DE2108264B2 - Ankerbolzen für einen Betonanker - Google Patents
Ankerbolzen für einen BetonankerInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Ankerbolzen für einen Gesteinsanker, der innerhalb eines Bohrloches über
einen Spritzkopf und mittels einer sich gegen die Ankerplatte
abstützenden Verschraubung vorspannbar ist und zum Einbringen von flüssigem Zement in das
Bohrloch mit einer Leitung versehen ist und zum Entlüften des Bohrloches eine Entlüftungsleitung aufweist,
wobei der Ankerbolzen an seiner äußeren Umfangsfläche etwa quer zu seiner Längsachse verlaufende
Einbuchtungen aufweist.
Derartige Ankerbolzen werden in lange, in das Gestein gebohrte Bohrlöcher eingesetzt, wobei am Innenende
des Ankerbolzens eine Verankerungsvorrichtung vorgesehen ist. Von dieser Stelle aus erstreckt
sich der Bolzenschaft bis zur Oberfläche, an der am Eingangsende des Bohrloches eine schwere Lagerplatte
vorgesehen ist, auf die vom Bolzen aus Kräfte über eine herkömmliche Mutter übertragen werden,
die auf den Bolzenschaft aufgeschraubt ist. Derartige Ankerbolzen weisen eine Länge bis zu 18 m auf. Es
ist üblich, in das Bohrloch um den Ankerbolzen herum flüssigen Zement einzuspritzen, um eine Verbindung
zwischen dem Bolzenschaft und dem umgebenden Gestein herzustellen und den Bolzenschaft mit einer
Schutzhülle zu umgeben. Der Zement wird in das Bohrloch um den Bolzenschaft herum eingespritzt,
nachdem die Verankerung befestigt worden ist. Dies wird vorzugsweise durchgeführt, nachdem der Bolzenschaft
unter eine erhebliche Vorspannung gesetzt worden ist, wie dies beispielsweise in der AT-PS
263675 beschrieben ist.
Nachdem der Ankerbolzen in das Bohrloch eingesetzt, die Verankerung befestigt und die gewünschte
Vorspannung erzeugt worden ist, wird der Ankerbolzen in der gesamten Länge mit dem umgebenden Gestein
so fest wie möglich verbunden. Andere Bedingungen bestehen in denjenigen Fällen, in denen der
Ankerbolzen später angezogen und unter Spannung gesetzt werden muß. Die Haftverbindung des Zementes
mit diesem bekannten Ankerbolzen bestimmt den Höchstwert bei der Übertragung von Kräften pro
Längeneinheit des Bolzenschaftes, da der Widerstand gegen ein Herausziehen dieser Verbindung von der
Scherfestigkeit des Zementes in einer an die Außenseite eines zylindrischen Bolzenschaftes unmittelbar
angrenzenden Ebene bestimmt wird oder von der Intensität der Haftverbindung, je nachdem, welche Verbindung
schwächer ist.
Jeder Belag aus Fett, öl oder von anderen Fremdstoffen
auf der Außenseite eines zylindrischen Bolzenschaftes beeinträchtigt oder verhindert die Haftung
des Zementes und damit die Herstellung einer Verbindung. Zur Vermeidung dieser Beeinträchtigung
sind Ankerbolzen bekannt (DE-AS 1 288543), die am Teil ihres Außenumfanges schraubenförmig
verlaufende Schrägrippen aufweisen. Diese Rippen oder Vorsprünge wirken mit dem umgebenden Zement
zusammen, so daß nach Abbinden des Zementes eine mechanische Verriegelung erfolgt, welche die
Haftverbindung ergänzt. Aufgrund dieser zwangsläufigen Verriegelung zwischen dem Bolzenschaft und
dem Zement kann der Bolzenschaft in bezug auf die umgebende Gesteinsformation nicht gereckt werden,
so daß nach dem Einsetzen an der Gebrauchsstellc der Ankerbolzen sich selbst nicht mehr Veränderungen
der Beanspruchung anpassen kann.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, einen Ankerbolzen der eingangs umrissenen
Art so auszubilden, daß seine Haltekraft erhöht wird, wobei die Einbuchtungen eine Keilwirkung ausüben
sollen.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Einbuchtungen in bezug auf die Längsachse
des Ankerbolzens zumindest an ihrer der Ankerplatte abgewandten Seite einen Neigungswinkel
aufweisen, der kleiner als 15° ist.
Diese Einbuchtungen weisen also im Querschnitt eine sehr geringe Neigung in bezug auf eine die Achse
des Bolzenschaftes enthatene Ebene auf. Hierdurch wird bewirkt, daß die Außenseite des Bolzenschaftes
gleich einem Keil wirkt und nicht als feste mechanische Verriegelung mit dem umgebenden Zement.
Kann der Bolzenschaft eine kleine Bewegung in bezug auf den Zement ausführen, werden außerordentlich
starke Druckkräfte in einer allgemein kegeligen Form erzeugt, die auf den Zement zwischen dem Bolzenschaft
und der Gesteinsformation einen starken Druck ausüben. Diese Kräfte sind verschieden von den
Scherkräften, die in der den Bolzenschaft umgebenden Ebene des Zementes wirksam sind. Diese hohen
Druckkräfte, die vom Bolzenschaft nach außen gerichtet sind, erzeugen dabei an dieser Ebene eine Reibung,
die die normale Abscherbelastung des Zementes übersteigt.
Zweckmäßig verlaufen die Einbuchtungen ringförmig um den Bolzenschaft herum und sind in an sich
bekannter Weise, im wesentlichen auf der ganzen Länge des Ankerbolzens, vorgesehen.
Vorzugsweise verlaufen die Einbuchtungen, wie an sich bekannt, in Form einer Wendel um den Ankerbolzen
herum.
Es ist an im wesentlichen der gesamten Außenseite des Bolzenschaftes mindestens eine wendeiförmige
Einbuchtung vorgesehen, wobei das Material des Bolzenschaftes an den Einbuchtungen stärker kaltbearbeitet
ist als das Innere des Bolzenschaftes.
Die Einbuchtungen können in einer zur Achse des Bolzenschaftes parallelen Ebene einen im wesentlichen
symmetrischen Querschnitt aufweisen, wobei die Einbuchtungen wellenförmig derart verlaufen, daß die
Achse des Bolzenschaftes im wesentlichen koplanar bleibt.
Vorzugsweise ist die Steigung der Wellen kleiner als das l'/2fache als der Durchmesser des Schaftes,
wobei die volle Tiefe der Wellen vom Grund bis zum Scheitel kleiner als V10 des Schaftdurchmessers ist.
Zweckmäßig trägt der Bolzenschaft einen Belag aus einem Material, welcher eine Htftbindung mit dem
Zement verhindert.
Die genannten Einbuchtungen haben einen symmetrischen Querschnitt, obwohl ein sägezahnförmiger
Querschnitt verwende* werden kann, wenn sämtliche Beanspruchungen in einer bestimmten Richtung auftreten.
Fs ist in diesem Falle wichtig, daß die sägezahnförmige Anordnung so orientiert ist. daß die Belastung
gegen die schwach geneigte Seite und nicht gegen die steile Seite ausgeübt wird. Symmetrische
Einbuchtungen weisen den Vorzug auf, daß sie die Strömung des Zementes längs des Bolzenschaftes wenig
behindern.
Diese Einbuchtungen werden derart erzeugt, daß das Material des Bolzenschaftes an den Einbuchtungen
stärker kaltbearbeitet und daher kräftiger ist als das unmittelbar unter der Oberfläche befindliche Material.
Die Erzeugung der Einbuchtungen kann auch in einem Stahlwalzgeriist erfolgen. Bei diesem Verfahren
werden am Bolzenschaft in dessen gesamter Länge zwei diametral entgegengesetzte Rippen etzeuet
ohne Rückskr" darauf, welches Muster am
übrigen Teil des Bolzsnschaftes erzeugt wird. Da diese beiden Rippen axial verlaufen, so stören sie nicht die
Wirkung des übrigen Teiles des Umf&nges des EoI-zenschaftes
im Zement. Bei Verwendung der gewellten Anordnung, bei der die Achse des Bolzenschaftes
einem in einer Ebene gelegenen schlangenlinigen Weg folgt, kann das Material warm gewalzt werden oder
die Schaftelemente werden in entsprechend ausgestaltete Preßformen einer schweren Presse eingelegt.
Der Ankerbolzen ist für den Durchlauf des Zementes hohl, wobei dieser Hohlraum geradlinig verläuft.
Kann die gewünschte äußere Form des Bolzenschaftes nicht ohne übermäßig starke Abweichung des Kerns
im Bolzen von einem geradlinigen Verlauf erzeugt werden, werden sekundäre Arbeitsgänge erforderlich.
Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 perspektivisch einen Gesteinsanker mit einem Ankerbolzen,
Fig. 2 eine Teilansicht eines in eine Gesteinsformation
eingesetzten A.nkerborz°ns,
Fig. 3 vergrößert einen Teil eines Bolzenschaftes nach einer Ausführungsform,
Fig. 4 eine andere Ausführungsform der Erfindung ungefähr im Maßstab der Fig. 3,
Fig. 5 eine Herstellungsstufe für die in Fig. 1 und 2 gezeigte Ausführungsform des Ankerbolzens,
Fig. 6 eine Seitenansicht eines gewellten Bolzenschaftes, dessen Achse im wesentlichen in einer Ebene
verbleibt,
Fig. 7 eine Draufsicht auf den in Fig. 6 dargestellten
Bolzenschaft, und die
Fig. 8 eine Stirnansicht des in Fig. 6 und 7 dargestellten Bolzenschaftes.
Die in Fig. 1 gezeigte Gesteinsankeranordnung 10 umfaßt ein mit einem Ankerbolzen 12 zusammengeschraubtes
kegelförmiges Glied 11, eine Spreizhülse 13, einen Druckring 14 und Gleitringe 15, die als
Drucklager zwischen dem Ende der Spreizhülse 13 und dem Druckring wirken.
Das außen gelegene Ende des Ankerbolzens ist durch eine Ankerplatte 16 geführt, auf welche die
Kräfte mittels einer auf das Gewinde 18 aufgeschraubten Mutter 17 übertragen werden. Durch eine
an der Ankerplatte 16 vorgesehene kleine Öffnung ist ein Kunststoffrohr 19 geführt, durch das je nach
Lage der Gesteinsankeranordnung in bezug auf die Waagerechte Luft abgelassen oder der Zement eingespritzt
wird, wobei in Fig. 2 die Lage der Anordnung vor dem Einzementieren des Ankerbolzens gezeigt ist.
An der Stelle, an der der Bolzenschaft aus dem Loch 21 in der Gesteinsformation 22 austritt, ist eine Pakkung
aus einer Kittmasse vorgesehen. Der Bolzenschait
12 ist hohl, und er wird nach Fig. 2 durch Einspritzen von Zement durch das Rohr 19 festz",mentiert.
Wenn der Zement das Bohrloch allmählich ausfüllt, wird die Luft durch den Hohlraum im Bolzenschaft
12 abgelassen. Das Einspritzen des Zementes erfolgt unser Druck, wobei der anfangs flüssige
Zement in innige Berührung innerhalb der gesinnten Länge des Gesteinsbolzens sowie mit den Unregelmäßigkeiten
der Innenseite des Bohrloches 21 gebracht wird.
Nach Fig. 3 ist der Bolzenschaft 23 mit einer fortlaufenden ringförnigen Einbuchtung versehen und
weist Höhen 24 und Tiefen auf. Es ist wesentlich, daß die Oberfläche der Einbuchtungen nahe den Höhen
24 einen Neigungswinkel von weniger als 15 in bezug auf die Längsachse des Bolzenschaftes 23 aufweist.
Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform ist mit einem
Einbuchtungsmuster versehen, das an den entgegengesetzten Enden (oder beiderseits der Höhen 24)
symmetrisch ist, so daß der Ankerbolzen in dessen gesamter Länge Drücke auf die Gesteinsformation
übertragen kann. Wird ein Oberflächenteil von Kräften festgehalten, die an den innen gelegenen Enden
des Ankerbolzens wirken, so treten unvermeidlich einander entgegenwirkende Kräfte auf. Mit dem Ankerbolzen
26 nach Fig. 4 wird im wesentlichen das gleiche Ergebnis erhalten, an welchem eine Reihe von
ringförmigen Einbuchtungen 27 vorgesehen sind, die im allgemeinen die gleiche Form aufweisen, wie dies
in Fig. Λ gezeigt ist. Die wendelart;gen Einbuchtungen
bei der Ausführungsforrr. nach Fig. 3 können iiRch einem der Gewinde.wabpn ähnlichen Verfahren
erzeugt werden, während die Ausführung nach Fig. 4
durch eine Folge von Walzvorgängen erzeugt werden kann, wobei der Bolzenschaft wiederholt dych da«.
Walzgerüst geführt wird.
Beim Gewinderollen wird eine Stange unter hohem Druck zwischen zwei Platten aineeordnet. wobei den
Platten dann eine entgegengesetzte Linnearbewegung in einer zur Achse der Stange rechtwinkligen Richtung
verliehen wird. Jede Platte ist mit parallelen Ausnehmungen versehen, wobei diejenigen einer Platte entgegengesetzt
zu denen der anderen Platte in bezug auf die Bewegungsrichtung der Platten in einem Winkel
geneigt s'nd, der der Steigung des Gewindes entspricht.
Unter diesen Umständen erfolgt eine Schmiedewirkung, wobei die Ausnehmungen und die
zwischenliegenden Rippen an den Platten ein Gewinde an den Stangen formen, wenn die Stange zwischen
den Platten durch deren entgegengesetzte Linearbewegung gerollt wird. Die in Fig. 4 gezeigte
Ausführungsform kann auch so hergestellt werden, wobei die Ausnehmungen und die Rippen der beiden
Platten beide parallel zur Bewegungsrichtung der Platten verlaufen. Diese Ausbildung kann auch durch
Walzen auf zur Stange parallele Achsen hergestellt werden, welche die Stange zwischen entgegengesetzten
Rippen pressen, um die Ausnehmungen in der Stange zu schaffen. Die Walzen erzeugen normaler
dereinige cm lang ist; danach werden die Walzen freigegeben und die Stange um einen entsprechenden
Abstand eingestellt, so daß die nächste Kompression seitens der Walzen eine Fortsetzung der ringförmigen
Ausnehmungen schafft.
Bei beiden Verfahren wird durch Kaltbearbeitung des Materials des Bolzenschaftes an den Einbuchtungen
der Bolzenschaft dadurch verfestigt, daß der Querschnitt an der Basis der Einbuchtungen versetzt
und vermindert wird. Es ist wichtig, daß bei der wendelartigen Ausführungsform der Querschnitt innerhalb
der gesamten Länge konstant bleibt, während sich bei den in Fig. 4 dargestellten Einbuchtungen der
Querschnitt an den Höhen und an den Tiefen der Einbuchtungen verändert. Die Verminderung des Querschnittes
wird mehr als aufgewogen durch erhöhte Festigkeit auf Grund der Kaltbearbeitung des Materials
an den Einbuchtungen.
Tn Fig. 5 sind Walzen 28 und 29 vorgesehen, deren
Abstand so bemessen ist. daß axial verlaufende Rippen 30 und 31 erzeugt werden, wenn das Material
zwischen den Walzen hindurchgeführt wird. Die Walzen sind an den Außenseiten 32 und 33 so ausgestaltet,
'■' daß außer den axial verlaufenden Rippen 30 und 31
die in Fig. 3 dargestellte Form erzeugt wird.
In Fig. 6,7 und 8 ist eine wellenförmige Ausgestaltung des Bolzenschaftes gezeigt, wobei die Abweichungen
von der geraden Linie im wesentlichen in einer Ebene liegen. Wird die Achse des Ankerbolzen;;
in der Querrichtung als Mitte zwischen den entgegengesetzten Endender in Fig. 6 dargestellten Fläche angesehen,
so weist die Achse streng genommen ein zweidimensionales Wellenmuster auf und nicht die in
ι'' Fig. ! dargestellte wendelartige Anordnung. Bei Betrachtung
der Fig. 6 als Seitenansicht weist der Bolzenschaft in der Draufsicht scheinbar parallele Seiten
auf. An«; der vnn der linken Seite der Fig 7 ans ersehenen
Darstellung ist diese Anordnung noch deutli-
Ji' eher zu erkennen.
Der Bolzenschaft kann mit einem Wellenmuster versehen sein, das eine solche Steigerung aufweist, daß
der in der Mitte gelegene Kanal für den Zement nicht verforint wird. Es hat sich gezeigt, daß bei den nach-
r-i stehend angeführten Beziehungen zwischen dein
Schaftdurchmesser, der Steigung der vorzugsweise symmetrischen wellenförmigen Einbuchtungen und
der Tiefe der Einbuchtungen ein Bolzenschaft hergestellt werden kann, der eine stärkere Haltekraft auf-
Hi weist, als dies bisher möglich war. wobei die Leitung
für den Zement weder bei der Erzeugung der endgültigen Wellenform durch Warmwalzen noch bei der
Durchführung eines sekundären Arbeitsganges verformt wird.
!" Schaft- Steigung der Tiefe der Einbuchtundurch-
Einbuchtungen gen vom Grund zum
messer Scheitel
messer Scheitel
25,4 mm
34.y mm
50.8 mm
76,2 mm
34.y mm
50.8 mm
76,2 mm
25.4 mm
34.9 mm
50.3 mm
76.2 mm
34.9 mm
50.3 mm
76.2 mm
1.78 mm
2.54 mm
2.92 mm
4,39 mm
2.54 mm
2.92 mm
4,39 mm
Sämtliche in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erzeugen außerordentlich starke Druckkräfte,
die über den Zement konisch nach außen in uic GcMciiiMuiinaiiuii hinein wirken, wenn an uci
Außenseite des Bolzenschaftes ein ausreichender relativer Schlupf oder Scherabweichung auftreten kann,
so daß sich eine Keilwirkung entwickeln kann.
Bei Anwendung von Schmiermittel betraf der
größte Neigungswinkel der Einbuchtungen 15°. Um die besten Ergebnisse erzielen zu können, soll der
Winkel möglichst 10° betragen. Untersuchungen haben ergeben, daß kleinere Neigungswinkel zu empfehlen
sind, wenn erwartet werden kann, daß die Zementhaftung einen Schlupf verhindert, der für eine
Keilwirkung erforderlich ist. Die Axiallänge der Einbuchtungen besteht aus einem Kompromiß zwischen
der Reduktion des Schaftdurchmessers (bei größeren Einbuchtungen) und einer erwünschten Länge der
Neigung. Gute Ergebnisse werden erzielt, wenn gekrümmte Einbuchtungen verwendet werden, deren
axiale Länge 1Z4 bis V2 des Schaftdurchmessers ausmacht
und deren Tiefe geringer als V10 des Schaftdurchmessers
ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Ankerbolzen für einen Gesteinsanker, der innerhalb eines Bohrloches über einen Spreizkopf
und mittels einer sich gegen die Ankerplatte abstützenden Verschraubung vorspannbar ist und
zum Einbringen von flüssigem Zement in das Bohrloch mit einer Leitung versehen ist und zum
Entlüften des Bohrloches eine Entlüftungsleitung aufweist, wobei der Ankerbolzen an seiner äußeren
Umfangsfläche etwa quer zu seiner Längsachse verlaufende Einbuchtungen aufweist, dadurch
gekennzeichnet, daß die Einbuchtungen (27) in bezug auf die Längsachse des Ankerbolzens
(12) zumindest an ihrer der Ankerplatte (16) abgewandten Seite einen Neigungswinkel
aufweisen, der kleiner als 15° ist.
2. Ankerbolzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbuchtungen (27) ringförmig
am den Bolzenschaft herum verlaufen.
3. Ankerbolzen nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbuchtungen
(27), in an sich bekannter Weise, im wesentlichen auf der ganzen Länge des Ankerbolzens vorgesehen
sind.
4. Ankerbolzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbuchtungen (27), wie an
sich bekannt, in Form einer Wendel um den Ankerbolzen herum verlaufen.
5. Ankerbolzen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß an im wesentlichen der gesamten Außenseite des Bolzenschaftes (23) mindestens
eine wendeiförmige Einbuchtung (27) vorgesehen ist.
6. Ankerbolzen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Material
des Bolzenschaftes (23,26) an den Einbuchtungen (27 stärker kaltbearbeitet ist als das Innere des
Bolzenschaftes.
7. Ankerbolzen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbuchtungen
(27) in einer zur Achse des Bolzenschaftes parallelen Ebene einen im wesentlichen symmetrischen
Querschnitt aufweisen.
8. Ankerbolzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbuchtungen (27) wellenförmig
derart verlaufen, daß die Achse des Bolzenschaftes im wesentlichen koplanar bleibt.
9. Ankerbolzen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Wellen kleiner
als das 1 '/2fache als der Durchmesser des Schaftes
(12) ist, und daß die volle Tiefe der Wellen vom Grund bis zum Scheitel kleiner als V10 des Schaftdurchmessers
ist.
H). Ankerbolzen nach einem der Ansprüche I bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzenschaft
(12) einen Belag aus einem Material trägt, welches eine Haftbindung mit dem Zement verhindert.
ίο
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