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Kaltverwindeverfahren und danach hergestellter
Betonbewehrungsstab
Die Erfindung bezieht sich auf ein Kaltverwindeverfahren und auf einen danach hergestellten Beton- bewehrungsstab, der zwecks Erzielung eines zusätzlichen Widerstandes gegen Verdrehung und Verschie- bung im Beton mit Schrägrippen, gegebenenfalls auch mit Längsrippen, ausgestattet ist.
Bewehrungsstäbe dieser Art sind bereits in mannigfachen Ausführungsvarianten bekannt und vorge- schlagen worden.
Bei einer bekannten Ausführungsvariante ist beispielsweise ein Stab der eingangs erwähnten Art mit nach dem Verwinden schraubenlinienförmig um den Stabkern verlaufenden Längsrippen und mit zwischen diesen Längsrippen Netze bildenden Reihen von Schrägrippen versehen, die ihrerseits wieder nach Schraubenlinien verlaufen. Der Drehsinn dieser beiden Schraubenlinien ist entgegengesetzt und ihre Neigungs- winkel zur Stabachse sind voneinander verschieden.
Zwangsläufig erfahren jene Schrägrippen, deren Nei- gungsrichtung im Sinne der Verwinderichtung verläuft, bei der Verwindung eine Dehnung, dagegen jene Schrägrippen, die entgegengesetzt zu dieser Verwinderichtung in bezug auf die Stabachse geneigt sind, eine Stauchung ; in den Kehlen, mit denen die Rippen an die Oberfläche des Stabkernes seitlich anschlie- ssen, treten jeweils entgegengesetzte Spannungen (Stauchungen bzw. Dehnungen) auf.
Verursacht durch diese Spannungen in den Schrägrippen und abhängig von zahlreichen sonstigen Komponenten (Stabmaterial, Verwindungsgrad, Alterungsgrad usw. ) treten verschiedene teils günstige, teils ungünstige Erscheinungen bei Stäben mit solchen Schrägrippen auf ; diese Erscheinungen werden auch weitestgehend von der Grösse des spitzen Winkels beeinflusst, den die Schrägrippen mit der Stabachse einschliessen. Je steiler die Schrägrippen gegen die Stabachse geneigt sind, desto grösser ist zwar einerseits ihre Verbundwirkung im Beton, desto grösser aber anderseits ihre nachteilige Sperrwirkung beim Verwinden.
In diesem Zusammenhang wird darauf verwiesen, dass im verwundenen, aber noch unbeanspruchten Stab nahe dessen Kernoberfläche Eigenspannungen auftreten, die ein den durch die Verwindung bewirkten Spannungen entgegengesetztes Vorzeichen aufweisen. Für den ganzen Stab müssen diese Eigenspannungen rotationssymmetrisch in bezug auf die Längsachse und untereinander im Gleichgewicht sein. Letzten Endes sind diese Eigenspannungen für die Ermüdungs- und Biegefestigkeit des Stabes in einem nicht unbeträchtlichen Ausmass bedeutsam.
Es erweist sich demnach als unzweckmässig, an ein und demselben Stab Schrägrippen in zwei Gruppen gegenläufiger Neigungsrichtung anzuordnen, weil dann doch jeweils nur die Gruppe mit einer Richtung günstig sein kann, wogegen die andere Gruppe von Schrägrippen ungünstige Spannungsverhältnisse hervorruft und die Ermüdungs- und Biegefestigkeit des Stabes eher herabsetzt.
Abgesehen davon münden bei dieser bekannten Ausführungsform eines Bewehrungsstabes die Schrägrippen in die Längsrippen ein und weisen durchwegs mit diesen gleiche Höhe auf. Hiedurch ergibt sich beim Verwinden eine höchst unerwünschte Sperrwirkung dieser Schrägrippen, die in weiterer Folge zu Stauchungen, hohen Kerbspannungen und Sprödbrüchen in den Kreuzungsstellen der Längs-und Schräg- rippen führt.
Aus allen den angeführten Gründen ist die eingangs erwähnte bekannte Ausführungsform mit Schrägrippen gegenläufiger Neigungsrichtung abzulehnen.
Die vorliegende Erfindung liegt darin, dass bei einem Kaltverwindeverfahren für Betonbewehrungsstäbe mit Schrägrippen und Längsrippen der Stab entgegengesetzt zur einheitlichen Neigung der Schrägrippen in bezug auf die Stablängsachse verwunden wird, wobei die Schrägrippen zu den Längsrippen unter
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einem Winkel von etwa 20 bis 800 geneigt werden. Dadurch werden die einheitlich geneigten Schrägrippen unter Druck gesetzt und gestaucht, während in den Kehlen der Rippen Zugspannungen auftreten, so dass also die Staboberfläche im Bereich dieser Kehlen gereckt wird.
Dadurch wird die Gefahr eines Sprödbruches in diesen Kehlen der Rippen bei Zugbeanspruchung wesentlich vermindert, da splche Sprödbrilche erfahrungsgemäss nur dann auftreten, wenn Stähle zunächst einer Stauchung und anschliessend einer Zugbeanspruchung unterworfen werden, sofern die Stauchung einen bestimmten, vom Material abhängigen Wert überschreitet.
Mit ganz besonderem Vorteil ist die Erfindung auf solche Stäbe mit Längs- und Schrägrippen anwendbar, bei denen die Schrägrippen in Form von Schrägriegeln noch vor den Längsrippen enden und kontinuierlich in den Stabkern auslaufen, d. h. nicht in die Längsrippen einmünden. Bei Anordnung solcher Riegel ist die Gefahr eines Sprödbruches aus den eingangs erwähnten Gründen wesentlich geringer als bei Schrägrippen mit konstanter Höhe, die in die gleichhohen Längsrippen einmünden und in ihnen verlaufen.
Bei der Anordnung solcher Schrägriegel mit einer entgegengesetzt zur Verwinderichtung verlaufenden Neigung ergibt sich hinsichtlich der angestrebten Verbesserung des Verbundes der beachtliche Vorteil, dass die Schrägriegel, die zur Verwinderichtung entgegengesetzt verlaufen, in dieser Lage annähernd normal zur Erzeugenden der Verwindung stehen und demnach die bestmögliche Verbundcharakteristik erwarten lassen, da sie den hinsichtlich Verbundwirkung idealen Sperriegeln, die unter 900 gegen die Stabachse verlaufen, am nächsten kommen, ohne aber deren schädliche Wirkung zu zeigen.
Die Erfindung betrifft weiters auch Bewehrungsstäbe, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren verwunden sind. Erfindungsgemäss weisen diese Bewehrungsstäbe zusätzlich zu den Schrägrippen mindestens zwei kontinuierlich verlaufende Längsrippen auf.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist darin gelegen, dass die Schrägrippen in Form von Schrägriegeln vor den Längsrippen enden und kontinuierlich in den Stabkern auslaufen.
Es ist allerdings bereits bekannt, einen Bewehrungsstab zwischen mindestens zwei sich über die ganze Lange erstreckenden Längsrippen mit segmentförmigen Riegeln zu versehen, die vor dem Verwinden einen kleinen Winkel mit der Stabachse einschliessen, derart, dass sie nach dem Verwinden, das entgegengesetzt zur Neigungsrichtung dieser Riegel erfolgt, angenähert in der Längsrichtung des Stabes zwischen den nach Schraubenlinien verlaufenden Längsrippen liegen.
Dadurch, dass diese bekannten Riegel beim fertig verwundenen Stab in Längsrichtung verlaufen, sollte die Ermüdungsfestigkeit des Bewehrungsstabes nicht beeinträchtigt, d. h. die Versprödungsgefahr nicht erhöht werden, wiediesbei querlaufenden Rippen eher der Fall sein könnte.
Diese nach dem Verwinden des Stabes in Längsrichtung verlaufenden Riegel konnten aber, wie sich herausgestellt hat, nicht in allen Fällen eine ausreichende Verankerung des Stabes im Beton gewährleisten und es handelt sich hiebei auch nicht um Schrägriegel im Sinne der Erfindung, zumal diese Riegel vor dem Verwinden nur einen sehr unwesentlichen und nach dem Verwinden des Stabes gar keinen Winkel mit der Stabachse einschliessen.
Der Vollständigkeit halber sei schliesslich noch erwähnt, dass auch verwundene Stäbe mit Längsrippen und senkrecht-t zu diesen Längsrippen verlaufende Querrippen oder-riegeln bekannt sind, welch letztere nicht nur von vornherein zu der Stabachse senkrecht stehen, sondern diese Stellung auch beim Verwinden im wesentlichen beibehalten.
Diese eigentlichen Querrippen hätten zwar eigentlich-wie schon erwähnt-einen optimalen Effekt hinsichtlich der Erhöhung der Verbundwirkung, sie haben sich aber technologisch als unzweckmässig erwiesen, weil sie die Biegefähigkeit des Stahles infolge Kerbwirkung und sonstiger Einflüsse herabmindern.
Ausserdem ist bei solchen achsnormal verlaufenden Querrippen folgendes festzustellen :
Der Winkel, um den sich Schrägriegel während der Verwindung drehen, ist nicht immer gleich dem Verdrehungswinkel der Längsrippen. Für eine achsparallele Lage der Riegel vor der Verwindung ist deren Verdrehung gleich der der Langsrippen, für eine achsnormale Lage (Querrippen) jedoch gleich Null. Zwischen diesen beiden Grenzen verändert sich die Verdrehung der Riegel nach einer Winkelfunktion (Sinusfunktion). Die achsnormale Lage der Riegel führt zu einer örtlichen Verdickung des Querschnittes, damit zu einer Vergrösserung des Torsionswiderstandes und zu Spannungsspitzen in den Kehlen der Rippen.
Diesen, durch die Verwindung hervorgerufenen Spannungsspitzen werden beim Biegen der Stäbe noch weitere Spannungsspitzen überlagert, wodurch dann die Sprödbruchanfälligkeit dieser Stähle entsteht. Dieser ungünstige Einfluss der achsnormalen Lage von Querrippen ist aber unabhängig von der Hauptdehnungsrichtung im Stab, weil er sich an deren Winkelsymmetrale abspielt.
Auch solche Querrippen fallen demnach keinesfalls in den Bereich vorliegender Erfindung, die ausschliesslich auf Schrägrippen beschränkt sein soll, d. h. auf Rippen, die mit der Stablängsachse sowohl vor
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als auch nach dem Verwinden des Stabes einen ausgeprägt spitzen Winkel von etwa 20 bis 800 einschliessen.
Die optimale Grösse diesem Winkels wird im Einzelfall unter Berücksichtigung aller massgebenden bereits früher erwähnten Komponenten und unter Einhaltung der oben erwähnten Gesichtspunkte und Lehren zu wählen sein, um einerseits eine ausreichende Unempfindlichkeit gegen Sprödbrüche, anderseits aber eine ausreichend hohe Verbundwirkung sicherzustellen. Als geeignetst dÜrfte sich bei üblichen Verhältnissen der Winkelbereich von etwa 25 bis 750 erweisen.
Wenn die Kaltverformung nur durch Tursion bewerkstelligt wird, d. h. kein zusätzlicher Zug entsteht, so ergeben sich an der Staboberfläche unter einem Winkel von 450 die grössten Dehnungen und Stauchungen.
Wird der Stab einer zusätzlichen Zugbeanspruchung während des Verdrillens ausgesetzt, so ist die Richtung der grössten Dehnungen steiler, d. h. gleich oder. deiner als 45 . Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, die Rippenneigung der Art der Kaltverformung anzupassen, u. zw. dergestalt, dass jeweils die Rippenkehle senkrecht zur Richtung der Hauptzugdehnungen zu liegen kommt. Ausserdem ist es im Hinblick auf das Walzen derartiger Stähle zweckmässig, die Riegel geringfügig steiler als 45 zu stellen, wodurch ausserdem erreicht wird, dass beim späteren Biegen des Stabes die Kerbspannungen in der Rippenkehle vermindert werden.
Die Erfindung ist in der Zeichnung schematisch veranschaulicht. Es zeigen Fig. 1 einen Stab mit Längsrippen und Schrägriegeln in Längsansicht, die Fig. 2 und 3 je einen Ausschnitt aus der Staboberfläche bei jeweils verschiedener Verwinderichtung.
In Fig. 1 ist der Kern des Stabes mit 1 bezeichnet ; zwischen den beiden Längsrippen 2 sind die unter einer Neigung von 450 zur Stabachse verlaufenden Schrägriegel 3 angeordnet.
In den Fig. 2 und 3 ist der in Fig. l bezeichnete Ausschnitt aus einem Schrägriegel bei verschiedenen Verwindungsrichtungen dargestellt. Gemäss Fig. 2 erfolgt die Verwindung entsprechend den Pfeilen v in jenem Sinne, in dem auch die Schrägriegel gegen die Stabachse geneigt sind. In Pfeilrichtung Z wird auf die Schrägriegel 3 Zug ausgeübt, wogegen diese Riegel senkrecht zu ihren Kehlen in Pfeilrichtung D auf Druck beansprucht werden.
Wieim einleitenden Teil bereits erwähnt wurde, bestehtbei dieser Anordnung unter Umständen die Gefahr allzu grosser Stauchungen im Bereich dieser Kehlen, die dann später zur Ur-
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erfindungsgemässe Vorschlag ist nun in Fig. 3sentlicher Bedeutung bei dem erfindungsgemässen Verlauf der Riegel ist die beträchtliche Verbesserung der Verbundwirkung des verwundenen Stabes die aus der erhöhten Sperrwirkung der Schrägriegel resultiert.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kaltverwindeverfahren für Betonbewehrungsstäbe mit Schrägrippen und Längsrippen, dadurch gekennzeichnet, dass der Stab entgegengesetzt zur e. i iheitlichen Neigung der Schrägrippen in bezug auf die Stablängsachse verwunden wird, wobei die Schrägrippen zu den Längsrippen unter einem Winkel von etwa 20 bis 80 geneigt werden.