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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung einer Endverankerung von Bewehrungsfasern für ein Betonbauteil sowie die Endverankerung. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Spannkonstruktion für das Spannen eines Spannglieds für ein Spannbetonbauteil, wobei das Spannglied Fasern oder Filamente, insbesondere Bewehrungsfasern, umfasst, nachfolgend als faserförmiges Spannglied bezeichnet.
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Der Einsatz von Spanngliedern erfolgt insbesondere bei der Herstellung von Spannbeton. Dieser unterscheidet sich von sonstigem bewehrtem Beton durch eine planmäßige Vorspannung der Bewehrungselemente, die zu einer Vordehnung dieser Bewehrungselemente führt. Die derart vorgespannten bzw. vorgedehnten Bewehrungselemente werden als Spannglieder bezeichnet. Dabei tragen die gedehnten Spannglieder durch ihre Anker oder direkt durch Verbund mit dem Beton eine erwünschte Drucklast als Vorbelastung in den Beton ein. Dadurch erhält dieser zumindest eine Druckbelastung, die wenigstens einen Teil der Zug- und Biegelasten, die auf das eingebaute Betonbauteil wirken, kompensiert.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Spannbetonbauteils in einer Betonierschalung unter Anwendung einer Spannkonstruktion. Die Bewehrungsfasern bzw. das Spannglied bestehen bevorzugt aus nicht metallischen Materialien.
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Der Baustoff Beton kann aufgrund seiner vielen positiven Eigenschaften nahezu überall eingesetzt werden. Damit der Baustoff jedoch wirtschaftlich und effizient funktioniert, müssen Bewehrungselemente integriert werden. Diese haben im Verbundwerkstoff die Aufgabe, nach dem Reißen des Betons auftretende Zugkräfte abzutragen. Erst mit dieser Aufgabenteilung, der Beton nimmt die Druck- und die Bewehrung die Zugkräfte auf, entsteht ein effizienter Verbundwerkstoff.
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Als Bewehrungselemente kommen nach dem Stand der Technik im Stahl- und Spannbeton überwiegend Stäbe bzw. Matten oder Litzen aus Betonstahl bzw. Spannstahl zum Einsatz. Diese besitzen aber den entscheidenden Nachteil, dass sie korrosionsanfällig sind.
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Aus diesem Grund werden auch vermehrt isolierte Bewehrungsfasern oder Faserverbundkunststoffe eingesetzt. Faserverbundkunststoffe (FVK) bestehen aus zwei unterschiedlichen Komponenten, den Verstärkungsfasern und einer Kunststoffmatrix, und sind im Gegensatz zu Stahl nicht korrosionsanfällig. Des Weiteren besitzen Bewehrungselemente aus FVK gegenüber Stahl höhere Zugfestigkeiten in Lastrichtung und eine geringere Dichte. Somit bietet sich der Einsatz von FVK im Bauwesen an. Mit der Verwendung von nichtmetallischen Bewehrungen im Bausektor kann die Betondeckung, die beim Stahlbeton häufig mehrere Zentimeter betragen muss, auf ein Minimum reduziert werden. Infolgedessen kann nicht nur Beton gespart und somit der CO2-Ausstoß reduziert werden, sondern die Konzeption von leichteren und schlankeren Bauteilen ist möglich.
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Sind die Bauteile jedoch zu schlank, so stellt der Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit, im Allgemeinen der Nachweis der maximal zulässigen Verformung, eine große Herausforderung dar. Um diese Problematik zu umgehen, kann die Vorspannung der Bewehrung, wie oben beschrieben, eine sinnvolle Alternative sein. Dabei wird gezielt eine Druckkraft durch das Vorspannen der Bewehrung auf den Beton aufgebracht. Diese Druckbeanspruchung muss durch eine Belastung erst abgebaut werden, bevor der Beton reißen kann. Das Reißen des Betons setzt somit bei einer höheren Last ein, die Verformungen sind folglich geringer.
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Mit der Vorspannung der Bewehrung, unabhängig vom verwendeten Material, kann die Risskraft gezielt angehoben werden, um ein funktionstüchtiges Erscheinungsbild des Bauteils gewährleisten zu können. Werden bei der Vorspannung Faserverbundkunststoffe als Spannbewehrung verwendet, so stellt die Verankerung dieser Faserverbundkunststoffe aufgrund des anisotropen Materialverhaltens eine besondere Herausforderung dar. Im konventionellen Spannbetonbau werden zur Verankerung der Stahlelemente Keilverankerungen eingesetzt. Diese können bei FVK aufgrund der Querdruckempfindlichkeit des Materials nicht verwendet werden. Aus diesem Grund müssen neue Verankerungsvarianten für vorgespannte Faserverbundkunststoffe entwickelt werden. Gleiches gilt für reine Bewehrungsfasern ohne Kunststoffverbund, wie z. B. Carbon-, Glas- oder Basaltfasern.
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Im Stand der Technik wird strikt zwischen der Vorspannung mit Zuggliedern aus Stahl und aus Faserverbundkunststoffen unterschieden. Beim Vorspannen mit Stahl werden im Allgemeinen Keile zur Verankerung verwendet. Weiterhin kommen auch folgende Verankerungsvarianten zum Einsatz:
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- • Verankerung über Gewinde und Muffen,
- • Verankerung über Schlaufenbildung,
- • Verankerung durch Verbund (z. B. durch aufgezwirbelte Litzenenden).
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Jedoch können die genannten Verankerungsvarianten aufgrund der Querdruckempfindlichkeit von Bewehrungsfasern bzw. Faserverbundkunststoffen nicht oder nur ansatzweise zur Spannverankerung von Faserverbundkunststoffen verwendet werden. Infolgedessen wurden in den letzten Jahren einige Ansätze zur Verankerung von FVK entwickelt. Nachfolgend wird ein kurzer Überblick über den diesbezüglichen Stand der Technik gegeben.
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Eine bekannte Variante stellt die Verankerung durch Verguss dar. Die Vergussverankerung von FVK ist heutzutage die gebräuchlichste Variante. Dabei wird das Zugglied in einen Vergusskörper aus einer Kunststoffmatrix oder einem mineralischen Mörtel eingebettet. Zusätzlich ist der Vergusskörper mit einem Metallzylinder oder einem Zylinder aus FVK versehen. Der Zylinder, der den Vergusskörper umgibt, kann in verschiedenen Geometrien und Formen ausgeführt werden, sodass eine auf das FVK-Spannelement angepasste Lastübertragung möglich ist.
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Bekannt ist ebenfalls die Verankerung durch Klemmen. Dieses Konstruktionsprinzip beruht auf der Keilverankerung von Spannstahlelementen. Jedoch können die bekannten Keilverankerungsvarianten nicht ohne weiteres auf FVK angewendet werden, da die Keilvorrichtungen die Kunststofffasern aufgrund deren Querdruckempfindlichkeit zu stark schädigen würden. Aus diesem Grund dürfen die Kräfte nicht direkt vom Keil auf das FVK-Element übertragen werden, weshalb ein angewandtes Konstruktionsprinzip darin besteht, dass zwischen dem Spannelement und der Keilvorrichtung eine Hülse aus einem weicheren Material als Stahl (z. B. aus Kupfer oder Aluminium) angeordnet wird. Weitere Klemmvarianten zur Verankerung von FVK sind z. B.:
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- • Verankerung durch einen Zweikomponentenkeil,
- • Verankerung mittels Lamellenanker,
- • Verankerung mittels Dehnungsklemmanker.
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Eine solche Lösung ist in der Druckschrift
WO 1998/009042 A1 beschrieben, wobei ein Konus vorgesehen ist, in dem die Fasern geklemmt werden.
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Zur Anwendung kommt nach dem Stand der Technik zudem die Verankerung durch Umlenken. Das Prinzip der Verankerung durch das Umlenken der FVK-Spannlitzen wird beispielhaft bei Strangschlaufen verwendet. Dabei werden die Spannelemente mehrfach um zwei gegenüberliegende Bolzen oder spezielle Formteile gewickelt. Der Kraftschluss der freien Enden des Zugelementes erfolgt durch Verkleben bzw. Verschweißen. Dabei erfolgt das Verschweißen von FVK durch Erwärmung. Mit der Verschweißung kann folglich ein in sich geschlossenes System gebildet werden. Prinzipiell wird bei Strangschlaufen zwischen laminiert und nicht laminiert unterschieden. Nicht laminierte Strangschlaufen sind untereinander nicht verbunden. Die Kraftübertragung zwischen den einzelnen Strangschlaufen erfolgt über die Reibung. Dagegen sind bei laminierten Strangschlaufen die einzelnen Schichten mit einer Matrix untereinander verklebt.
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Da sich die vorliegende Erfindung mit der Verankerungskonstruktion von FVK-Elementen beschäftig, werden nachfolgend ausschließlich die Nachteile der bestehenden Prinzipien für Faserverbundkunststoffe beschrieben.
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Bei der Vergussverankerung besteht ein wesentlicher Nachteil darin, dass die Lastverteilung innerhalb der Verankerungslänge ungleichmäßig verläuft. Infolgedessen entstehen am Ort der Lasteinleitung hohe Spannungen am Spannelement, weshalb das Spannglied am Ort der Lasteinleitung vor Erreichen der maximalen Zugtragfähigkeit versagt. Weiterhin kann bei dieser Art der Verankerung die Dauerhaftigkeit der Konstruktion beeinträchtigt werden, wenn die Fasern - im Speziellen bei der Verwendung von Carbon - in Kontakt mit der äußeren Metallhülse geraten.
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Bei einer Klemmverankerung können die Fasern durch die Schrauben oder durch das Aufbringen eines zu hohen Klemmdrucks beschädigt werden, weshalb ein vorzeitiges Versagen der Fasern im Verankerungsbereich nicht ausgeschlossen werden kann. Weiterhin kann auch bei dieser Verankerungsvariante die Dauerhaftigkeit gefährdet sein, sofern die Klemmkonstruktion im direkten Kontakt zum FVK steht. Zusätzlich können bei Klemmverankerungen in Abhängigkeit von der gewählten Konstruktion hohe Spannungskonzentrationen am Übergang zwischen der Klemmung und der freien Länge entstehen, was wiederum zu einem vorzeitigen Versagen der Fasern führt.
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Das Verankern von FVK durch Umlenken, wie es beispielsweise bei den Strangschlaufen verwendet wird, hängt in besonderem Maße von den faserförmigen Spanngliedern und den Umlenkradien ab. Ist der Umlenkradius zu gering, so sind die Umlenkkräfte auf das FVK zu groß und die volle Tragfähigkeit des Spannelementes kann nicht erreicht werden. Laminierte Strangschlaufen, die durch Umlenkung verankert werden, haben den Nachteil, dass sich diese durch die Verklebung der einzelnen Schichten untereinander nicht mehr gegenseitig verschieben können, weshalb es am Umlenkpunkt zu Spannungsspitzen und zum vorzeitigen Versagen kommt. Bei nicht laminierten Strangschlaufen treten die Spannungskonzentrationen am Umlenkpunkt nicht auf, jedoch haben diese Schlaufen die Nachteile, dass diese zum einen aufgrund des Konstruktionsprinzips nur bis zu einer bestimmten Länge verfügbar sind. Zum anderen ist die aufwendige Fertigungstechnik der nicht laminierten Strangschlaufen nachteilig.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Spanngliedverankerung für Bewehrungselemente, umfassend Faserverbundkunststoff, und faserförmige Spannglieder in Beton anzubieten, die auf den Faserverbundkunststoff bzw. die faserförmigen Spannglieder wirkende Querkräfte ausreichend reduziert und einen geringen Platzbedarf aufweist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Endverankerung von Bewehrungsfasern für ein Betonbauteil, wobei die Bewehrungsfasern im Bereich wenigstens eines Endes um wenigstens eine Umlenkeinrichtung geführt und mit dieser in einem aushärtbaren Material, bevorzugt einem dauerhaften Kunstharz, eingegossen sind. Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch eine Vorrichtung, mit der eine solche Endverankerung durch bestimmungsgemäße Verwendung ausgebildet werden kann. Die Vorrichtung ist vorgesehen, mit den Bewehrungsfasern bzw. dem Spannglied versehen und mit Kunstharz oder einem anderen geeigneten, aushärtbaren Material ausgegossen zu werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist als Umlenkeinrichtung genau eine Umlenkwalze vorgesehen. Um die eine Umlenkwalze können die Bewehrungsfasern in einer solchen Anzahl Windungen aufgewickelt werden, dass sie durch die Haftreibung nicht von der Umlenkwalze gleiten können.
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Bei einer alternativen Ausführungsform sind bevorzugt drei Umlenkrollen vorgesehen. Hierbei werden die Bewehrungsfasern um alle drei Umlenkrollen in der Weise herumgelegt, dass eine ausreichende große Haftreibung erzeugt wird, die die Bewehrungsfasern in ihrer Position auf den Umlenkrollen hält.
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Es hat sich zudem als vorteilhaft erwiesen, wenn wenigstens eine der Umlenkrollen oder die Umlenkwalze mittels eines Befestigungsbolzens mit einem Stahlrahmen verbunden ist. Der Stahlrahmen ist mit Kunstharz oder einem anderen aushärtbaren Material ausgießbar, wobei der Stahlrahmen mit einem in Längsrichtung der Bewehrungsfasern und gegenüber einer Unterkonstruktion verschiebbaren Spannschlitten verbunden ist. Die Unterkonstruktion ist ihrerseits mit einer Betonierschalung verbindbar.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf eine Spannkonstruktion, insbesondere für das Spannen eines Spannglieds für ein Spannbetonbauteil, gerichtet, die wenigstens eine erste und eine zweite Endverankerung umfasst, wie sie zuvor beschrieben wurde und die für das Spannen eines faserförmigen Spannglieds zur Bewehrung von Spannbeton vorgesehen sind. Die erste Endverankerung ist als ein Festanker und die zweite Endverankerung ist als ein Spannanker ausgebildet. Der Festanker ist unbeweglich mit beispielsweise einer Betonierschalung verbindbar und die zweite Endverankerung ist in der Weise mit der Betonierschalung verbindbar, dass eine Bewegung zumindest in Längsrichtung der Bewehrungsfasern zugelassen wird und zumindest in einer von der Betonierschalung wegweisenden Bewegungsrichtung eine Kraftwirkung aufbringbar ist.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Spannkonstruktion ist eine Ausgleichsvorrichtung vorgesehen, die eine Schiefstellung der Endverankerung und der Bewehrungsfasern ausgleicht.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Spannbetonbauteils in einer Betonierschalung unter Anwendung einer Spannkonstruktion, wie sie zuvor beschrieben wurde, umfassend die Prozessschritte
- • Anbringen der ersten und der zweiten Endverankerung an der Betonierschalung oder an eine mit der Betonierschalung verbundene Unterkonstruktion,
- • Einlegen von Bewehrungsfasern (umfasst auch FVK), die als Spannglied zum Einsatz kommen, in die erste und die zweite Endverankerung (insbesondere den Spannanker und den Festanker),
- • Vergießen der Endverankerungen mit Kunstharz bzw. einem anderen geeigneten aushärtbaren Material,
- • Aushärten des Kunstharzes bzw. des aushärtbaren Materials,
- • Spannen der Bewehrungsfasern, die als Spannglied dienen, durch Kraftwirkung auf den Spannschlitten der zweiten Endverankerung, dem Spannanker, wonach der Spannschlitten verankert wird,
- • Betonieren der Betonierschalung,
- • Entspannen des Spannglieds durch Lösen des Spannschlittens nach dem Aushärten des Betons und
- • Entnahme des Bauteils aus der Betonierschalung.
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Mit der vorliegenden Erfindung wird ein System für eine Vorspannung von Spanngliedern aus Faserverbundwerkstoffen zur Verfügung gestellt. Durch eine vorteilhafte Weiterbildung zu einem Gesamtsystem, das aus einem Stahlrahmen mit einer vorgesetzten Stahlplatte, mindestens einer Umlenkwalze, alternativ auch mit drei Umlenkrollen, und einem Harzverguss bestehen, können die Spannbetonbauteile leicht und zielorientiert vorgespannt werden. Des Weiteren ist durch die Umlenkrollen gewährleistet, dass es zu keinem Tragfähigkeitsverlust der FVK-Spannglieder bzw. ungebundenen Spannglieder im Endverankerungsbereich kommt. Somit kann die volle Traglast erzielt und das Spannglied ohne Querdruck optimal in dem Spannbetonbauteil ausgenutzt werden.
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Besonders vorteilhaft bei der vorliegenden Erfindung ist das Zusammenfügen der jeweiligen Einzelkomponenten zu einem effizienten Gesamtsystem, sodass eine einfache und voll funktionsfähige Vorspannung mit faserförmigen, insbesondere auch nichtmetallischen, Bewehrungsmaterialien möglich ist. Des Weiteren wird durch die eingesetzte Umlenkeinrichtung sichergestellt, dass die volle Tragfähigkeit der Bewehrungsfasern bzw. des Spannelements erzielt und dass ein vorzeitiges Versagen im Verankerungsbereich vermieden werden kann. Zudem erfolgt eine einfache und starre Befestigung der Bewehrungsfasern der Spannglieder in der Spannkonstruktion durch den Verguss des Stahlrahmens mit der darin beinhalteten Umlenkeinrichtung und der Bewehrungsfasern des Spannglieds mit einem aushärtbaren Material, bevorzugt einem dauerhaften Kunstharz.
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Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung ist, dass die Vorspannkraft durch die Unterkonstruktion, die an dem Stahlrahmen befestigt ist, auf den Betonquerschnitt bzw. das Bauteil aufgebracht wird. Dadurch kann die Vorspannvorrichtung für alle nichtmetallischen Bewehrungselemente unabhängig von deren Verbundverhalten eingesetzt werden. Ohne die Unterkonstruktion müsste die Vorspannkraft über den Verbund des Spannglieds in den Beton übertragen werden, was bei Spanngliedern mit einem schlechtem Verbundverhalten zu langen Lasteinleitungslängen führen kann. Die Lasteinleitungslänge wird durch Erfindung erheblich verkürzt.
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Der wesentliche Vorteil, den die vorliegende Erfindung mit sich bringt, ist, dass Betonbauteile, die mit nichtmetallischen, in der vorgesehenen Lastrichtung verformungsstabilen Bewehrungen ausgeführt werden, vorgespannt werden können. Verformungsstabil bzw. steif ist allgemein ein Element, das stabil gegen Verformung unter Last in der vorgesehenen Lastrichtung, bei Fasern also ausschließlich in Zugrichtung, ist. Das verformungsstabile Element weist einen hohen Elastizitätsmodul auf. Dadurch kann die Verformungsproblematik herkömmlicher Bewehrungen dieser Art gelöst werden. Da Faserverbundkunststoffe (FVK) oder insbesondere Faserbewehrungen wie Carbon- oder Basaltfasern im Allgemeinen höhere Zugfestigkeiten als konventionelle Bewehrungselemente aus Stahl aufweisen sowie resistent gegenüber Korrosion sind, kann zum einen der statisch erforderliche Bewehrungsquerschnitt gesenkt und zum anderen Beton gespart werden. Somit können Betonbauteile mit FVK-Bewehrung wesentlich leichter, schlanker und dauerhafter gebaut werden als vergleichbare Stahlbetonstrukturen. Soweit in der Erfindung FVK erwähnt werden, gilt dies gleichermaßen für Fasern ohne eine aus Kunststoff oder einem andern Material ausgebildete Matrix.
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Jedoch entsteht durch die neuen schlanken Konzeptionen das Problem, dass die Verformungen nicht mehr im zulässigen Bereich liegen. Eine Lösungsvariante besteht, wie bereits im oberen Abschnitt beschrieben, in der Vorspannung der Bewehrungselemente. Mit der Vorspannung der FVK-Bewehrung können die Verformungen drastisch gesenkt und somit die Bauteile sehr schlank und ihrem hohen Leistungspotential entsprechend hergestellt werden. Somit kann nicht nur an Beton und Bewehrung gespart werden, es kann weiterhin dafür gesorgt werden, dass das Bauwesen sich speziell im Bereich Betonbau von einer eher plumpen und unästhetischen hin zu einer schlanken und optisch ansprechenden Bauweise wandelt. Weiterhin kann mit der vorliegenden Erfindung ein wesentlicher Beitrag zur Ressourcenschonung und zur Senkung des CO2-Ausstoßes geleistet werden.
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Mit dem erfindungsgemäßen Spannverankerungssystem können Faserverbundkunststoffe vorgespannt werden, ohne dass das Spannglied, auch als Zugglied bezeichnet, in der Spannvorrichtung bricht. Somit kann das hohe Potential der FVK, insbesondere bei der Verwendung von Carbonelementen bzw. Carbonfasern, ausgeschöpft werden.
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Mit der vorliegenden Erfindung soll ein weiterer Beitrag zur Verankerung von vorgespannten Fasern, insbesondere Bewehrungsfasern, oder Faserverbundkunststoffen (FVK) geschaffen werden, sodass das hohe Potential dieser Werkstoffe im Bauwesen ausgeschöpft und wertvolle Ressourcen gespart werden können. Des Weiteren kann im Vergleich zu vorgespannten Stahlelementen aufgrund der Korrosionsbeständigkeit der FVK die Dauerhaftigkeit und der Lebenszyklus von Betonbauteilen signifikant verlängert werden.
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Durch die Erfindung ist es vorteilhafterweise möglich, dass FVK-Spannglieder mit diesem Verankerungssystem einfach und mit der vollen Traglast vorgespannt werden können. Somit kann zugleich die Verformungsproblematik bei der Verwendung von nichtmetallischen Bewehrungen gelöst werden.
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Anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und ihrer Darstellung in den zugehörigen Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:
- 1: eine Darstellung einer Ausführungsform eines Spannverankerungssystems als Teil eines erfindungsgemäßen Spannsystems im Längsschnitt;
- 2: eine Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen, mit Kunstharz ausgegossenen Spannsystems im Längsschnitt;
- 3: eine Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen, mit Kunstharz ausgegossenen Spannsystems im Längsschnitt beim Spannvorgang;
- 4: eine Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen, mit Kunstharz ausgegossenen, gespannten und betonierten Spannsystems im Längsschnitt;
- 5: eine Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Spannsystems in Rückansicht;
- 6: eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen, mit Kunstharz ausgegossenen, gespannten und betonierten Spannsystems im Längsschnitt mit einer Umlenkwalze;
- 7: eine Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Spannsystems in Rückansicht, umfassend eine Ausgleichsvorrichtung; und
- 8: eine Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen, mit Kunstharz ausgegossenen, gespannten und betonierten Spannsystems im Längsschnitt, umfassend eine Ausgleichsvorrichtung;
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In 1 ist ein Teil eines Spannsystems im Längsschnitt dargestellt, und zwar ein erstes Ende des Spannsystems, ausgebildet als ein Spannanker 1. Zu erkennen sind ein Spannglied 2, eine Betonierschalung 3, eine Unterkonstruktion 4, ein Stahlrahmen 5, ein Spannschlitten 6 sowie Umlenkrollen 7. Das Spannglied 2 wird in die Betonierschalung 3 in der vorgesehenen Position eingelegt und um die Umlenkrollen 7 geführt. Dabei müssen die Umlenkrollen 7 einen auf das Spannglied 2 angepassten Mindestdurchmesser aufweisen, damit die Spannglieder 2 infolge des beim Anspannen entstehenden Querdrucks nicht beschädigt werden. Ein zweites Ende, ein hier nicht gezeigter Festanker, funktioniert analog dazu, jedoch ohne die Möglichkeit des Spannens (vgl. 3).
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In 2 ist wiederum der Spannanker 1 dargestellt, jedoch während eines zweiten Schritts des erfindungsgemäßen Vorspannverfahrens. Nachdem das Spannglied 2, vornehmlich die Carbonfasern, im ersten Schritt (vgl. 1) um die Umlenkrollen 7 geführt wurde, erfolgt im zweiten Schritt der Verguss des Stahlrahmens 5 mit einem dauerhaften, aushärtbaren Kunstharz 8. Nach der Aushärtung des Kunstharzes 8 kann im nächsten Schritt die Vorspannkraft in Spannrichtung 9 aufgebracht werden, wie in 3 gezeigt wird.
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3 zeigt ebenfalls den erfindungsgemäßen Spannanker 1 in seiner bevorzugten Ausgestaltung und beschreibt einen Zustand des Spannsystems, nachdem das Kunstharz 8 im Stahlrahmen 5 des Spannankers 1 komplett ausgehärtet ist und das Spannglied 2 mit den Umlenkrollen 7 fixiert. Von diesem Moment an kann die Vorspannkraft in Spannrichtung 9 auf das Spannglied 2 aufgebracht werden. Indem der Stahlrahmen 5 mittels des mit der Unterkonstruktion 4 längsbeweglich verbundenen Spannschlittens 6 und relativ zu der Unterkonstruktion 4 unter Krafteinwirkung gezogen wird, kann die Vorspannkraft auf das Spannglied 2 aufgebracht werden. Dadurch erfolgt eine Längung bzw. Dehnung, nachfolgend als Verformung 13 bezeichnet, des Spannglieds 2, indem auf der einen Seite des zu betonierenden Bauteils der Stahlrahmen 5 gezogen und das andere Ende mit Hilfe des hier nicht dargestellten Festankers festgehalten wird. Mit der Wahl der Verformung 13 des Spannglieds 2 kann die Vorspannkraft im Spannglied 2 reguliert werden. Der Festanker ist bevorzugt analog zum Spannanker 1 unter Verzicht auf den Spannschlitten 5 ausgebildet.
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Nachdem der Spannschlitten 5 entsprechend der gewünschten Vorspannkraft in Spannrichtung 9 gezogen wurde, wird er an der Unterkonstruktion 4 befestigt. Somit wird die komplette Vorspannkraft vom Stahlrahmen 5 und der Unterkonstruktion 4 aufgenommen und der Kraftfluss der Vorspannkraft verläuft über die Unterkonstruktion 4.
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4 zeigt die Situation bei dem erfindungsgemäßen Spannanker 1 im Anschluss an die Aufbringung der Vorspannkraft und der Fixierung des Stahlrahmens 5 bzw. des Spannschlittens 6 an der Unterkonstruktion 4, wenn Beton 11 in die Betonierschalung 3 eingebracht werden kann. Nachdem der Beton 11 ausgehärtet ist, kann der Spannschlitten 6 von der Unterkonstruktion 4 gelöst werden, wodurch das Spannglied 2 bestrebt ist, sich wieder zusammenzuziehen. Dadurch wird die Vorspannkraft, die zuvor die Unterkonstruktion 4 aufgenommen hatte, auf das Bauteil aus Beton 11 übertragen. Somit kann mithilfe der vorliegenden Erfindung eine Vorspannung für Faserverbundkunststoffe (FVK) oder ungebundene Bewehrungsfasern einfach und zielgerecht erfolgen.
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In 5 ist eine Rückansicht des erfindungsgemäßen Spannankers 1 dargestellt, wodurch das Prinzip und der Aufbau der Konstruktion noch einmal ersichtlich werden. Erkennbar sind die Unterkonstruktion 4, der Spannschlitten 6, der mit Kunstharz 8 ausgegossene Stahlrahmen 5 und zwei der Umlenkrollen 7 mit ihren Befestigungsbolzen 10.
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In 6 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spannkonstruktion dargestellt, die auf der zuvor beschriebenen Ausführungsform aufbaut und einen Spannanker 1' mit abweichendem Aufbau aufweist. Dabei besteht die Umlenkung nicht mehr aus drei separaten Umlenkrollen, sondern lediglich aus einer Umlenkwalze 7', um die das Spannglied 2 gewickelt wird. Durch die Reibung zwischen der Oberfläche der Umlenkwalze 7' und dem Spannglied 2, von einer ausreichenden Anzahl von Wicklungen hervorgerufen, wird das Spannglied 2 zum Spannen gehalten.
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Neben den hier aufgezeigten Varianten mit einer Umlenkwalze 7' bzw. drei Umlenkrollen 7 können auch andersartige Konstruktionsvarianten mit einer beliebigen Anzahl an Umlenkrollen 7 angewendet werden. Jedoch müssen bei allen Ausführungsvarianten die Durchmesser der Umlenkeinrichtungen 7, 7' ausreichend dimensioniert sein, damit der Querdruck auf das Spannglied 2 wiederum nicht zu groß wird und das Spannglied vorzeitig im Bereich der Verankerung versagt. Nachdem das Spannglied 2 um die Umlenkwalze gewickelt wurde, erfolgt analog zur ersten Variante der Verguss der Konstruktion mit Kunstharz 8 und das anschließende Anspannen und Lösen nach dem Betonieren.
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In den 7 und 8 sind weitere Ausführungsformen dargestellt, die beide auf dem gleichen Prinzip wie die vorher beschriebenen Varianten beruht. Im Unterschied zu diesen wurde die vorliegend beschriebene Ausführungsform noch um eine zusätzlichen Ausgleichsvorrichtung 12, an der die Vorspannkraft angebracht wird, erweitert. Die zusätzlich angebrachte Ausgleichsvorrichtung weist die Funktion auf, eventuelle Schiefstellungen des Spannglieds 2, die beim Anspannen aufgrund von Fehlstellungen oder Ausführungsungenauigkeiten unvermeidbar sind, unmittelbar während des Spannvorgangs auszugleichen. Somit kann eine gleichmäßigere Beanspruchung innerhalb des Spannglieds 2 erzielt werden und infolgedessen die mechanische Belastbarkeit des Spannglieds 2 als Bewehrungselement optimal ausgenutzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1'
- Spannanker, Endverankerung
- 2
- Spannglied, Bewehrungsfasern
- 3
- Betonierschalung
- 4
- Unterkonstruktion
- 5
- Stahlrahmen
- 6
- Spannschlitten
- 7
- Umlenkrollen, Umlenkeinrichtung
- 7'
- Umlenkwalze, Umlenkeinrichtung
- 8
- Kunstharz, aushärtbares Material
- 9
- Spannrichtung
- 10
- Befestigungsbolzen
- 11
- Beton
- 12
- Ausgleichsvorrichtung
- 13
- Verformung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 1998/009042 A1 [0013]
- DE 102015100277 A1 [0015]
- DE 102015100438 B3 [0015]
- DE 102016100455 A1 [0015]
