DE19620029A1

DE19620029A1 - Reinforcing device for buildings especially for steel-concrete ceilings

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Publication number: DE19620029A1
Application number: DE19620029A
Authority: DE
Inventors: Philippe Dr Menetrey
Original assignee: MENETREY PHILIPPE DR ES SC TEC
Current assignee: MENETREY PHILIPPE DR ES SC TEC
Priority date: 1995-05-17
Filing date: 1996-05-17
Publication date: 1997-03-27
Also published as: CH690965A5

Abstract

The reinforcing device has two main parts, an anchor part and a harness part, both of which extend from a different plate element. The two parts can be fixed together, so that a tensile force will transfer between the two plates which are arranged above and below the building structure. The two main parts are configured so that they can be screwed together. The first main part may be formed as a screw attached to a plate, or as a pipe with an external thread. The anchoring plate has ribs and grooves which prevent it from turning.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verstärkungsvorrichtung von Bauwerken, besonders Stahlbetondecken.The present invention relates to a reinforcement device of structures, in particular Reinforced concrete ceilings.

Flachdecken aufgelagert auf Stützen ist eine typische Bauart die in den fünfziger Jahren für Gebäude, Werkstätten, Brücken, usw. entwickelt worden war. Dieser Typ von Bau bricht entweder durch Biegung oder Durchstanzen. Der Biegebruch findet durch die progressive Entwicklung eines Bruchlinienmechanismus statt. Der Durchstanzbruch bei Flachdecken aus Stahlbeton ist im Bild 1 dargestellt, und geschieht wenn die Flachdecke B aufgelagert auf der Stütze A plötzlich gelocht ist mit der Extrusion eines Bruchkegels. Dieser Bruchkegel ist abge grenzt mit der Durchstanzrisse, die eine Neigung von 30° bis 60° hat. Der Durchstanzbruch ist gefährlich, weil er ein Sprödebruch ist (Gegenteil vom Duktilbruch) das heißt, es passiert sehr schnell und ohne Warnungsanmeldung. Weiter, ist die Tragfähigkeit vom Bauteilen plötzlich bedeutend reduziert.Flat ceilings supported on supports is a typical design that was developed in the 1950s for buildings, workshops, bridges, etc. This type of construction breaks through either bending or punching. The bending fracture takes place through the progressive development of a fault line mechanism. The punching shear fracture in flat ceilings made of reinforced concrete is shown in Figure 1, and happens when the flat slab B supported on the support A is suddenly perforated with the extrusion of a fracture cone. This fracture cone is delimited by the punching cracks, which have an inclination of 30 ° to 60 °. The punch cut is dangerous because it is a brittle fracture (opposite of the ductile fracture), which means that it happens very quickly and without warning. Furthermore, the load-bearing capacity of the components is suddenly significantly reduced.

Der Biegebruch einer Decke kann vermieden werden mit der Anordnung horizontaler Be wehrung. Im Gegenteil kann, der Durchstanzbruch nicht so einfach vermieden werden. Aber, da die Belastung beim Bruchvorfall erhöht werden kann so ist die Sicherheit eines Bauwerkes für eine gegebene Belastungsintensität gewährleistet.The bending break of a ceiling can be avoided with the arrangement of horizontal loading defense. On the contrary, it is not so easy to avoid punching shear. But, since the load in the event of a break can be increased, this is the security of a building guaranteed for a given exercise intensity.

Die zwei wirksamsten Mittel um, die Durchstanzfestigkeit eines Bauwerkes zu erhöhen sind: 1) Vergrößerung der Höhe der Decke, 2) Vergrößerung der Breite der Stütze. Es ist auch möglich, die Stütze nur im Bereich der Decke mit Stützenkopfverstärkung zu verbreitern oder die Decke im Bereich der Stütze zu verbreitern. Wegen der architektonischen Gestaltung sind diese Mittel nicht immer anwendbar.The two most effective means of increasing the punching strength of a building are: 1) increasing the height of the ceiling, 2) increasing the width of the column. It is also possible to widen the support only in the area of the ceiling with support head reinforcement or widen the ceiling in the area of the support. Because of the architectural design these funds are not always applicable.

Die Durchstanzfestigkeit einer Stahlbetondecke könnte auch mit gebogenen Bewehrungen erhöht werden. Diese Lösung wurde schon 1938 von O. Graf (Deutscher Ausschuß für Stahlbeton, 1938, Heft 88) bezeichnet. Eine andere Möglichkeit um die Durchstanzfestigkeit zu erhöhen ist mit Dübeln. Mehrere Verfahren sind im Patent beschrieben zum Beispiel: Leonhardt und Andrä DE 27 27 159 B2, Ghali und Dilger CA-A 1085642. Eine zusätzliche Möglichkeit, um die Durchstanzfestigkeit zu erhöhen ist mit Stahlstützenkopf. Mehrere Patente wurden angemeldet: Geilinger CH-382950 und Riss EP 0 318 712 A1.The punching strength of a reinforced concrete floor could also be with curved reinforcements increase. This solution was developed by O. Graf (German Committee for Reinforced 1938, issue 88). Another way to increase punching strength is with dowels. Several methods are described in the patent, for example: Leonhardt and Andrä DE 27 27 159 B2, Ghali and Dilger CA-A 1085642. An additional possibility to increase the punching strength is with steel support head. Several patents have been filed registered: Geilinger CH-382950 and Riss EP 0 318 712 A1.

Die vorher beschriebenen Mittel, um die Durchstanzfestigkeit zu erhöhen sind beim pro jektieren des Bauwerkes vorzusehen. Sie müssen angeordnet werden bevor die Decke betoniert ist. Aber wenn die Decke betoniert ist, wurde die Erhöhung der Festigkeit selten beschrieben. Dieses Verstärkungsproblem wird wichtiger, weil die Belastung von bestehenden Bauwerken oft steigt.The previously described means to increase the punching strength are at the pro to project the building. They must be arranged before the ceiling is concreted is. But when the ceiling is concreted, the increase in strength has rarely been described. This reinforcement problem becomes more important because of the strain on existing structures often increases.

Eine Methode um die Durchstanzfestigkeit einer bestehenden Decke zu erhöhen ist die Ver breiterung des Lagerbereichs, daher die Verbreiterung der Stütze. Die Stütze kann auf der ganzen Höhe verbreitert werden, wobei diese Lösung den Nachteil hat, daß die gebrauchte Fläche groß ist. Eine andere Möglichkeit ist die Verbreiterung der Stütze nur im obersten Teil, in der Nähe der Decke. Diese Lösung ist sehr schwierig zu realisieren, weil diese Verbreiterung auf der Stütze fixiert werden muß, entweder durch Bohrungen oder mit umschnürenden Bügeln.One method to increase the punching strength of an existing ceiling is the Ver widening of the storage area, hence the widening of the support. The support can be on the be widened the entire height, this solution has the disadvantage that the used Area is large. Another option is to widen the column only in the top one Part, near the ceiling. This solution is very difficult to implement because of this broadening must be fixed on the support, either through holes or with straps Iron.

In 1974, A. Ghali, M.A. Sargious und A. Huizer (ACI Publication SP-42, 1974) beschriebe nen Versuche an einer vertikalen vorgespannten Decke. Diese vertikale Vorspannung wurde mit Standardschrauben aufgebaut. Die Versuche haben gezeigt, daß die Bruchlast aber auch die Duktilität der Decke erhöht wurden. Die Anordnung von standaren Schrauben resultiert in einer Verbreiterung der Decke.In 1974, A. Ghali, M.A. Sargious and A. Huizer (ACI Publication SP-42, 1974) trials on a vertical prestressed ceiling. This vertical bias was assembled with standard screws. The tests have shown that the breaking load also the ductility of the ceiling has been increased. The arrangement of standard screws results in a broadening of the ceiling.

Die Erfindung betrifft eine Verstärkungsvorrichtung des Bauwerks: wirksame Stahlbeton platte. Sie stützt sich auf das vertikale Vorspannungsprinzip angewendet an Dübeln. Die erfundene Vorrichtung, beschrieben in Anspruch 1 hat zum Ziele die Verstärkung von bestehen den Decken.The invention relates to a reinforcement device of the structure: effective reinforced concrete plate. It is based on the vertical prestressing principle applied to dowels. The invented device described in claim 1 aims to reinforce the blankets.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.The invention is explained below with reference to the drawing, for example.

Fig. 1 zeigt einen Vertikalschnitt durch eine beispielsweise Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verstärkungsvorrichtung, Fig. 1 shows a vertical section through an exemplary embodiment of a reinforcing device according to the invention,

Fig. 2 analog Fig. 1 aber mit einem größeren Maßstab, so daß ein Vorpannungsver fahren dargestellt ist, Fig. 2 analogous to FIG. 1, however, so that a Vorpannungsver is shown driving on a larger scale,

Fig. 3 zeigt ein anderes beispielsweises erfindungsgemäßes Vorspannungsverfahren. Fig. 3 shows another example wise biasing method according to the invention.

Fig. 4 zeigt mehrere mögliche Injektionsverfahren der erfindungsgemäßen Verstärkungs vorrichtung, Fig. 4 shows several possible injection process of the reinforcing device according to the invention,

Fig. 5 präsentiert vier Phasen für die Anordnung der erfindungsgemäßen Verstärkungs vorrichtung. Fig. 5 presents four phases for the arrangement of the amplification device according to the invention.

Eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verstärkungsvorrichtung genannt "vorgespannte Dübel" ist im Fig. 1 dargestellt. Der Durchstanzbruch eines Bauwerkes aus dem eine Decke B auf eine Stütze A aufgelegt ist entsteht mit der Entwicklung eines Risses geneigt zwischen 30° und 60°. Die Verstärkung eines solchen Bauwerkes ist gemäß der Erfindung wie folgt; Bohrung eines Lochs D durch die Decke und Anordnung der vorgespannten Dübel.A possible embodiment of a reinforcement device according to the invention called "prestressed dowels" is shown in FIG. 1. The punching shear of a building from which a ceiling B is placed on a support A occurs with the development of a crack inclined between 30 ° and 60 °. The reinforcement of such a structure according to the invention is as follows; Drilling a hole D through the ceiling and arranging the prestressed dowels.

Dieser vorgespannte Dübel enthält Auflageplatten F und E auf beiden Seiten der Decke und mindestens ein Zugglied mit Elementen G und H. Die Zwischenräume sind mit Injektionsmörtel I ausgefüllt.This prestressed dowel contains support plates F and E on both sides of the ceiling and at least one tension member with elements G and H. The gaps are with injection mortar I filled in.

Das Vorspannungsverfahren des Dübel ist im Fig. 2 gezeigt. Es besteht aus zwei Teilen: einem Verankerungsteil und einem Vorspannungsteil. Der Verankerungsteil enthält eine Au flageplatte E und ein Element G. Diese Auflageplatte ist entweder auf das Bauwerk oder mit Schraubenschlüssel befestigt, so daß ihre Drehung verhindert ist. Das Element G ist zum Beispiel mit Schweißung oder Schrauben an der Auflageplatte E befestigt. Der Vorspannung steil enthält eine Auflageplatte F und ein Element H. Die Fläche der Auflageplatte kann gleich oder kleiner sein als die der Platte E, weil die Auflageplatte auf Betondruckbereich aufgelegt ist, und die Platte E auf Betonzugbereich (konnte gerissen sein) aufgelegt ist. Die Auflage platte F nützt auch zum Vorspannen beim Zusammenschrauben, deshalb hat sie eine zum Beispiel viereckige oder achteckige Form, so daß die Vorspannkraft mit Schraubenschlüssel hineingeführt ist. Auf der Auflageplatte F ist ein Rohr H zum Beispiel mit Schweißung oder Schrauben befestigt. Das Gewinde des Rohrs H erlaubt Zusammenschrauben mit dem Element G.The method of prestressing the dowel is shown in FIG. 2. It consists of two parts: an anchoring part and a prestressing part. The anchoring part contains an Au plate E and an element G. This plate is either attached to the structure or with a wrench, so that its rotation is prevented. The element G is fastened to the support plate E, for example by welding or screws. The prestressing steeply contains a support plate F and an element H. The surface of the support plate can be equal to or smaller than that of the plate E because the support plate is placed on the concrete pressure area and the plate E is placed on the concrete tensile area (could be cracked). The support plate F is also used for pretensioning when screwing together, which is why it has a square or octagonal shape, for example, so that the pretensioning force is introduced with a wrench. A tube H is fastened on the support plate F, for example with welding or screws. The thread of the tube H allows it to be screwed together with the element G.

Ein anderes beispielsweises erfindungsgemäßes Vorspannungsverfahren ist in Fig. 3 gezeigt. Der Verankerungsteil ist analog mit den von Bild 2. Dagegen, der Vorspannungsteil enthält ein externes Gewindeelement T, auf dem eine Koppelungsmuffe J mit internem Gewinde befestigt ist.Another example of a prestressing method according to the invention is shown in FIG. 3. The anchoring part is analogous to that of Figure 2. On the other hand, the pretensioning part contains an external threaded element T, on which a coupling sleeve J with an internal thread is attached.

Die Vorspannungskraft ist fakultativ und kann gleich Null sein, so daß beide Teile zusam mengeschraubt sind. Daraus resultiert eine Vereinfachung der Anordnung, wobei die Erhöhung der Duktilität nicht maximal ist, daher die Wirksamkeit der Verstärkung reduziert ist.The biasing force is optional and can be zero so that both parts together are screwed. This results in a simplification of the arrangement, the increase the ductility is not maximum, therefore the effectiveness of the reinforcement is reduced.

Mehrere mögliche Injektionsverfahren der erfindungsgemäßen Verstärkungsvorrichtung sind in Fig. 4 gezeigt. Diese mögliche Injektionsverfahren konnten an beiden Vorspannungsver fahren Fig. 2 und 3 angewendet werden. Das normale Verfahren besteht aus einem Injek tionsloch L durch das der Injektionsmörtel entlang das Element G fließt, eindringt in Rohr H oder Koppelungsmuffe J und weiterfließt außerhalb des Dübels durch das Bochloch S, um die Zwischenräume zwischen dem Loch und dem Dübel zu füllen. Ein vereinfachtes Injek tionsverfahren erhält man mit den Injektionslöchern K, N oder O. Die Luft und der Injek tionsmörtelüberschuß sind zu evakuieren, um zu kontrollieren, daß der Injektionsmörtel richtig eingeflossen ist. Der Injektionsmörtelüberschuß kann zwischen der Platte E und dem Bauw erk evakuiert sein. Die Platte E kann auch strahlenförmige Rippen haben (vom Zentrum bis äußersten Ende der Platte), um die Evakuierung des Injektionsmörtelüberschüsse zu verein fachen. Ein Überfüllsloch M kann auch angeordnet worden. Die Abdichtung des Vorspan nungsteils ist nötig, um zu gewährleisten, daß der Injektionsmörtel nicht zwischen der Platte F und dem Bauwerk herausfließt, und ist mit entweder einem Fugenband P oder Q oder mit einer V-Rippe R auf der Platte F zu erreichen. Diese Rippe durchdringt das Bauwerk beim Schrauben. Der Einfluß des Injektionsmörtels auf die Festigkeit des Bauwerks ist erhöht, falls die Elemente G, H und T auf den äußeren Flächen Rippen oder Rillen haben, so daß sie mit dem Injektionsmörtel besser anhaften. Es ist zu bemerken, daß die Injektion fakultativ ist aber diese Injektion erhöht die Gebrauchstauglichtkeit.Several possible injection methods of the reinforcement device according to the invention are shown in FIG. 4. These possible injection methods could be used in both preload processes, FIGS. 2 and 3. The normal method consists of an injection hole L through which the injection mortar flows along the element G, penetrates into pipe H or coupling sleeve J and flows outside of the plug through the Bochloch S to fill the gaps between the hole and the plug. A simplified injection process is obtained with the injection holes K, N or O. The air and the excess of injection mortar are to be evacuated to check that the injection mortar has flowed correctly. The injection mortar excess can be evacuated between the plate E and the construction. The plate E can also have radial ribs (from the center to the extreme end of the plate) to simplify the evacuation of the excess grout. An overfill hole M can also be arranged. The sealing of the preloading part is necessary to ensure that the injection mortar does not flow out between the plate F and the building, and can be achieved with either a joint tape P or Q or with a V-rib R on the plate F. This rib penetrates the structure when screwing. The influence of the injection mortar on the strength of the structure is increased if the elements G, H and T have ribs or grooves on the outer surfaces, so that they adhere better with the injection mortar. It should be noted that the injection is optional, but this injection increases the usability.

Die Anordnung der erfindungsgemäßen Verstärkungsvorrichtung passiert ihn vier Phasen wie in Fig. 5 dargestellt für die vorgespannte Dübel gezeigt in Fig. 2 (gleichartige Anordnung für die Dübel gezeigt im Fig. 3). Bei der ersten Phase (I) kommt die Bohrung durch die Decke vor, mit reduzierte Zerschneiden der Bewehrung. Bei der zweiten Phase (II) kommt die Anordnung des Verankerungs- und Vorspannungsteils auf beiden Seiten des Bochlochs vor. Während bei der dritten Phase (III) die Verankerung- und die Vorspannungsteile zusammengeschraubt sind. Das Kräftepaar ergibt die Vorspannungskraft im Bauwerk. Bei der letzten Phase (IV) (fakultative) passiert das Injektionsprozeß mit einem progressiven Verhärtungsinjektionsmörtel um die Zwischenräume zwischen dem Bohrloch und dem Dübel zu füllen. The arrangement of the reinforcement device according to the invention passes through four phases as shown in FIG. 5 for the prestressed dowels shown in FIG. 2 (similar arrangement for the dowels shown in FIG. 3). In the first phase (I), drilling occurs through the ceiling, with reduced cutting of the reinforcement. In the second phase (II) the arrangement of the anchoring and prestressing part occurs on both sides of the Bochloch. While in the third phase (III) the anchoring and the prestressing parts are screwed together. The pair of forces gives the prestressing force in the structure. In the last phase (IV) (optional), the injection process is carried out with a progressive hardening injection mortar to fill the gaps between the borehole and the dowel.

Der vorgespannte Dübel und seine Anordnung wurden für die Verstärkung von Stahlbe tonplatten gegen Durchstanzbruch entwickelt. Aber, diese Vorrichtung kann auch für die Verstärkung von allerlei Betonteilen verwendet werden zum Beispiel bei unbewehrt-, Stahl- oder Vorgespanntbeton in dem sich Risse entwickelt können oder schon existieren. Dieser Dübel kann auch für die Verstärkung von zum Beispiel Balken oder Unterzügen gegen Schub bruch oder Stützen verwendet werden. Die vorgespannte Dübel kann auch für die Verstärkung von Bauwerk aus verschiedenen Materialien zum Beispiel Holz, Kalkstein oder Stahl verwendet werden solange die vorgespannte Dübel eine höhere Zugfestigkeit (mindestens dreimal so hoch wie die des Bauwerks) aufweist.The prestressed dowel and its arrangement were used to reinforce Stahlbe clay plates developed against punching shatter. But, this device can also be used for Reinforcement of all kinds of concrete parts are used for example in unreinforced, steel or Prestressed concrete in which cracks can develop or already exist. This Dowels can also be used to reinforce beams or beams against shear, for example break or supports can be used. The prestressed dowel can also be used for reinforcement of structures made of different materials such as wood, limestone or steel As long as the pre-stressed dowels have a higher tensile strength (at least three times as high like that of the building).

Die Verstärkung von bestehenden Decken ist ein komplexes Problem und die erfindungs gemäße Vorrichtung erlaubt eine solche Verstärkung. Die Anordnung des vorgespannte Dübels hat den Nachteil, daß die bestehende Decke durchgebohrt werden muß. Durch diese Bohrungen wird augenblicklich die Tragfähigkeit gemindert. Aber wenn die Dübel angeordnet und vorges pannt sind, dann ist die Tragfähigkeit erhöht. Zusätzlich, wenn die Injektion durchgeführt ist, dann wirkt das Bauwerk monolithisch und die Übertragung der Kräfte vom Dübel zum Bauwerk ist verbessert, daher eine zusätzliche Erhöhung der Tragfähigkeit und deshalb der Sicherheit. Die Anordnung der vorgespannte Dübel ergibt nur eine kleine, lokale Verbre iterung der Decke, weil das Vorspannungssystem das heißt das Gewinde innerhalb der Decke ist, im Gegensatz zu normalen Schrauben. Weiter ist der Korrosionsschutz der vorgespannten Systemen durch die Annordung innerhalb der Decke verbessert ist, weil das Gewinde durch Injektionsmörtel geschützt ist. Konstruktiv ist diese Vorrichtung auch interessant, weil sie einfach angeordnet ist und nicht zuviel kostet.The reinforcement of existing ceilings is a complex problem and the invention appropriate device allows such reinforcement. The arrangement of the prestressed dowel has the disadvantage that the existing ceiling must be drilled through. Through these holes the load capacity is immediately reduced. But when the dowels are arranged and featured are broken, then the load capacity is increased. In addition, when the injection is done then the structure appears monolithic and the transfer of forces from the dowel to the Structure is improved, therefore an additional increase in load capacity and therefore the Safety. The arrangement of the pre-stressed dowels results in only a small, local spread Iteration of the ceiling because the pre-tensioning system means the thread inside the ceiling unlike normal screws. Furthermore, the corrosion protection of the prestressed systems is improved by the arrangement within the ceiling, because of the thread Injection mortar is protected. In terms of design, this device is also interesting because it is simply arranged and does not cost too much.

Claims

1. Reinforcement device of structures with two parts, an anchoring part best consisting of a plate on which at least one element is fixed and a second part, the biasing part which consists of a plate on the at least one second ele ment is fixed; the first and second elements can be fixed together so that a tensile force is transmitted when the two panels are on either side of the structure are hung up.

2. Device according to claim 1, characterized in that the first element (a screw) and the second Element can be screwed together, or vice versa.

3. Device according to claim 1, characterized in that the first element (a tube with an external Thread) and the second element can be screwed together, or vice versa.

4. The device according to claim 1, characterized in that both elements have an external thread, can be screwed together with a third piece.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the biasing plate has a Shape so that it can be turned with a wrench to work with the ver anchor plate to be screwed together.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the rib or groove are on the Anchoring plate is present so that rotation of the plate is prevented.

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the anchoring plate or Prestressing plate is perforated to inject grout.

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the anchoring plate is perforated or with groove on the side in contact with the structure so that the air when injected can evacuate.

9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that a sealing system is on the prestressing plate attached to ensure that the injection mortar is attached is bordered.

10. Device according to one of claims 1 to 9, thereby grooving or ribbing of the elements are so that they adhere better with the injection mortar.

11. Reinforcement arrangement with at least one reinforcement device according to one of the previous claim, thereby a drill hole is drilled through the ceiling, the anchor steep on one side of the ceiling and prestressing part on the other side of the ceiling arranged, and the anchoring and the biasing part are fixed together.

12. Arrangement according to claim 11, characterized in that when the parts are fixed together, a Injection mortar brought in to fill the gaps.