AT528173A1

AT528173A1 - Bogentragwerk

Info

Publication number: AT528173A1
Application number: ATA50261/2024A
Authority: AT
Inventors: Pertl Thomas
Original assignee: Pertl Thomas
Priority date: 2024-03-25
Filing date: 2024-03-25
Publication date: 2025-10-15
Also published as: WO2025199557A1

Abstract

Bogentragwerk zur Überbrückung einer Spannweite, umfassend zumindest ein im Wesentlichen druckfestes Stützbogenelement (1), und zumindest ein im Wesentlichen zugfestes Hängebogenelement (2), wobei das Stützbogenelement (1) und das Hängebogenelement (2) der Form einer Kettenlinie, insbesondere einer Cosinus Hyperbolicus Funktion, folgen das Hängebogenelement (2) das Stützbogenelement (1) an einem Berührungspunkt (3) tangiert, und vorzugsweise ausschließlich an diesem Berührungspunkt (3) mit dem Stützbogenelement (1) verbunden ist, sodass bei Belastung des Bogentragwerks das Stützbogenelement (1) überwiegend auf Druck beansprucht ist, und das Hängebogenelement (2) überwiegend auf Zug beansprucht ist.

Description

Bogentragwerk

Die Erfindung betrifft ein Bogentragwerk zur Überbrückung einer Spannweite.

Brücken und andere Tragwerkskonstruktionen sind seit Jahrhunderten bekannt. Hierbei gibt es verschiedenste Bauformen und Ansätze zur Ausführung derartiger Konstruktionen. Oftmals werden Bauwerke wie Brücken als Bogentragwerkskonstruktionen ausgeführt, welche sich den Formen von Kreis, Korboder Parabelbögen bedienen. Derartige Tragwerke erfordern allerdings einen erhöhten Materialeinsatz um in erster Linie ihr Eigengewicht zu tragen. Außerdem neigen sie bei

zu niedriger Querschnittfläche und größeren Spannweiten zum Knicken.

Tragwerkskonstruktionen, die einer Kettenlinienform wie dem Cosinus Hyperbolicus folgen, können hingegen unter geringerem Materialeinsatz große Spannweiten überbrücken. Sie werden auch nicht durch ihr Eigengewicht beeinträchtigt. Der Nachteil bei Tragwerkskonstruktionen, die einer Kettenlinienform folgen ist allerdings, dass sie nahe dem Auflager eine sehr hohe Anfangssteigung aufweisen. Dies ist vor allem für FußRgänger- oder Fahrradbrücken, in denen eine derartige Tragwerkskonstruktion

eingesetzt werden kann, unvorteilhaft.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung dieses oder andere Probleme zumindest teilweise oder vollständig zu beheben. Eine Aufgabe der Erfindung kann die Reduktion von Ressourcen bei hoher Spannweite sein. Eine weitere Aufgabe der Erfindung kann

die Reduktion von Kosten durch eine effiziente Tragwerkskonstruktion sein.

Eine oder mehrere der Aufgaben werden durch eine Vorrichtung gemäß den

unabhängigen Patentansprüchen gelöst.

Ein erfindungsgemäßes Bogentragwerk zur Überbrückung einer Spannweite umfasst zumindest ein im Wesentlichen druckfestes Stützbogenelement, und zumindest ein im Wesentlichen zugfestes Hängebogenelement. Dabei bezeichnet ein Stützbogenelement ein nach oben gebogenes und zwischen zwei Auflagepunkten gelagertes Tragwerk. Ein Hängebogenelement bezeichnet ein nach unten gebogenes

und zwischen zwei Auflagepunkten gelagertes Tragwerk.

Das Stützbogenelement und das Hängebogenelement folgen jeweils der Form einer Kettenlinie, insbesondere einer Cosinus Hyperbolicus Funktion. Das Hängebogenelement tangiert das Stützbogenelement an einem Berührungspunkt. Das Hängebogenelement ist vorzugsweise ausschließlich an diesem Berührungspunkt mit dem Stützbogenelement verbunden. Dadurch ist bei Belastung des Bogentragwerks das Stützbogenelement überwiegend auf Druck beansprucht, und das Hängebogenelement überwiegend auf Zug beansprucht. Die Verbindung am Berührungspunkt kann punkt- oder flächenförmig ausgebildet sein. Die Verbindung am

Berührungspunkt kann zug- und druckfest ausgebildet sein.

Das Stützbogenelement bzw. das Hängebogenelement folgen insbesondere einer sich zweidimensional oder dreidimensional erstreckenden Cosinus Hyperbolicus Funktion

oder einer Arcuscosinus Hyperbolicus Funktion.

In bestimmten Ausführungsformen der Erfindung kann der Krümmungsradius der

Stützbogenelemente und der Hängebogenelemente gleich sein.

In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann der Krümmungsradius der Stützbogenelemente und der Hängebogenelemente unterschiedlich sein. Insbesondere kann der Krümmungsradius der Hängebogenelemente größer sein als jener der Stützbogenelemente. Die Stützbogenelemente und Hängebogenelemente können

einem beliebig langen Abschnitt der Kettenlinienform folgen.

Ein Effekt eines derart ausgeführten Bogentragwerks kann sein, dass Querkräfte und Biegemomente möglichst klein gehalten werden. Das Bogentragwerk kann dadurch bereits sein Eigengewicht unter geringem Materialeinsatz halten. Ferner kann die Anfangssteigung eines Bogentragwerks mit zumindest einem Hängebogenelement verringert werden, sodass beispielweise im Fall einer Brücke mit einem

erfindungsgemäßen Bogentragwerk das Überqueren vereinfacht wird.

Ein Bogentragwerk kann auch zumindest ein Stützbogenelement und zumindest zwei Hängebogenelementen umfassen. Hierdurch kann die Stabilität zusätzlich erhöht

werden.

Gegebenenfalls kann das Stützbogenelement des Bogentragwerks zwei unten angeordnete Endpunkte und einen oben angeordneten Scheitelpunkt aufweisen, wobei der Berührungspunkt im Bereich zwischen einem der Endpunkte und dem Scheitelpunkt angeordnet ist. Vorzugsweise liegt der Berührungspunkt näher zum Scheitelpunkt als

zum Endpunkt.

Durch diese Konstruktionsweise kann die Stabilität verbessert werden.

Gegebenenfalls ist ein weiteres Stützbogenelement vorgesehen, wobei die beiden Stützbogenelemente die beiden Enden des Hängebogenelements jeweils an einem Berührungspunkt tangieren und an diesen Punkten mit dem Hängebogenelement vorzugsweise zug- und druckfest verbunden sind. Die Berührungspunkte können wiederum im Bereich zwischen einem der Endpunkte und dem Scheitelpunkt angeordnet sein. Vorzugsweise liegen die Berührungspunkte wiederum näher zum

Scheitelpunkt als zum jeweiligen Endpunkt des Stützbogens.

Gegebenenfalls sind eine Vielzahl an Stützbogenelementen und Hängebogenelementen abwechselnd aneinandergereiht, wobei vorzugsweise zumindest drei Hängebogenelemente und zumindest zwei Stützbogenelemente

vorgesehen sind.

Hierdurch kann eine größere Spannweite überbrückt werden. Durch den Einsatz von mindestens drei Hängebogenelementen kann das Bogentragwerk besonders stabil

ausgeführt werden.

Gegebenenfalls ist das Bogentragwerk als Linientragwerk oder als Flächen- oder

Netztragwerk ausgeführt.

Ein Linientragwerk trägt die Last eindimensional ab. Flächentragwerke können als gebogene Platten oder Schalen, ausgebildet sein. Netztragwerke sind durch

dreidimensional angeordnete Tragwerkselemente ausgebildet.

Gegebenenfalls sind das Stützbogenelement und das Hängebogenelement an einer beliebigen Stelle, vorzugsweise im Bereich zumindest eines Endpunktes des Stützbogens sowie im Bereich zumindest eines Endpunktes des Hängebogens

gelagert.

Gegebenenfalls ist das Stützbogenelement und/oder das Hängebogenelement

mehrstückig ausgebildet.

Hierdurch kann die Fertigung der einzelnen Elemente des Bogentragwerks vereinfacht

werden. Auch die Anordnung kann erleichtert werden.

Gegebenenfalls ist das Stützbogenelement aus einem druckfesten Material, insbesondere Holz, Metall, Stein, Beton, Gips, und/oder Kunststoff gebildet ist. Das Stützbogenelement kann beispielsweise in seine Form gegossen, zusammengesetzt

oder gebogen sein. Gegebenenfalls ist das Hängebogenelement aus einem zugfesten Material,

insbesondere Holz, Metall, Stein, Beton, Gips, Kunststoff und/oder einem

Faserwerkstoff, beispielweise ein gewobenes Textil, gebildet.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass eine Fahrbahnfläche direkt auf der Oberfläche des Bogentragwerks angeordnet ist. Die Fahrbahnfläche verläuft dann entlang der Oberfläche zumindest eines Hängebogens und zumindest eines

Stützbogens.

Weitere erfindungsgemäße Merkmale ergeben sich aus den Ansprüchen, der

nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und der Figur.

Fig. 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen

Bogentragwerks.

Fig. 2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen

Bogentragwerks welches als Brücke ausgeführt ist.

Figur 1 zeigt ein Bogentragwerk, welches ein mittleres Stützbogenelement 1, zwei äußere Stützbogenelemente 1° und zwei Hängebogenelemente 2 umfasst. Die Stützbogenelemente 1, 1‘ folgen in ihrer Form einer umgedrehten Kettenlinie, nämlich einer Cosinus Hyperbolicus Funktion ihrer horizontalen Erstreckung, und nehmen hauptsächlich oder ausschließlich Druckkräfte auf. Das mittlere Stützbogenelement 1 weist einen Scheitelpunkt 5 auf und zwei Endpunkte 4 auf. Die äußeren Stützbogenelemente 1‘ liegen jeweils auf einem Auflager. Sie können aber auch anders gelagert sein. Gegebenenfalls können auch die Endpunkte 4 des mittleren Stützbogenelements 1 gelagert sein. Die Stützbodenelemente 1 sind aus einem

druckfesten Material gefertigt.

Die beiden Hängebogenelemente 2 folgen der Form einer Kettenlinie und nehmen hauptsächlich oder ausschließlich Zugkräfte auf. Die Hängebogenelemente 2 sind im Wesentlichen zugfest. Die beiden Hängebogenelemente 2 sind jeweils zwischen einem äußeren Stützbogenelement 1° und dem mittleren Stützbogenelement 1 angeordnet. An einem Berührungspunkt 3, in dem die Hängebogenelemente 2 die Stützbogenelemente 1 tangieren, sind die Stützbogenelemente 1, 1‘ und Hängebogenelemente 2

miteinander verbunden.

Die Verbindung kann kraftschlüssig, sowie form- und/oder stoffschlüssig ausgeführt sein. Die Verbindung ist vorzugsweise zug- und druckfest. Beispielsweise können die

Elemente verschweißt sein.

Der Punkt, an dem die äußeren Stützbogenelemente 1‘ gelagert sind, kann auch der Berührungspunkt 3 sein. In diesem Fall sind sowohl das Stützbogenelement 1‘, als auch

das Hängebogenelement 2 auf demselben Auflager gelagert.

In einer Ausführungsform ist das Bogentragwerk als Dach eines Carports ausgeführt. Die Stützbogenelemente 1, 1° und die Hängebogenelemente 2 sind beide aus Holz geformt, wobei die Stützbogenelemente 1, 1‘ und Hängebogenelemente 2 flächig oder balkenförmig ausgebildet sein können. Auch andere Materialien wie beispielweise Metall, insbesondere Stahl sind möglich. Auf dem Bogentragwerk kann eine Dachhaut

angebracht sein, welche gegen Witterung schützt.

In einer Ausführungsform ist das Bogentragwerk als Sonnensegel ausgeführt. Die Stützbogenelemente 1, 1‘ können aus Holz, Beton oder Metall gebildet sein. Die Hängebogenelemente 2 können in diesem Fall durch einen Faserwerkstoff, beispielsweise ein witterungsbeständiges Textil, oder durch einen flexiblen Kunststoff gebildet sein. Vorzugsweise sind die Stützbogenelemente 1 balkenförmig und die Hängebogenelemente 2 flächig ausgebildet. In diesem Fall sind die Stützbogenelemente 1, 1‘ mit den Hängebogenelementen 2 zugfest verbunden,

beispielsweise vernäht.

Figur 2 zeigt ein Bogentragwerk, dessen Aufbau im Wesentlichen jenem aus Figur 1 entspricht. Es weist allerdings ein zwei innere Stützbogenelemente 1, zwei äußere

Stützbogenelemente 1‘, sowie drei Hängebogenelemente 2 auf.

Das Bogentragwerk bildet in diesem Fall eine Fußgänger- und Fahrradbrücke. Die Stützbogenelemente 1, 1‘ und Hängebogenelemente 2 sind beispielweise aus Holz, Stahl oder Stahlbeton gebildet und können flächig oder balkenförmig ausgebildet sein. Eine Fahrbahnfläche 6 ist direkt auf dem Bogentragwerk angeordnet, sodass die

Fahrbahnoberfläche 6 wellenförmig ist.

Die Steigungen und Gefälle der Fahrbahnoberfläche 6 sind so aufgeführt, dass Fußgänger oder Radfahrer diese ohne große Kraftanstrengung überqueren können. Die

Fahrbahnfläche kann beispielweise aus Holz, Beton oder Asphalt gebildet sein.

In einer weiteren Ausführungsform ist das Bogentragwerk als überdachte Fachwerkbrücke ausgebildet. In dieser Aufführungsform umfasst ein Bogentragwerk parallel übereinander angeordnete Stützbogenelemente 1, 1°‘ und Hängebogenelemente 2. Die parallel angeordneten Stützbogenelemente 1 und Hängebogenelemente 2 sind

mit Fachwerkstreben verbunden.

Insbesondere kann die Fahrbahnoberfläche 6 der durch eine Fachwerkbrücke gebildeten Fahrbahn, vorzugsweise auf halber Höhe, zwischen den Fachwerkstreben angeordnet und an diesen befestigt sein. Auf den oberen Stützbogenelementen 1, 1‘

und Hängebogenelementen 2 kann eine Überdachung vorgesehen sein. Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele,

sondern umfasst auch weitere Ausführungen der vorliegenden Erfindung im Rahmen

der nachfolgenden Patentansprüche.

Bezugszeichenliste

1, 1°‘ Stützbogenelement 2 Hängebogenelement 3 Berührungspunkt

4 Endpunkte

5 Scheitelpunkt

6 Fahrbahnfläche

Patentansprüche

1. Bogentragwerk zur Überbrückung einer Spannweite, umfassend a. zumindest ein im Wesentlichen druckfestes Stützbogenelement (1), und b. zumindest ein im Wesentlichen zugfestes Hängebogenelement (2), dadurch gekennzeichnet, dass

c. das Stützbogenelement (1) und das Hängebogenelement (2) der Form einer Kettenlinie, insbesondere einer Cosinus Hyperbolicus Funktion, folgen

d. das Hängebogenelement (2) das Stützbogenelement (1) an einem Berührungspunkt (3) tangiert, und vorzugsweise ausschließlich an diesem Berührungspunkt (3) mit dem Stützbogenelement (1) verbunden ist,

e. sodass bei Belastung des Bogentragwerks das Stützbogenelement (1) überwiegend auf Druck beansprucht ist, und das Hängebogenelement (2)

überwiegend auf Zug beansprucht ist.

2. Bogentragwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützbogenelement (1) zwei Endpunkte (4) und einen Scheitelpunkt (5) aufweist, wobei der Berührungspunkt (3) im Bereich zwischen einem der Endpunkte (4) und

dem Scheitelpunkt (5) angeordnet ist.

3. Bogentragwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Stützbogenelement (1) vorgesehen ist, wobei die beiden Stützbogenelemente (1) die beiden Enden des Hängebogenelements (2) jeweils an einem Berührungspunkt (3) tangieren und an diesen Punkten mit dem

Hängebogenelement (2) vorzugsweise zug- und druckfest verbunden sind.

4. Bogentragwerk nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl an Stützbogenelementen (1, 1‘) und Hängebogenelementen (2) aneinandergereiht sind, wobei vorzugsweise zumindest zwei Hängebogenelemente (2), ein inneres Stützbogenelement (1) und zwei äußere

Stützbogenelemente (1‘) vorgesehen sind.

10 63782/AG/VH Thomas Pertl, Wachsenberg 44A, 9560 Feldkirchen (AT)

Bogentragwerk nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bogentragwerk als Linientragwerk oder als Flächen- oder Netztragwerk ausgeführt

ist.

Bogentragwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützbogenelement (1, 1‘) und das Hängebogenelement (2) an einer

beliebigen Stelle, vorzugsweise im Bereich der Endpunkte (4) gelagert sind.

Bogentragwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützbogenelement (1) und/oder das Hängebogenelement (2) mehrstückig

ausgebildet ist.

Bogentragwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützbogenelement (1) aus einem druckfesten Material, insbesondere Holz,

Metall, Stein, Beton, Gips, und/oder Kunststoff gebildet ist.

Bogentragwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Hängebogenelement (2) aus einem zugfesten Material, insbesondere Holz, Metall, Stein, Beton, Gips, Kunststoff und/oder einem Faserwerkstoff,

beispielweise ein gewobenes Textil, gebildet ist. Bogentragwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass

eine Fahrbahnfläche (6) direkt auf der Oberfläche des Bogentragwerks

angeordnet ist.

Claims

Patentansprüche

überwiegend auf Zug beansprucht ist.

dem Scheitelpunkt (5) angeordnet ist.

Hängebogenelement (2) vorzugsweise zug- und druckfest verbunden sind.

4. Bogentragwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl an Stützbogenelementen (1, 1‘) und Hängebogenelementen (2) aneinandergereiht sind, wobei vorzugsweise zumindest zwei Hängebogenelemente (2), ein inneres Stützbogenelement (1) und zwei äußere

Stützbogenelemente (1‘) vorgesehen sind.

14/15 ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE

10 63782/AG/VH Thomas Pertl, Wachsenberg 44A, 9560 Feldkirchen (AT)

ist.

beliebigen Stelle, vorzugsweise im Bereich der Endpunkte (4) gelagert sind.

ausgebildet ist.

Metall, Stein, Beton, Gips, und/oder Kunststoff gebildet ist.

beispielweise ein gewobenes Textil, gebildet ist.

Bogentragwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fahrbahnfläche (6) direkt auf der Oberfläche des Bogentragwerks

angeordnet ist.

15/15 ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE