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Spannbetonverfahren mit nachträglichem Verbund sowie
Ankerkopf für dieses Verfahren
Die Erfindung betrifft einSpannverfahren mit nachträglichem Verbund für aus mehreren Einzelspannstählen bestehende Spannglieder sowie einen Ankerkopf zur Anwendung bei diesem Spannverfahren ; insbesondere betrifft sie ein Spannverfahren, das zur Verwendung von aus kaltgezogenen Spannstählen bestehenden Spanngliedern geeignet ist.
Es sind verschiedene Spannverfahren mit nachträglichem Verbund bekannt, wobei die Spannstähle in Spannkanälen geführt, durch Pressen gegen den erhärteten Beton vorgespannt und mittels eingepresstem Zementmörtel in Verbund mit dem umgebenden Beton gebracht werden. Die einzelnen Spannverfahren unterscheiden sich bekanntlich nur hinsichtlich der Verankerung der Spannstähle.
Bei Einzelspannstählen ist es beispielsweise bekannt, die Verankerung an der Aussenseite der Konstruktion mittels Ankermutter und Ankerplatte vorzunehmen.
Bei aus mehreren Spannstählen bestehenden Spanngliedern wird die Verankerung beispielsweise mit mechanischen Mitteln, wie Keilen verschiedenster Ausführung, aufgestauchten Köpfen, Umlenkkörpern u. dgl. bewerkstelligt. Diese Verankerungen eignen sich sowohl für kaltgezogene als auch für schlussvergütete Spannstähle ; sie sind jedoch wegen der Vielzahl der für die Verankerung benötigten Teile und deren Kompliziertheit wirtschaftlich aufwendig.
Wirtschaftlichere und einfachere Verankerungsformen lassen sich erzielen, wenn man zur Verankerung der einzelnen Spannstähle eines Spanngliedes die Haftfestigkeit zwischen der Oberfläche der Einzelspannstähle und einer Betonplombe, in welcher sie eingebettet sind, ausnutzt. Die Betonplombe befindet sich dabei in einer entsprechend geformten stählernen Hülse, dem sogenannten Spannkopf, der seinerseits in geeigneter Weise, z. B. mittels Ankermutter und Ankerplatte, verankert wird. Zur Erhöhung der Haftfestigkeit sucht man dabei die Haftoberfläche zu vergrössern, indem man beispielsweise Spannstähle von ovalem Querschnitt verwendet, die ausserdem noch zusätzlich mit einer Querrippung versehen sind.
Diese Verankerungsmethode hat gegenüber den vorher erwähnten Verfahren den Vorteil grösserer Wirtschaftlichkeit, ist jedoch bisher nur bei schlussvergütetenSpannstählen anwendbar, die auf Grund ihres Herstellungsverfahrens eine grössere Oberflächenrauhigkeit aufweisen. Kaltgezogene Spannstähle waren wegen ihrer verhältnismässig glatten Oberfläche iticht ohne weiteres für diese einfache und wirtschaftliche Art der Verankerung geeignet. Es besteht daher das Bedürfnis, diese wirtschaftlich vorteilhafte Verankerungsart auch für kaltgezogene Spannstähle anwendbar zu gestalten, die bei im übrigen mit den schlussvergüteten Stählen gleichwertigen Eigenschaften noch den Vorteil geringerer Empfindlichkeit für Spannungskorrosion besitzen.
Im einzelnen ist aus der belgischen Patentschrift Nr. 512048 (die ein spezielles Vorspannverfahren betrifft, bei welchem die einzelnen Bewehrungen jeweils aus einer Einheit von auf Zug beanspruchten Elementen und aus einem auf Druck beanspruchten Element bestehen, die vor dem Betonieren ausserhalb des Betonbauteiles unter Spannung gesetzt werden) eine Verankerung bekannt, bei welcher die Spanndrahtenden am Spannende allseitig in einer Betonplombe eingebettet sind und in dieser ausschliesslich durch Haftreibung zwischen ihrer Oberfläche und dem sie allseitig umgebenden Beton gehalten werden.
Insofern handelt es sich bei dieser bekannten Verankerung um eine reine Haftreibungsverankerung, welche
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die vorstehend erwähnten Nachteile besitzt und insbesondere bei kaltgezogenen Spannstählen wegen der
Glätte ihrer Oberfläche nicht oder nur nach besonderer Aufrauhung, welche wieder eine Beeinträchtigung der Festigkeit zur Folge hätte, anwendbar ist. Zur Erhöhung der Haftfestigkeit zwischen Spanndraht und
Betonplombe ist bei der bekannten Vorrichtung zusätzlich vorgesehen, die Spanndrahtenden über die Ein- bettungslänge hin mit einer Wellung zu versehen.
An dem Charakter der Verankerung als einer reinen
Haftfestigkeitsverankerung ändert sich hiedurch nichts ; die durch die Wellung der Spanndrahtenden er- zielte Erhöhung der Verankerungsfestigkeit reicht für kaltgezogene Stähle ebenfalls für eine sichere Ver- ankerung nicht aus ; darüber hinaus hat die bekannte Verankerung den wesentlichen Nachteil, dass der An- kerkopf einen verhältnismässig grossen Durchmesser erhält, da die Spanndrahtenden allseitig vom Beton umgeben sein müssen.
Weiter ist aus der deutschen Patentschrift Nr. 880204 eine Verankerung bekannt, bei welcher die
Spanndrahtenden um ein zentrales Kernstück bzw. einen Bolzen herum verteilt sind und an diesem unmit- telbar anliegen. Zur Erzielung der Verankerung ist hier vorgesehen, das Kernstück an seiner Oberfläche mit einer Wellung bzw. mit einem Schraubgewinde zu versehen und die (nicht gewellten) Spanndrahten- den mittels einer Anpresshülse auf das Kernstück und in dessen Oberflächenprofilierung hinein aufzu- schrumpfen.
Bei dieser bekannten Verankerung handelt es sich somit nicht um eine Betonplombenverankerung, son- dern um eine solche, bei welcher die Spanndrahtenden zwischen einem inneren Bolzen und einer unmittelbar aussen anliegenden Metallhülse eingepresst gehalten werden. Die Spanndrähte als solche sind dabei nicht mit Wellung versehen.
Diese bekannte Verankerung besitzt eine ganze Reihe von Nachteilen : zunächst ist die Herstellung kompliziert. Die Stahlanpresshülse muss, um die erwünschte Aufschrumpfung der glatten Spanndrahtenden auf das profilierte Kernstück zu gewährleisten, mit grossem Kraftaufwand aufgezogen werden ; hiezu ist eine Spezialziehvorrichtung erforderlich, die Herstellung ist praktisch nur im Stahlwerk, nicht im Betrieb auf der Baustelle möglich.
Ferner ist bei der bekannten Verankerung der erzielte Anpressdruck längs der Spanndrähte entspre- chend der Profilierung des Kernstückes, in welche die Spanndrähte hineingepresst werden, variabel, d. h. die Spanndrahtenden werden auf Spitzen beansprucht. In Erkenntnis der damit verbundenen Nachteile ist bei einer Ausführungsform der bekannten Verankerung vorgesehen, die verhältnismässig grosse Wellenlänge der Wellung des Kernstückes durch die verhältnismässig kleine Ganghöhe eines Aussengewindes an dem Kernstück zu ersetzen, um eine gleichmässigere Beanspruchung durch geringere Abstände der Oberflächenprofilierung des Kernstückes zu erzielen.
Dies bedeutet jedoch praktisch den Übergang zum Prinzip der Kerbaufrauhung mit allen bekannten Nachteilen, vor allem wesentliche Verminderung der Spanndrahtfestigkeit durch Oberflächenkerbspannungen an den Berührungsstellen mit dem Gewindegrad des Kernstükkes.
Die gleichen Gesichtspunkte gelten bezüglich einer aus der deutschen Patentschrift Nr. 946475 bekannten Verankerung, bei welcher ebenfalls die Spanndrahtenden zwischen einer äusseren metallischen Ankerhülse und einem in dieser konzentrisch angeordneten Mittelstück (Herzstück) verlaufen und zwischen diesen beiden Teilen des Ankerkopfes eingeklemmt gehalten werden.
Wie bei der oben erwähnten Verankerung nach der deutschen Patentschrift Nr. 880204 liegen auch hier dieSpanndrahtenden unmittelbar gegen das Herzstück an, das ebenfalls mit einer Wellung versehen ist ; ausserdem ist bei dieser bekannten Anordnung zusätzlich auch der äussere Ankerhülsenkörper mit einem der Wellung des Mittelstückes entsprechenden Innengewinde versehen ;
die Festklemmung der Spanndrahtenden zwischen den beiden Teilen des Spannkopfes zur Verankerung erfolgt in der Weise, dass das Mittelstück unter Druck und Drehung in die Ankerhülse eingedreht wird, wobei die Spanndrähteseitlich in das entsprechende Gegeninnengewinde des Hülsenkörpers eingedrückt werden und hiebei eine dem Gewinde entsprechende Verformung erleiden, durch welche eine schlupfsichere Verankerung der Spanndrahtenden in dem Spannkopf erreicht werden soll.
Allen geschilderten bekannten Verankerungen haftet über die bereits erwähnten Nachteile hinaus der grundsätzliche Mangel an, dass die Übertragung der Spannkraft vom Ankerkopf auf den Bauwerksbeton praktisch ausschliesslich an der Stirnseite des Ankerkopfes erfolgt, wo dieser gegen den Bauwerksbeton abgesetzt ist. Dies hat eine unübersichtliche Krafteinleitung mit übermässigen Spitzenbelastungen des Bauwerkbetons in dem erwähnten Bereich an der Stirnseite des Ankerkopfes zur Folge. Durch die Erfindung soll auch dieser grundlegende Nachteil vermieden und eine möglichst übersichtliche, kontinuierliche Krafteinleitung entlang der gesamten axialen Erstreckung des Ankerkopfes in den umgebenden Bauwerksbeton erzielt werden.
Die Erfindung betrifft somit ein Spannverfahren mit nachträglichem Verbund für aus mehreren Ein-
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zelspannstählen bestehende Spannglieder, insbesondere für Spannglieder aus kaltgezogenen Spannstählen, unter Verwendung eines von einer Hülse umschlossenen Betongusskörpers bzw. einer Betonplombe am Spannende, in welcher dieSpanndrahtenden vorzugsweise radialsymmetrisch um ein in der Mitte angeordnetes Kernstück verteilt sind.
Zur Vermeidung der geschilderten Nachteile ist gemäss der Erfindung vorgesehen, dass die in an sich bekannterWeise über die Einbettungslänge mit einer Wellung versehenen einzelnen Spanndrähte unmittel-
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den und eine Relativverschiebung der Spanndrähte gegenüber dem Kernstück bzw. dem Betongusskörper in axialer Richtung verhindert wird.
Die Erfindung betrifft des weiteren auch einen Ankerkopf zur Anwendung bei dem Verfahren gemäss der Erfindung für Drahtbündel, insbesondere aus kaltgezogenen Drähten, bei dem die Spanndrahtenden vorzugsweise radialsymmetrisch um einen Zugbolzen verteilt sind, der in der Mitte eines von einer Hülse umschlossenen Betongusskörpers angeordnet ist.
Zur Vermeidung der geschilderten Nachteile der bekannten Verankerungen ist gemäss der Erfindung vorgesehen, dass die in an sich bekannter Weise über die Einbettungslänge mit einer Wellung versehenen einzelnen Spanndrähte unmittelbar an dem mit einer entsprechenden Wellung versehenen Zugbolzen anliegen.
Die Erfindung beruht somit weder auf einer einfachen Haftfestigkeitsverankerung (wie bei derbekannten Verankerung gemäss der belgischen Patentschrift Nr. 512048) noch auf einer Klemm- und Aufschrumpfungsverankerung (wie bei der deutschen Patentschrift Nr. 880204), sondern vielmehr auf einem neuen Prinzip : Die Verankerung erfolgt gemäss der Erfindung durch formschlüssigen Eingriff zwischen den gewellten Spanndrahtenden und einem entsprechend gewellten Kernstück, an welchem die Spanndrahtenden unmittelbar anliegen, wobei die formschlüssige Verbindung durch Anpressung mittels einer Betonplombe erfolgt, die ihrerseits von der Hülse umschlossen ist.
Im einzelnen ergibt sich gegenüber der belgischen Patentschrift Nr. 512048 der Vorteil wesentlich geringeren Platzbedarfes (die Spanndrahtenden liegen unmittelbar an dem Kernstück an und brauchen nicht allseits von Beton umgeben zu sein, dadurch ist ein geringerer Durchmesser der Betonplombe möglich) bei gleichzeitig erhöhter Verankerungsfestigkeit. Gegenüber der deutschen Patentschrift Nr. 880204 ist neben der ebenfalls wesentlich besseren Verankerungfestigkeit und damit erhöhten Verankerungssicherheit die einfache Herstellung des Ankerkopfes gemäss der Erfindung hervorzuheben, die unmittelbar an der Baustelle erfolgen kann.
Darüber hinaus ist bei der Erfindung ein über die Einbettungslänge der Spanndrahtenden gleichmässiger, kontinuierlicher Anpressdruck gegeben.
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einfache Massnahme gemäss der Erfindungglatten Oberfläche sowohl bezüglich des Kernstückes als auch bezüglich des Betongusskörpers gegen axiale Zugbelastungen mit ausreichender Festigkeit blockiert sind.
Diese Blockierung gegen axiale Zugbelastungen sowohl zwischen den Spannstählen und dem umgebenden Betongusskörper, als auch zwischen den Spannstählen und dem Kernstück lässt sich durch folgende Überlegung erklären, ohne dass dieser Erklärung eine einschränkende Bedeutung zukommen soll :
zwischen den Wellungen der Spannstähle bzw. des Kernstückes einerseits und entsprechenden Teilen der Profilinnenfläche der Betongusskörperhülse bestehen zwei im Winkel zueinander verlaufende Scharen von Betonkegelschalen entgegengesetzter Konizität, über wel- che sich die Wellungen der Spannstähle bzw. des Kernstückes gegen die als Zugbänder wirkenden Teile der Profilinnenfläche der Gusskörperhülse bei Ausübung einer axialen Zugspannung zwischen den Spannstählen einerseits und dem Kernstück bzw. dem Betongusskörper anderseits abstützen. Man erkennt, dass die genannten Betonkegelschalen nach Art von "Tellerfedern" wirken und in dem Betongusskörper auf Druck beansprucht werden, was den Festigkeitseigenschaften des Betons besonders angepasst ist.
Das Verankerungsverfahren und der Ankerkopf gemäss der Erfindung sind insbesondere für das Spannende des Spanngliedes geeignet, können jedoch ebenso gut auch am festen Ende Anwendung finden.
Demgemäss ist nach einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass bei Anwendung am beweglichen Ende des Spanngliedes das Kernstück zum Anschluss der Spannpresse dient, und dass der zwischen der Betongusskörperhülse und der Ankerhülse verbleibende Hohlraum nach dem Spannen mit Verpressmörtel ausgefüllt wird. Das hiebei als Zugbolzen dienende Kernstück kann zu diesem Zweck nach aussen verlängert sein und ein Gewinde aufweisen, so dass es mittels einer Gewindemuffe mit der Ziehstange einer Spannpresse verbunden werden kann.
Entsprechend ist nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass zur Anwendung am festen Ende des Spanngliedes der aus Betongusskörperhülse, Beton und Kernstück bestehende Spann-
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kopf einfach mit in den Konstruktionsbeton einbezogen wird.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Betongusskörperhülse in Form einer aus Draht gewickelten rotationssymmetrischen Ankerspirale ausgebildet ist. Die Ankerspirale kann dabei, im Längsschnitt, verschiedenartige Profile, beispielsweise zylindrisches oder tonnenförmiges Profil besitzen. Diese Ausführungsform, bei welcher die Betongusskörperhülse als aus Draht gewickelte Ankerspirale ausgeführt ist, besitzt den Vorteil besonderer Einfachheit und Wirtschaftlichkeit, da die Betongusskörperhülse in dieser Weise ohne besondere Bearbeitung die erforderliche Profilierung an der Innenfläche zur Abstützung der Betonkegelschalen erhält.
Ferner betrifft die Erfindung auch einen Ankerkopf zur Durchführung des vorstehend erläuterten Verfahrens.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles an Hand der Zeichnungen ; in diesen zeigen Fig. l einen axialen Schnitt zur Veranschaulichung der Verankerung des Spannendes des Spanngliedes nach dem Verfahren gemäss der Erfindung,
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QuerschnittdarstellungSchnittdarstellung einer abgeändertenAusführungsform mit Betongusskörperhülse von zylindrischem Längsschnitt und Fig. 4 eine der Fig. 2 entsprechende Querschnittdarstellung gemäss der Linie IV - IV in Fig. 3.
In Fig. 1 ist das spannseitige Ende eines Spanngliedes im Schnitt dargestellt, das zur Vorspannung der allgemein mit B bezeichneten Betonkonstruktion dient. In dieser sind in bekannter Weise mittels der Umhüllungsrohre 11 Spannkanäle ausgespart, die sich am Einspannende mittels der Ankerhülse 5 zu einem zylindrischen Raum grösseren Durchmessers erweitern. In den Spannkanälen verlaufen die Spannstähle 1, im dargestellten Ausführungsbeispiel zwölf Stück in radialsymmetrischer Anordnung verteilt (vgl. Fig. 2).
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind sie an ihren Enden auf die Einbettungslänge mit einer Wellung versehen, die mit der entsprechenden Wellung eines Kernstückes 2 übereinstimmt. Die gewellten Spanndrahtenden 1 sind radialsymmetrisch um das Kernstück 2 herum verteilt und mit ihren Wellungen in die entsprechende Wellung des Kernstückes eingelegt.
Dieses innerhalb des Hohlraumes 6 der Ankerhülse liegende Einspannungsende des Spanngliedes ist von einer koaxialen Ankerspirale 3 umgeben, die aus Stahldraht gewickelt ist und im Längsschnitt tonnenförmiges Profil besitzt. In dem Raum zwischen Ankerspirale und dem mit den Spanndrähten versehenen Kernstück wird Beton eingebracht, so dass der Betongusskörper 4 entsteht.
Im praktischen Betrieb wird so vorgegangen, dass die auf einer Spezialmaschine mit der Wellung versehenen Spanndrahtenden ausserhalb der Betonkonstruktion in der beschriebenen Weise um das ebenfalls auf einer Spezialmaschine mit der Wellung versehene Kernstück 2 herum angeordnet und gegebenenfalls in dieser Anordnung mittels einer einfachen Lehre festgehalten werden. Hierauf wird die in der angegebenen Weise gewickelte Ankerspirale über das so vorbereitete Einbettungsende des Spanngliedes geschoben und an diesem in geeigneter Weise, beispielsweise mittels eines an dem einen Ende der Anker- spirale eingesetzten Verschlusspfropfens 12 (in Fig. 1 strichpunktiert angedeutet) konzentrisch festgehalten. Hierauf wird der bis zur Ankerspirale verbleibende Raum in der genannten Weise mit Beton ausgegossen.
Nach dem Abbinden des Betongusskörpers 4 ist das Spanngliedende für die Verankerung vorbereitet.
Wie bereits erwähnt, ist das Verankerungsverfahren gemäss der Erfindung in gleicher Weise für das feste Ende wie für das Spannende des Spanngliedes geeignet. In Fig. l ist die Anwendung auf das spannseitige Ende des Spanngliedes dargestellt. Zu diesem Zweck weist das Kernstück 2 einen nach aussen vorstehenden Ansatz 7 auf, der zum Anschluss der Spannpresse dient und beispielsweise mit Aussengewinde versehen ist, welches mit dem Innengewinde eines mit Innen- und Aussengewinde versehenen Gewindestückes 8 auf einem Teil seiner Länge in Eingriff steht. Der übrige Teil des Innengewindes nimmt das (nicht dargestellte) Ende derSpannpressenziehstange auf.
In dieser Weise kann das Kernstück 2 mit dem Spannzug beaufschlagt werden, wobei die sichere Verbindung zwischen Kernstück 2 und den mit
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Wellung in Eingriff stehenden Spannstahlenden l durch den Betongusskörperklammerung durch die Ankerspirale 3 gewährleistet ist. Man darf annehmen, dass die Verklemmung der Spannstahlenden innerhalb des Betongusskörpers 4 und bezüglich des Kernstückes 2 in der Weise zustande kommt, dass zwei unter einem Winkel zueinander geneigten Scharen von Betonkegelflächen (je eine Kegelfläche ist in Fig. l bei 13 bzw. 14 strichliert angedeutet) zwischen den gewellten Teilen der Spanndrähte bzw. des Kernstückes und entsprechenden Umfangsteile der Ankerspirale beim Ausüben eines axialen Zuges zwischen Kernstück und Spanndrahtenden bzw.
zwischen Betongusskörper und Spann-
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drahtenden sich gegen die betreffenden Umfangsteile der Ankerspirale, die dabei als Zugbänder wirken, abstützen. Die erwähnten gedachten Betonkegelschalen werden dabei, wie ersichtlich, auf Druck bean- sprucht, eine dem Festigkeitsverhalten des Betons besonders gemässe Beanspruchungsart. Hiezu dürfte als sekundärer Effekt noch die Keilwirkung der Betongussmasse als ganzer an den sich verengenden Enden der
Ankerspirale treten. Es sei jedoch bemerkt, dass diese durch das tonnenförmige Profil der Ankerspirale hervorgerufene zusätzliche Keilwirkung nicht unbedingt erforderlich ist, und dass sich auch mit zylindri- schen Profilen der Ankerspirale eine ausreichende Blockierung der Spanndrahtenden an dem Kernstück 2 und in dem Betongusskörper 4 ergibt.
Das Spannglied kann in der gespannten Stellung in an sich be- kannter Weise, beispielsweise mittels Ankerplatte 9 und einer mit dem Aussengewinde des Gewinde- stückes 8 in Eingriff stehenden Ankermutter 10 an der Aussenseite der Betonkonstruktion B abge- stützt werden. Sodann wird der das Spanngliedende mit der Ankerspirale umgebende Hohlraum 6 inner- halb der Ankerhülse 5 mit Verpressmörtel ausgefüllt, der in an sich bekannter Weise, beispielsweise durch eine Öffnung 15 in der Ankerplatte, eingepresst wird. Nach dem Abbinden dieser Ausfüllung 6 kann die äussereAbstützung (Ankerplatte 9 mit Ankermutter 10) entfernt werden ; die Verankerung ist nunmehr in sicherer Weise durch die Haftung der Spanndrahtenden innerhalb des Betongusskörpers 4 gewährleistet.
Zur Abnahme der äusseren Abstützung im gespannten Zustand können verschiedene Vorkehrungen getroffen sein, beispielsweise kann die Ankerplatte bzw. die Ankermutter teilbar ausgebildet sein.
Die Anwendung des Verfahrens gemäss der Erfindung am festen EndedesSpanngliedes erfolgt in ähnli- cher Weise ; nur braucht hier das Kernstück 2 keinen vorstehenden Ansatz 7 aufzuweisen. Bei einem ty- pischen Ausführungsbeispiel können die Einzelteile folgende Abmessungen haben : als Spanndrähte werden beispielsweise kaltgezogene Stähle von 6 mm Durchmesser verwendet ; die Ankerspirale ist aus Stahldraht von 10 mm Durchmesser gewickelt, die Länge der Ankerspirale kann 25 cm betragen, ihr grösster Durchmesser in der Mitte des tonnenförmigen Profils 12 cm, der kleinste Durchmesser an den Enden 8 cm.
Selbstverständlich kann das beschriebene Ausführungsbeispiel in Einzelheiten mannigfach abgewandelt werden. Hinsichtlich des Längsschnittprofils der Ankerspirale wurde bereits erwähnt, dass dies verschiedene Gestalt, neben der im Ausführungsbeispiel gezeigten tonnenförmigen, beispielsweise auch zylindrische, haben kann.
In den Fig. 3 und 4 ist demgemäss ein abgeändertes Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die ebenfalls als aus Draht gewickelte Ankerspirale 3a ausgebildete Betongusskörperhülse zylindrisches Längsschnittprofil besitzt. Vorzugsweise wird dabei die Ankerhülse 5 ebenfalls mit Profilierung bzw. Wellung ausgebildet, um beim Absetzen des Spannendes eine einschneidende Kräfteumlagerung zu vermeiden und die Kräfteeinleitung möglichst über die gesamte Länge der Ankerspirale zu gewährleisten. Die gewünschte Wellung der Ankerhülse 5 lässt sich in einfacher Weise erzielen, beispielsweise bei den bekannten, aus Blechband gewickelten Ankerhülsen durch eine entsprechende Steuerung der Wickelmaschine.
Auch braucht die Betongusskörperhülse 3 nicht notwendigerweise als aus Draht gewickelte Ankerspi- rale ausgeführt zu sein ; es sind auch andere, beispielsweise kompakte Ausführungen, etwa in GestÅalt eines Stahlzylinders anwendbar, wobei jedoch die Innenseite vorzugsweise mit einer entsprechenden Profilierung versehen ist, um die Abstützung der erwähnten Betonkegelschalen sicher zu gewährleisten.
Die Art des Anschlusses der Spannpresse an das Kernstück kann in beliebiger Weise abgeändert werden, beispielsweise können der Fortsatz 7 und das Gewindestück 8 einstückig mit dem Kernstück 2 ausgebildet sein.
Hinsichtlich der Anzahl und dem Grad der den Spannstahlenden und entsprechend dem Kernstück erteilten Wellungen sind ebenfalls, je nach den in Frage kommenden Belastungen Änderungen innerhalb weiter Grenzen möglich.
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Prestressed concrete process with subsequent bond as well as
Anchor head for this procedure
The invention relates to a tensioning method with a subsequent bond for tendons consisting of several individual prestressing steels as well as an anchor head for use in this tensioning method; in particular, it relates to a post-tensioning method which is suitable for the use of tendons made of cold drawn prestressing steels.
Various tensioning methods with subsequent bonding are known, the prestressing steels being guided in tensioning channels, being prestressed by pressing against the hardened concrete and being bonded to the surrounding concrete by means of pressed-in cement mortar. As is well known, the individual prestressing methods only differ in terms of the anchoring of the prestressing steel.
In the case of single prestressing steels, it is known, for example, to anchor on the outside of the structure by means of anchor nuts and anchor plates.
In the case of tendons consisting of several prestressing steels, the anchoring is carried out, for example, by mechanical means such as wedges of various designs, upset heads, deflectors and the like. Like. Done. These anchorages are suitable for both cold-drawn and heat-treated prestressing steels; however, they are economically expensive because of the large number of parts required for anchoring and their complexity.
More economical and simpler forms of anchoring can be achieved if the adhesive strength between the surface of the individual prestressing steels and a concrete seal in which they are embedded is used to anchor the individual prestressing steels of a tendon. The concrete seal is in a correspondingly shaped steel sleeve, the so-called clamping head, which in turn is in a suitable manner, for. B. is anchored by means of anchor nut and anchor plate. In order to increase the adhesive strength, one seeks to enlarge the adhesive surface by using, for example, prestressing steels with an oval cross-section, which are additionally provided with transverse ribbing.
This anchoring method has the advantage of greater economic efficiency compared to the previously mentioned methods, but has so far only been applicable to tempered prestressing steels which, due to their manufacturing process, have a greater surface roughness. Because of their relatively smooth surface, cold-drawn prestressing steels were not readily suitable for this simple and economical type of anchoring. There is therefore a need to make this economically advantageous type of anchoring also applicable to cold-drawn prestressing steels, which have the advantage of lower sensitivity to stress corrosion with properties that are otherwise equivalent to those of the heat-treated steels.
Specifically, from Belgian patent specification No. 512048 (which relates to a special prestressing method in which the individual reinforcements consist of a unit of elements subjected to tension and an element subjected to compression, which are placed under tension outside the concrete component before concreting are) an anchorage is known in which the tension wire ends are embedded on all sides in a concrete seal and are held in this exclusively by static friction between their surface and the concrete surrounding them on all sides.
In this respect, this known anchorage is a pure static friction anchorage, which
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has the disadvantages mentioned above and in particular in cold drawn prestressing steels because of the
The smoothness of their surface cannot be used or can only be used after a particular roughening, which in turn would impair the strength. To increase the adhesive strength between the tension wire and
In the known device, concrete seal is additionally provided to provide the tension wire ends with a corrugation over the embedment length.
The character of the anchoring as a pure one
This does not change the adhesive strength anchoring; the increase in anchoring strength achieved by the corrugation of the tension wire ends is also not sufficient for secure anchoring for cold-drawn steels; In addition, the known anchoring has the significant disadvantage that the anchor head has a relatively large diameter, since the ends of the tension wire must be surrounded on all sides by concrete.
An anchorage is also known from German Patent No. 880204, in which the
Tension wire ends are distributed around a central core piece or a bolt and are in direct contact with this. To achieve the anchoring, it is provided here to provide the core piece with a corrugation or a screw thread on its surface and to shrink the (non-corrugated) tension wire ends onto the core piece and into its surface profile by means of a compression sleeve.
This known anchorage is therefore not a concrete seal anchorage, but one in which the tension wire ends are held pressed between an inner bolt and a metal sleeve lying directly on the outside. The tension wires as such are not provided with corrugations.
This known anchorage has a number of disadvantages: First of all, it is complicated to manufacture. In order to ensure the desired shrinkage of the smooth tension wire ends onto the profiled core piece, the steel pressure sleeve must be pulled on with great effort; a special pulling device is required for this, production is practically only possible in the steelworks, not in operation on the construction site.
Furthermore, with the known anchoring, the contact pressure achieved along the tensioning wires is variable according to the profile of the core piece into which the tensioning wires are pressed, i.e. H. the tension wire ends are stressed on tips. Recognizing the associated disadvantages, one embodiment of the known anchoring provides for the relatively large wavelength of the corrugation of the core piece to be replaced by the relatively small pitch of an external thread on the core piece, in order to achieve a more even load through smaller distances between the surface profiling of the core piece.
However, this means in practice the transition to the principle of notch roughening with all the known disadvantages, above all a significant reduction in the tension wire strength due to surface notch stresses at the points of contact with the thread grade of the core piece.
The same considerations apply to an anchorage known from German Patent No. 946475, in which the tension wire ends also run between an outer metallic anchor sleeve and a center piece (frog) arranged concentrically in this and are held clamped between these two parts of the anchor head.
As with the anchoring according to German Patent No. 880204 mentioned above, the ends of the tensioning wire lie directly against the frog, which is also provided with a corrugation; In addition, in this known arrangement, the outer anchor sleeve body is also provided with an internal thread corresponding to the corrugation of the central piece;
the clamping wire ends are clamped between the two parts of the clamping head for anchoring in such a way that the middle piece is screwed into the anchor sleeve under pressure and rotation, the tensioning wires being pressed laterally into the corresponding mating internal thread of the sleeve body and suffering a deformation corresponding to the thread, through which a slip-proof anchoring of the tension wire ends in the clamping head is to be achieved.
In addition to the disadvantages already mentioned, all of the known anchors described have the fundamental defect that the transfer of the tension force from the anchor head to the structural concrete takes place almost exclusively on the face of the anchor head, where it is offset against the structural concrete. This results in a confusing introduction of forces with excessive peak loads on the structural concrete in the area mentioned on the face of the anchor head. The invention is also intended to avoid this fundamental disadvantage and to achieve the most clear, continuous introduction of force along the entire axial extension of the anchor head into the surrounding structural concrete.
The invention thus relates to a tensioning method with subsequent composite for several single
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Tensioning steel existing tendons, in particular for tendons made of cold-drawn prestressing steels, using a concrete cast body enclosed by a sleeve or a concrete seal at the tensioning end, in which the tensioning wire ends are preferably distributed radially symmetrically around a core piece arranged in the center.
To avoid the disadvantages outlined, the invention provides that the individual tension wires, which are provided with a corrugation over the embedding length in a manner known per se, are directly
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and a relative displacement of the tension wires with respect to the core piece or the cast concrete body in the axial direction is prevented.
The invention also relates to an anchor head for use in the method according to the invention for wire bundles, in particular made of cold-drawn wires, in which the tension wire ends are preferably distributed radially symmetrically around a tension bolt, which is arranged in the middle of a cast concrete body enclosed by a sleeve.
To avoid the described disadvantages of the known anchors, the invention provides that the individual tensioning wires, which are provided with a corrugation over the embedding length in a manner known per se, lie directly on the tension bolt provided with a corresponding corrugation.
The invention is therefore based neither on a simple adhesive strength anchoring (as in the known anchoring according to Belgian patent specification No. 512048) nor on clamping and shrink-fit anchoring (as in the German patent specification No. 880204), but rather on a new principle: the anchoring takes place according to the invention by positive engagement between the corrugated tension wire ends and a correspondingly corrugated core piece on which the tension wire ends are in direct contact, the positive connection being made by pressing by means of a concrete seal, which is in turn enclosed by the sleeve.
In particular, there is the advantage over Belgian patent specification No. 512048 that it requires much less space (the tension wire ends are in direct contact with the core and do not need to be surrounded on all sides by concrete, which means that the concrete seal can have a smaller diameter) while at the same time increasing anchoring strength. Compared to German patent specification No. 880204, in addition to the much better anchoring strength and thus increased anchoring security, the simple manufacture of the anchor head according to the invention, which can take place directly on the construction site, should be emphasized.
In addition, the invention provides a uniform, continuous contact pressure over the embedding length of the tension wire ends.
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simple measure according to the invention smooth surface both with respect to the core piece and with respect to the concrete casting body are blocked against axial tensile loads with sufficient strength.
This blocking against axial tensile loads between the prestressing steels and the surrounding cast concrete body as well as between the prestressing steels and the core can be explained by the following consideration, without this explanation being intended to have a restrictive meaning:
Between the corrugations of the prestressing steels or the core piece on the one hand and corresponding parts of the inner profile surface of the concrete casting body sleeve, there are two sets of concrete cone shells of opposite conicity running at an angle to each other, over which the corrugations of the prestressing steels or the core piece are against the parts of the inner profile surface that act as tension bands the cast body sleeve when an axial tensile stress is exerted between the prestressing steels on the one hand and the core piece or the cast concrete body on the other. It can be seen that the said concrete cone shells act like "disc springs" and are subjected to pressure in the cast concrete body, which is particularly adapted to the strength properties of the concrete.
The anchoring method and the anchor head according to the invention are particularly suitable for the tensioning end of the tendon, but can just as easily be used at the fixed end.
Accordingly, according to one embodiment of the invention it is provided that when used at the movable end of the tendon, the core piece is used to connect the clamping jack, and that the cavity remaining between the concrete casting body sleeve and the anchor sleeve is filled with grout after tensioning. The core piece serving as a tension bolt can for this purpose be extended outward and have a thread so that it can be connected to the pull rod of a clamping press by means of a threaded sleeve.
Accordingly, according to a further embodiment of the invention, for use at the fixed end of the tendon, the tensioning element consisting of the cast concrete body sleeve, concrete and core piece
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head is simply included in the structural concrete.
According to a particularly advantageous embodiment of the invention, it is provided that the concrete casting body sleeve is designed in the form of a rotationally symmetrical anchor spiral wound from wire. The anchor spiral can, in longitudinal section, have different types of profiles, for example cylindrical or barrel-shaped profiles. This embodiment, in which the concrete cast body sleeve is designed as an anchor spiral wound from wire, has the advantage of particular simplicity and economy, since the concrete cast body sleeve receives the necessary profiling on the inner surface to support the concrete cone shells without any special processing.
The invention also relates to an anchor head for carrying out the method explained above.
Further advantages and details of the invention emerge from the following description of an exemplary embodiment with reference to the drawings; 1 shows an axial section to illustrate the anchoring of the tensioning end of the tendon according to the method according to the invention,
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Cross-sectional representation of a modified embodiment with a concrete casting body sleeve of cylindrical longitudinal section and FIG. 4 shows a cross-sectional representation corresponding to FIG. 2 along the line IV - IV in FIG.
In Fig. 1, the tension-side end of a tendon is shown in section, which is used to pretension the concrete structure generally designated B. In this clamping channels 11 are recessed in a known manner by means of the casing tubes, which expand at the clamping end by means of the anchor sleeve 5 to form a cylindrical space of larger diameter. The prestressing bars 1 run in the clamping channels, twelve in the illustrated embodiment, distributed in a radially symmetrical arrangement (cf. FIG. 2).
As can be seen from FIG. 1, they are provided at their ends with a corrugation over the embedding length which corresponds to the corresponding corrugation of a core piece 2. The corrugated tension wire ends 1 are distributed radially symmetrically around the core piece 2 and inserted with their corrugations into the corresponding corrugation of the core piece.
This clamping end of the tensioning member lying within the cavity 6 of the anchor sleeve is surrounded by a coaxial anchor spiral 3 which is wound from steel wire and has a barrel-shaped profile in longitudinal section. Concrete is placed in the space between the anchor spiral and the core piece provided with the tension wires, so that the concrete cast body 4 is created.
In practical operation, the procedure is that the tension wire ends provided with the corrugation on a special machine are arranged outside the concrete structure in the manner described around the core piece 2, also provided with the corrugation on a special machine, and, if necessary, held in this arrangement by means of a simple teaching. The anchor spiral wound in the specified manner is then pushed over the embedding end of the tendon prepared in this way and held concentrically on this in a suitable manner, for example by means of a plug 12 (indicated by dash-dotted lines in FIG. 1) inserted at one end of the anchor spiral. Then the space remaining up to the anchor spiral is poured with concrete in the manner mentioned.
After the concrete cast body 4 has set, the tendon end is prepared for anchoring.
As already mentioned, the anchoring method according to the invention is equally suitable for the fixed end as for the tensioning end of the tendon. In Fig. 1, the application to the tension-side end of the tendon is shown. For this purpose, the core piece 2 has an outwardly protruding shoulder 7, which is used to connect the clamping jack and is provided with an external thread, for example, which engages part of its length with the internal thread of a threaded piece 8 provided with internal and external threads. The remainder of the internal thread receives the end of the clamping press pull rod (not shown).
In this way, the core piece 2 can be acted upon with the tension, the secure connection between the core piece 2 and the with
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Corrugation engaging prestressing steel ends l is ensured by the concrete cast body clamping by the anchor spiral 3. It can be assumed that the clamping steel ends within the cast concrete body 4 and with respect to the core piece 2 comes about in such a way that two sets of concrete conical surfaces inclined at an angle to each other (one conical surface each is indicated by dashed lines in Fig. 1 at 13 and 14 ) between the corrugated parts of the tension wires or the core piece and corresponding peripheral parts of the armature spiral when an axial pull is exerted between the core piece and the tension wire ends or
between the cast concrete body and the
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wire ends are supported against the relevant peripheral parts of the anchor spiral, which act as tension straps. As can be seen, the aforementioned imaginary concrete cone shells are subjected to pressure, a type of loading that is particularly appropriate to the strength behavior of the concrete. In addition, the wedge effect of the concrete casting mass as a whole at the narrowing ends of the
Step anchor spiral. It should be noted, however, that this additional wedge effect caused by the barrel-shaped profile of the anchor spiral is not absolutely necessary, and that sufficient blocking of the tension wire ends on the core piece 2 and in the cast concrete body 4 results even with cylindrical profiles of the anchor spiral.
In the tensioned position, the tension member can be supported on the outside of the concrete structure B in a manner known per se, for example by means of an anchor plate 9 and an anchor nut 10 engaging the external thread of the threaded piece 8. Then the cavity 6 surrounding the tendon end with the anchor spiral is filled with grout within the anchor sleeve 5, which is pressed in in a manner known per se, for example through an opening 15 in the anchor plate. After this filling 6 has set, the outer support (anchor plate 9 with anchor nut 10) can be removed; the anchoring is now ensured in a secure manner by the adhesion of the tension wire ends within the concrete cast body 4.
Various measures can be taken to remove the external support in the tensioned state, for example the anchor plate or anchor nut can be designed to be divisible.
The application of the method according to the invention to the fixed end of the tendon takes place in a similar way; only here the core 2 need not have a protruding approach 7. In a typical exemplary embodiment, the individual parts can have the following dimensions: cold-drawn steels with a diameter of 6 mm, for example, are used as tension wires; The anchor spiral is wound from steel wire with a diameter of 10 mm, the length of the anchor spiral can be 25 cm, its largest diameter in the middle of the barrel-shaped profile 12 cm, the smallest diameter at the ends 8 cm.
Of course, the described embodiment can be modified in many details. With regard to the longitudinal section profile of the anchor spiral, it has already been mentioned that this can have different shapes, in addition to the barrel-shaped, for example cylindrical, shown in the exemplary embodiment.
3 and 4 accordingly show a modified embodiment in which the concrete cast body sleeve 3a, which is also designed as an anchor spiral 3a wound from wire, has a cylindrical longitudinal section profile. The anchor sleeve 5 is preferably also formed with profiling or corrugation in order to avoid a drastic redistribution of forces when the tensioning end is set down and to ensure the introduction of forces over the entire length of the anchor spiral as possible. The desired corrugation of the armature sleeve 5 can be achieved in a simple manner, for example in the case of the known armature sleeves wound from sheet metal strip, by a corresponding control of the winding machine.
The cast concrete body sleeve 3 does not necessarily have to be designed as an anchor spiral wound from wire; other, for example compact designs, for example in the form of a steel cylinder, can also be used, but the inside is preferably provided with a corresponding profile in order to ensure the support of the aforementioned concrete cone shells.
The type of connection of the clamping press to the core piece can be modified in any way, for example the extension 7 and the threaded piece 8 can be formed in one piece with the core piece 2.
With regard to the number and degree of corrugations given to the prestressing steel ends and corresponding to the core piece, changes within wide limits are also possible, depending on the loads in question.
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