Was ist ein Verbundträger?

Ein Verbundträger ist ein Konstruktionselement, das typischerweise aus einer bewehrten Betonplatte besteht, die an profilierten Stahlträgern befestigt und von diesen getragen wird. Verbundträger sind stärker als die Summe ihrer Bestandteile und weisen eine günstige Kombination der Festigkeitseigenschaften beider Materialien auf. Das bedeutet, dass ein Stahl-Beton-Verbundträger sowohl die Druckfestigkeit von Beton als auch die Zugfestigkeit von Stahl besitzt. Es gibt mehrere andere Arten von Verbundträgern, die in der Bauindustrie verwendet werden und verschiedene Betonqualitäten mit Kunststoffverbundwerkstoffen und Holz kombinieren. Am gebräuchlichsten ist jedoch der Stahl-Stahlbeton-Verbundträger.

Das Verbinden zweier unterschiedlicher Materialien zu einem Verbundwerkstoff vereint nicht nur die gemeinsamen Stärken der beiden Materialien. Die Bildung einer Verbindung zwischen relevanten Materialien verbessert tatsächlich ihre physikalischen Eigenschaften und macht den Verbundwerkstoff stärker als die Summe ihrer Stärken. Im Großbau sind Stahl und Beton die am häufigsten verwendeten Kombinationen für Verbundträger. Der Beton verleiht dem Verbundstoff Masse, Steifheit und Druckfestigkeit und reduziert die Durchbiegung und Vibration in der Platte. Die Stahlelemente verleihen dem Träger seine Zugfestigkeit mit hervorragenden Festigkeits-Gewichts-Verhältnissen und kurzen Bauzeiten.

Einer der wichtigsten Teile eines Verbundträgers sind die Befestigungspunkte oder Schubverbindungen zwischen den beiden Materialien. Die richtige Verbindung der beiden Verbundteile lässt die Materialien als Einheit wirken und verleiht dem Verbundträger seine Eigenfestigkeit. Diese Schubverbinder sind typischerweise Bolzen, die an die Stahlträger geschweißt und in die Betonplatte eingesetzt werden. Anzahl und Größe dieser Verbundanker werden sorgfältig berechnet, da sie einen kritischen Teil der mechanischen Leistung des Verbundwerkstoffs darstellen.

Ein Verbundträger aus Beton und Stahl kann zuvor gegossene Betonplatten verwenden oder vor Ort gegossen werden. Vorgefertigte Platten sind mit Schlitzen oder Taschen darin konstruiert, die die Befestigungsstifte aufnehmen. Diese Taschen werden dann mit Beton aufgefüllt, wenn die Platte richtig positioniert ist. Die Plattenherstellung vor Ort ist etwas aufwändiger und erfordert die Verlegung einer profilierten Deckplatte vor dem Betonieren. Dieses Deck besteht in der Regel aus leichtem Stahlblech mit unterschiedlichen Profilen je nach Anwendung.

Die Platte wird auf die Träger gelegt, und dann werden Kopfbolzen an den Trägern befestigt, entweder mit einem „Through-Deck-Schweißverfahren“ oder durch Kugelschießen. Sobald das Deck an Ort und Stelle ist, wird der Beton darauf gegossen und Bewehrungsstäbe hinzugefügt. Die Decke dient dazu, den nassen Beton einzuschließen oder einzudämmen, und verleiht dem Verbundwerkstoff auch Festigkeit, sobald die Platte ausgehärtet ist.

Mehrere andere Verbundträgertypen werden in kleineren Konstruktionen verwendet. Dazu gehören Holzbalken, die leichte Betonstreifen tragen, die in vielen Holzhäusern als Bodenplatten verwendet werden. Mit Beton gefüllte Kunstharz-Verbundkästen werden häufig beim Bau von Brücken verwendet. Sie sind stark, schnell herzustellen und relativ leicht und erfordern ein Minimum an schwerer Maschinerie. Obwohl sich die verwendeten Materialien stark voneinander unterscheiden, nutzen diese Strukturelemente alle das gleiche Prinzip der gemeinsamen Festigkeit wie die traditionelleren Stahl- und Betonträger.

Was ist der Unterschied zwischen Verbund- und versiegelten Trägern?

Wie bereits erwähnt, enthalten Bauwerke und Gebäude eine Vielzahl von Trägertypen. Verbundträger sind nur eine von mehr als 20 Arten, die im modernen Bauwesen verwendet werden. Aber vielleicht ist Ihnen der Begriff „Sealed Beam“ schon einmal begegnet und Sie finden ihn etwas verwirrend. Hat ein Sealed Beam überhaupt etwas mit Konstruktion zu tun?

Wie sich herausstellt, stammen versiegelte Balken nicht aus der Bauwelt. Sie sind eine Art Autoscheinwerferdesign, das eine Glühbirne enthält, die hinter einer Linse platziert und in einer in sich geschlossenen Einheit versiegelt ist. Dies war der Old-School-Typ, mit dem die meisten Autos vor 1990 ausgestattet waren. Heutige Fahrzeuge finden meistens Verbundscheinwerfer:Sie sind marken-/modellspezifisch, sodass Sie nur die Glühbirne ersetzen können, wenn sie durchbrennt. Im Gegensatz dazu musste man bei einer Fehlfunktion einen kompletten versiegelten Scheinwerfer ersetzen.

Arten von Konstruktionsbalken

Nun, da wir wissen, dass versiegelte Balken keine Verbindung zur Bauwelt haben, lassen Sie uns einen kurzen Überblick über die gängigsten Arten von Balken geben. Sie werden anhand einiger logischer Merkmale klassifiziert, darunter Stützbedingungen, Konstruktionsmaterialien, Geometrie, Querschnittsformen und Konstruktionsverfahren.

Strahlenmaterialien und Stützbedingungen

Verbundträger fallen in die gleiche Kategorie wie Stahlbeton, Stahl und Holz. Die meisten werden durch die Paarung von Stahl mit Stahlbeton hergestellt, aber andere Stile kombinieren Kunststoffverbundwerkstoffe und Holz mit Beton. Andere nach Baumaterialien klassifizierte Träger umfassen reinen Stahl, Holz und Stahlbeton.

Konstruktionsbalken werden auch danach kategorisiert, wie sie unterstützt werden. Einfach gelagerte Balken ruhen an einem Ende auf einer Stiftstütze und am anderen auf Rollenstützen. Dank dieses Setups kann es sich frei drehen. Feste Balken hingegen haben Stützen an beiden Enden, können sich aber nicht drehen. Auslegerträger sind an einer vertikalen Fläche befestigt und erstrecken sich von dieser nach außen. Sie werden häufig verwendet, um Strukturen wie Erkerfenster und Balkone zu erstellen. Durchlaufträger sind über die gesamte Länge mit mehr als zwei Stützen ausgestattet.

Balkengeometrie und Querschnittsformen

Form und Geometrie spielen ebenfalls eine Schlüsselrolle für die Funktion eines Balkens. Diejenigen mit Querschnittsformen werden typischerweise aus Stahlbeton, Stahl oder einer Mischung aus beiden hergestellt. Typische Designs sind rechteckig, T-förmig, L-förmig, gerade, gebogen oder verjüngt.

Bauweise

Betonträger können durch spezielle Herstellungsverfahren so gestaltet werden, dass sie die bestmögliche Unterstützung bieten. Ortbetonträger werden direkt vor Ort hergestellt, während Fertigbetonträger in Werken gefertigt werden, bevor ein Bauprojekt beginnt. Es gibt auch vorgespannte Betonträger, die vorgespannte Metalllitzen in jedem Träger enthalten, um seine Leistung zu verbessern.

Welche Art von Schäumen werden für Verbundträger verwendet?

Sie haben bereits etwas über Verbund- und andere Arten von Trägern gelernt, die im Hochbau verwendet werden. In Hochleistungsumgebungen wird jedoch eine andere Art von Verbundträgern verwendet:der Sandwichträger. Diese Struktur wird typischerweise in der Luft- und Raumfahrt, Automobilen, Wasserfahrzeugen und der Produktion von Windturbinen verwendet. Sandwich-Verbundträger haben viele Vorteile:Festigkeit, Dauerfestigkeit, Haltbarkeit und Steifigkeit.

Wie Sandwichträger aufgebaut sind

Sandwich-Verbundträger bestehen normalerweise aus einem Innenkern mit geringer Steifigkeit und geringer Dichte, gepaart mit zwei Außenhäuten und einem starken Klebstoff. Die Außenhäute enthalten häufig Kohlefaser oder Aluminium in Luft- und Raumfahrtqualität, können aber auch aus Glaslaminaten, kohlefaserverstärkten Thermoplasten oder duroplastischen Polymeren hergestellt werden. Ihr Innenraum mit niedriger Dichte besteht entweder aus offen- oder geschlossenzelligem Schaumstoff. Hersteller können bei der Herstellung von Sandwich-Verbundträgern aus einer Vielzahl von Materialien wählen:

• Nomex-Schaum
• Metallwaben
• Plastische Polymerschäume

Nomex-Schäume

Nomex ist ein langlebiges, hitze- und flammbeständiges Meta-Aramid-Polymer, das erstmals Anfang der 1960er Jahre von DuPont entwickelt wurde. Nomex weist eine Zugfestigkeit von 340 Megapascal auf, was ungefähr 49.300 psi entspricht. Es kann auch Temperaturen von fast 700 Grad Fahrenheit aushalten.

Polymerschäume

Kunststoff-Polymerschäume sind auch eine beliebte Wahl für die Kerne von Sandwich-Verbundträgern. Am häufigsten werden Polyurethan, Polyvinylchlorid, Polyethylen und Polystyrol verwendet. Wie Nomex schaffen sie einen Innenraum mit geringer Dichte.

Vorteile von Sandwich-Verbundträgern

Sandwich-Verbundträger bieten aus technischer Sicht einige wichtige Vorteile. Durch die Kombination von steifen Außenhäuten mit Innenkernen geringer Dichte bieten diese Träger eine überlegene Festigkeit bei gleichzeitiger Reduzierung des Gesamtgewichts. Diese Konstruktion führt zu einer hohen Biegefestigkeit und Steifigkeit im Verhältnis zum Gewicht der Träger. Abhängig von den spezifischen Materialien in jedem Träger können sie auch Wärmedämmeigenschaften sowie Korrosionsbeständigkeit und Stabilität bieten. Sie bieten auch eine hervorragende Crashsicherheit, die Fähigkeit, Aufprallenergie bei Kollisionen zu absorbieren.