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Die Erfindung betrifft einen Bewehrungsstab für Beton, dessen Oberfläche
uneben ist, dessen Querschnittsfläche längs des ganzen Stabes konstant und durch
eine stetige Linie begrenzt ist und der auf einem runden Stabkern Längsrippen von
welligem Querschnitt aufweist.
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Die Eigenschaften, die ein guter Bewehrungsstab für armierten Beton
besitzen muß, sind teilweise widersprechend. Er muß billig sein und dennoch eine
hohe übliche Elastizitätsgrenze, eine erhöhte Zugfestigkeit, ein günstiges Spannungs-Dehnungs-Diagramm,
eine ausreichende Streckbarken sowie Haftungseigenschaften an Beton haben, welche
eine vollständige Ausnutzung seiner inneren Eigenschaften und die Vermeidung jeder
für die Konstruktion schädlichen Rißbildung gestatten. Der beste Bewehrungsstab
ist derjenige, welcher ein optimales Gleichgewicht zwischen den verschiedenen notwendigen
Eigenschaften verwirklicht.
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Dieses Gleichgewicht hängt nicht nur von absoluten Kriterien (z. B.
von der Materialfestigkeit) ab. Es ist auch an zeitlich variable Faktoren wie die
Entwicklung der Technik und die Rentabilität des Fabrikationsprozesses gebunden.
Der heute beste Stab ist also nicht notwendigerweise der beste von morgen.
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Die Technik kennt gegenwärtig zwei Arten von Spezialstählen für bewehrten
Beton, nämlich die kalt verdrehten Stähle und die Stähle mit natürlicher Härte.
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Durch die schweizerische Patentschrift 326 874 ist ein Betonbewehrungsstab
mit schraubenlinienförmig verlaufenden Rippen bekanntgeworden. Diese Rippen verleihen
dem Stab eine wellenförmige Querschnittsbegrenzung. Dieser bekannte Stab ist verwunden,
was in seiner Herstellung einen zusätzlichen Arbeitsprozeß bedeutet, der den Stab
verteuert.
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Dasselbe gilt für einen Bewehrungsstab, der durch die österreichische
Patentschrift 202 749 bekanntgeworden ist und auf seiner Oberfläche schraubenförmig
verlaufende ungewellte Rippen und zwischen diesen Rippen sich unter einem spitzen
Winkel bzw. unter einem Winkel von 90° wellende Rippen aufweist, die eine regelmäßig
schwankende Breite haben können.
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Bereits im Jahre 1912 hat man, wie aus der US-Patentschrift 1022 850
bekanntgeworden ist, daran gedacht, an einem Stab aufeinanderfolgende Verdikkungen
und Vertiefungen zu schaffen, welche durch abwechselnd konvergierende und divergierende
ebene-Flächen gebildet werden. Bei solchen Stäben bleiben die Hauptabmessungen des
Querschnitts über die Stablänge nicht konstant. Beispielsweise ändert sich laufend
der Abstand, der zwei gegenüberliegende Flächen trennt. Nun stellt dies aber einen
die Wirksamkeit beeinträchtigenden Fehler dar. Ein solcher Stab verhält sich im
Beton wie ein Keil in einem Stück Holz. Er ruft Berstungen hervor. Ein nach diesem
Prinzip ausgebildeter Stab ist also unbrauchbar, wie Versuche gezeigt haben.
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Ausgehend von dem geschilderten Stand der Technik ist der Erfindung
die Aufgabe gestellt, ohne Verwindung einen Bewehrungsstab für Beton zu schaffen,
dessen Gleitwiderstand genügend große Werte aufweist und bei dessen Verwendung zugleich
die Gefahr der Rißbildung beträchtlich verringert wird. Ferner soll der Bewehrungsstab
eine ausreichende Elastizität aufweisen.
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Diese Aufgabe wird bei einem Bewehrungsstab der eingangs genannten
Art dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die Längsrippen eine gleiche Querschnittsgröße
und Querschnittsform besitzen und daß mindestens ein Teil der Rippenachsen von der
Richtung der Stabachse wellenförmig abweicht, ohne sich zu kreuzen. Durch dieseAusbildung
des Bewehrungsstabes ist ein besonders stetiger Verlauf der Rippen gegeben, wodurch
der Stab die obenerwähnten günstigen Eigenschaften erhält.
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Die genannte Aufgabe kann bei dem eingangs angegebenen Bewehrungsstab
auch dadurch gelöst werden, daß die größte Höhe der Längsrippen längs des ganzen
Stabes konstant ist, wobei der Querschnitt dieser Längsrippen sich stetig ändert
und die Achsen der Längsrippen parallel zur Stabachse verlaufen. Mit Vorteil läßt
sich nach der Erfindung ein Bewehrungsstab für Beton auch so ausgestalten, daß er
sowohl die genannten Längsrippen gleicher Querschnittsgrößen und gleicher Querschnittsform,
deren Achsen von der Stabachse wellenförmig abweichen und sich nicht kreuzen, als
auch die genannten Längsrippen aufweist, deren Achsen parallel zur Stabachse verlaufen
und deren Querschnitt sich wenig ändert.
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Schließlich ist es auch möglich, daß der eingangs angeführte Bewehrungsstab
Längsrippen aufweist, deren Querschnittsformen sich stetig ändern und deren Achsen
von der Stabachse wellenförmig abweichen, ohne sich zu kreuzen.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die Rippenbreite
ein Mehrfaches der Rippenhöhe. Ferner können die Längsrippen paarweise parallel
angeordnet sein.
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Die vorliegende Erfindung gestattet es, einem Bewehrungsstab natürlicher
Härte eine kontinuierliche Haftung mit allen daraus folgenden Vorteilen zu sichern:
Optimale Aufteilung der Rißstellen, konstanter Gleitwiderstand bis zum Bruch und
ein Beitragen der gesamten verwendeten Materie zum mechanischen Widerstand des Stabes.
Die zur Verwirklichung der Haftung verwendeten Mittel vermeiden weitgehend das Reißen
des Betons wie auch jede für die Sprödigkeit ungünstige Diskontinuität.
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Die Erfindung zeigt einen Weg, wie durch einfaches Auswalzen kontinuierliche
Hindernisse geschaffen werden können, die sich einer axialen Verschiebung des Stabes
in dem Beton nach einem im folgenden noch näher erläuterten Mechanismus entgegenstellen.
Der Beton stützt sich auf diesen Hindernissen ab und wird dort um so stärker gepreßt,
je größer die Bindekraft ist. Diese Binde- oder Reibungskräfte verteilen sich gleichmäßig
über den gesamten Umfang des Stabes. Es gibt keinen einzeln herausragenden Verankerungspunkt
und keine Diskontinuität, die eine Sprödigkeit hervorrufen könnte.
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Die Erfindung verwirklicht somit eine neue Idee. Mit ihr wird bei
einem Bewehrungsstab natürlicher Härte eine steigende und sich längs der Gesamtlänge
erstreckende Reibungskraft geschaffen, wie auch die inneren Spannungen derart weitergeleitet
werden, daß keine Summierung örtlicher Spannungen entstehen kann, die für die Sprödigkeit
nachteilig wäre. Daraus resultiert folgender technischer Fortschritt: Gemäß der
Erfindung werden durch einfaches Walzen die Vorteile verwirklicht, die man bis zum
gegenwärtigen Zeitpunkt nur durch Walzen und anschließendes Verwinden erzielen konnte.
Mit der Erfindung besitzen Stäbe natürlicher Härte die technischen Vorteile, die
bisher den verwundenen Stäben vorbehalten
waren. Zudem ist ein
Herausschrauben aus dem Beton verhindert.
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Die vorliegende Erfindung öffnet somit bezüglich des technischen Fortschritts
ein neues Kapitel auf dem Gebiet der Bewehrungsstäbe für Beton.
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In den Zeichnungen sind beispielsweise zwei Ausführungsformen eines
Bewehrungsstabes nach der Erfindung dargestellt. Dabei zeigt F i g. 1 die abgewickelte
Oberfläche der ersten Ausführungsform; F i g. 2 einen Schnitt durch den Stab entsprechend
der Linie 2-2 der F i g. 1; F i g. 3 die abgewickelte Oberfläche einer zweiten Ausführungsform;
F i g. 4 einen Schnitt entsprechend der Linie 4-4 der F i g. 3; F i g. 5 einen Schnitt
entsprechend der Linie 5-5 der F i g. 3 und F i g. 6 einen Schnitt durch den Stab
nach der zweiten Ausführungsform.
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Bei der ersten Ausführungsform (F i g. 1 und 2) weist der Stab 1 an
seinem Umfang Rippen 2 bis 11 auf. Seine Querschnittsfläche ist konstant. Zwischen
zwei aufeinanderfolgenden Rippen ist der Raum, den der Beton einnehmen wird, über
die ganze Länge des Stabes veränderlich.
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Aus F i g. 2 ist ersichtlich, daß den Rippen 2 bis 11 fiktive Längsmittellinien
2' bis 11' zugeordnet werden können, die in F i g. 2 in Endansicht zu sehen sind
und die Achsen der Rippen 2 bis 11 bilden. Der Stabkern ist durch einen Kreis 12'
begrenzt, und die Stabeinheit wird durch einen Kreis 12 umschrieben. Bei dieser
Ausführungsform haben die Rippen 2 bis 11 konstante Querschnittsgröße und -form.
Lediglich ihre Spur oder mit anderen Worten ihre relative Richtung variiert. Die
Achsen 2' und 7' der Rippen 2 und 7 verlaufen parallel zur Stablängsachse 13 während
die Achsen 3' bis 6' und S' bis 11', welche in F i g. 1 paarweise parallel sind,
eine wellenförmige Linie beschreiben und nicht zur Stabachse 13 parallel sind.
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Es sei nun angenommen, daß der Stab 1 einer totalen Zugspannung A
ausgesetzt sei. An einem gegebenen Querschnitt des Stabes kann A durch die Summe
der Kräfte a ersetzt werden. Diese Kräfte a werden zunächst beim Berühren
des Stabes mit dem Beton durch eine einfache Reibung von Oberfläche auf Oberfläche
auf den Beton übertragen. Nimmt jedoch die Kraft A zu, so wird diese erste Berührungshaftung
überwunden und genügt nicht mehr, um die Verbindung zwischen Stab und Beton zu gewährleisten.
Der Stab hat also das Bestreben, im Beton zu gleiten. Der zwischen den Rippen befindliche
Beton stößt jedoch nun gegen diese Rippen. Tatsächlich kann nun die Kraft
A durch die Summe der Kräfte ä
ersetzt werden, welche an den Rippen
auftreten. Jede dieser Kräfte ä kann ihrerseits in eine zur Rippe senkrechte Kraft
n und eine zur Rippe tangentiale Kraft t zer'et werden. Nach dem Prinzip der Gleichheit
von Kraft und Gegenkraft übt der Beton seinerseits auf die Rippe die Kräfte n1 und
t, aus, welche gleich und entgegengesetzt gerichtet zu den Kräften n und t sind.
Die Tangentialkräfte t1 stellen die Reibung gegen die Rippen dar. Die senkrecht
wirksamen Kräfte n, beweisen, daß der Beton gegen die Rippen drückt.
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Da diese Kräfte über die ganze Länge der Rippen verteilt sind, weist
der Stab eine kontinuierliche Haftung am Beton auf. Der Stab weist keine Vergrößerung
oder Verkleinerung seiner Hauptabmessungen und auch keine betonten Vertiefungen
oder Verdikkungen auf, die eine Keilwirkung haben und Berstungen im Beton hervorrufen
könnten. Im Gegenteil drückt der Beton kontinuierlich gegen die Rippen und wird
durch sie zusammengedrückt. Es gibt keinen örtlichen Verankerungspunkt, der ein
Öffnen von Rissen hervorrufen könnte. Der Stab wirkt durch kontinuierliche Hindernisse
seiner Verlagerung im Beton entgegen und kann sich in keinem Falle, auch nicht nahe
seinem Bruch, plötzlich mit aufeinanderfolgenden Sprüngen verschieben.
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Da der Querschnitt konstant bleibt, trägt das gesamte verwandte Material
zur Festigkeit des Stabes bei.
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Wie leicht einzusehen ist, kann man die Haftungseigenschaften des
Stabes, falls erwünscht, dadurch beeinflussen, daß man die Zahl, die Form oder die
Spur der Rippen ändert.
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Man kann beispielsweise vorschreiben, daß die maximale Rippenbreite
wenigstens ein Vielfaches der maximalen Rippenhöhe betragen muß.
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Gleichermaßen kann man die Radien der den Stabquerschnitt begrenzenden
Kurve derart wählen, daß ein mehr oder weniger weicher übergang zwischen der die
Rippen begrenzenden Kurve und dem Stabkern gewährleistet ist, wobei die den Stabquerschnitt
begrenzende Kurve immer stetig bleibt.
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Die Mittellinien der Rippen können in der Abwicklung alle parallel
sein und die Breite der Rippen kann derart variieren, daß die Fläche des Stabquerschnitts
stets konstant bleibt. Die F i g. 3, 4, 5 und 6 stellen eine Ausführungsform eines
solchen Stabes dar.
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In F i g. 3 sind mit ausgezogenen Linien die Begrenzungen 14 bis 21
der Rippen und in strichpunktierten Linien die Mittellinien oder Achsen der Rippen
aufgezeichnet. Es ist ersichtlich, daß die Breite der Rippen variabel ist, daß aber
alle ihre Achsen parallel zueinander und zur Stabachse verlaufen. Die Querschnittsfläche
des Stabes bleibt konstant, da die Vergrößerung der Breite gewisser Rippen kompensiert
wird durch die Verringerung der Breite anderer Rippen. Die maximale Höhe der Rippen
variiert nicht, d. h., der dem Stab umschriebene und die Rippen innen tangierende
Kreis bleibt in seinem Durchmesser über die gesamte Stablänge konstant.
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Es ist festzustellen, daß die Haftungswirkung längs eines solchen
Stabes, wie er in F i g. 3, 4, 5 und 6 dargestellt ist, sich in gleicher Weise aufteilt
wie im Falle des in F i g. 1 und 2 dargestellten Stabes. Die Haftung des Stabes
ist kontinuierlich und folgt den gleichen Kriterien.
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In dem zweiten Ausführungsbeispiel weist der Stab vier Rippen auf.
Diese Zahl soll keine Einschränkung darstellen. Man könnte den Rippen auch verschiedene
Formen geben, wie das für das erste Ausführungsbeispiel vorgesehen ist.
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Ganz allgemein schließen die Ausführungsformen der Erfindung sowohl
im Querprofil des Stabes als auch über dessen gesamte Länge jede Diskontinuität,
jeden plötzlichen Wechsel der Richtung der Leitlinien und der Erzeugenden der Außenoberfläche
des Stabes aus.
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Es ist offenbar, daß man im Rahmen der Erfindung bei dem gleichen
Stab oder bei der gleichen Rippe die Kennzeichen einer jeden Ausführungsform kombinieren
kann. Der Stab kann somit jede Kombination
der bezüglich des Querprofils
und bezüglich der Längsspur seiner Oberflächengestaltung angegebenen Kennzeichen
aufweisen.