DE102005030409B4

DE102005030409B4 - Wendelförmiges Bewehrungselement

Info

Publication number: DE102005030409B4
Application number: DE200510030409
Authority: DE
Inventors: Roland Dr.-Ing. Niedermeier; Konrad Univ.-Prof.Dr.-Ing.habil. Dr.-Ing. E.h. Zilch
Original assignee: Technische Universitaet Muenchen
Current assignee: Technische Universitaet Muenchen
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2005-06-30
Publication date: 2009-12-31
Anticipated expiration: 2025-07-01
Also published as: DE102005030409A1

Abstract

Wendelförmiges Bewehrungselement zum Bewehren von Verbundbauteilen mit zwei Arten von Stababschnitten, wobei die in einer Stababschnitte (1, 2, 3, 4; 1', 2', 3', 4'; 1'', ...) enthaltenden Windung für die Aufnahme von Zugkräften infolge einer senkrecht zur Bauteillängsachse x wirkenden Querkraft Q geeigneten Stababschnitte (2, 4; 2', 4'; 2'', ...) parallel sind und in einer Ebene liegen, welche mit der Bauteillängsachse x einen von 90° verschiedenen Winkel einschließt, und die übrigen Stababschnitte (1, 3; 1', 3'; 1'', ...) einer Windung eine Komponente in Richtung der Bauteillängsachse x aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Ebene mit der Bauteillängsachse x sowohl in Richtung der y-Achse eines rechtwinkeligen x-y-z-Koordinatensystems gesehen als auch in Richtung der z-Achse gesehen jeweils einen von 90° verschiedenen Winkel einschließt.

Description

Die Erfindung betrifft ein wendelförmiges Bewehrungselement mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 sowie die Verwendung eines solchen Bewehrungselements gemäß Ansprüchen 23 und 24.
Verbundbauteile zeichnen sich dadurch aus, dass in einem Bauteil mindestens zwei verschiedene Baustoffe eingesetzt werden, die entsprechend ihren spezifischen Eigenschaften das Verhalten des Gesamtbauteils beeinflussen. Bei Bauteilen aus Stahlbeton und Spannbeton werden die Eigenschaften von Beton und Bewehrung in sinnvoller Weise kombiniert. Der Bewehrung, die vorwiegend aus Betonstahl und Spannstahl besteht, kommt im Wesentlichen die Aufnahme konzentrierter Kräfte zu, die infolge äußerer Beanspruchungen auftreten und vom Beton nicht oder nicht mit ausreichend geringer Versagenswahrscheinlichkeit dauerhaft aufgenommen werden können. Vor allem Zugkräfte, die vom Beton infolge seiner geringen Zugfestigkeit nicht abgetragen werden können, werden von der Bewehrung insbesondere nach der Ausbildung von Rissen aufgenommen.
Die Aufnahme von Zugkräften im Verbundbaustoff Stahlbeton bzw. Spannbeton infolge Querkraft und Torsion erfolgt derzeit in den meisten Fällen durch eine Bügelbewehrung. Nach den Regelungen der einschlägigen deutschen Norm DIN 1045-1, die sich hinsichtlich der Querkraftbemessung der Fachwerkanalogie bedient, darf die Querkraftbewehrung aus einer Kombination von Bügeln, die die Längszugbewehrung und die Druckzone umfassen, Schrägstäben und Querkraftzulagen in Form von Körben, Leitern usw., die ohne Umschließung der Längsbewehrung verlegt sind, bestehen. Dabei sind in Balken mindestens 50% der aufzunehrnenden Querkraft durch Bügel abzudecken, welche die Längszugbewehrung und die Druckzone umfassen müssen. Darüber hinaus können bauaufsichtlich zugelassene Bewehrungselemente in Form von Gitterträgem als Querkraft- und Durchstanzbewehrung eingesetzt werden. Die Torsionsbewehrung ist nach DIN 1045-1 durch ein rechwinkliges Bewehrungsnetz aus Bügeln und Längsstäben zu bilden.
Vor allem die bei den nach DIN 1045-1 ausgeführten Stahlbeton- und Spannbetonbauteilen obligatorische Bügelbewehrung ist nur mit einem großen Aufwand zu realisieren. Ein konventioneller Bügel wird meist aus einem Betonstabstahl nach DIN 488 oder bauaufsichtlich zugelassenem, gerichteten Ringmaterial mittels Biegemaschinen hergestellt. Im Bereich der Stabenden des Bügels wird dieser nach DIN 1045-1 durch einen Übergreifungsstoß mit Winkelhaken geschlossen oder mit Haken in der Betondruckzone eines durch Querkraftbiegung beanspruchten Trägers verankert. Im Bereich der Stabenden muss die Form des Bügels vor dem Einbau deshalb zunächst durch mindestens eine von Hand geknüpfte Drahtschlaufe stabilisiert werden oder durch Schweißung geschlossen werden. Um diesen Aufwand zu reduzieren und Material einzusparen werden in EP 1 029 138 B1 ein- oder mehrzellige umlaufende Bügel vorgestellt, die bereits durch die werkmäßige Herstellung eine geschlossene Gestalt aufweisen.
Bei der Herstellung des orthogonalen Bewehrungsnetzes muss jeder einzelne durch Drahtschlaufen oder die werkmäßige Herstellung geschlossene Bügel meist an mehreren Punkten, vorzugsweise in den Ecken, an den Längsstäben durch von Hand geknüpfte Drahtschlaufen fixiert werden. Da die Drahtschlaufen keine biegesteife Verbindung von Längsstäben und Bügeln darstellen, sind vielfach zusätzlich aussteifende Diagonalen in Trägerlängsrichtung anzuordnen. Vielfach werden die Bewehrungsnetze direkt in den Schalungen hergestellt, da die nur durch Drahtschlaufen stabilisierten Körbe auf der Baustelle nicht transportiert werden könnten. Die Herstellung stabiler, robuster Bewehrungsnetze unter Verwendung von Bügeln ist folglich nur mit hohem Personalaufwand zu erreichen. Der Preis für verlegten Betonstahl in Bügelform ist je nach Querschnittsform um den Faktor 2,5 bis 4 höher, wobei etwa die Hälfte auf Personalkosten für das Verlegen entfällt, als der Preis für verlegten Betonstabstahl. Die hohen Verlegekosten führen dazu, dass für die Bügelbewehrung möglichst große Stabdurchmesser und große Bügelabstände gewählt werden, die sich nachteilig auf das Tragverhalten auswirken.
Außer der konventionellen Bügelbewehrung werden neben den bereits oben erwähnten Gitterträgem zur lokalen Aufnahme von hohen Querkraftbeanspruchungen z. B. bei Kragplattenanschlüssen oder in durchstanzgefährdeten Bereichen von Platten besondere bauaufsichtlich zugelassene Bewehrungselemente in Form von Fachwerken vorwiegend aus metallischen Werkstoffen sowie Kopfbolzendübel oder stahlbaumäßige Elemente angeordnet. Die Anordnung der bauaufsichtlich zugelassenen Bewehrungselemente ist mit hohen Kosten verbunden, da bei Ihrer Herstellung große Verformungsenergien aufgewendet werden müssen und/oder Schweißungen durchgeführt werden.
In US 4 119 764 A wird ein spiralförmiger Bewehrungsstab mit hoher Streckgrenze beschrieben, der aufgrund thermischer Vorbehandlung im elastisch gestauchten Zustand transportiert werden kann und sich aufgrund der elastischen Verformung selbst vor dem Einbau auf der Baustelle zu einer wendelförmigen Bewehrung streckt.
In EP 0 956 406 B1 bzw. WO 98/29618 A1 werden mehrzellige antiseismische spiralförmige Bewehrungsbügel für tragende Strukturen beschrieben, die aus einem endlosen Stab mit gleich bleibendem Querschnitt gefertigt werden.
Darüber hinaus wird in EP 0 152 397 A2 ein ein- oder mehrzelliges spiralförmiges Bewehrungselement für Betonbauteile wie Balken und Stützen aus einem endlosen Metalldraht oder -stab beschrieben, der in eine Anzahl spiralförmiger, aufeinander folgender Windungen gebogen wird und einen Abstand der Windungen in Trägerlängsrichtung aufweist sowie ein Verfahren zur Herstellung derartiger Bewehrungselemente. Die Windungen des Bewehrungselements bilden Ebenen, die im Wesentlichen rechtwinklig zur Bauteilachse angeordnet sind und der Abstand der einzelnen Windungen durch einen Stababschnitt erreicht wird, der stets auf einer Seite des Bauteils angeordnet ist. 1 zeigt ein derartiges einzelliges Bewehrungselement für einen Rechteckquerschnitt. Die jeweils aufeinander folgenden Stababschnitte (1), (2), (3) und (4) bilden eine Windung. Die Stababschnitte (1), (2) und (4) liegen in einer Ebene senkrecht zur Bauteillängsachse x. Der Abstand der einzelnen Windungen wird durch Stababschnitt 3 erreicht, der eine Komponente in Trägerlängsrichtung und eine Komponente parallel zu der Ebene durch die Stababschnitte (1), (2) und (4) aufweist.
Die in den Schriften US 4 119 764 A , EP 0 956 406 B1 bzw. WO 98/29618 A1 und EP 0 152 397 A2 beschriebenen wendelförmigen Bewehrungselemente konnten die konventionelle Bügelbewehrung bislang nicht ablösen, da sie verschiedene Nachteile aufweisen. Die in US 4 119 764 A und EP 0 956 406 B1 bzw. WO 98/29618 A1 beschriebenen Bewehrungselemente sind als Wendelbewehrungen mit abschnittweise geradlinig verlaufenden Stababschnitten nicht als Querkraftbewehrungselemente geeignet, da bei den im Massivbau üblichen Rechteckquerschnitten unter Umständen nur ein Stabelement einer kompletten Windung in Richtung der gemäß Fachwerkanalogie aufzunehmenden Zugkräfte verläuft und somit querkraftwirksam angeordnet ist. 2 zeigt ein einzelliges wendelförmiges Bewehrungselement für einen Rechteckquerschnitt. Entsprechend den Schriften US 4 119 764 A , EP 0 956 406 B1 bzw. WO 98/29618 A1 weisen alle geraden Stabelemente eine Komponente in Trägerlängsrichtung auf. 3 zeigt die Ansicht eines mit einem derartigen Bewehrungselement bewehrten Bauteils, das als Einfeldträger durch die Streckengleichlast q beansprucht wird. Auch die Längsbewehrung (7), (8) ist dargestellt. Nur die als durchgezogene Linien dargestellten Stababschnitte (2) bzw. (4) sind hinsichtlich des Querkraftabtrags wirksam. Die gepunktet dargestellten Stababschnitte (2) und (4) verlaufen in Richtung der Druckstreben, die sich nach der Fachwerkanalogie einstellen und sind somit nicht oder nur eingeschränkt in der Lage, die im Falle einer Schubrissbildung entsprechend der Fachwerkanalogie auftretenden Zugkräfte aufzunehmen. Die in US 4 119 764 A und EP 0 956 406 B1 bzw. WO 98/29618 A1 dargestellten Bewehrungselemente sind daher hinsichtlich ihrer wirtschaftlichen Einsatzmöglichkeiten vor allem als Umfassungsbewehrung bei Druckgliedem wie z. B. Stützen zur Lagesicherung der Längsbewehrung und Umschnürung des Betonquerschnitts sowie als Torsionsbewehrung aufzufassen, weniger aber als Bewehrungselemente zur Abtragung von Querkräften.
Zu dem in US 4 119 764 A beschriebenen Bewehrungselement ist ferner anzumerken, dass die zielgerichtete Herstellung des Bewehrungsstabes nur durch ein technisch aufwendiges Verfahren möglich ist. Das Anheben der Streckgrenze durch die thermische Behandlung geht stets einher mit einem Verlust an Duktilität. Hinsichtlich der Bemessung, die sowohl Anforderungen an die Festigkeit des Bewehrungsstabes als auch an dessen Verformbarkeit stellt, ist die Einhaltung eng gesteckter Grenzwerte zwingend erforderlich. Mit der thermischen Behandlung beinhaltet das in US 4 119 764 A beschriebene Herstellungsverfahren einen schwer beherrschbaren technischen Prozess, dessen erfolgreiche Anwendung in starkem Maße von den uneinheitlichen und streuenden Eigenschaften des Ausgangsmaterials abhängt. Diesen schwierigen Randbedingungen steht nur der in wirtschaftlicher Hinsicht relativ unbedeutende Vorteil gegenüber, dass das spiralförmige Bewehrungselement im elastisch komplett gestauchten Zustand transportiert werden kann. Anwendungen des in US 4 119 764 A beschriebenen Bewehrungselements in größerem Umfang wurden bislang nicht bekannt.
Das in EP 0 152 397 A2 beschriebene Bewehrungselement, bei dem drei Stababschnitte einer Windung in einer Ebene senkrecht zur Trägerlängsachse liegen, entspricht in seiner Wirkungsweise weitestgehend einer konventionellen Bügelbewehrung, bei der die Bügel rechtwinklig zur Bauteillängsachse x angeordnet werden. Es kann deshalb als Bewehrungselement für die Abtragung von Querkräften eingesetzt werden. Jedoch ist ein derartiges Bewehrungselement aufwendiger herzustellen als die in den Patentschriften US 4 119 764 A und EP 0 956 406 B1 bzw. WO 98/29618 A1 beschriebenen Wendeln, die sich für die im Stahlbetonbau üblicherweise gewählten Rechteckquerschnitte durch eine höhere Gleichförmigkeit auszeichnen. Durch die Verbindung der einzelnen Windungen über Stababschnitte, die nur auf einer Seite des Bauteils angeordnet sind, ist auch der entstehende Bewehrungskorb weniger stabil als die in US 4 119 764 A und EP 0 956 406 B1 bzw. WO 98/29618 beschriebenen Wendeln, so dass unter Umständen jede Windung manuell an den Längsbewehrungsstäben fixiert werden muss. Durch den in EP 0 152 397 A2 dargestellten über die Trägerlänge konstanten Abstand der Windungen ist ferner eine Anpassung an den Querkraftverlauf nur durch den abschnittsweisen Einsatz mehrerer Bewehrungselemente möglich.
Weiterhin beschreibt die gattungsbildende EP 1 469 135 A1 ein wendelförmiges Element zum Bewehren von Verbundbauteilen mit zwei Arten von Stababschnitten, wobei die in einer Windung für die Aufnahme von Zugkräften infolge einer senkrecht zur Bauteillängsachse wirkenden Querkraft geeigneten Stababschnitte in einer Ebene liegen, die mit der Bauteillängsachse einen von 90° verschiedenen Winkel einschließt. Die übrigen Stababschnitte einer Windung weisen eine Komponente in Richtung der Bauteillängsachse auf.
Schließlich zeigt die EP 0 781 891 A1 eine Bewehrung für auf Stützen aufgelagerte Flachdecken, ein Schubbewehrungselement sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Bewehrung. Die gezeigte Bewehrung besteht aus einer oberen und unteren horizontalen Biegebewehrung und Schubbewehrungselementen für Flachdecken aus Stahl- oder Spannbeton. Die Form der Schubbewehrungselemente verläuft ähnlich einer Schraubenlinie, deren Längsachse annähernd horizontal verläuft. Die Schubbewehrungselemente sind an der oberen und/oder unteren Biegebewehrung abgestützt und/oder befestigt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Vorrichtung zur Bewehrung von Verbundbauteilen und die mit der Vorrichtung bewehrten Bauteile so auszubilden, dass eine optimale Wirksamkeit des Bewehrungselementes hinsichtlich der Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit bei geringen Herstellungs- und Verlegekosten erreicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein wendelförmiges Bewehrungselement mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst, das wie eine konventionelle Bügelbewehrung nahezu den gesamten Querschnitt oder Querschnittteile des Verbundbauteils umschließt und aus zwei Arten von Stababschnitten besteht. Stababschnitte, die aufgrund Ihrer Ausrichtung für die Aufnahme von Zugkräften infolge einer senkrecht zu Bauteillängsachse wirkenden Querkraft Q geeignet sind, liegen in einer Ebene, die mit der Bauteillängsachse einen von 90° verschiedenen Winkel einschließt, wodurch außerordentlich effiziente Anordnungen der querkraftwirksamen Stababschnitte erreicht werden können. Die übrigen Stababschnitte einer Windung weisen eine Komponente in Richtung der Bauteillängsachse x auf. Dadurch wird eine stabile Positionierung der querkraftwirksamen Stababschnitte erreicht. Außerdem führt diese Anordnung zur Ausbildung des planmäßigen Abstands s_w der einzelnen Windungen des Bewehrungselements in Trägerlängsrichtung. Ferner kann eine größere Gleichförmigkeit des Bewehrungselements erreicht werden, welche die Herstellung des Bewehrungselements vereinfacht. In gewissem Umfang dienen die nicht querkraftwirksamen Stababschnitte auch der Aufnahme von Kräften in Trägerlängsrichtung. Das erfindungsgemäße wendelförmige Bewehrungselement vereint damit die Vorzüge einer konventionellen Querkraftbewehrung aus einzelnen Bügeln mit den Vorteilen einer für die maschinelle Herstellung besonders geeigneten Wendel.
Bevorzugt soll das erfindungsgemäße Bewehrungselement aus einem Werkstoff mit hoher Zugfestigkeit hergestellt werden. Besonders geeignet dafür sind plastisch verformbare metallische Werkstoffe oder Faserverbundwerkstoffe, die durch Laminieren in der Form des Bewehrungselements hergestellt werden. Die Oberfläche des Bewehrungselements ist entweder glatt, in bevorzugter Weise hinsichtlich des Verbundverhaltens aber aufgeraut, profiliert, gerippt oder mit umlaufenden bzw. unterbrochenen Gewindegängen versehen. Für die Bewehrung von Stahlbeton- und Spannbetonbauteilen besonders geeignet sind Bewehrungselemente aus Betonstahl mit gerippter Oberfläche, der als Ausgangsprodukt entweder in Form von Stäben oder als Ringmaterial vorliegen kann.
Zusätzlich weist das wendelförmige Bewehrungselement neben den geringen Verlegekosten und der geringen Anfälligkeit für Ausführungsfehler folgende Vorteile gegenüber einer konventionellen Querkraftbewehrung mit manuell oder werkmäßig nach EP 1 029 138 B1 geschlossenen Bügeln auf:
Da konventionelle Bügel mit einem Übergreifungsstoß geschlossen werden müssen, weist das wendelförmige Bewehrungselement bei geringerem Materialverbrauch und gleicher Tragfähigkeit mindestens gleichwertige Eigenschaften hinsichtlich der auftretenden Rissbreiten auf. Bei einer konventionellen Bügelbewehrung werden im Hinblick auf die Minimierung der Verlegekosten große Stabdurchmesser d und große Bügelabstände s_w gewählt. Für das wendelförmige Bewehrungselement können kleine Stabdurchmesser d und geringe Abstände a bzw. b gewählt werden.
Kleinere Stabdurchmesser weisen wegen des günstigeren Verhältnisses von Umfang zu Stabquerschnitt kürzere Verankerungslängen auf und führen so zu kleineren Rissbreiten. Geringere Stababstände führen unter Umständen zu geringeren Rissabständen und somit ebenfalls zu geringeren Rissbreiten. Geringere Rissbreiten ermöglichen den Abtrag eines höheren Kraftanteils durch die Verzahnung der Rissufer, wodurch insgesamt ein geringerer Bewehrungsgrad erforderlich wird.
Die Wahl kleinerer Stabdurchmesser, die für das wendelförmige Bewehrungselement zu wirtschaftlichen Lösungen führen kann, ermöglicht einen geringeren Abstand der zu umschließenden Längsbewehrungsstäbe vom Bauteilrand und damit eine Vergrößerung des Hebelarms der inneren Kräfte, wodurch auch der Längsbewehrungsgrad gesenkt werden kann.
Ferner ermöglicht die Wahl kleinerer Stabdurchmesser durch die geringeren auftretenden elastischen Rückstellkräfte beim Biegen eine maschinelle Herstellung der Bewehrungselemente mit höherer Maßgenauigkeit bzw. geringeren Produktionstoleranzen.
Geringe Stababstände können unter Umständen in Bereichen des Verbundbauteils, z. B. in der Platte eines Plattenbalkenquerschnitts zu einem dreiaxialen Spannungszustand und in der Folge zu höheren Tragfähigkeiten des Verbundbauteils und zu geringeren Bewehrungsgraden führen.
Gegenüber dem in EP 0 152 397 A2 beschriebenen Bewehrungselement weist die erfindungsgemäße Vorrichtung die folgenden Vorteile auf:
Das erfindungsgemäße wendelförmige Bewehrungselement zeichnet sich gegenüber dem in EP 0 152 397 A2 beschriebenen Bewehrungselement durch eine ausgeprägte Gleichförmigkeit aus, die sich für den baupraktisch bedeutensten Fall des Rechteckquerschnitts und regelmäßigen Stababständen (a = b = const.) je Windung aus zwei gleichartigen, aufeinander folgenden Stabgruppen (1) (2) und (3) (4) zusammensetzt. Im Gegensatz dazu kann, wie aus 1 ersichtlich ist, eine Windung des in EP 0 152 397 A2 beschriebenen Bewehrungselements nur aus zwei unterschiedlichen Stabgruppen z. B. (1) (2) und (3) (4) zusammengesetzt werden. Die Gleichförmigkeit ist von grundlegender Bedeutung für die Wirtschaftlichkeit der werkmäßigen Herstellung des Bewehrungselements. Je gleichförmiger das Bewehrungselement aufgebaut ist, desto weniger abweichende Produktionsschritte sind erforderlich und desto einfacher können die Produktionsmittel gestaltet werden.
Das erfindungsgemäße wendelförmige Bewehrungselement zeichnet sich gegenüber dem in EP 0 152 397 A2 beschriebenen Bewehrungselement durch eine große räumliche Stabilität aus, da jeder der querkraftwirksamen vertikalen Stababschnitte (2), (4) bzw. der gegen die Bauteillängsachse vorteilhaft geneigten Stababschnitte (2'), (4'), (2''), (4'') jeweils durch zwei Stababschnitte (1) und (3) fixiert wird, die sowohl eine Komponente in Bauteillängsrichtung als auch eine Komponente senkrecht zur Bauteillängsachse aufweisen. Wie aus 1 ersichtlich ist, bedingt eine gleichartige Verdrehung der Stababschnitte (2) und (4) um die y-Achse bei dem in EP 0 152 397 A2 beschriebenen Bewehrungselement Verformungen an einem Knoten (2)–(3) bzw. (3)–(4) je Stababschnitt, bei dem erfindungsgemäßen wendelförmigen Bewehrungselement Verformungen an zwei Knoten (1)–(2) und (2)–(3) bzw. (3)–(4) und (4)–(1) je Stababschnitt. Von besonderer Bedeutung ist die räumliche Stabilität beim Transport und Einbau des Bewehrungskorbes in die Schalung bei kleinen Stabdurchmessern d. Eine unplanmäßige Verdrehung der Stababschnitte (2) und (4) nach der werkmäßigen Herstellung des Bewehrungselements kann dessen Wirksamkeit entscheidend beeinträchtigen.
Das erfindungsgemäße wendelförmige Bewehrungselement ermöglicht gegenüber dem in EP 0 152 397 A2 beschriebenen Bewehrungselement die Ausführung geneigter querkraftwirksamer Stababschnitte, die mit Parallelen zur Bauteillängsachse x einen von 90° abweichenden Winkel einschließen. 4 zeigt ein erfindungsgemäßes wendelförmiges Bewehrungselement mit geneigten Stababschnitten (2), (4). Eine besonders vorteilhafte Anwendung zeigt 5, bei der sich geneigte Stababschnitte (2'), (4') bzw. (2''), (4'') bereichsweise mit vertikalen Stababschnitten (2), (4), die mit Parallelen zur Bauteillängsachse x einen Winkel von 90° einschließen, abwechseln. Diese Art der bereichsweisen Anordnung geneigter und vertikaler Stababschnitte kann dann zu besonders wirtschaftlichen Lösungen führen, wenn in Abschnitten des Verbundbauteils Querkräfte wechselnden Vorzeichens, beispielsweise infolge veränderlicher Einzellasten, auftreten können.
Das erfindungsgemäße wendelförmige Bewehrungselement zeichnet sich gegenüber dem in EP 0 152 397 A2 beschriebenen Bewehrungselement durch eine Mitwirkung der Stababschnitte (1) und (3) an Aufnahme der in Bauteillängsrichtung wirkenden Zug- und Druckkräfte aus. Wie 1 für das in EP 0 152 397 A2 beschriebene Bewehrungselement zeigt, kann sich Stababschnitt (3) bei diesem Bewehrungselement je nach seiner Anordnung nur in der Biegezugzone oder der Biegedruckzone eines durch Querkraftbiegung beanspruchten Trägers an der Längskraftaufnahme beteiligen. Beim erfindungsgemäßen wendelförmigen Bewehrungselement können sich sowohl Stababschnitt (1) als auch Stababschnitt (3) an der Längskraftaufnahme in der Biegezug- und Biegedruckzone beteiligen. Besonders geeignet dafür sind wegen ihrer kurzen Verankerungslänge kleine Stabdurchmesser, die wie oben ausgeführt auch hinsichtlich der Querkraftabtragung zu wirtschaftlichen und außerordentlich effizienten Lösungen führen.
Das erfindungsgemäße wendelförmige Bewehrungselement zeichnet sich gegenüber dem in EP 0 152 397 beschriebenen Bewehrungselement durch die Möglichkeit von entlang der Bauteillängsachse veränderlichen Abständen der für die Querkraftabtragung nach der Fachwerkanalogie vorgesehenen Stababschnitte (2) und (4) bzw. (2') und (4') bzw. (2'') und (4'') aus. Ein wesentliches Merkmal des in EP 0 152 397 A2 beschriebenen Bewehrungselements ist, wie 1 zeigt, der gleiche Abstand der einzelnen durch die Stababschnitte (4), (1) und (2) beschriebenen Windungsebenen, der durch Stababschnitt (3) erreicht wird, der stets auf einer bestimmten Seite des Bauteils angeordnet ist. Im Falle der baupraktisch stets auftretenden Streckengleichlasten resultieren über die Bauteillängsachse x veränderliche Querkräfte. Eine in wirtschaftlicher Hinsicht optimale Bewehrungsanordnung berücksichtigt diese Veränderlichkeit. Dies kann in sinnvoller Weise durch eine Abstufung der Abstände der einzelnen Windungen erfolgen.
In den folgenden Abschnitten werden weitere besonders vorteilhafte Anwendungen des erfindungsgemäßen wendelförmigen Bewehrungselements beschrieben.
Sofern die Anordnung von Bewehrungselementen mit unterschiedlichen Außenabmessungen nicht möglich ist, kann mit dem in 6 dargestellten Bewehrungselement, das sowohl vertikale Stababschnitte (2) und (4) sowie geneigte Stababschnitte (2') und (4') bzw. (2'') und (4'') aufweist, eine ähnliche Wirkung erzielt werden wie mit der in 5 abgebildeten Anordnung. Im Gegensatz zu der Anordnung gem. 5 sind die vertikalen und geneigten Stababschnitte nicht bereichsweise über die Bauteillängsachse sondern abwechselnd paarweise angeordnet.
Eine Bewehrungswirkung wie bei dem in 7 dargestellten Bewehrungselement kann auch erreicht werden, wenn sich ein Bewehrungselement aus jeweils zwei Stabelementen zusammensetzt, die sich durch abwechselnd angeordnete vertikale (2) und (4') bzw. (2''') und (4'') und geneigte (2') und (4) bzw. (2'') und (4''') Stababschnitte auszeichnen. Als eine Windung im Sinne der Erfindung sind hierbei die Stababschnittfolgen (1), (2''), (3'') und (4) bzw. (1''), (2), (3) und (4'') bzw. (1'), (2'''), (3''') und (4') bzw. (1'''), (2'), (3') und (4''') zu verstehen.
7 zeigt eine weitere besonders vorteilhafte Anwendung des erfindungsgemäßen Bewehrungselements, bei der die Neigungen der Stababschnitte (2) bis (2^VIII ) bzw. (4) bis (4^VIII ) gegen die Bauteillängsachse x in Richtung der x-Achse bei unveränderlichem Abstand s_w der Windungen kontinuierlich abgestuft sind. Dadurch kann in Bereichen höherer Querkraftbeanspruchung, in welchen ein Vorzeichenwechsel der Querkraft ausgeschlossen werden kann, durch die geringere Neigung der querkraftwirksamen Stababschnitte gegen die Bauteillängsachse x ein hoher Wirkungsgrad der Querkraftbewehrung erreicht werden. In den Bereichen geringer Querkraftbeanspruchung hingegen ist wegen der großen Neigung der querkraftwirksamen Stababschnitte gegen die Bauteillängsachse x, die mit Parallelen zur x-Achse Winkel bis zu 90° einschließen, ein Vorzeichenwechsel der Querkraft infolge veränderlicher Stellung der äußeren Lasten auf dem Verbundbauteil möglich. Eine noch effizientere, hier allerdings nicht dargestellte Möglichkeit kann durch die Kombination von veränderlicher Neigung der querkraftwirksamen Stababschnitte und veränderlichem Abstand s_w erreicht werden.
In 8 ist der Querschnitt einer Bewehrungsanordnung mit eingebauten Längsbewehrungsstäben abgebildet. Die Biegezug- bzw. Biegedruckbewehrung (7) bzw. (8) eines durch Querkraftbiegung beanspruchten Verbundbauteils ist wie die konstruktiv zugelegte Bewehrung (9) in den Ecken der in der Querschnittsprojektion entstehenden Zellen platziert und entspricht damit der baupraktisch üblichen Anordnung. Wegen der bereits vor dem Einbau des Bewehrungselements erfolgten exakten Positionierung der querkrafiwirksamen Stababschnitte und der hohen räumlichen Stabilität des erfindungsgemäßen wendelförmigen Bewehrungselements müssen die Längsbewehrungsstäbe nur in wenigen Punkten durch Verrödelung, Schweißen, Löten oder mittels Verbindungselementen fixiert werden. Dies kann bereits im Herstellwerk oder auf der Baustelle vor bzw. nach dem Einbau des Bewehrungselements in die Schalung des Verbundbauteils erfolgen.
Besonders vorteilhaft ist der Einsatz erfindungsgemäßer wendelförmiger Bewehrungselemente als Durchstanzbewehrung in hoch querkraft- und momentenbeanspruchten Bereichen von Flachdecken. 9 zeigt ein Bewehrungselement mit vertikalen und geneigten querkraftwirksamen Stababschnitten (2) und (4) bzw. (2') und (4') sowie (2'') und (4''). Im Unterschied zu der Anordnung nach 5 sind die querkraftwirksamen geneigten Stababschnitte (2') und (4') bzw. (2'') und (4'') von der Mitte oben des Bewehrungselements nach außen, unten geneigt. Die Anordnung nach 5 ist für einen Einsatz als Querkraftbewehrung in einem Verbundbauteil zwischen zwei Momentennullpunkten vorgesehen, so dass die Querkräfte von der Mitte des Bewehrungselements in Richtung der Bauteillängsachse x nach außen abgetragen werden müssen. Im Gegensatz dazu müssen die Querkräfte bei der Durchstanzbewehrung nach 9 von außen in Richtung der Bauteillängsachse x zum Mittelbereich des Bewehrungselements übertragen werden, der über der Stütze angeordnet wird. Wegen der bevorzugten Wirkungsrichtung der geneigten Stababschnitte (2') und (4') bzw. (2'') und (4'') empfehlen sich Bewehrungselemente nach 9 vor allem für rotationssymetrische Anordnungen um die Stütze entsprechend der in 10 dargestellten Draufsicht. Nicht dargestellt sind in diesem Bild die Längsbewehrungsstäbe. Die aus wirtschaftlichen Gründen notwendige Abstufung des Querkraftbewehrungsgrads ausgehend von der Stütze ergibt sich aus der rotationssymmetrischen Anordnung mehrerer Bewehrungselemente.

Claims

Wendelförmiges Bewehrungselement zum Bewehren von Verbundbauteilen mit zwei Arten von Stababschnitten, wobei die in einer Stababschnitte (1, 2, 3, 4; 1', 2', 3', 4'; 1'', ...) enthaltenden Windung für die Aufnahme von Zugkräften infolge einer senkrecht zur Bauteillängsachse x wirkenden Querkraft Q geeigneten Stababschnitte (2, 4; 2', 4'; 2'', ...) parallel sind und in einer Ebene liegen, welche mit der Bauteillängsachse x einen von 90° verschiedenen Winkel einschließt, und die übrigen Stababschnitte (1, 3; 1', 3'; 1'', ...) einer Windung eine Komponente in Richtung der Bauteillängsachse x aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Ebene mit der Bauteillängsachse x sowohl in Richtung der y-Achse eines rechtwinkeligen x-y-z-Koordinatensystems gesehen als auch in Richtung der z-Achse gesehen jeweils einen von 90° verschiedenen Winkel einschließt.
Wendelförmiges Bewehrungselement nach Anspruch 1, das durch Aufbringung plastischer Verformungen auf einen quasi endlosen Stab an den Berührpunkten der einzelnen Stababschnitte hergestellt ist.
Wendelförmiges Bewehrungselement nach Anspruch 1, das durch Fügen einzelner Stababschnitte hergestellt ist.
Wendelförmiges Bewehrungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das aus einem metallischen Werkstoff hergestellt ist.
Wendelförmiges Bewehrungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das aus einem mineralischen Baustoff hergestellt ist.
Wendelförmiges Bewehrungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das aus einem Kunststoff hergestellt ist.
Wendelförmiges Bewehrungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das aus einem Verbundwerkstoff hergestellt ist.
Wendelförmiges Bewehrungselement nach Anspruch 7, das aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt ist.
Wendelförmiges Bewehrungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das aus einem Stab mit profilierter Oberfläche hergestellt ist.
Wendelförmiges Bewehrungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das aus einem Stab mit gerippter Oberfläche hergestellt ist.
Wendelförmiges Bewehrungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das aus einem Stab mit Gewindeoberfläche hergestellt ist.
Wendelförmiges Bewehrungselement nach Anspruch 4, das aus Betonstahl hergestellt ist.
Wendelförmiges Bewehrungselement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Betonstahl einen Durchmesser von mindestens 3 mm und maximal 20 mm aufweist.
Wendelförmiges Bewehrungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Aufnahme von Zugkräften infolge einer senkrecht zur Bauteillängsachse x wirkenden Querkraft Q geeigneten Stababschnitte aufeinander folgender Windungen mit Parallelen zur Bauteillängsachse x in Bereichen des Bewehrungselements den gleichen Winkel einschließen.
Wendelförmiges Bewehrungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Aufnahme von Zugkräften infolge einer senkrecht zur Bauteillängsachse x wirkenden Querkraft Q geeigneten Stababschnitte aufeinander folgender Windungen mit Parallelen zur Bauteillängsachse x in Bereichen des Bewehrungselements einen abweichenden Winkel einschließen.
Wendelförmiges Bewehrungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Windungen in Bereichen des Bewehrungselements in Richtung der Bauteillängsachse konstante Abstände aufweisen.
Wendelförmiges Bewehrungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Windungen in Bereichen des Bewehrungselements in Richtung der Bauteillängsachse x veränderliche Abstände aufweisen.
Wendelförmiges Bewehrungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Bewehrungselements Bewehrungsstäbe in Bauteillängsrichtung angeordnet sind.
Wendelförmiges Bewehrungselement nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewehrungsstäbe aus metallischen Werkstoffen bestehen.
Wendelförmiges Bewehrungselement nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewehrungsstäbe Betonstähle sind.
Wendelförmiges Bewehrungselement nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewehrungsstäbe punktuell durch Verrödelung mit dem Bewehrungselement verbunden sind.
Wendelförmiges Bewehrungselement nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewehrungsstäbe punktuell durch Fügen mit dem Bewehrungselement verbunden sind.
Verwendung eines wendelförmigen Bewehrungselements nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Querkraftbewehrung in Verbundbauteilen.
Verwendung eines wendelförmigen Bewehrungselements nach einem der Ansprüche 1 bis 22 als Durchstanzbewehrung in Verbundbauteilen.
Wendelförmiges Bewehrungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Stababschnitte einer Windung des Bewehrungselements in der Querschnittsprojektion auf eine Ebene senkrecht zur Bauteillängsachse x eine einzellige polygonzugartige Figur mit Eckausrundungen beschreiben.