8. März 1919.

Die Entwicklung des Eisenbetonschiffbaues im letzten Jahre muß in Anbetracht der Tatsache, daß es sich lediglich um Anwendung eines in seinen Eigenschaften seit langem genau bekannten Baustoffes in einem Gebiete, das ihm an sich jederzeit offengestanden hat, als erstaunlich bezeichnet werden. Die Gründe liegen offen zu Tage: einerseits Frachtraummangel, andererseits Mangel an Facharbeitern. Auch ohne kritische Betrachtung ist offenbar, daß es sich bei den Eisenbetonschiffbauten um Schöpfungen handelt, die durch die Kriegsnotwendigkeiten entstanden sind, denn die wenigen Bauten vor Kriegsausbruch waren durchweg theoretische Versuchsbauten, deren Daseinsberechtigung in keiner Weise erwiesen wurde. Die im letzten Jahre in Angriff genommenen und vollendeten Bauten sind aber in jeder Weise als praktisch wertvolle Versuchsbauten anzusehen, die vielleicht erweisen werden, daß das für den Schiffbau neue Material auf manchem Gebiete der Schiffahrt auch für die Zukunft von Bedeutung sein wird. Ein abschließendes Urteil ist noch nicht zu fällen, dazu ist dieser Zweig der Technik zu jung; wohl aber lohnt es, einen Ueberblick über die Eigenschaften des Materials in Hinblick auf die neuartige Verwendung zu bieten. Zweck dieser Arbeit ist nicht, eine Uebersicht über die bisher fertiggestellten und in Bau befindlichen Schiffe zu geben; hierüber besteht eine reiche, mehr oder minder wertvolle Literatur. Die Bauten sind fast durchweg von Eisenbetonfachleuten in Angriff genommen; demgemäß ist die einschlägige Literatur von ihrem Standpunkt aus geschrieben, wobei manche technischen und wirtschaftlichen Seiten der Frage nicht oder ungenügend beleuchtet wurden. Es soll nun versucht werden, vom Standpunkt des Schiffbauers aus eine Kritik der Eigenschaften des Eisenbetons und der mit ihnen zusammenhängenden technischen und wirtschaftlichen Einzelheiten auf Grund der heutigen Erfahrung zu geben. Auf Konstruktionseinzelheiten wird nur soweit wie nötig eingegangen werden. Ferner sollen die für das Material vorhandenen Fortschrittsmöglichkeiten untersucht werden. Bei den Erwägungen über die Wirtschaftlichkeit können noch keine allgemein gültigen Vergleiche mit Flußeisenschiffe gegeben werden, denn die bisher bekannten Grundlagen schwanken gegeneinander ganz außerordentlich. Einigermaßen brauchbare Schlüsse können in dieser Hinsicht nur vom Reeder gezogen werden, wenn ihm alle Einzelheiten technischer und wirtschaftlicher Art für einen besonderen Fall zur Hand sind; aber auch dann sind sie mit Rücksicht auf die Wirtschaftsmöglichkeiten und -unmöglichkeiten des Krieges und seiner Folgen unsicher. Es kommt mithin nur in Frage, allgemeine Gesichtspunkte zu geben und zu versuchen, einzelne Bedingungen und Gebiete festzulegen, bei denen eine wirtschaftliche Verwendung des Eisenbetons als Schiffbaumaterial Aussicht auf Erfolg hat. Eine Erörterung dieser Fragen scheint deshalb zweckmäßig, weil den Eisenbetonbauern die technisch-wirtschaftlichen Grundlagen des Schiffbaues fremd sind und weil auch der Reeder, der beabsichtigt, ein Eisenbetonschiff in Auftrag zu geben, einen Ueberblick über die veränderten Grundlagen der Wirtschaftlichkeit nötig hat.

Die hier gestellte Aufgabe zerfällt in eine Reihe von Einzelfragen, die an sich schwer ganz voneinander zu trennen sind, da sie technisch und wirtschaftlich miteinander verflochten sind; der Uebersichtlichkeit wegen soll dennoch versucht werden, sie nach einander einzeln zu besprechen.

a) Der Eisenbeton, seine Eigenschaften
und seine bisherige Verwendung.

wird, und Gußbeton, der zähflüssig in die Form hineinfließt. Als Mittelart kommt noch Verarbeitung als Spritzbeton oder mit der Kelle in Frage.

Die besondere Eigenart des Betons ist seine verhältnismäßig hohe Druckfestigkeit bei gleichzeitig sehr niedriger Zugfestigkeit. Die Entwicklung dieser Festigkeitseigenschaften geht nach der Verarbeitung sehr langsam vor sich; sie ist im wesentlichen nach einigen Wochen beendet, dauert aber noch jahrelang an. Es ist daher bei der Angabe von Festigkeitseigenschaften stets nötig, das Alter nach der Verarbeitung anzugeben. So schreiben die »Bestimmungen für die Ausführung von Bauwerken aus Eisenbeton«, die Anfang 1916 vom deutschen Ausschuß für Eisenbeton herausgegeben wurden, Prüfungsdruckfestigkeiten von mindestens 150 k/qcm nach 28 Tagen und von 180 kg/qcm nach 45 Tagen vor. Diese Prüfungszeitpunkte sind üblich. Die Druckproben werden mit Probewürfeln von 20 cm Kantenlänge durchgeführt. Ein Erhärtungsdiagramm zeigt Abb. 1. An sich ist die Festigkeit

als für Druck, die Elastizitätskoeffizienten, die den reziproken Wert der Elastizität darstellen, also geringer. Das Verhältnis von Druckelastizität zu Zugelastizität beträgt etwa 1 bis 9,

Ea E.

je nach Höhe der Beanspruchung. Für Druck beträgt die Größe des Elastizitätskoeffizienten anfänglich etwa 400 000 kg/qcm, im Zustande zuverlässiger Belastung etwa 210000 kg/qcm, im Bruchzustand nur etwa 140 000 kg/qcm. Für Zug beträgt er anfänglich

250000 bis 300 000 kg/qcm und nimmt bei hoher Beanspruchung bis auf 25000 bis 50000 kg/qcm ab. Abb. 2 zeigt ein Druckund ein Zugdiagramm, in denen diese Werte der Elastizitätskoeffizienten als Tangenten an die Arbeitskurven dargestellt sind. Abgesehen von diesen Einflüssen der Spannung ist die Elastizität des Betons um so geringer, je fetter die Mischung ist, je geringer der Wasserzusatz und je älter er ist.

Die Zugfestigkeit des Betons ist im Mittel etwa 1 bis 18 und so groß wie die Druckfestigkeit. Da nun alle Bauteile, die der Einwirkung von Biegungsmomenten ausgesetzt sind, auf Druck und Zug beansprucht werden, hat man an Stellen größter Zugkräfte Eiseneinlagen gemacht und erzielt dadurch die außerordentlich gut zusammenwirkende Verbundkonstruktion des >>Eisenbetons«. Bei ihr werden die Zugkräfte in so überwiegender Weise vom Eisen aufgenommen, daß die Eisenbetonbauer im allgemeinen die Aufnahme von Zugkräften durch den Beton vernachlässigen, sie also ganz dem Eisen überlassen. Wo die Spannungen auf Grund der Formänderungen ermittelt werden, müssen die Eigenschaften des Betons berücksichtigt werden, zum mindesten aber für Zug- und Druckbeanspruchung verschiedene Mittelwerte für die Elastizität eingesetzt werden. In Oesterreich wird z. B. mit einem Ea von 140 000 im Mittel und E. von 56000 im Mittel gerechnet. Der Verlauf der Formänderungen, Spannungen und Elastizitätsmaße im Querschnitt eines auf Biegung beanspruchten Balkens ist aus Abb. 3 ersichtlich.

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Bei Bauten, die eindeutig stets in gleicher Richtung auf Biegung beansprucht werden (wagerechte Balken), sind die Eiseneinlagen vorwiegend oder völlig in der Unterseite angeordnet, bei wechselnder Richtung der Beanspruchung (Schornsteinbeanspruchung durch Winddruck) an zwei entgegengesetzten oder mehr Seiten. Die neutrale Faser wechselt hierbei je nach der Richtung der Beanspruchung ihre Lage, da sie nach der jeweiligen Druckseite hin auftritt.

Ein Spannungsdiagramm eines belasteten Eisenbetonbalkens gestaltet sich nach Abb. 4 mit zunehmender Beanspruchung etwa wie folgt: a) Leicht beansprucht: der Beton wirkt auf

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der Zugseite mit. b) Stark beansprucht: Auf der Druckseite hat, die Spannung des Betons gegenüber Zustand a) wesentlich zugenommen, auf der Zugseite infolge des geringer werdenden Elastizitätsmoduls nur wenig, hier muß das Eisen tragen. c) Höchstzulässige Beanspruchung: Es bilden sich Risse, da die Dehnungsfähigkeit des Betons an der Zugseite und seine Zugfestigkeit erschöpft sind. Die Druckfestigkeit des Betons und die Zugfestigkeit der Eiseneinlagen sind völlig ausreichend, um die Konstruktion zu tragen. Erst bei wesentlich höherer Belastung tritt Strecken des Eisens oder Zerdrücken des Betons ein. Da dieser Zustand bei Landbauten im allgemeinen zulässig ist, erfolgt die Berechnung im allgemeinen ohne Berücksichtigung der Betonzugspannungen.

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Das für Betonbauten vorgeschriebene Eisen hat den vom Verein deutscher Eisenhüttenleute 1911 aufgestellten »Vorschriften für die Lieferung von Eisen und Stahl« für Bauwerksflußeisen zu entsprechen, also bei Stärken von 7 bis 28 mm Zugfestigkeiten von 3700 bis 4400 kg/qcm bei mindestens 20 vH Dehnung und bei Stärken von 4 bis 7 mm Zugfestigkeiten von 3700 bis 4600 kg/qcm bei mindestens 18 vH Dehnung aufzuweisen.

Bei den genannten Bruchfestigkeiten von Beton und Eisen setzen die >>Eisenbetonbestimmungen« als zulässige Beanspruchungen bei »Hochbauten mit vorwiegend ruhender Last«< Druckspannungen σ 1200 40 kg/qcm für Beton und σe kg/qcm für Eisen fest, also für Beton etwa 41/2-fache, für Eisen etwa 32-fache Sicherheit. Hierin kommt klar die Bewertung des Eisens als des sichreren und gleichmäßigeren Materials zum Ausdruck. Einflüsse von Stößen und Erschütterungen werden dadurch berücksichtigt, daß die Beanspruchungen herabgesetzt werden, z. B. bei Bauteilen, die der unmittelbaren Erschütterung durch Maschinen ausgesetzt sind, auf бы 35 kg/qcm und σ = 1000 kg/qcm. Die Betonzugspannung darf bei Mitrechnung nicht mit höher als 5 kg/qcm eingesetzt werden.

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Tatsächlich treten auf der Zugseite wesentlich höhere Spannungen auf. Für normale Bauten ist dies, wie an Abb. 4c gezeigt, belanglos; in Sonderfällen muß eine besondere Nachprüfung der tatsächlich auftretenden Zugspannungen erfolgen.

Für Eisenbahnbrücken, die von Hauptbahnlokomotiven befahren werden, werden zur Vermeidung von Rissen die zulässigen Zugbeanspruchungen auf 24 kg/qcm beschränkt. An sich erscheint diese Zahl hoch, da bei mittlerer Zugfestigkeit von 30 kg/qcm nur 1,25-fache Sicherheit vorhanden zu sein scheint; die Mitwirkung der Eiseneinlagen verleiht aber in der Verbundkonstruktion dem Beton andere Eigenschaften, als wenn er allein wirkt; die Zugfestigkeit wächst so, daß Risse tatsächlich erst weit oberhalb der eigentlichen Zugfestigkeitsgrenze auftreten.

Von ganz besonderer Bedeutung ist im Eisenbetonbau die Aufnahme der Schubkräfte, da der Beton gegen Schubkräfte nur wenig Festigkeit hat. Die Schubspannung darf im Beton nicht über 4 kg/qcm_steigen, sonst müssen Eiseneinlagen angebracht werden, die je nach Art und Größe der Schubkräfte eingelagert werden, für Balken beispielsweise wie in Abb. 5.

In diesem Falle müssen die Schubspannungen sogar vollständig, d. h. ohne Berücksichtigung des Betons, von den Eiseneinlagen aufgenommen werden, eine verhältnismäßig strenge Bestimmung, da die erwähnten 4 kg/qcm immerhin einen bedeutenden Bruchteil der Schubkräfte aufnehmen würden. Diese Forderung wird im Schiffbau nicht immer einzuhalten sein, und ebensowenig die weitere, daß der ohne Rücksicht auf abgebogene Eisen oder Bügel errechnete Wert der Schubspannung nicht über 14 kg/qem hinausgehen darf; andernfalls ist die Stegstärke des Balkens zu vergrößern. Diese Forderung mag für Landbautenbalken berechtigt sein, um ungesunde Querschnittsformen mit zu schmalen Stegen auszuschalten, für die Schiffseitenwände würde sie in vielen Fällen zu große Stärken ergeben.

b) Festigkeitsbeanspruchungen des Eisenbetons im Schiffbau.

Schiffe können ihrer gesamten Längsfestigkeit nach als Balkenträger betrachtet werden, deren obere und untere Gurtungen durch das Deck oder den Boden gebildet werden und deren Stege durch die Seiten dargestellt sind. Für das Zusammenwirken der oberen und unteren Gurtung sind außerdem noch die Deckstützen von Bedeutung.

Die Längsbeanspruchung von Schiffen ergibt sich durch den Unterschied von Auftrieb und Gewicht in den einzelnen Teilen des Schiffskörpers. Denkt man sich den Längsverband eines Schiffskörpers nach Abb. 6 (Flußschiff) und Abb. 7 (Seeschiff) durchschnitten, so gleichen sich für jeden Teil Gewicht und Auftreib aus, er taucht also tiefer oder höher als im ganzen Schiffsverbande. Bei Flußschiffen muß bei der Beladung außerordentlich darauf Rücksicht genommen werden, daß sie möglichst gleichmäßig erfolgt; bei ungleichmäßiger Beladung (z. B. Mittelräume gefüllt, Endräume leer) würde jedes Flußschiff durchbrechen.

Die Flußkähne werden meist in der Weise beladen, daß zunächst ein Raum um den andern halb gefüllt wird, dann die

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Zu diesen Angaben muß bemerkt werden, daß sie für ausgewachsene Tiefseewellen gelten; Brandungswellen an den Küsten oder über Untiefen können bei den angegebenen Längen noch höher sein.

Eine durchaus sichere, genaue Ermittlung der im Seegang auftretenden Biegungsmomente ist zurzeit noch nicht möglich, da die Wellenhöhe unsicher ist und noch beträchtliche dynamische Zusatzbeanspruchungen auftreten. Als maßgebend für die Bemessung der Materialstärken von Schiffen kommt auch für Seeschiffe die Erfahrung in Frage; auch hier hat man mit Rücksicht auf die vom Eigengewicht abhängige Tragfähigkeit immer leichter zu bauen versucht, bis die Grenze des Zulässigen gefunden war. Die so festgestellten Erfahrungswerte sind in den Vorschriften der Klassifikationsgesellschaften niedergelegt; die Rechnung dient im allgemeinen lediglich zu Vergleichzwecken und zur Ermittlung der richtigen Verteilung des Materials.

Es ist selbstverständlich, daß der Eisenbetonschiffbau beim Entwurf von Seeschiffen auf demselben Wege vorgehen muß, und es ist auch selbstverständlich, daß er sich die Erfahrungen des Eisenschiffbaues zunutze macht. Man muß also die Eisenquerschnitte nach den Vorschriften der Klassifikationsgesellschaften und in Anlehnung hieran Eisenbetonquerschnitte gleicher Stärke entwerfen. Diesen Weg schreiben auch die im September 1918 veröffentlichten Vorschriften der norwegischen Klassifikationsgesellschaft, des »Norske Veritas« vor. Sie geben in Anlehnung an die »Längsnummer« das in Abb. 8 dargestellte Diagramm der bei Berechnung von Eisenbetonschiffen zugrunde zu legenden Biegungsmomente. Die Längsnummer wird gefunden, indem man die Länge zwischen den Loten mit der Summe von halber Breite, Seitenhöhe und halbem Spantumfang multipliziert (Längsnummer L (2B+ H+ 1⁄2 U) in Abb. 9). Gefunden sind diese Biegungsmomente, indem man die Widerstandsmomente von Schiffen verschiedener Größe mit einer angenommenen Spannung von etwa 1000 kg/qcm multipliziert hat. Ganz einwandfrei ist dieses Verfahren nicht,

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L Abb. 10.

Durch genügende Armierung muß Sorge getragen werden, daß keine zu große Zugspannung auftritt, die zu Rißbildung führen könnte. Für die Druckseite kann vorausgesetzt werden, daß der Elastizitätskoeffizient des Betons 15 von dem der Stahlarmierung ist. Die vom Germanischen Lloyd in Verbindung mit einem Ausschuß des Deutschen Betons-Vereins erlassenen Vorschriften sehen bei Berechnung der von außen einwirkenden Kräfte, also vor allem des Längsbiegemomentes, eine Anlehnung an die im Schiffbau bisher üblichen Rechnungsverfahren vor. Dabei muß das größte im Betriebe vorkommende Biegungsmoment auf 0,4 Schiffslänge zugrunde gelegt werden. Für Seeschiffe ist eine Vergleichsrechnung mit den Materialstärken eines gleich großen flußeisernen Schiffes durchzuführen. Im Gegensatz zu Norske Veritas werden also keine festen Zahlen gegeben, sondern es bleibt unter Zugrundelegung der Rechnungsannahmen eine gewisse Freiheit, wodurch der Entwicklung besser Rechnung getragen wird. Nach den Vorschriften des Germanischen Lloyds soll die Druckspannung des Betons bei der Längsbeanspruchung nicht mehr als 5 der Würfelfestigkeit nach 42 Tagen, höchstens aber 40 kg/qcm betragen (unter Vernachlässigung der Betonzugkräfte). Durch eine Kontrollrechnung, bei der der Eisenquerschnitt gleich dem 15 fachen des Betonquerschnittes zu rechnen ist, muß nachgewiesen werden, daß die Zug beanspruchung 24 kg/qcm nicht übersteigt. Die Eisenbewehrung darf bei Druck und Zug mit 1000 kg qcm belastet werden. Schubspannungen müssen, soweit sie über 4 kg, qcm hinausgehen,