node connection according to one of claims 1 to 4, characterized in that the clear height of the node connection element ( 6 ) on both sides, constantly reduced in the longitudinal direction and the lateral surface is curved in the transverse direction.

Node connection according to one of claims 1 to 5, characterized in that the curved lateral surface or the curved portions ( 10 ) of the node connection element ( 6 ) are formed circular and / or parabolic.

Node connection according to one of claims 1 to 6, characterized in that on the belt ( 3 . 4 ) mounted node connection elements ( 6 ) on one or both longitudinally facing sides of an opening or recess ( 14 ) to check the weld joint.

Node connection according to one of claims 1 to 7, characterized in that a plurality of node connection elements ( 6 ) in the transverse direction next to each other on a continuous belt ( 3 . 4 ) are arranged.

Node connection according to one of claims 1 to 8, characterized in that the belt ( 3 . 4 ) is stiffened by means of steel, reinforced concrete and / or prestressed concrete components.