DE2340190C2

DE2340190C2 - Verfahren zur Prüfung der dynamischen Festigkeitseigenschaften von Stahlstäben, insbesondere von Betonstahlstäben

Info

Publication number: DE2340190C2
Application number: DE2340190A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-08-08
Filing date: 1973-08-08
Publication date: 1979-07-19
Also published as: DE2534440C2; DE2534440A1; DE2340190B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung der dynamischen Festigkeitseigenschaftcn von Stahlsläbcn, insbesondere von Betonstahlstäbcn, bei dem der Slahlstab um einen Dorn gebogen wird, dessen Durchmesser etwa das Fünf- bis Zwanz.igfache des Stabdurchmessers beträgt und dann mittels eines Pulsators in einem Querschnitt des gekrümmten Teils des Stahlstabes periodisch eine Zugspannung einer vorgegebenen Größe erzeugt wird.

Bei bekannten Verfahren dieser Art, zum Beispiel entsprechend DIN 488, Blatt 3, wird ein gebogener Stahlstab in einen Betonbalken eingegossen und dieser einer dynamischen Belastung ausgesetzt. Form und Abmessungen des Betonbalkens sind so gewählt, daß am Scheitelpunkt der Krümmung des gebogenen Beton Stahles die maximale Beanspruchung in Form einer näherungsweise über den Querschnitt konstanten Zugspannung auftritt. Dies wird dadurch erreicht, daß man

durch Einlegen eines Bleches hier zwangsläufig einen Riß im Beton erhält und damit der Stab die gesamte Last aufnehmen muß.

Das bekannte Verfahren weist wesentliche Nachteile auf, die einerseits durch den inaioriellcn und andererseits durch den zeitlichen Aufwand bedingt sind. Der Prüfkörper besteht aus einem etwa 1,70 m langen Be tonbalken. der den gebogenen Betonstahl enthält. Für einen solchen Betonbalken ist naturgemäß eine verhältnismäßig große und nur langsam laufende Prüfmaschi ne erforderlich. Der Zeitaufwand ist einerseits dadurch bedingt, daß mit der Prüfung erst dann begonnen werden kann, wenn entsprechend DIN 488, Blatt i. der Prüfkörper ein Alter von mindestens vierzehn Tagen erreicht hat und andererseits daß wegen der großen Massen die Prüffrequenz nur sehr klein gewählt wer den kann. Sie liegt etwa bei i Hz. Für eine Prüfung mit 2 Millionen Lastwechseln ist demnach eine reine Prüf zeit von etwa sechs lagen erforderlich. Fur eine Probe dauert die gesamte Prüfung ciwa drei Wochen Aus diesem Grund muß man sich bisher bei der Überwachung einer Fertigung mit einet verhältnismäßig klei nen Proben/ahl begnügen, die mehl die gewünschte Sicherheit gewährleistet. Ls kommt hinzu, daß bei der Herstellung des Stahlbetonbalken·, durch unkorrektes Arbeiten eine Reihe von Fehlern auftreten können, die sich auf das Frgebnis der Prufunj· auswirken.

In der Dissertation »Zur Prüfung von Betonrippenstahl unter schwingender Beanspruchung im freien und einbetonierten Zustand« der Technischen Hochschule Darmstadt, 1971, wird untersucht, ob das beschriebene bekannte Verfahren nicht durch Versuche an geraden, freien Proben ergänzt oder ersetzt werden kann. Dies ist für einen handelsüblichen Rippentorstahl unter bestimmten Annahmen als möglich nachgewiesen worden. Ob das Ergebnis allgemeine Gültigkeit hat, konnte im Rahmen der Arbeit nicht geklärt werden.

Obwohl dieses Verfahren wesentlich einfacher als das einleitend beschriebene Verfahren ist und mit üblichen Prüfmaschinen durchgeführt werden kann, weist es wegen der vielen Annahmen, die getroffen werden müssen, und wegen des Umstandes, daß einige Einflußgrößen unberücksichtigt bleiben, nicht die gewünschte Zuverlässigkeit auf.

In den Richtlinien für die Zulassungsprüfungen an Spannstählen, Fassung Juli 1971, findet sich unter dem Abschnitt Dauerschwingversuch die Bestimmung, daß dicke Stabstähle seitlich abgearbeitet werden können, wenn sichergestellt ist, daß möglicherweise ungünstige Oberflächen- und Profileinflüsse erhalten bleiben. Dadurch wird ermöglicht, daß der bei geraden Stabstücken durchgeführte Dauerschwingversuch mit einer geringeren Last durchgeführt werden kann als sie bei vollem Stahlquerschnitt erforderlich wäre und somit handlichere Maschinen eingesetzt werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Prüfverfahren anzugeben, das bei kleinem materiellem Aufwand eine schnelle Prüfung erlaubt, so daß die Anzahl der Prüfungen bei Verringerung der Kosten vergrößert werden kann und trotzdem eine ähnliche Zuverlässigkeit des Prüfergebnisses wie bei dem Verfahren der einleitend genannten Art gewährleistet ist. Mögliche Fehlerquellen sollen weitgehend ausgeschaltet sein.

Die Aulgahc ist bei dem Verfahren der einleitend genaniilen Art dadurch gelöst, dall aus dein gekrümmten Abschnitt des Slahktabcs ein durch zwei etwa par allel zueinander verlaufende Lbenen begrenzten Stabstück herausgeschnitten wird, und die bezüglich der

Krümmung innen liegende Ebene das .Stabstück im mittleren Bereich nicht und die .ι ulic η liegende Kbene das Stabstück auf einer für eine Kinspannung ausreichenden Länge schneidet, und daß dieses Stabstück in die Spannbarken einer pulsierenden Zugvorrichtung S eingesetzt wird.

Der Krfindung liegt die Erfahrung zugrunde, daß bei den bekannten Prüfverfahren der Dauerbruch stets von der Innenseite der Krümmung ausgeht. Es ist also wesentlich, diese Seite nach dem Biegen nicht mehr /ti verändern. A.i der Außenseite der Krümmung kann jedoch Material abgenommen werden, ohne daß sich die Prüfbedingungen nachweislich verändern. Selbstverständlich ist hierbei der verringerte Stabqucrschnitl in Rechnung zu setzen. Die Grenze ist bei Betonrippen· 's stählen in der Regel dort gegeben, wo die Schnittebene in den Bereich der auf der Innenseite der Krümmung liegenden Rippen gelangt, weil sich in dem Bereich zwischen den Rippenenden auf Grund der Rippcngeometne besonders hohe Spannungen (Kerbspannungen und Eigenspannungen) ergeben, die einen Einfluß auf das Prüfergebnis haben. Bei einem Rippenstahl mit zwei einander gegenüberliegenden, sich axial erstreckenden Rippenreihen wirH deshalb im allgemeinen die äußere Schnittebene höchstens so weit nach innen gelegt wer- -^r> den können, bis sie in die Nahe des Auslaufbereichcs der Rippen gelangt. Bei Stäben mit drei Rippenreihen ist, so weit es die Biegung betrifft, entsprechend der Prüfvorschrift zu verfahren. Ks ist also beispielsweise entweder über eine der Rippenreihen oder den Rippenreihenabstand zu biegen. Bei tiirdierlen Stäben wird entsprechend der Vorschrift gebogen und etwa die I lälfte der Probe abgearbeitet

Im Vergleich zu dem bekannten Prüfverfahren ist nicht nur der IVobcköi per wesentlich vereinfacht — er t? besteht uns einem ausgeschnittenen Teil des gekrümmten Stabes von kurzer l.iinge . sondern auch das Prüfgerat. Is kann ein ubliches Prüfgerät /ur Bestimmung der Zug-Druckwecliselfestigkeil eingesetzt werden Wegen der geringen Masse laßt Mih auch die I.astspiel- ■)" zahl pro Zeiteinheit erhöhen. Die Prüfmaschine läßt sich, wie Versuche ergeben haben, selbst hei Slalidureh messern von 28 mm mit einer P::i!'a:quenz von etwa 1 ¹H) I Iz betreiben, so daß zur I rzieliing von 2 Millionen I astwcchseln statt sechs lagen nur noch vier Stunden erforderlich sind. Die hohe Priiffiequenz ist bei einem Sn großen Querschnitt deshalb möglich, weil bei dei gewählten Probenform nur die Hälfte oder weniger ai<die Hälfte des vollen Querschnitts wirksam siiel, so daß auch die Belastung der Prüfmaschine einsprechend verringen weiden kann Diinh den 1111 Vergleich /u dem bekannten Prüfverfahren geringen materiellen und zeillichen Aufwand lassen sich die Kosten fur eine I'm lung aiii einen kleinen Bruihtcil der bisherigen Kosten senken, und es läßt sich damit ehe Anzahl der Prül'uii gen /ur I j langung gesicheiier Ergebnisse erhöhen. I UK- beträchtliche Anz.ihl von Versiiihen hat die Übereinstimmung der am Balken und beim neuen Priifver fahren en eichten Ergebnisse erbracht. I-'im·.· mögliche I reqiicii/ahhangigkcit de-> l.rgebinsses kann berück sichtigl werden.

Die I 1 lindling wird durch cm Ausluhiungsbi-ispiel an Hand einer Figur naher erläutert. Die Figur stellt einen zwischen Prüfbaekeii eingespannten Prüfkörper dar. nut dem das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist.

Die l'igur zeigt in einer Seitenansicht strichpunktiert die ümrißlfflie eines um einen Dorn gebogenen, gerippten Belonstahlstabes 1. Der Biegeradius liegt im Bereich des Fünf- bis Zwanzigfachen des Stabdurchmessers und einspricht den Vorschriften für das bekannte Prüfvei fahren. Aus dem gekrümmten Abschnitt ist. vorzugsweise symmetrisch zum Scheitelquerschnitt 2 der Krümmung, ein Stabstück 3 herausgeschnitten, das durch zwei parallel zueinander verlaufende Ebenen 4 und 5 begrenzt ist.

Die Ebenen stehen senkrecht zum Scheilelquerschnitt 2. Die luige der bezüglich der Krümmung innen liegenden Ebene 5 ist so gewählt, daß sie das Stabstück 3 in einem mittleren Bereich 6 nicht schneidet. Der Bereich umfaßt im vorliegenden Fall fünfeinhalb Rippen 7. Die Lage der äußeren Ebene 4 ist so gewählt, daß sie etwas unterhalb der Mitte des Scheitelquerschnitts 2, aber noch oberhalb der Enden der Rippen liegt. Für die Wahl sind folgende Gesichtspunkte maßgebend. Einerseits ist man bestrebt, den verbleibenden .Scheitelquerschnitt 2' möglichst klein zu machen, damit die durch die Prüfmaschine aufzubringende Last klein gehalten und damit die Prüffrequenz verhältnismäßig hoch gewählt werden kann, andererseits müssen aber störende Einflüsse vermieden werden, die beispielsweise dadurch auftreten können, daß Rippen geschnitten werden. Die äußere Ebene 4 soll deshalb stets oberhalb der unteren Rippen 7 liegen

Das als Prüfkörper dienende Stabstück 3 ist im dargestellten Fall an den Enden 8 und 9 ubges hnittcn und in Spannbackenpaare 10 und Il eingespannt. Um mögliche Slöreinflüsse durch Kerben zu vermeiden, sind die I lachen 4 und ¹S geschliffen.

Da die lage der inneren Ebene 5 so gewählt wird, daß sie das Stabstück im mittleren Bereich 6 nicht schneidet, fluchten die Flächcnschwcrpunktc des verbleibenden Scheitelquerschnitts 2' und des Querst, hnitts 12' im l'inspannbereich nicht. Um eine zusätzliche Be anspruchung zu vermeiden, kann beim Prüfen so verfahren werden, wie in der Figur gestrichelt angedeutet. Die äußere Ebene 4 wird im Bereich der Einspannstelle so weit nach außen verschoben, bis die Flächenschwec ρ inkie fluchten Der nach außen verschobene Bereich ist mit 4' bezeichnet.

Nach dem I inspannen wird der Prüfkörper einer /11g .Schwellbeanspruchung oder einer Zug Druck Wechselbeanspruchung unterworfen und hierdurch, wie bei der üblichen Dauerwechselfestigkeitsprüfung. die dynamische Festigkeit des Stabes bestimmt. Zur Erfassung des wirksamen Schcitelquerschnitts 2' kann man sich eines Planimeters bedienen. Eine in vielen Fällen ausreichende Bestimmung der Fläche ist auch über eine (iewichisbestimmung und eine Längenmessung möglich, wenn die wirksame Scheitelfläche 2', in deren Bereich der Bruch auftreten wird, etwa die Hälfte des gesamten Scheitelquerschnitts 2 ausmacht. Es wird dann zunächst die durchschnittliche Querschnittsfläche des Stabes I bestimmt, diese halbiert und noch der Bereich abgezogen, um den die Ebene 4 liefer liegt, als die Mitte des Scheitelqucrschnitts.

Hierzu 1 Bkitt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Prüfung der dynamischen Festigkeitseigenschaften von Stahlstäben, insbesondere von Betonstahlstäben, bei dem der Stahlstab um einen Dorn gebogen wird, dessen Durchmesser etwa das Fünf- bis Zwanzigfache des Stabdurchmessers betragt und dann mittels eines Pulsators in einem Querschnitt des gekrümmten Teils des Stahlstabes periodisch eine Zugspannung einer vorgegebenen Größe erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem gekrümmten Abschnitt des Stahlstäbcs (1) ein durch zwei etwa parallel zueinander verlaufende F.benen (4. 5) begrenztes Stabstuck (3) herausgeschnitten wird und die bezüglich der Krümmung innen liegende F.bene (1) das Stabstück im mittleren Bereich (6) nicht und die außen liegende F.bene (4) das Stabstück auf einer für eine FJnspannung ausreichenden Länge schneidet, und daß dieses Stabstück (3) in die Spannb.tk ken (10. II) einer pulsierenden Zugvorrichtung eingesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Beionrippenstahl mil axial verlaufenden Rippenreihen die Biegung so erfolgt, daß eine Rippenreihe innen liegt

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der inneren Lbene (5) so ge wühlt ist, daß etwa fünf Rippen (7) ungeschnitten bleiben.

4 Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis i, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der äußeren Lbene (4) so gewählt ist, daß sie durch den Mittelpunkt der Scheitelqucrschniitsfläche (2) der Krümmung oder bis zu I Ui mm weiter innen verläuft.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der äußeren Fbene (4) so gewählt ist, daß sie außerhalb der Fn den der unteren Rippen (7) verläuft.

b. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekernzeichnet, daß die äußere Ebene (4) im Bereich der Linspannstellen (10, II) so weit nach außen geschoben ist, bis die Flächenschwerpunkte im verbleibenden Scheitelquerschnitt (2') und im Querschnitt (12') des Finspannbereiehes fluchten.