-
Verfahren und Einrichtungen zum Vermindern der Spannkraftverluste
infolge Reibung der Spannglieder in Spannbetonkörpern Die Erfindung bezieht sich
auf ein Verfahren und auf Einrichtungen zum Vermindern der Spannkraftverluste infolge
Reibung der Spannglieder in Spannbetonkörpern durch Anwendung von Schwingungen.
-
Spannglieder in Spannbetonkörpern bestehen aus einem oder mehreren
hochwertigen Stahlstäben. Bei der Herstellung von Spannbeton mit nachträglichem
Verbund werden diese Spannglieder in rohrartigen Umhüllungen, vorzugsweise aus Blech,
oder in im Beton ausgesparten Kanälen verlegt und nach dem Erhärten des Betons meist
mit hydraulischen Pressen angespannt.
-
In den meisten Fällen hat die Achse der Spannglieder, die Bewehrungslinie,
einen krummlinigen Verlauf. Beim Anspannen eines krummlinig verlaufenden Spanngliedes
drückt sich der Spannstahl an eine Wandung des Gleitkanals mit einer Umlenkkraft
an; dadurch werden Reibungskräfte zwischen Spannstahl und Gleitkanalwandung geweckt.
-
In Wirklichkeit findet jedoch bei diesem Prozeß ein ständiger Wechsel
zwischen Haftreibung und gleitender Reibung statt. Da aber die gleitende Reibung
im allgemeinen viel kleiner ist als die reine Haftreibung, rutscht das Spannglied
bei seinem Anspannen keineswegs gleichmäßig und langsam. Man beobachtet vielmehr
wegen des Wechsels zwischen haftender und gleitender Reibung ein ruckartiges Rutschen
des Spanngliedes.
-
Bekanntgeworden ist ein Verfahren zur Reibungsverminderung durch Aufbringen
der Spannkraft in Stufenstößen. Es besteht darin, daß der Druck der Flüssigkeit
in der hydraulischen Presse der Spannvorrichtung nicht, wie üblich, gleichförmig,
sondern plötzlich erhöht wird. Man kann also auch sagen, daß das Spannglied ruckweise
angespannt wird. Dies aber ist im Grunde bei allen hydraulischen Pressen der Fall,
die mit einer Kolbenpumpe betrieben werden. Die Größe des Rucks läßt sich gut regulieren
durch die Geschwindigkeit des Pumpenkolbens. Da aber wegen des Prinzips der hydraulischen
Pressen der Hubraum der Pumpe klein ist im Verhältnis zum Hubraum der Presse, läßt
sich mit einem Pumpenhub nur ein sehr geringer ruckartiger Pressenhub erzeugen.
Denn die Strömungswiderstände für die hydraulische Flüssigkeit bewirken bei der
geringen Förderleistung eines Pumpenhubes zudem noch einen Ausgleich zwischen den
einzelnen Pumpenhüben.
-
Das bekannte Verfahren beseitigt diesen Übelstand durch Einschaltung
eines Windkessels, der mittels der normalen Kolbenpumpe aufgeladen wird. Nach Betätigung
eines Ventils kann nun die mit vielen Pumpenhüben geförderte Flüssigkeitsmenge auf
einmal unter Druck in die Presse strömen und so den segenannten Stufenstoß erzeugen.
Die Unterteilung eines Spannvorganges in viele Stufenstöße ist nur begrenzt durchführbar,
da die einzelnen Stufenstöße aus den genannten Gründen nicht zu klein sein dürfen.
Das ist ein wesentlicher Nachteil dieses Verfahrens, weil dadurch besonders bei
kleinen Spannwegen die Reibungsverluste nur unvollkommen beseitigt werden.
-
Es ist weiterhin bekannt, daß dann kein nennenswerter Spannkraftverlust
infolge Reibung auftritt, wenn man das System Spannglied - Beton (Gleitkanalwand)
in Schwingungen versetzt.
-
Hierdurch findet ein ausgleichender Prozeß statt, der bei entsprechender
Dauer den gesamten Spannkraftverlust infolge Reibung gleichmäßig auf das ganze Spannglied
verteilt, so daß am-Ende in allen Punkten des Spanngliedes die gleiche Spannkraft
vorhanden ist. Es kann angenorrimen werden, daß dabei das Spannglied in Längsschwingungen
gerät, wodurch das örtliche Verschwinden der Umlenkkräfte und damit der Reibungskräfte
hervorgerufen werden könnte.
-
Es sind Versuche bekanntgeworden, welche die oben angeführten Überlegungen
zum Teil bestätigen. Hierbei wurde durch eine umlaufende Unwucht das System Spannglied
- Beton (bzw. im Versuch Stahl) in Schwingungen versetzt, die transversal eingetragen
wahrscheinlich Längsschwingungen des Spanngliedes erzeugten, deren Schwingungszahl
weit von der Eigenschwingungszahl des Systems entfernt lag. Man ging so vor, daß
man zuerst das Spannglied anspannte und anschließend das System in erzwungene Schwingungen
versetzte.
-
Ein solches Vorgehen ist für die praktische Anwendung des Grundgedankens
ungeeignet, weil während des Anspannens der Spannglieder der Bauwerksbeton
noch
auf dem Lehrgerüst aufliegt. Außerdem ist es wünschenswert, die Schwingungen möglichst
direkt als Längsschwingungen in das Spannglied einzutragen, und zwar schon während
des Spannvorganges, damit ein schneller Ausgleich der Spannkräfte ohne Schaden für
den Beton stattfinden kann.
-
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß während des Spannvorganges
und nachher durch pulsierenden Flüssigkeitsdruck einer hydraulischen Spannpresse
dem Spannglied Längsschwingungen erteilt werden.
-
Hierzu dient folgende Einrichtung: Wie in Fig. 1 schematisch dargestellt
ist, befindet sich im Bauwerksbeton der Gleitkanal 1 und in diesem das Spannglied
2.
-
An einem Ende wird das Spannglied 2 an einer Feder 3 befestigt und
über ein Verbindungsmittel (z. B. Mutter) 4 über den Spannstuhl 5 auf den Bauwerksbeton
6 abgestützt, d. h. an einem Ende ist das Spannglied 2 federnd aufgehängt. Die Kennlinie
der Feder soll so sein, daß auch bei voller Belastung durch die Endspannkraft noch
ein aasreichender Federweg zur Verfügung steht.
-
Am anderen Ende des Spanngliedes 2 befindet sich die hydraulische
Presse (Spannvorrichtung) 7, die sich ebenfalls über einen Stuhl 8 auf den erhärteten
Bauwerksbeton 6 abstützt. Die Zuleitung 9 der Druckflüssigkeit (z. B. Hydrauliköl)
besitzt nun vor der Pumpe 10 - wie aus Fig. 2 ersichtlich - eine Abzweigung mittels
eines T-Stückes. Diese führt zum sogenannten Pulsator.
-
Der Pulsator besteht aus einem Zylinder 11, in dem sich ein kleiner
Kolben 12 bewegt. -Mittels einer Pleuelstange 13 ist dieser mit einer Kurbelwelle
14 verbunden, auf der sich ein Antriebsmotor und ein großes Schwungrad 15 befinden.
Der Pulsator ist so eingerichtet, daß sich einerseits durch eine Vorrichtung der
Kolbenhub und andererseits durch einen Drehzahlregler die Drehzahl des Antriebsmotors
verändern läßt.
-
Dadurch entsteht ein pulsierender Flüssigkeitsdruck, wobei Amplitude
und Frequenz regelbar bleiben. Mittels des Pulsators werden also während des Spannvorgangs
im Spannglied Längsschwingungen erzwungen. Diese müssen den jeweilig vorliegenden
Verhältnissen so angepaßt sein, daß das federnd aufgehängte Spannglied 2 auf seiner
ganzen Länge während des gesamten Spannprozesses in Schwingung versetzt wird. Durch
eine vor der Feder 3 angebrachte Schwingungsmeßvorrichtung kann dies überwacht werden.
Der Pulsator wird dann in Amplitude und Frequenz entsprechend geregelt.
-
ach beendetem Anspannen des Spanngliedes 2 wird auch schließlich der
Pulsator außer Betrieb gesetzt, wenn die gewünschte Soll-Spannkraft an allen Punkten
des Spanngliedes 2 praktisch gleichmäßig vorhanden ist. Anschließend werden die
beiden Spanngliedenden wie üblich im Bauwerksbeton fest verankert und alle Vorrichtungen
können beim nächsten Spannglied wieder benutzt werden.