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Vorrichtung für die permanente Messung der Spannkräfte in
Bodenankern
Zur Sicherung von Erd- und Felsböschungen, Felshohlbauten, Brückenwiderlagern, Widerlagern von Staumauern u. dgl. werden in ständig zunehmendem Masse Erd- und Felsanker als Bauelemente verwendet. Wegen der bekannten Vorteile werden derartige Anker fast immer mit einer mehr oder weniger starken Vorspannung versehen. Spannkräfte in der Grössenordnung von 100 bis 300 to/Anker sind keine Seltenheit.
Die auf die Anker aufgebrachte Spannkraft kann sich einerseits durch Spannungsumlagerungen im verankerten Gebirge und die damit verbundenen Gebirgsbewegungen, anderseits auch durch
Veränderung der Bemessungsgrössen (freie Spannlänge) und der Eigenschaften der Konstruktionsteile (Materialalterung, Kriechen, Korrosion) der Spannanker verändern.
Eines der noch nicht vollständig gelösten Probleme bei Fels- und Erdverankerungen bildet der Umstand, dass die Anker zufolge ihrer mehr oder weniger hohen Vorspannung nicht immer im Bohrlochtiefsten so nachhaltig befestigt werden können, dass nicht doch ein Herauslösen des Ankers im sogenannten Haftbereich oder entlang der sogenannten Haftstrecke aus dem Ankerbohrloch erfolgt. In solchen Fällen nimmt die dem Anker gegebene Vorspannung verständlicherweise ab. Die dem Anker vom Konstrukteur zugewiesene Aufgabe ist damit nicht mehr erfüllt, und die Sicherheit des durch die Verankerung zu schützenden Bauwerkteiles, der Böschung usw. ist nicht mehr gegeben.
Die Schwierigkeit dieses Problems wird dadurch erhöht, dass der Haftbereich solcher Vorspannanker der direkten Kontrolle entzogen ist, weil er weder zugänglich noch sichtbar ist. Die notwendige laufende Kontrolle der Vorspannung bzw. ihrer eventuell möglichen Abnahme muss daher indirekt über geeignete Messvorrichtungen erfolgen.
Es wurde bereits vorgeschlagen, elastische Zwischenlagen zwischen Spannjoch und dem Bodenauflager am Bohrlochbeginn anzuordnen, die entweder der freien Einstellbarkeit des Spannankers oder aber der Sichtbarmachung einer Veränderung der Ankerspannung dadurch dient, dass die Deformationsveränderung der betreffenden elastischen Zwischenschicht (etwa in Form einer Spiralfeder) Rückschlüsse auf die jeweils herrschende Ankervorspannung zulässt. Derartige elastische Zwischenschichten wurden zunächst auch zur Einstellung der Grösse der Ankervorspannung herangezogen. Eine Messung der in derartigen mit elastischen Zwischenschichten eingebauten Spannankern herrschenden jeweiligen Spannung ist jedoch bisher nicht vorgeschlagen worden.
Die Erfindung bezweckt diese Nachteile zu beseitigen und besteht darin, für die permanente Messung der Spannkräfte in Bodenankern, bei welchen am Bohrlochbeginn zwischen Spannjoch und Bodenauflager eine elastische Zwischenschicht angebracht ist, dass die Enden der elastischen Zwischenschicht mit an sich bekannten Längenmessgeräten stets in unmittelbarer Verbindung stehen, welche die Verformung der Zwischenschicht im Gebrauchszustand messen und bei Unterschreitung vorgegebener Werte für die Ankerzugkraft über eine Fernleitung eine Alarmanlage od. dgl. auslösen.
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In den Zeichnungen ist die Erfindung näher erläutert, u. zw. zeigt Fig. l eine gebräuchliche Vorrichtung zur Sicherung von Felsankern im Schnitt, während Fig. 2 die gleiche Schnittdarstellung für eine erfindungsgemässe Vorrichtung zeigt. Die Fig. 3 bis 7 zeigen Querschnitte durch verschiedene bekannte elastische Elemente, während die Fig. 8, 9 und 10 bekannte Messeinrichtungen zur Wegmessung der relativen Längenänderung des elastischen Elementes schematisch in Ansicht zeigen.
Eine der bekannten und gebräuchlichen Messvorrichtungen für Spannanker ist in Fig. l schematisch dargestellt. In das zu sichernde Gebirge-G-wird ein Bohrloch--l-in entsprechende Tiefe vorgetrieben und der Spannanker--2-- (entweder als Vollzylinderstab, oder aus entsprechend gebündelten und gewindelten Stahldrähten) in diesem versenkt. Neben dem Spannanker --2-- wird ein Längenmessstab-3-bis zum Bohrlochtiefsten eingeführt, der ohne Vorspannung durch das Bohrloch nach aussen ragt um Verschiebungen des Spannankers, etwa durch Lockerung seiner
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die Schraubenmutter --6-- unter Aufrechterhaltung der Zugspannung satt auf dem Anker-2festgezogen wird, um ihn solcher Art gegen das Spannjoch--5-mit Vorspannung festzuhalten.
Zur Überprüfung ob die Sollspannung im Laufe der Zeit nicht nachgelassen hat, wird in einer Bohrung - 8-- des Spannankers --2-- ein Messstab --9-- eingelegt, dessen freies Ende-b-vom Kopfende --a-- des Spannankers --2-- einen bestimmten Abstand erhält. Das untere Ende --b'-- des Messstabes-9--liegt hiebei im bestimmten Abstand von der oberen Fläche-a'-- des Spannjoches--5--. Mit einer geeigneten Vorrichtung kann die Messung der Abstandsdifferenz --a-b-- kontrolliert werden.
Diese Messvorrichtung gemäss Fig. 1 hat folgende Nachteile : Die Änderung der Abstandsdifferenz (Strecke--a'-b'--) hängt von der freien Vorspannlänge ab, die nicht immer konstant ist, ferner vom elastischen Verhalten der unter Vorspannung stehenden Konstruktionselemente, sowie von deren Querschnittflächen. Ausserdem gehen Temperaturänderungen der verschiedenen Konstruktionsteile in die Messergebnisse ein.
Ein Hauptnachteil dieser bekannten Messvorrichtung besteht jedoch darin, dass die gesamte Sollspannkraft im fertig installierten Anker nur ungenau gemessen werden kann, da sie ja nur durch den hydraulischen Pressendruck bei der Montierung des Ankers zur Festziehung der Schraubenmutter --6-- an der betreffenden hydraulischen Presse genau gemessen wird, nach Festziehen der Schraubenmutter --6-- und nach Entfernung der hydraulischen Presse hingegen nur
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Wegdifferenz so klein, dass sie nur ungenau oder mit sehr teuren Präzisionsgeräten halbwegs verlässlich feststellbar ist.
Zur Behebung dieser, für die Praxis äusserst wesentlichen Mängel und zur Vermeidung der relativ
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Vorrichtung verwendet, wie sie schematisch in Fig. 2 dargestellt ist. Bei dieser wird ein an sich bekanntes elastisches, vorgespanntes, zweckmässig geeichtes Element --10-- zwischen Spannjoch - 5-und Spannjochwiderlager-4a-eingebaut, dessen Zusammendrückung (elastische Deformation) in der Strecke--c-d--gemessen wird.
Die Zusammendrückung des elastischen Elementes --10-- entspricht sowohl der relativen Längenänderung zwischen der Verankerungsstrecke im Bohrlochtiefsten und dem Spannjoch-5-- des Ankers --2-- als auch der absoluten Ankerkraft. Somit können die Längenänderung bzw. die Lageänderung des Spannankers --2-- und dessen absolute Spannkraft mit einer einzigen Messung erfasst werden.
In den Fig. 3 bis 7 sind verschiedene derartige bekannte Elemente dargestellt. Gemäss Fig. 3 besteht das vorgespannte, zusammendrückbare Element--10--aus einer Tellerfeder, die gemäss Fig. 4 auch doppelt, bzw. gemäss Fig. 5 auch in Batterieform vielfach als elastisches Element verwendet werden kann. Diese Tellerfeder hat den Vorzug in bezug auf ihre Belastungsdeformation genau eichbar zu sein und vor allem hohe Zugspannung von hunderten von Tonnen ohne Verlust ihrer Elastizität und ohne Bruchgefahr aufnehmen zu können.
An Stelle der Tellerfedern können gemäss Fig. 6 auch ein oder mehrere bekannte Kraftmessringe
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verwendet werden. Schliesslich können gemäss Fig. 7 (namentlich bei geringeren Vorspannungen) auch ein oder mehrere Gummikörper od. ähnl. elastische Teile aus Kunststoff verwendet werden. Zur Erleichterung des Messverfahrens werden die elastischen Elemente in bezug auf ihre Deformationsfähigkeit in Abhängigkeit vom Pressdruck geeicht, um bei der Kontrollmessung ihre Deformation unter dem Vorspanndruck oder der jeweils herrschenden Spannkraft des Spannankers --2-- ablesen zu können.
In den Fig. 8, 9 und 10 sind drei Ausführungsbeispiele von für die Messung der Zusammendrückung des elastischen Elementes --10-- in der Technik gebräuchlichen Wegmessungsvorrichtungen dargestellt. In Fig. 8 ist hiezu eine Messuhr --11-- oder Mikrometerschraube dargestellt.
In Fig. 9 ein photoelektrischer Geber --12-- bzw. ein Dehnmessstreifen und in Fig. 10 ein elektrischer Messwertgeber-13-. Durch diese an sich bekannten und mit den Enden-c, d- der elastischen Zwischenschicht --10-- stets in unmittelbarer Verbindung stehenden Einrichtungen kann sonach in der dargestellten Weise der Weg der Deformation des elastischen Elementes --10-- und bei Voreichung desselben schon unmittelbar die im Spannanker --2-- herrschende Vorspannung gemessen werden.
Die Vorteile der Vorrichtung sind folgende :
Durch die einfache Messung der Ankerbewegung können gleichzeitig die herrschenden Vorspannkräfte im Anker --2-- gemessen werden. Die Messausrüstung (Fig. 8 bis 10) ist für verschiedene Ankerkonstruktionen geeignet, die Spannkräfte der Messanker können jedesmal in absoluter Grösse gemessen werden. Die Messung ist unabhängig von der freien Vorspannlänge, vom elastischen Verhalten und der Form der Ankerkonstruktionselemente und weitestgehend unabhängig von Temperaturschwankungen. Die Messgenauigkeit ist bei geringeren oder zumindest gleichen Kosten wie bei den gebräuchlichen Messvorrichtungen grösser als bei diesen.
Die Gestehungskosten für die Messausrüstung sind so gering, dass es möglich ist, nicht nur einzelne Kontrollanker-2--, sondern alle zur Verwendung kommenden Spannanker --2-- mit einer derartigen Messausrüstung auszustatten.