Spannungsbegrenzung bei Hängebrücken:

Dieses Patent beschreibt die Erfindung der Regulierung der Seilspannung bei Hängebrücken.

1. Beschreibung:

a. Titel

Spannungsbegrenzung bei Hängebrücken

b. Technisches Gebiet

Hängebrücken gibt es in vielen verschiedenen Versionen und Klassen. Insbesondere bei den leichtesten Hängebrücken für Fussgänger und sog. Langsamverkehr, aber auch bei grösseren Hängebrücken für Autos und Autobahnen stellt meistens die zu erwartende Nutzlast oder die zu berücksichtigende Schneelast die höchste zu berücksichtigende Belastung der

Hängebrücke dar.

Aus dieser Belastung und aus dem voraussichtlichen Eigengewicht resultiert die Auslegung der Bemessung bzw. z.B. der Beseilung. c. Stand der Technik

Die Bemessung der Beseilung erfolgt i.d.R. zuerst durch eine grobe Schätzung bzw.

überschlägige Auslegung und wird dann als Annahme in die Berechnung eingefügt, um den Beweis der erforderlichen Tragfähigkeit zu erbringen. Wird die erforderliche Sicherheit nicht erreicht, muss die Dimensionierung der Beseilung entsprechend angepasst werden und ein neuer Berechnungsdurchlauf muss zeigen, ob die Anpassung der vorgesehenen Seile und Spannungen zum geometrisch gesuchten und aus Sicht der Tragfähigkeit genügenden Resultat geführt hat.

Weitere Annahmen wie das zu erwartende Eigengewicht der Seile und das berechnete Eigengewicht der Hängebrücke müssen ebenfalls in diesen Auslegungs - Berechnungsdurchlauf eingesetzt werden.

Weitere Faktoren wie die Aufstellungshöhe über Meer (massgeblich für die rechnerisch zu berücksichtigende Schneelast), die örtliche Aufstellungssituation (massgeblich für die rechnerisch zu berücksichtigende Nutzlast), die Länge und Breite der geplanten

Hängebrücke (massgeblich für die Berechnung der zu berücksichtigenden Fläche für Schnee und Nutzlast) sowie der Nutzungsintensität (hat Einfluss auf die geplante Brückenbreite und Belastbarkeit des Brückenkörpers) sind vor der Auslegung anzunehmen und vor der Berechnung im Sinn des statischen Nachweises entsprechend in die Formeln einzusetzen und zu berücksichtigen.

Die zu erwartenden bzw. laut der zugrundeliegenden Normen zu berücksichtigenden Windkräfte und die Schwingungsberechnungen ergeben dann in einem weiteren Schritt die erforderlichen Seitenverankerungskräfte, -seile und/oder Verankerungen.

Der auftretende Durchhang der Tragseile / Tragkonstruktion verändert in Kombination mit dem horizontal zu bauenden Brückenboden, bzw. mit der max. zulässigen bzw. ausgelegten Steigung der Hängebrücke die erforderliche Höhe der Tragseilauflage auf den Pfeilern. Dabei ist es natürlich möglich, die Höhe der Pfeiler ungleich auszugestalten. Im Wesentlichen ist die durchschnittliche Pfeilerhöhe sowie die zulässige, bzw. die gewählte Grundspannung in horizontaler Richtung gegen die Summe der Eigengewichte und Nutzlasten ausschlaggebend für die zu erwartende Höhe der Tragseile / Tragkonstruktion in Brückenmitte und je nach Ausgestaltung des Brückenkörpers (Lage der Tragseile / Tragkonstruktion in Bezug auf die Gehweghöhe) und der in Längsrichtung der Brücke ausgestalteten Brückenform (z.B.

gleichmässige Steigung oder Überhöhung) für die auftretende, bzw. max. zu erwartende Steigung des Gehwegs.

d. Darstellung der Erfindung

Die gegenständliche Erfindung erweitert die freundliche Eigenschaft von z.B. Stahlseilen oder elastischen Stahlträgern, dass sie sich unter Belastung dehnen. Der Erfinder hat nämlich durch die Berücksichtigung der Dehnung von Stahlseilen unter Last gefunden, dass durch die damit erwirkte (geringfügige) Längung von Tragseilen zu einer (leicht) erhöhten Tragfähigkeit führt. Das bedeutet, dass die Berücksichtigung des Elastizitätsmoduls und der durch die Spannungsdifferenz zwischen Grundspannung bei leerer Hängebrücke und Max. Spannung bei Nutzlast bzw. bei Schneelast berechneten Dehnung bzw. Verlängerung der Zugstränge zwar in diesem Zustand die max. Steigung höher bzw. steiler wird, aber durch den damit einhergehenden grösseren Durchhang in Brückenmitte die Tragwinkel sich günstiger gestalten und also eine höhere Tragfähigkeit ergibt, bzw. die Zugbelastung im Zugstrang / in den Tragseilen nicht so stark ansteigen, wie man bei Annahme einer geometrisch unveränderten Brücke erwarten würde.

Aus dieser genaueren Beobachtung heraus wird dieses Patent abgeleitet. Es kann logischerweise nicht das elastische Verhalten der Tragkonstruktion / Tragseile patentiert werden, sondern deren konstruktiv gewollte oder implizit erreichte Erweiterung.

Würde bei zunehmender Belastung die Tragseile zusätzlich (sei es durch z.B. Federn in Zugrichtung, oder durch z.B. mech. oder aut. Systeme) verlängert, würde demnach die Zugspannungen in der Tragkonstruktion / Tragseilen nicht allzu stark zunehmen, bzw. durch die Verlängerung der Tragseile würde z.B. die Spannung im Tragseil im optimalen Fall sogar konstant bleiben d.h. begrenzt sein.

Die Vorrichtung gem. dieses Patentes führt denn auch zu einem System mit hydraulischer Regelung, das die Tragseilspannung begrenzt aber nur in dem Belastungsfall wirksam wird, der z.B. nur rechnerisch zu berücksichtigen ist aber jahrelang nie eintreten wird.

Die Einrichtung gemäss dieses Patentes kann auch weiter optimiert eingesetzt werden wie in den weiteren Patentansprüchen beschrieben, um die Tragseilspannung (wie durch z.B. ein Spanngewicht) immer im optimalen Bereich genau oder näher der zulässigen Belastung der Tragwerke / Tragseile zu halten und gleichzeitig zu limitieren bzw. zu überwachen. Dabei kann die Überwachung rein optisch oder durch z.B. Schaltelemente visuell sichtbar gemacht oder in ein vorgesehenes Warn- und z.B. Fernanzeigesysstem eingebunden werden.

Vorteile:

Durch die temporäre Verlängerung der Tragseile, bzw. Verschiebung deren

Verankerungspunkte wird eine höhere max. zulässige Tragfähigkeit (Nutzlast bzw.

Schneelast) erreicht, ohne die dafür gem. Stand der Technik nötigen zusätzlichen bzw. grösser dimensionierten Tragseile / Tragkonstruktion. Der eigentliche Punkt ergibt sich nämlich darin, dass dank Einsatz dieser halbautomatisch oder automatisch wirkenden Längenänderungssystemen (z.B. hydraulisch), kleinere und das bedeutet leichtere Tragseile / Tragkonstruktionen projektiert werden können. Dieses Mehrgewicht (bei Konstruktion gem. Stand der Technik) muss nämlich zusätzlich zu den Nutzlasten und Schneelasten und übrigem Eigengewicht durch die bereits an der Grenze der zulässigen Zugbelastung beanspruchten Tragseile / Tragkonstruktionen mitgetragen werden. Durch die konsequente und genau berechnete Projektierung von Hängebrücken unter Berücksichtigung der Dehnung sowie der möglichen bzw. gewählten Verlängerung der Tragseile / Tragkonstruktion unter Einwirkung der Grenzlasten (Nutzlast, Schnee), kann im Wesentlichen viel Eigengewicht eliminiert werden, was wieder längere Hängebrücken möglich macht und auch die Verankerungen entlastet. Als weiteres gesuchtes Merkmal kann im oberen Belastungsbereich jederzeit die auftretende Tragseil- / Tragwerkzugspannung gemessen, überwacht und allg. Alarm ausgelöst werden.

e. Zeichnungen

Zeichnung 1 zeigt eine Ansicht der möglichen Einrichtung.

Die technische Lösung kann sehr unterschiedlich ausgestaltet werden. Die voraussichtlich einfachste und auch kompakteste Lösung kann nach Zeichnung 1 aus einem stark bemessenen Hydraulikzylinder mit entsprechenden integrierten Sicherheitsvorkehrungen sein. Die Funktion der Verlängerung der Zuglinie bzw. Verschiebung der Ankerpunkte der Tragseile kann auch mechanisch anders gelöst werden.

Der Hydraulikzylinder auf Zug scheint eine einfache und kompakte Ausführung als Realisierung der Funktion nach Massgabe dieser Ansprüche zu sein. Die integrierte und wettergeschützte Bauweise und die Möglichkeit, auch die Endanschläge zu bedampfen und auf einfache Weise zusäztiiche Alarmschalter vorzusehen, sind die wesentlichen Vorteile dieser Lösung.

Fig. 1: Die technische Ausführung sieht ganz einfach aus. Die hier beschriebene Vorrichtung bezieht sich nicht auf die Art und Weise noch auf die nötigen Sicherheitsvorkehrungen, die selbstverständlich getroffen werden müssen, um die volle und zweckmässige Funktion dieser Einrichtung zu vervollständigen.

Die Patentansprüche beziehen sich nicht auf die Art der Ausführung, sondern auf mögliche Arten der Ausführung in Kombination mit dem Resultat der Funktion. f. Ausführung der Erfindung

Eine Hängebrücke nach Massgabe dieser Erfindung zeichnet sich durch ein oder mehrere in Längsrichtung in die Zuglinie eingeplante Verlängerung derselbigen aus. Daraus resultiert vor allem im mittleren und oberen Belastungsbereich eine halb- oder vollautomatische Absenkung der Hängebrücke und grösserem Durchhang, und damit wird die Verbesserung der Tragfähigkeit bei gleich bleibenden oder nicht so stark ansteigenden Kräften in den Tragseilen / Tragwerken erreicht. Dass dabei die Hängebrücke nach Massgabe dieser Erfindung wesentlich leichter gebaut werden kann ist ein gesuchtes Argument, denn dank dieser Tatsache können bei gleicher Beseilung bzw. gleicher Stützenhöhe auch entsprechend längere Hängebrücken gebaut werden. Gleichzeitig oder zusätzlich wird das Schwingungsverhalten der Hängebrücken in der Hinsicht verbessert, als die Maxime, dass ein Laufmeter der Hängebrücke nicht schwerer sein sollte als die darauf zu erwartende (nicht max.) Nutzlast, auch für längere und breitere Brücken wieder erreicht werden kann. Das ist massgeblich für den Erfolg der Hängebrücke (nämlich das subjektive Empfinden der Bewegung der Hängebrücke) bzw. die Berechenbarkeit der vertikalen Auslenkung infolge Einleitung von dynamischen Kräften der Nutzlast (zB. des Gehens eines Fussgängers) verantwortlich.