CN104234204A - 在工程建筑上的尤其少维护的支柱锚固系统 - Google Patents

Abstract

根据本发明的用于工程建筑上的防护隔墙支柱的锚定装置规定了，为补偿可能有的歪斜而设有球形垫圈/圆锥形盘系统以便近似居中传入载荷，其中锚定件按照完全规定的方式被预紧并且在其预紧的自由长度内包覆有最好是黏弹性的耐腐蚀物质。支柱锚定装置包括安装在建筑混凝土中的安装构件。或者，如此进行事后锚定，在已建成的建筑混凝土中形成多个孔。这些孔可以是贯通的，于是，实现利用连贯的锚栓和相应的锁紧螺栓紧固的锚固。钻孔也可以仅到达所需要的锚定深度，随后锚栓被粘固在钻孔中。

Description

在工程建筑上的尤其少维护的支柱锚固系统

技术领域

本发明涉及用于在混凝土建筑或基础上固定防护隔墙支柱的装置。

背景技术

在构建防护隔墙例如防噪墙、防风墙、遮光板、隔音板等时，一般在建筑或基础上混凝土浇筑多个构件，或者在建筑或基础的混凝土浇灌后在孔中穿入螺纹杆或也粘固在孔中。根据周围环境，防护隔墙有时遇到高载荷，在这里，风和狂风对墙板和安装墙板的支柱施以相当大的力。行驶经过的尤其是载货运输的列车或机动车将高动态载荷以压缩和抽吸效应形式经墙板传入安装构件，进而传入建筑或基础。因此，对例如德国铁路高速路段的研究表明，在此出现了猛烈的动态载荷，其对建筑的疲劳强度有着显著的影响。

锚定件歪斜对连接结构的疲劳强度产生显著的不利影响。因为安装构件的安装是人工制造过程且在精确性方面受到安装场地条件制约，故无法保证充分减轻安装时的安装构件歪斜。在EP2159354A1中提出一种由圆锥形盘和球形垫圈构成的系统，它能在一定程度上补偿偏离锚栓理论位置。但这对于在铁路高速段区域内的极端动态负荷来说尚有改进余地，以保证建筑具有更高的疲劳强度。

发明内容

本发明的任务是针对高速路段的极端严格要求情况提供一种用于防护隔墙的支柱的固定装置，通过该固定装置，消除或至少减轻安装构件歪斜以及在固定件中的由强烈动态作用而引起的显著交变应力对疲劳强度的不利影响。同时，也应将支柱固定结构所需要的维护间隔延长到50年或更久。

该任务将通过一种用于固定防护隔墙的支柱的装置来完成。确切说，提供一种用于在混凝土建筑或基础上的防护隔墙的支柱的固定装置，其具有以下特征：在混凝土体内设有至少一个锚定件，该锚定件被浇灌入、粘结入或完全引导穿过该混凝土体并且该支柱的底板被固定在该锚定件上；该锚定件将来自对防护隔墙的作用的载荷传入该建筑，其中多个螺栓被引导穿过该底板，所述螺栓与该锚定件连接并借助圆锥形盘-球形垫圈系统和螺母将力居中传入该锚定件；该连接结构还利用紧固螺母被紧固，该紧固螺母以5-20Nm且优选10Nm的拧紧力矩在与其下方的螺母相同的方向上被拧紧；在该螺栓上的自由拉紧行程至少在该螺栓和浇灌物料之间包覆有黏弹性涂层以防止该螺栓和浇灌物料之间的传力配合，从而不防碍该螺栓伸长。

在上述的固定装置中优选规定，设有8.8品级的螺栓，所述螺栓在最终状态中处于25至120kN且优选是60至90kN的预应力下。

在上述的固定装置中优选规定，所述螺母以100至550Nm且优选250至400Nm的拧紧力矩被拧紧。

在上述的固定装置中进一步规定，涂覆用材料是沥青，它具有在建筑的使用寿命内不侵蚀锌和不锈钢且还用于耐蚀的性能。

在上述的固定装置中规定，涂覆材料最好是沥青。

在上述的固定装置中，该螺母可以是镀锌六角螺母。此时，所述螺栓可以由镀锌高强度钢构成，其强度低于镀锌六角螺母以减小拉紧元件对于应力腐蚀开裂的敏感性。

在上述的固定装置中进一步规定，在混凝土建筑的芯内的自由拉紧行程在包套管内延伸，该包套管和螺栓之间的间隙填充有黏弹性材料以阻止在螺栓和混凝土体之间的传力配合，由此没有防碍螺栓伸长。在这里，用于填充包套管的材料可以是油脂。

在上述的固定装置中，该螺栓被镀锌并且该沥青涂层因耐蚀缘故而直达该补偿件。

在上述的固定装置中，该螺栓由不锈钢构成并且该沥青涂层只施加在浇灌物料区域内。

在上述的固定装置中，浇灌物料可以是灰浆层。

在上述的固定装置中，螺栓没有垂直于该底板向下伸入混凝土，而是以一个角度向外倾斜。在此情况下，该角度介于角度ε和β之间(ε≤α≤β)，其中对于角度ε和β适用的是：tan ε=c/a，和tan β=(c+d)/b。另外，螺栓以角度ε±30%向外倾斜。

令人吃惊地研究发现，对于按照某方法以一定预紧力被拧紧的某些类型的支柱锚固螺栓，与过去的方法相比，螺栓紧固连接的维护间隔可从仅10到15年延长到至少50年。

像在用于高速路段旁的防噪墙的支柱上所需要的预应力常见值对于8.8品级的螺纹杆而言大致在25-120kN之间，大多在60-90kN之间。紧固螺母的拧紧力矩大约在100-550Nm之间，大多在250-400Nm之间。

安装构件歪斜对固定结构的疲劳强度的不利影响归结于以下事实，由歪斜的螺栓造成载荷偏心传入，其以弯曲负荷形式作用于螺栓，因而是附加载荷。根据本发明的包括圆锥形盘和球形垫圈的补偿装置容许补偿在安装构件上的螺栓歪斜，因而居中即在螺栓纵轴线的方向上传入载荷。一般可以消除高达3°的角度偏差。

另外，作用于固定结构局部的反复的高动态负荷造成承载和卸载的交替作用，这经常伴随有锚定件内应力的正负符号变换。通过施加规定的预应力至锚固结构，可以改变连接结构的变形，进而带来相应效果地改变支柱附加偏离理论位置以及构件内的应力状况，从而关于锚固连接结构的工作强度和进而疲劳强度获得显著改善。为保证该连接结构所需要的预应力水平，在尺寸设定时考虑关于使用间隔期限的相关影响因素并且相应地计算出预应力且在螺栓紧固连接上确定下来。虽然根据本发明获得根据试验可预期有50年或更久的维护间隔的螺栓紧固结构，但还是存在在整个使用期间内再拧紧该装置的可能性。

预加应力的实现需要锚栓的一段自由长度，在该段长度内可以强加上自由预伸长应变。为此，根据本发明，在至建筑混凝土的结合部上方，锚栓包覆有这样的材料，该材料阻止在锚栓和被加入底板和建筑混凝土之间的浇灌物料之间的传力配合。在底板中，这在形状方面通过板内的通孔/孔的相应尺寸来保证。

在包括穿过混凝土建筑内的孔的地脚螺栓的本发明的一个变型中，此时不需要力经过地脚螺栓长度通过锚栓和混凝土之间的结合传入建筑，该自由伸长段可以位于构件内。在这里，填充有适当材料的包套管的装入是单纯包覆锚栓的一个可选替代方式。包覆材料必需能充分伸展，以便不阻碍在预加应力过程中的锚定件长度变化。事实表明某些类型的沥青非常适用。

预应力连接要求对耐蚀防护的特别关注。因此，对包覆材料有另一个要求，即它必需保证耐腐蚀。一般，锚定件被镀锌/预处理，从而不应出现合金和包覆材料之间的材料不相容性。对于周围材料灰浆及其碱性性能的耐受性也是必需的。而且要求高的扩散密封性，其也承受动态负荷(振动)。以下材料尤其适用于此，该材料例如沥青虽然在力长期作用时会蠕变，但在力短暂作用时弹性反应。

以下产品出人意料地被证明是特别适用于长时间埋置，所述材料在其它情况下被用在截然不同的建筑领域，即被用于板桩锁定密封。关于腐蚀主题且尤其就在预应力钢中的应力开裂腐蚀而言，已经令人吃惊地证明有利的是，强度级别较低的且就氢致应力开裂腐蚀而言不太敏感的锚栓作为螺母来构成：尤其是具有材料强度标识8(镀锌细晶结构钢)且更好是8.8的材料选择，或者用于螺纹杆的材料编号1.4571(不锈钢)、用于球形垫圈和圆锥形盘的材料编号1.4571(不锈钢)，以及材料标识1.4401，强度标识10(镀锌细晶结构钢)更好是10.9，用于螺母(HV系，厂方润滑)，被证明是有利的。材料标识涉及欧洲常见的标识，欧洲以外的国家要使用相似的材料。

根据本发明的一个实施方式，该安装构件包括至少四个地脚螺栓，它们借助连接横杆组装成一个结构单元。由此一来，在建筑或基础的混凝土浇灌前只需定位一个安装构件，支柱固定所需要的所有螺纹部段都形成在该安装构件上。作为其替代，也可以设置多个且至少四个安装构件，它们分别包括一个单独的地脚螺栓。当安装构件被胶粘固定在混凝土体里或应通过使地脚螺栓完全穿过混凝土体的孔被固定时，这样的布置结构是优选的。

为了将安装构件非常好地与混凝土连接在一起，地脚螺栓有利地具有由螺纹钢筋(常见的结构钢Bst500S在此证明已够用)构成的部段。一般，用于拧紧该紧固螺母的螺纹部段一体形成在该地脚螺栓上，因此与地脚螺栓一体构成。但作为替代，也可以由螺栓形成该螺纹部段，该螺栓被拧入形成在地脚螺栓上的套管部的螺纹孔中。

根据进一步加强支柱锚定结构坚固性的本发明的一个变型规定，该螺栓/螺纹杆没有垂直于锚定件底板地向下伸入混凝土，而是以介于角度ε和β之间的角度α(ε≤α≤β)略微向外倾斜。此时，由底板尺寸、底衬高度和其材料得到角度α。即，平行取向不是理想的理论状态。相反，地脚螺栓/螺纹杆应在采用球形垫圈/圆锥形盘系统时也向外倾斜，以便拉力在支柱振动时平行于螺栓轴线作用。在此情况下，迄今并未考虑底板和浇灌物料层的最终厚度。虽然球形垫圈/圆锥形盘系统将力均匀分散到螺母周围，但尚未消除对螺纹杆本身的水平作用力。因此，水平作用力激起底板和浇灌物料层具有最终厚度并且紧固螺母将底板保持在底板的顶面上，而(可能的)转动中心在另一侧位于底板底面边缘上，或甚至在浇灌物料层的底面上。根据底板和浇灌物料的弹性不同，它甚至可进一步从外边缘向内移，例如到达如下文所述的垫件的外边缘，结果，水平力变得更大。

因此，地脚螺栓/螺纹杆理想地以相对于竖向倾斜了角度α的方向延伸(该角度因为底板厚度/浇灌物料厚度而在5度范围内变化，就是说是不可忽略的)。螺纹杆于是也不再像过去应该的那样相互平行。此时，该角度取决于材料弹性性能地在图中的角度ε和β之间，因为在大多数情况下所使用的材料而一般确切说是ε，结果，ε可以被选作良好近似值(因为加工误差ε±30%)。

当a是紧固螺母至底板的对置边缘的距离、b是紧固螺母至垫件的对置边缘的距离、c是底板厚度且d是垫件厚度或浇灌物料厚度时，则以下公式非常近似地适用于极限角度ε和β：tan ε=c/a，tan β=(c+d)/b。

为了使支柱在理论位置上大多竖直取向地校准底板方位而提出，在底板和混凝土体之间设置垫件，垫件优选位于底板表面重心处。在底板和混凝土体之间的空间围绕垫件地填充有由收缩小的灰浆或其它合适的浇灌物料构成的层。

如此进行预应力施加，在用灌浇灰浆制造浇灌物料层后约24小时或更迟的时间，对紧固螺母施加拧紧力矩，该拧紧力矩等于按照建筑图所需要的拧紧力矩的75%(随后才要安装防噪墙的墙板)。

-如果在灌灰浆后1周内施加75%的预应力，则须在预加应力后大约7天进行第一次再拉紧(100%)。

-如果只在灌灰浆后7天或更晚的时候发生75%的应力预加，则在预加应力后的1-3周内需要第一次再拉紧(100%)。在形成浇灌物料层后约6个月进行按照100%的最后(二次)再拉紧。

以下，将结合附图来详述本发明的实施例，附图所示为：

图1示出由多个地脚螺栓事先制成的被灌注的安装构件，其作为用于防护隔墙的支柱的固定装置，

图2示出由多个事后钻孔且粘固的地脚螺栓形成的连接结构用于固定防护隔墙支柱，

图3示出由多个事后置入贯通的钻孔中的地脚螺栓形成的连接结构，作为防护隔墙支柱的固定装置，

图4放大示出呈独立的地脚螺栓形式的安装构件，

图5是具有螺纹部段和螺母的圆锥形盘和定向的球形垫圈的剖视图，

图6很草略地示出了作用于螺纹杆和紧固螺母的力，此时支柱在坚硬浇灌物料层情况下侧移，

图7很草略地示出了作用于螺杆和紧固螺母的力，此时支柱在软弹性浇灌物料层情况下侧移。

在图1-3中示出混凝土建筑1的一部分即桥梁拱顶区的护墙。该预制的安装构件优选被混凝土浇筑在混凝土体1里，或者被引导穿过混凝土中的孔，但也有以下可能，即，安装构件被胶粘固定。在混凝土体1上有支柱3，支柱最好是钢制的并且配设有底板4，该底板用于固定在安装构件上。以下还将详细介绍该固定装置。在支柱3上安装有防护隔墙。图1示出由至少四个地脚螺栓5构成的安装构件，每个地脚螺栓5包括锚定在混凝土内的例如由螺纹钢筋(BSt500S)构成的部段6和具有内螺纹的由不锈钢构成的螺纹部段7。这些地脚螺栓5基本上平行布置并且通过钢制的连接杆2组装且尤其焊接成一个具有规定的空间形态的结构单元。所示出的安装构件在建筑构建过程中被浇灌入混凝土体1中，随着支柱安装，镀锌螺栓8或不锈钢螺栓8’被拧入不锈钢的螺纹部段7中。或者，螺栓8’已可被事先焊接到安装构件上。镀锌螺栓8在建筑混凝土1上方在浇灌物料层13如灰浆层、底板4和圆锥形盘-球形垫圈系统9、10的区域内配设有沥青涂层15，以确保自由的预应力段和耐蚀防护。为此目的，沥青涂层15须具有相应的厚度。事实出人意料地表明，在无附加沥青覆层的情况下，利用在其它地方说明的镀锌层的耐蚀防护在所述边界条件(通风不足，预应力)下是不够的。

在图2中示出了保持在混凝土体1里的装置和安装在其上的支柱3的截面。此时，多个单独的安装构件被锚定在混凝土体1里，例如通过粘接固定。在此截面图中只能看到至少四个安装构件5中的两个。每个地脚螺栓5包括由混凝土钢BSt500S6构成的用于锚定在混凝土体1内的长条部段和伸出混凝土体1外的不锈钢螺纹部段8’。在灰浆床13区域内施加沥青覆层15，其阻止螺纹8’和灰浆层13之间的传力接合。不锈钢螺栓8’不需要其它的耐蚀防护手段，因而可放弃在底板4和圆锥形盘-球形垫圈系统9、10区域内的厚沥青覆层15。

图3示出包括变型的剖视图，在此变型中，地脚螺栓完全穿过混凝土体1。在事后形成的钻孔中装入带沥青覆层15的多个镀锌螺纹杆8，镀锌螺纹杆在构件顶面和底面利用补偿装置9、10和螺母11、12的布置结构被预拉紧。

图3中的支柱3与图1和图2一样具有配设有多个孔的底板4，地脚螺栓5的螺纹部段8、8’延伸穿过所述孔。在底板3下有垫件14如塑料垫块，其中垫件14至少近似安置在底板4的表面重心处。围绕垫件14地给在混凝土体1和底板4之间形成的空隙填充浇灌物料且尤其是灰浆构成的层13。

在地脚螺栓5的螺纹部段8、8’上，在中间接设各自一个补偿装置9、10的情况下拧装上由高强度钢构成的镀锌螺母11，借助该螺母将底板4(预)紧固到混凝土体1或者说浇灌物料层13上。防连接松脱的附加固定利用不锈钢的防失紧固螺母12来实现。紧固螺母12未被锁紧到螺母11上。它仅以5-20Nm且优选约10Nm的拧紧力矩在相同的方向上被拧紧，而没有与之相反地拧动螺母11。拧紧力矩的施加也只在螺母11的二次再拧紧后进行，否则螺母11的作用受阻。

图1和图2未详细示出的底板4在混凝土体1上的固定同样以螺母11、12在中间设有补偿装置9、10的情况下位于地脚螺栓5的螺纹部段8、8’上的方式进行，如图3所示。随后还将详述的补偿装置9和10容许在一定极限条件内补偿由歪斜决定的地脚螺栓纵轴线的角度偏差。由此实现了在螺母11在螺纹部段8、8’上紧固时所产生的拉紧力载荷被中心传递到地脚螺栓5中。图5示出了在混凝土建筑或者说混凝土体1制造时由在建筑工地上的人工作业决定的角度偏差α。

安装构件5优选由不锈钢或镀锌钢构成并且被浇灌或粘结或者说或许穿透锚固在混凝土中。随后，支柱3以其底板4安放，从而每个地脚螺栓5的螺纹部段8、8’穿过底板4的相应的孔。在具有镀锌层的实施方式情况下，螺纹部段8还具有沥青涂层15。为维持支柱3定向所需要的间距，在底板4下安放有垫件14，确切的说，尽量在底板4的表面重心处。

或者，垫件14已被固定安置在底板4下方，从而省掉相对于表面重心的附加调校且也不再存在垫件14在装设支柱3时滑移。因此，支柱3就其纵轴线而言可在任何一个方向转动，以获得相对于理论位置的准确定向。随后，用螺母11暂时紧固。接着，在垫件14周围用浇灌物料或灰浆填充底板4和混凝土体1之间的空隙，由此出现层13。在浇灌物料层13硬化后，拧松螺母11并且镀锌螺纹杆8区域紧接于已有涂层15地，直至到达圆锥形盘-球形垫圈系统9、10下方。在中间接设补偿装置9、10的情况下，高强镀锌螺母11被再次拧固预紧。随后，安装上防失紧固螺母12以附加锁定该连接结构。

图4示出唯一的地脚螺栓5，其包括由BSt500S构成的用于锚定在混凝土内的部段6和或是包含热镀锌或由不锈钢构成的用于螺母11、12拧紧的螺纹部段8、8’。部段6至少在其纵向延伸长度的一部分上呈螺纹钢筋形式，用于获得与混凝土或胶的尽量好的形状配合。

图5示出了补偿装置9、10的截面图，其中补偿装置9、10包括圆锥形盘9和安装在其上的球形垫圈10。这些构件的形状如DIN6319所规定。在此视图中，螺栓8穿过补偿装置9、10，螺栓纵轴线LA2以角度α相对于系统轴线倾斜延伸。圆锥形盘9安放在图1、2、3中与支柱3对齐的底板4上，其轴线LA1平行于支柱系统轴线延伸。为补偿螺纹部段8的倾斜，使球形垫圈10在圆锥形盘9上转动，从而球形垫圈的纵轴线LA2与地脚螺栓的螺纹部段8的纵轴线LA1一致。通过所用的球形垫圈9，提供与六角螺母11的夹紧面平行延伸的力传入面，从而保证恰好在安装构件的地脚螺栓5的纵向上承受负荷。纵轴线LA1和LA2之间的角度用α标示。

图6放大示出支柱3向右侧移对在螺纹杆/螺栓8、8’和紧固螺母11上的受力情况的作用，此时针对理想坚硬的浇灌物料层13的情况。可能的转动中心于是为D。如果浇灌物料13具有与底板4性能一样的性能，则可能的转动中心为E。根据力平行四边形得到作用力F。

图7很草略地示出了支柱3向右侧移对在螺纹杆/销8、8’和紧固螺母11上的受力状况的作用，此时针对软弹性的浇灌物料层13和理想坚硬的垫件14的情况。可能的转动中心于是为G。在这里，也根据力平行四边形得到作用力F。为概览起见，在图6和图7中只示出在一侧的固定。

Claims (18)

1.一种用于在混凝土建筑(1)或基础上的防护隔墙的支柱(3)的固定装置，具有以下特征：

-在混凝土体(1)内设有至少一个锚定件(5)，该锚定件被浇灌入、粘结入或完全引导穿过该混凝土体(1)并且该支柱(3)的底板(4)固定在该锚定件上，

-该锚定件(5)将来自对防护隔墙的作用的载荷传入该建筑(1)，其中多个螺栓(8,8’)被引导穿过该底板(4)，所述螺栓与该锚定件(5)连接并借助圆锥形盘-球形垫圈系统(9,10)和螺母(11)将力居中传入该锚定件(5)，

-该连接结构还利用紧固螺母(12)被紧固，该紧固螺母以5-20Nm拧紧力矩在与其下方的螺母(11)相同的方向上被拧紧，

-在该螺栓(8,8’)上的自由拉紧行程至少在该螺栓(8)和浇灌物料(13)之间包覆有黏弹性涂层(15)，以防止该螺栓(8,8')和浇灌物料之间的传力配合，从而不防碍该螺栓(8,8')伸长。

2.根据权利要求1所述的固定装置，其特征是，设有8.8品级的螺栓(8,8’)，所述螺栓在最终状态中处于25至120kN的预应力下。

3.根据权利要求2所述的固定装置，其特征是，所述螺母(11)以100至550Nm的拧紧力矩被拧紧。

4.根据权利要求1所述的固定装置，其特征是，涂覆用材料(15)是沥青，它具有在建筑的使用寿命内不侵蚀锌和不锈钢且还用于耐蚀的性能。

5.根据权利要求4所述的固定装置，其特征是，涂覆材料(15)是沥青。

6.根据权利要求1所述的固定装置，其特征是，该螺母(11)是镀锌六角螺母。

7.根据权利要求6所述的固定装置，其特征是，所述螺栓(8)由镀锌高强度钢构成，其强度低于镀锌六角螺母(11)，以减小拉紧元件对于应力腐蚀开裂的敏感性。

8.根据权利要求1所述的固定装置，其特征是，在混凝土建筑(1)的芯内的自由拉紧行程在包套管内延伸，该包套管和螺栓(8)之间的间隙填充有黏弹性材料以阻止在螺栓(8)和混凝土体(1)之间的传力配合，由此没有防碍螺栓(8)伸长。

9.根据权利要求8所述的固定装置，其特征是，用于填充包套管的材料是油脂。

10.根据权利要求4所述的固定装置，其特征是，该螺栓(8)被镀锌并且该沥青涂层(15)因耐蚀缘故而直达该补偿件(9,10)。

11.根据权利要求4所述的固定装置，其特征是，该螺栓(8)由不锈钢构成并且该沥青涂层(15)只施加在浇灌物料(13)区域内。

12.根据权利要求1所述的固定装置，其特征是，浇灌物料(13)是灰浆层。

13.根据权利要求1所述的固定装置，其特征是，该螺栓(8,8’)没有垂直于该底板(4)向下伸入混凝土，而是以一个角度(α)向外倾斜。

14.根据权利要求13所述的固定装置，其特征是，该角度(α)介于角度ε和β之间(ε≤α≤β)，其中对于角度ε和β适用的是：

tanε=c/a，和tanβ=(c+d)/b。

15.根据权利要求14所述的固定装置，其特征是，该螺栓(8,8’)以角度ε±30%向外倾斜。

16.根据权利要求1所述的固定装置，其特征是，该紧固螺母以10Nm拧紧力矩在与其下方的螺母(11)相同的方向上被拧紧。

17.根据权利要求2所述的固定装置，其特征是，所述螺栓在最终状态中处于60至90kN的预应力下。

18.根据权利要求3所述的固定装置，其特征是，所述螺母(11)以250至400Nm的拧紧力矩被拧紧。