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Verbundbau-Konstruktion
Die Erfindung betrifft eine Verbundbau-Konstruktion, bestehend aus Stahlträgern mit aufgeschweissten Dübeln, welche jeweils von einer Rundstahlspirale umgeben und in Beton eingebettet sind.
Es ist seit langem bekannt, Stahlkonstruktionen, sei es für den Brückenbau oder den Stahlhochbau, in der Weise auszuführen, dass eine auf das Stahlgerüst aufgebrachte Betondecke fest, d. h. unbeweglich, mit den Stahlträgern verbunden ist. Zur Erzielung dieses Verbundes zwischen Stahlträger und Betondecke verwendet man unterschiedlich geformte Dübel oder Verbundanker, je nachdem, welche Berechnung der ganzen Konstruktion zugrunde gelegt wird. So werden für diese Dübel Winkeleisenstücke od. dgl. verwendet, die jeweils von einer Rundstahlspirale umgeben sind, deren Durchmesser in axialer Richtung zunimmt oder bei der die Gänge im wesentlichen in einer zur Trägeroberfläche parallel verlaufenden Ebene liegen. An der Trägeroberfläche liegen diese Spiralen nun über eine kurze Strecke des letzten Spiralenganges an.
Die Befestigung der Dübel kann nur mittels einer zeitraubenden Auftragsschweissung erfolgen.
Zudem ist das Anbringen und Festlegen der Rundstahlspirale nicht auf einfache Weise möglich.
Es ist ferner eine Verbundbau-Konstruktion bekanntgeworden, bei der senkrecht aufgeschweisste Dübel verwendet werden, die an ihrem Ende, das etwa 25-40 mm unterhalb der oberen Ebene der Betondecke liegt, einen angestauchten Kopf enthalten. Die Anschweissung geschieht halbautomatisch nach dem bekannten elektrischen Bolzenschweissverfahren, das sehr einfach und durch ungelernte Arbeitskräfte mittels Handschweisspistolen arbeitet, wobei die Schweisszeit im allgemeinen unter 1 sec liegt.
Die kurze Schweisszeit bringt den grossen Vorteil, dass die Stahlträger, auch wenn eine sehr grosse Anzahl von solchen Bolzen aufgeschweisst werden, sich nicht verziehen. Der Schweissprozess garantiert auch eine voll homogene Verschweissung des gesamten Bolzenquerschnittes an der diesbezüglichen Stelle mit dem Träger. Diese Schweissstelle wird nach Aufbringen einer Betondecke auf Schub beansprucht, wobei der erwähnte Rundstahlbolzen sehr stark waagrecht lochleibungsmässig auf die untere Partie des Deckenbetons drückt. Der am oberen Bolzenende befindliche Kopf, der entweder in billigster Weise spanlos angestaucht werden kann oder auch durch Anbringen einer Mutter auf das diesbezüglich mit Gewinde versehene Bolzenende dargestellt wird, hält die Betondecke bei allen entgegengesetzt auftretenden Druckrichtungen gegen den Stahlträger nieder.
Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannten Verbundbau-Konstruktionen so zu verbessern, dass eine wesentlich höhere Widerstandskraft gegen die im Verbundbau wirkenden Schubkräfte erzielt und gleichzeitig eine einfache Anbringung der Dübel und Rundstahlspiralen erreicht wird.
Die Erfindung besteht darin, dass die Dübel in bekannter Weise von stumpf auf den Träger aufgeschweissten Kopfbolzen gebildet sind, dass die Rundstahlspirale zylindrisch und ihr Durchmesser nur wenig grösser als der Durchmesser des Kopfes bzw. des Schweisswulstes des Bolzens ist und dass die Rundstahlspirale mit nahezu ihrem vollen Windungsdurchmesser plan auf dem Träger aufliegt.
Die Rundstahlspirale wirkt für den um den Bolzen herumgebrachten Beton als eine Spiralbewehrung
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gegen Verformungen. Eszugspannungen aufgenommen werden können und der gesamte Bereich um den Bolzen herum als unteilbaresGanzes bestehen bleibt. Systematische Belastungsversuche haben diesen ausserordentlichen Gewinn an Widerstandskraft gegen Schubbeanspruchung eindeutig bewiesen.
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Bei Scherversuchen mit Kopfbolzendübeln ohne Spiralbewehrung zeigt es sich beim Erreichen der
Bruchlast, dass die Bolzen sich schlitzartig in den Beton eingearbeitet und diesen in der Umgebung der
Bolzen vollständig zerstört hatten. Dabei wurden die Bolzen stark schräg abgebogen und brachen teilweise oberhalb der Schweissstellen. Demgegenüber trat bei Scherversuchen mit Kopfbolzendübeln, um die i eine Spiralbewehrung herumgelegt wurde, im Gegensatz zu der Verbindung ohne Spiralen einerseits der
Bruch der Betondecke erst nach einer beachtlichen Steigerung der Bruchlast ein und anderseits war der
Beton in der Umgebung der Bolzen unzerstört. Die Bolzen waren im Bereich der um sie herumliegenden
Stahlspiralen nach wie vor fest mit dem Beton verbunden.
Keiner der spiralbewehrten Kopfbolzen war ab- gebrochen ; auch zeigten sich praktisch keinerlei Verbiegungen. Ähnlich gute Verbesserungen zeigten sich auch bei einer versuchsmässigen Biegebelastung eines mit einer Verbunddecke versehenen Trägers, der wahlweise Spiralbewehrung um die aufgeschweissten Kopfbolzen-Dübel hatte, im Vergleich zu einer Ver- bunddecke, bei der die Drahtspirale um die aufgeschweissten Kopfbolzen fortgelassen wurde. Auch hier konnte wieder beobachtet werden, dass bei Überschreitung der kritischen Biegelast ein Loslösen der Beton- decke vom Stahlträger nur an den Stellen stattfand, die ausserhalb der spiralbewehrten Kopfbolzen-Dübel lagen.
Durch die Vereinigung eines Dübels in Form eines Kopfbolzens mit einer zylindrischen Rundstahl- spirale ergibt sich zusätzlich zur. einfacherenAnbringung derDübel der Vorteil, dass die zylindrische Rund- stahlspirale durch einfaches Überwerfen über den Kopfbolzen leicht anbringbar und keine exzentrische
Verschiebungsmöglichkeit der Spirale gegenüber dem Bolzen möglich ist.
Vorzugsweise sind die Enden des erstenundletztenGanges der Rundstahlspirale mit benachbarten Spi- ralgängen verschweisst. Die Verwendung von senkrecht auf die Stahlträgerflansche von Verbundkonstruk- tionen aufgeschweissten Kopfbolzen-Dübeln ermöglicht im Gegensatz zu den anderweitig geformten star- ren Dübeln und grösstenteils unter einem Schrägwinkel aufgeschweissten Rundstahldübeln bzw. Ankern- auch eine Arbeitsweise mit vorgefertigten Betonplatten.
Auch für diese Aufgabe hilft wieder in ganz hervorragender Weise die um den aufgeschweissten Bol- zen gelegte Drahtspirale im Sinne der Erhöhung der Schubwiderstandskraft. Die Arbeitsgänge geschehen z. B. in folgender Reihenfolge : Aufschweissen der Kopfbolzen-Dübel auf die Trägerflansche, dann Einlage der Drahtspiralen um die aufgeschweissten Bolzen herum,-dann aufstreichen eines Mörtelbettes auf den
Träger, dann Auflage der vorgefertigten Betonplatten, schliesslich Ausfüllen der BetonplaLten-Aussparun- gen, in die die aufgeschweissten Kopfbolzen einschliesslich der Drahtspiralen hineinragen, mit frischem
Beton. Selbstverständlich kann diese Reihenfolge auch abgeändert werden, d. h. z.
B. zuerst die Beton- platte aufgelegt und dann die Dübel durch die Aussparungen hindurch aufgeschweisst werden, worauf die
Spiralen eingelegt und die Aussparungen ausbetoniert werden können.
Verschiedentlich wird auch ein elastischer Verbund ausgeführt, bei dem die Betonplatte sich gegen- über dem Stahlträger verschieben kann. Dies macht man z. B. im Bereich der Stützen von Durchlaufträ- gern. Die diesbezüglichen Konstruktionen sind aber in der Regel sehr kompliziert, da einerseits ein ela- stisches Nachgeben erforderlich ist und anderseits ein Abheben der Betonplatte vom Stahlträger verhindert werden muss. Mit dem Kopfbolzendübel sind einfache Konstruktionen für den elastischen Verbund möglich. Bettet man z. B. den unteren Teil des Bolzens auf eine gewisse Länge in eine nachgiebige Masse, wie Gummi od. ähnl. ein, so kann sich der Bolzen elastisch verbiegen, die Platte wird aber durch den im Beton eingebetteten oberen Teil des Bolzens mit dem Kopf niedergehalten..
Die Spirale hat hier den besonderen Zweck, dass an der Übergangsstelle von der nachgiebigen Masse zum Beton die starken örtlichen Pressungen vom Bolzen auf den Beton ohne Beschädigung des Betons aufgenommen werden können.
Die Zeichnungen erläutern die Erfindung im einzelnen. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer bisher üblichen Verbundbau-Konstruktion mit Kopfbolzen-Dübeln, Fig. 2 stellt eine schematische Darstellung einer Verbundbau-Konstruktion nach der Erfindung dar, Fig. 3 zeigt eine Teilansicht eines auf den Träger aufgeschweissten Kopfbolzen-Dübels mit ihn umgebender Runddrahtspirale, Fig. 4 ist eine Ansicht der Rundspirale, Fig. 5 zeigt eine schematische Ansicht eines versuchsweise kritisch überlasteten, einbetonierten, aufgeschweissten Kopfbolzen-Dübels ohne herumgelegte Drahtspirale, Fig. 6 ist das gleiche wie Fig. 5, jedoch mit herumgelegter, vom Beton umschlossener Drahtspirale, Fig. 7 ist eine schematische Ansicht einer abgeänderten Verbundbau-Konstruktion, Fig. 8 zeigt eine Ansicht einer geänderten Aussparung in der Betondecke und Fig.
9 zeigt eine schematische Ansicht einer Verbundbau-Konstruktion mit elastischem Verbund.
- In Fig. 1 ist 1 der Verbundbau-Stahlträger, auf den die Kopfbolzen-Dübel 2 stumpf aufgeschweisst sind, damit sie der anschliessend aufgebrachten Betondecke 3 gegen Schub- und Zugbeanspruchungen den notwendigen Widerstand leisten im Sinne desFest- undNiederhaltens derBetondecke auf dem Stahlträger.
In der Zeichnung ist darauf verzichtet worden, die üblicherweise zur Armierung der Betondecke genom-
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menen Stahlstangen oder geschweissten Stahldrahtgewebe anzudeuten, da dies mit der Erfindung nichts zu tun hat.
In Fig. 2 sind im Vergleich zu Fig. 1 die aufgeschweissten Kopfbolzen-Dübel zahlenmässig verringert und mit Spiralen 4 umlegt worden.
Einzelheiten der Anordnung und der Form der Runddrahtspirale 4 sind aus den Fig. 3 und Fig. 4 er- sichtlich ; in Fig. 3 ist der Kopfbolzen-Dübel 2 bereits fest und auf seinem ganzen Querschnitt stumpf auf den Träger 1 aufgeschweisst. Die Runddrahtspiralen-als Bewehrungselement um den aufgeschweissten
Kopfbolzen-Dübel herum-haben z. B. ein mehrfaches des Bolzendurchmessers und z. B. eine Ganghöhe von etwa einem Bolzendurchmesser. Wahlweise kann man auch die beiden Enden der Spirale mit dem ) ersten Spiralgang verschweissen, wie bei 4'in Fig. 4 angedeutet ; aber auch andere Ausbildungsformen für die Spirale sind möglich.
Gemäss Fig. 5 sieht eine versuchsweise bis zur Zerstörung der auf den Träger 1 aufgebrachten und mit aufgeschweissten Kopfdübeln 2 versehene Betondecke 3 aus. Der Beton ist nicht nur als Ganzes zerbro- chen, sondern hat sich auch vom Flansch l* des Trägers 1 losgelöst. Ausserdem hat auch der aufgeschweissi te Kopfbolzen-Dübel nicht der Überbelastung stand gehalten ; entweder zeigten sich starke Verbiegungen oder es trat ein völliger Bruch auf.
Bei einem Überlastungsversuch mit um den aufgeschweissten Kopfbolzen-Dübel 2 herumgelegter und vom Beton 3 völlig umschlossener Drahtspirale 4 (s. Fig. 6) blieb der Kopfbolzen-Dübel 2, die Spirale 4 und der beide umschliessende Beton 3 - letzterer im Bereich etwas grösser als der Durchmesser der Spirale 4 - völlig unverändert ; Teile 3'der Betondecke 3 lösten sich zwar von dem Trägerflansch 1', aber nur ausserhalb des Bereiches der um den aufgeschweissten Kopfdübel auf den Trägerflansch gelegten Draht- spirale.
Diese mit modernsten Geräten in einem neutralen staatlichen Untersuchungs-und Forschungs- institut durchgeführten Untersuchungen und ihre vorstehend erläuterten Ergebnisse zeigen eindeutig, dass ein wesentlich höherer Sicherheitsgrad für den Verbund zwischen Betondecke und Stahlträger bei Verwen- dung spiralförmig ausgebildeter, metallischer Bewehrungselemente um den aufgeschweissten Dübel herum erzielt wird. Es sind somit entweder höhere Belastungen für eine gegebene, der Erfindung entsprechende
Verbundbau-Konstruktion möglich oder Einsparungen, sei es z. B. an der Zahl der Kopfbolzen-Dübel oder sonstwie.
Fig. 7 zeigt eine Verbundbaukonstruktion mit vorgefertigten Betonplatten 3". Letztere enthalten Aus- sparungen 5, die im wesentlichen auf den Durchmesser der die Kopfbolzen-Dübel umgebenden Metallbe- wehrungen (Drahtspiralen 4) abgestimmt sind. Die Aussparungen 5 können sich jeweils aufeinenDübel beschränken, es können aber auch Aussparungen 5'angewendet werden, die gleichzeitig mehrere Dübel umfassen. Nach Aufbringen der vorgefertigten Betonplatte 3"auf den mit einem-nicht gezeichneten-
Mörtelaufstrich versehenen Trägerflansch 1', auf den vor dem Mörtelaufstrich die Kopfbolzen-Dübel auf- geschweisst und die Drahtspiralen aufgelegt waren, werden die möglichst rauhwandig ausgeführten Aus- sparungen 5 mit neuem Beton 6 ausgegossen.
Selbstverständlich können die Spiralen auch nach dem Auf- bringen der Betonplatte eingelegt werden. Es besteht auch die Möglichkeit, die Bolzen nach dem Auf- bringen der Betonplatte durch die Öffnungen in der Betonplatte hindurch aufzuschweissen.
Fig. 8 zeigt eine Aussparung 5", die beispielsweise konisch verläuft. Fig. 9 zeigt eine Ausführung mit elastischem Verbund.
Im unteren Teil des Bolzens ist eine elastische oder nachgiebige Masse 7, wie z. B. Gummi, ange- ordnet. Zwischen Betonplatte und Stahlträgerobergurt ist eine Gleitfuge vorhanden. Der Bolzen 2, der im oberen Teil des Betons 3 fest eingebettet ist, kann sich im Bereich der nachgiebigen Masse 7 elastisch verformen und so kleine Bewegungen der Betonplatte gegenüber dem Stahlträger 1 ermöglichen. Die Spi- rale 4" sichert vor allem beim Eintritt des Bolzens in den Beton den Beton gegen Ausbrechen unter Wir- kung der grossen Leibungsdrilcke des Bolzens. Der Bolzenkopf verhindert ein Abheben der Betonplatte ge- genüber dem Stahlträger.
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