DE10310701A1

DE10310701A1 - Verankerungssystem zur Übertragung und Schub-, Zug-, Druck-, Biegezug- und Torsionskräften in Beton und Betonfertigteilen

Info

Publication number: DE10310701A1
Application number: DE10310701A
Authority: DE
Inventors: Manfred Kaul
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-03-10
Filing date: 2003-03-10
Publication date: 2004-09-23

Abstract

Die zuvor beschriebene Erfindung betrifft ein Verbindungssystem, mit dem möglich ist, vorfabrizierte Stahlbetonfertigteile auf der Baustelle unter einander zu druck-, schub-, biegezug-, zug- und torsionsfesten Konstruktionen zu verbinden. DOLLAR A Dies gilt sowohl für den Hochbau als auch für den Tiefbau. Auf die gleiche Weise können Ortbetonteile und Fertigteile ebenfalls miteinander verbunden werden. DOLLAR A Da die Einzelteile erst auf der Baustelle zusammengesetzt werden, können auch kleinere Montagegeräte verwendet werden. Komplizierte Ausführungsformen lassen sich in einfache quaderförmige Konstruktionsteile auflösen und anschließend zu einem einheitlichen Tragkörper zusammensetzen. DOLLAR A Bisher war die Erstellung von biegesteifen Konstruktionen im Stahlbetonfertigteilbau mit Fertigteilen nicht leicht möglich. Durch die beschriebene Erfindung wird dies sehr vereinfacht. Wird auf biegsteife Verbindungen verzichtet, so ist in den meisten Fällen eine vereinfachte Montage gegeben. Werden die in dem System liegenden Vorteile genutzt, ergeben sich verkürzte Bauzeiten.

Description

Bei der Erstellung von Konstruktionsteilen aus Beton- und Stahlbetonfertigteilen ist auf die besonderen Merkmale des Betons Rücksicht zu nehmen. Im Gegensatz zu anderen Konstruktionswerkstoffen wie Stahl, Holz, Kunststoffe und Leichtmetallen ist eine spätere Verbindung mit anderen Konstruktionselementen nur schwer möglich.
Beton und Stahlbeton können zwar in jeder Form erstellt werden, setzen aber nach dem Erhärten jeder weiteren Bearbeitung erheblichen Widerstand entgegen. Auch das spätere Anbringen und Befestigen von untergeordneten Konstruktionen wie Regalen, Konsolen als Träger von Leitungen usw. war bis vor einigen Jahrzehnten ziemlich schwierig.
Die Entwicklung moderner Bohr- und Befestigungstechniken macht es heute möglich, durch Einlegen von besonderen Ankerkörpern, Schienen oder Platten oder durch Anbohren des erhärteten Betons Ankerkräfte, Zug-, Schub- und Druckkräfte auf den erhärteten Beton zu übertragen.
Ankerplatten und -schienen müssen beim Betoniervorgang exakt in die Schalung eingelegt werden, genaue Messungen sind stets erforderlich und beeinträchtigen den Arbeitsfortschritt.
Beim Einbringen von Bohrankern sind besondere Umstände wie Randabstände, Lage der Bewehrung und Materialdicke zu beachten. Gleichwohl ist trotz der neuen Bohrgeräte und Techniken das schwierige An- und Durchbohren des Betons nach wie vor ein Problem.
Zur Übertragung von Schub- und Biegespannung kann bei Betonteilen auch eine Klebetechnik eingesetzt werden, Dieses Verfahren ist aber aufwendig und wird sehr selten angewandt.
Aufgabe der nachfolgend beschriebenen Endung ist es, ein Befestigungs- und Verankerungssystem vorzustellen, das die Nachteile der bisher bekannten Systeme vermeidet, Zug-, Druck-, Schub- Biegezug- und Torsionskräfte überträgt. und außerdem noch sehr preisgünstig hergestellt werden werden kann. Außerdem soll die Plazierung, das Einmessen und die Befestigung vor und nach dem Betonieren schneller und einfacher sein.
Bei Anwendung des nachfolgend beschriebenen Systems lassen sich größere Arbeitsgeschwindigkeiten erreichen, Fertigteile und örtliche hergestellte Betonteile können zur besseren Kraftübertragung miteinander verbunden werden und sogar die Verbindung von Fertigteilen aus Beton mit Stahl ist besser möglich. Bei Anwendung des neuen Verbindungsverfahrens lassen sich mehr Ausführungsprozesse von der Baustelle in die Fertigungshalle verlegen.
Den Stahlbeton- Fertigteilen erschließen sich größere Anwendungsbereiche. Baukörper, die nur durch eine schwer herzustellende Schalung örtlich hergestellt werden, lassen sich nun durch Auflösen in Einzelelemente in der Werkstatt mit geringerem Aufwand erstellen.
Auch die Montage ist wesentlich einfacher.
Mit der neuen Methode werden Zeit und Geld gespart und bessere Betonoberflächen erreicht..
So können z. B. alle Gesims- und Mauerkappen für Straßen- und Bahnbrücken, die bisher nur in einem aufwendigen Schalvorgang erstellt werden konnten, als Fertigteil im Betonwerk hergestellt und dann einfach montiert werden. Die meisten tragenden Teile von Brücken aller Art lassen sich in Einzelelemente aufgliedern, die werksmäßig hergestellt und später auf der Baustelle zusammengefügt werden. Auch Rahmenbauwerke können auf der Baustelle aus Einzelelementen zusammengefügt werden..
Alle komplizierten auf der Baustelle herzustellenden Teile können durch die Auflösung im Werk hergestellt und einfach auf der Baustelle montiert werden. Selbst senkrechte und auch waagerechte Schalungen lassen sich wesentlich vereinfachen. Bei Deckenschalungen können größere Jochabstände gewählt werden. Bei Wänden ist die Verankerung in vertikaler und auch in horizontaler Richtung vereinfacht. Treppen- und Treppenwandkonstruktionen können leichter V- und H-Kräften aufnehmen. Schrägflächen sind einfacher zu verankern. Stützwand- und sonstige Haltekonstruktionen sind einfacher auszuführen.
Auch im Verkehrswegebau ist das neue Verbindungssystem wirtschaftlich einzusetzen.
Komplizierte Querschnitte lassen sich in einfache geometrische Formen auflösen und im Werk produzieren.
Der besondere Vorteil der Verbindungen besteht in der Möglichkeit. statt schwerer Fertigteile, die nur mit schwerem Hebezeug eingesetzt und eingebaut werden können, relativ leichtere Teile auf die Baustelle zu bringen, die mit einfachen Hebegerät auch versetzt werden. Die mit der biegefesten örtlichen Verbindung sich ergebenden größeren Leistungen vermindern die Kosten und vergrößern die Wirtschaftlichkeit.
Die schub- und biegesteife Verbindung mindestens eines abgebundenen Betonkörpers mit einer zweiten Beton- oder Stahlbetonschicht beruht wie beim normalen Stahlbetonbau auf der bekannten Haftreibung zwischen Stahl und Beton.
Mit den für alle Stahl und Betonwerten bekannten Werten lassen sich nach den vorhandenen äußeren Kräften bei der erfindungsgemäßen Verbindung die erforderliche Anzahl, Längen und Durchmesser der Verbindungsteile errechnen.
Die Verbindungen bestehen aus bekannten Well- oder Hüllrohren, – 1, 2, 3 usw., wie sie seit Jahrzehnten im Spannbetonbau eingesetzt werden. Wellrohre sind ebenfalls seit langem bekannt, doch werden sie meistens nur als Ankerlöcher eingesetzt.
Die erfindungsgemäße druck-, schub-, zug- und biegefeste-torsionsfeste Verbindung entsteht dann, wenn beim Betonieren des Frischbetons eingelassene, unten oder oben offene oder verschlossene Hüllrohre (1, 2, 3, 5, 6, 8, 9, – 10 –, einbetoniert, nach dem Erhärten des umgebenden Beton der Hüllrohre 1, 2, 3, 5, 6, 8, 9 – 12, Stäbe mit Verankerungselementen 1, 2, 3, 5, 8 oder 9 oder 10, (Haken, Scheiben oder Stahlprofilierung) eingelassen (10) und der verbleibende äußere Raum zwischen eingelassenem Stab und Hüllrohrinnenwand mit hochfesten Vergußmörtel (12) vergossen wird. Statt dem Vergießen können auch vor dem Aufstetzen der Elemente mit herausragenden Stäben die einzelnen eingelassenen Hüllerohre mit Vergußmörtel verfüllt werden. Der eingebaute Abschluß der einzelnen Hüllrohre verhindert einen schnellen Wasserentzug des Vergußmörtels. Beim Aufsetzen der weiteren Aufbauelemente drücken die herausragenden Stäbe der Aufbauelemente den Mörtel um das Volumen der Verankerungselemente aus den Hüllrohren heraus.
Der herausgedrückte Mörtel wird sauber entfernt Nach dem Erhärten des Vergußmörtels oder Vergußbetons werden die Stäbe bei Belastung die auf sie wirkenden Zug-, Druck-, Schubkräfte oder Biegebean- und Torsionsbeanspruchungen) über den umhüllenden Beton auf die Hüllrohrinnenwand übertragen. Durch die gewellte Profilierung der Innenrohre (ist eine bessere Haftreibung zwischen Einsatzelement und vorhandene Beton) gegeben als bei reinen Vergießen normaler Aussparungen Über die bessere Haftreibung des Innenrohres werden die einwirkenden Kräfte auf den das Hüllrohr umgebenden Betonkörpers übertragen und auch aufgenommen.
Wird nun ein in einem Betonkörper eingelegtes Hüllrohr (10) mit Vergußbeton aufgefüllt, und ein Stab mit einem an seinem Ende fest verbundenen Betonteil mit oder ohne vergossenes Hüllrohr in die frische Vergußmörtelmasse eingeführt und gleichzeitig Sorge getragen, daß der dem Volumen des Verankerungsstabes entsprechenden Vergußmörtel aus dem aufgefüllten Hüllrohr entweichen und der aufgelegte Betonkörper bis auf die Oberfläche des ersten Betonkörpers absinken kann, so entsteht nach dem Erhärten des Vergußmörtels eine feste unlösbare Verbindung der beiden Betonkörper.
Mit den für alle Stahl und Betonwerten bekannten Werten lassen sich nach den vorhanden äußeren Kräften bei der erfindungsgemäße Verbindung die erforderliche Anzahl, Längen und Durchmesser der Verbindungsstellen errechnen.
Während bei sogenannten Bohrankenr auf Randabstände und Stärke des Tragmaterials geachtet werden muß, kann bei dieser über die Hüllrohre abzutragenden Kraftverbindung mittels umgreifenden Rundstahlbewehrungen ein wesentlich geringer Randabstand gewählt werden, da die H-Kräfte in den Betonkörper abgeleitet werden können und keine Spreizwirkung entsteht.
Der oben erwähnte Verankerungsstab kann statt einem Vollprofil auch aus einen Rohr mit Innengewinde oder ähnlichem bestehen, in das von oben eine entsprechende Verbindung angeschlossen wird. (10 - 30)
Um zu zeitaufwendige exakte Einmessungen und Befestigungen zu vermeiden, wird das erforderliche Wellrohr mit einem für Verschiebungen genügend großen Durchmesser gewählt. (1, 2, 3, 5, 6, 8, 9, 10, – 12 –
Die Kraftübertragung Verbindungselement über Vergußbeton auf eingelassenes Hüllrohr kann aber nur dann richtig funktionieren, wenn die Vergußmasse beim Vergießen den Hohlraum des Hüllrohres auch richtig ausfüllen kann. Waagerechte – 15) oder schwach geneigten Hüllrohre können durch sogenannte Steigrohre (6 – 15 – miteinander verbunden werden, in die. der Vergußbeton eingefüllt wird, der bei dieser Ausführungsart Luft entweichen läßt und das Entstehen von Hohlräumen vermeidet. kann.
Die Anordnung von Steigrohren (6 15 –)ist deshalb sinnvoll, um bei waagrechten oder liegenden Verbindungen durch Ausschluß von Hohlräumen kraftschlüssige Verbindungen zu erreichen.
Vor dem Vergießen des Hohlraumes in den Hüllrohren ist der Hohlraum richtig zu nässen bzw. ist der untere Teil des Hüllrohres abzuschließen, damit das Wasser aus dem Vergußmörtel nur langsam entweichen kann, und die vorgesehen Festigkeit erreicht wird. Gegebenenfalls sind auch Abbindeverzögerer dem Vergußmörtel beizumischen.
In den einzelnen Zeichnungen (1 – 6) sind verschiedene Anschlußmöglichkeiten dargestellt:
1 zeigt den Anschluß eines aufgehenden Pfeilers oder Wand an einen Fundamentbalken oder -platte in der Ansicht.
2. zeigt den gleichen Anschluß im Schnitt mit den eingelassenen Hüllrohren. 2 zeigt den gleichen Anschluß des Pfeilers mit den aufgehenden Stäben und ausgefüllten Hüllrohren. Nach dem Aufsetzen des Pfeilers oder Wand wird der über die Mulde 13 ausgelaufene Mörtel entfernt.
3 gibt den Anschluß einer Bodenplatte an eine aufgehende Mauer wieder. Auf den unteren Teil mit eingelassen Hüllrohren wird die Platte mit einbetonierten Stäben aufgesetzt. Die Platte hat an ihrer Oberseite ebenfalls eingelasse Welt-Hüllrohre, in die die Stäbe des aufgesetzten Oberteiles greifen. Die eingelassenen Hüllrohre sind vor dem Aufsetzen des nächsten oberen Teiles mit Vergußmörtel aufgefüllt. Der Überschüssige Vergußmörtel läuft beim Aufsetzen des nächsten Teiles über die vorgesehen Mulde (13) ab und wird anschließend entfernt.
5 zeigt das Beispiel eines schrägen Anschlusses an einen Fußbalken. Steigerohre sind hier nocht nicht vorhanden, da die eingefülltte Wellrohre voll aufgefüllt werden konnten. Beim Einschieben des schrägen Pfostens läuft der überschüssige Vergußmörtel über die eingearbeite Mulde (13) ab. Der Rest wird ebenfalls entfernt.
8 zeigt eine aufgelegte Mauerabdeckung, die eingelassenen Stäbe der Kappe (6) greifen in die mit Vergußmörtel gefüllten eingelassenen Wellrohre (10). Überschüssiger Vergußmörtel läuft über die eingelassene Mulde (13) ab und wird entfernt.
9 ist eine Gesimskappe einer Brücke, bei der die Platte einer vorher betonierten Brückenplatte (8) durch das Montageteil (7) abgedeckt wird. Die Stäbe (11) der Kappe greifen in die vor dem Auflegen der Kappe mit vergußmörtel aufgefüllten Wellrohre (10) ein und sind nach dem Erhärten des Vergußbetons fest mit dem Unterteil verbunden.
6 zeigt den Längsstoß eines Trägers, bei dem die eingelassenen Stäbe (11) einer Trägerstückes in die eingelassenen Hüllrohre (10) des anderen Trägerstückes eingeschoben wurden. Die Hüllrohre sind noch nicht vergossen. Steigrohre (15) verbinden die Hüllrohre miteinander, sodaß ein Vergießen von oben möglich und die Kräfte – wie berechnet –einwandfrei durch Haftreibung übertragen werden können.. Eine Variante zu 6 ist 7 bei der die beiden Kopfplatten der Einzelteile durch eingelassenen Ankerbolzen fest mit dem Beton verbunden sind und beide Platten durch eine zugfeste Schraubneverbindung biegesteif aneinander angeschlossen sind..
Außer den 1 – 10 gibt es noch eine Fülle von Verbindungsmöglichkeiten für die unterschiedlichsten Fälle, die alle gemeisam haben, daß eingelassenen Stäbe eines Konstruktionsteiles in eingelassene Wellhüllrohre eines anderen Konstruktionsteiles geschoben werden und das der freie Raum zwischen den Stäben und dem gewellten Hüllrohr entweder direkt oder über eine Steigrohrausführung mit hochfestem Vergußmörtel ausgefüllt oder verpreßt ist, damit Zug-Biegzug-Druck-, Schubkräfte und gegebenenfalls Torsionskräfte von einem Konstruktionsteil auf das andere entsprechend den rechnerischen Nachweisen übertragen werden. Der herausgepreßte Vergußmörtel läuft über eine eingearbeitete Rinne (13) ab..
Vorteile der neuen Verbindung
Herstellen von druck- schub-, zug- und biege- oder torsionsfesten Verbindungen von vorfabrizierten oder mindestens einem erhärtetem Betonteil mit Ortbetonschichten unter Verwendung kleinformatiger Teile.
Preiswerte Herstellung von Verbindungs- und Verankerungsstellen zwischen Fertigteilen aus Beton oder Stahlbeton auf der Baustelle.
Verbinden kleinformatiger Bauteile auf der Baustelle zu einem großformatigen Bauteil ohne Einsatz von großen Hebegerät.
Erstellung von Fertigteilkonstruktionen an der Baustelle bei Vermeidung umfangreicher zusätzlicher Messungen und Sicherungen von Einbauteilen an der örtlichen Schalung.
Leichtere Andienung der Baustelle mit Konstruktionselementen aufgrund des niedrigen Gewichtes der Einzelteile.
Beschleunigung der Bauzeit durch Verlagerung eines großen Teiles der Erstellungsarbeit von der Baustelle in das Betonwerk.

Claims

System zum Verbinden von Beton- und Fertigteilen mit und ohne Ortbetonschichten über das Schub-Druck-, und Zug-Biege- und Torsionsbeanspruchungen übertragen werden können, dadurch gekennzeichnet, daß es aus mindestens einem in ein Betonteil eingelassenes Wellrohrstück mit oder ohne oberen Abschluß besteht und in das nach dem Erhärten des den Wellrohrteil umschließenden Betons, ein Verankerungselement (11) aus profilierten Stahl, abgebogenem Stahl, mit Haken, Verankerungsplatte oder einer sonstigen Verankerungsprofilen versehenem Stahles eingeführt und der Hohlraum nach dem Einführen des Ankerelementes mit Vergußmörtel (12) ausgefüllt wird, so daß nach dem Erhärten dieses Vergußmörtels eine schub-, druck-, zug- und biege- bzw. eine Torsionsfeste Verbindung entsteht.
Verbindungssystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß je nach Größe der zu übertragenden Kräfte, Einlaßtiefe, Durchmesser der Wellrohre, ihre Profilierung, Endabschluß und Anzahl durch Berechnung ermittelt werden und daß bei einem der zu verbindenden Beton- oder Stahlbetonteile eine rinnenförmige Ablaufmöglichkeit (13) des beim Einschieben des zweiten Betonteiles entstehenden überschüssigen Vergußbetons oder Vergußmörtels besteht.
Verbindungssystem nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß das einzuführende Ankerelement (11) schon gleichzeitig schub- druck-, zug- oder biegefest mit einem der zu verbindenden Beton-, Fertigbetonteile oder Bauteilen aus Stahl, Metall, Holz oder Kunststoff verbunden ist bzw. in dem das Ankerelement beim Betonieren dieses Teiles schon eingelassen wurde. (1, 2, 3, 5, 6, 8, 9,
Verbindungssystem nach den Ansprüchen 1–3 dadurch gekennzeichnet, daß bei geringem Randabstand der Wellrohre diese nach den Regeln der Stahlbetonnormen mit Rundstahl umschlossen sind, so daß beim Auftreten von Biegespannungen, die entstehenden Zugspannungen über die eingelegten Rundstählel in den Betonkörper abgeführt werden.
Verbindungssystem nach den Ansprüchen 1–4 dadurch gekennzeichnet, daß durch Wahl entsprechend großer Wellrohrdurchmesser (1, 2, 3, 5, 6, 8, 9,) eine etwas ungenaue Einmessung beim Einführen des Verankerungselementes noch ausgeglichen werden kann, ohne daß die anschließend entstehende Verbundwirkung gemindert wird.
Verbindungssystem nach den Ansprüchen 1–5 dadurch gekennzeichnet, daß zu einem späteren Zeitpunkt durch Einbringen entsprechend großer Bohrungen in einen Betonkörper Wellrohre mit kleinerem Durchmesser eingelassen werden und deren Außenwände mit hochfesten Verbundmörtel in dem alten Betonkörper verankert werden und somit in der Lage sind, die aus dem Verbindungselementen zu übertragenden Kräfte aufzunehmen
Verbindungssystem nach den Ansprüchen 1–6 dadurch gekennzeichnet, daß an einem Ende des nicht angeschlossenen Verbindungselementes über ein Anschraubgewinde, eine Anschraubmuffe, Ankerplatte oder entsprechende Verbindungsstücke Druck-, Zug-, Schub- und Biegezugkräfte angeschlossen werden können.
Verbindungssystem nach den Ansprüchen 1–7 dadurch gekennzeichnet, daß ein einzuführendes Verankerungselement innen hohl, mit oder ohne Gewinde ist und bei dem die Kräfte über eine Gewinde- oder eine Schweißverbindung von außen übertragen von außen werden können. (10 – 30) daß zur Herstellung waagerechter oder flachgeneigter Verbindungen eingelegte Hüllrohre eines Teiles durch Steigerohre (6, 15) untereinander verbunden sind, um sicherzustellen, daß eingebrachter Vergußmörtel oder- beton keine Luft einschließt und daß nach dem Aushärten die angenommenen Kräfte über die Sicken der Welloohre abgetragen werden.
Verbindungssystem nach den Ansprüchen 1–9 dadurch gekennzeichnet, daß durch entsprechende Anordnung von Leerrohren in den vorgesehen Stahlbetonteilen es ermöglicht wird, auf der Baustelle rahmenartige Bauwerke aus flächigen Elementen zu erstellen.
Verbindungssystem nach den Ansprüchen 1–10 dadurch gekennzeichnet, daß bestehende Stahlbetontragkörper durch das nachträgliche Einbringen von gewellten Hüllrohren mit Vernkerungselementen und oberseitigen Ortbeton- oder Fertigteilplattenverstärkung in ihrer Tragfähigkeit verstärkt werden können.(10 – 30 –)
Verbindungssystem nach den Ansprüchen 1–11 dadurch gekennzeichnet das vorgefertigte Stahlbetontreppenläufe mit den erwähnten Verbindungselementen nachträglich zu einem einheitlichen Tragwerk verbunden werden können.
Verbindungssystem nach den Ansprüchen 1–12 dadurch gekennzeichnet, daß in eine vorbetonierte Tragfläche verschlossene Hüllrohre mit Innengewinde eingelegt sind, die es gestatten eine aufgelegte Laufplatte mit fertiger Oberfläche aus Natur- oder Betonwerkstein mit einer unteren Verstärkung aus Stahl- oder Stahlfaserbeton und Stellschrauben, die in die Hüllrohre eingreifen , in der Höhe durch die Drehen der Stellschrauben zuregulieren. Die Laufplattenelemente liegen vollflächig auf einer durchlässigen Einkornmörtelschicht auf.(10 – 20, 30 –)
Verbindungssystem nach den Ansprüchen 1–13 dadurch gekennzeichnet, daß auf eine vorbetonierte Tragfläche gemäß Anspruch 13 höhenverstellbare Betonleisten oder Stahlleisten mit Stellschrauben, die in die Gewindehüllrohre eingreifen, und in die die Laufplattenelemente gemäß Anspruch 13 eingelegt und justiert werden, wobei der Raum zwischen den verstellbaren Betonleisten vorher mit Einkornmörtel aufgefüllt und eben abgezogen wurde.