DE2534440C2 - Verfahren zur Prüfung der dynamischen Festigkeitseigenschaften von Stahlstäben, insbesondere von Betonstahlstäben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem

Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei den üblichen Verfahren zur Prüfung der dynamischen Festigkeitseigenschaften von Betonstählen 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 Betonstahles 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 materiellen und andererseits durch den zeitlichen Aufwand bedingt sind. Der Prüfkörper besteht aus einem etwa 1,70 m langen Betonbalken, der den gebogenen Betonstahl enthält Für einen solchen Betonbalken ist naturgemäß eine verhältnismäßig große und nur langsam laufende Prüfmaschine erforderlich. Der Zeitaufwand ist einerseits dadurch bedingt, daß mit der Prüfung erst dann begonnen werden kann, wenn entsprechend DIN 488, Blatt 3, der Prüfkörper ein Alter von mindestens vierzehn Tagen erreicht hat und andererseits daß wegen der großen Massen die Prüffrequenr: nur sehr klein gewählt werden kann. Sie liegt etwa bei 3 Hz. Für eine Prüfung mit 2 Millionen Lastwechseln ist demnach eine reine Prüfzeit von etwa sechs Tagen erforderlich. Für eine Probe dauert die gesamte Prüfung etwa drei Wochen. Aus diesem Grund muß man sich bisher bei der Überwachung einer Fertigung mit einer verhältnismäßig kleinen Probenzahl begnügen, die nicht die gewünschte Sicherheit gewährleistet. Es kommt hinzu, daß bei der Herstellung des Stahlbetonbalkens durch unkorrektes Arbeiten eine Reihe von Fehlern auftreten können, die sich auf das Ergebnis der Prüfung auswirken.

Das Hauptpatent betrifft ein 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 beträgt und dann mittels eines Pulsators in einem Querschnitt des gekrümmten Teils des Stahlstabes periodisch eine Zugspannung einer vorgegebenen Größe erzeugt wird. Dem Hauptpatent liegt die Aufgabe zugrunde, ein Prüfverfahren anzugeben, das bei kleinem materiellen Aufwand eine schnelle Prüfung erlaubt, so daß die Anzahl der Prüfungen bei Verringerung der Kosten vergrößert werden kann. Ferner ist beabsichtigt, mögliche Fehlerquellen möglichst weitgehend auszuschalten.

Die Aufgabe ist bei einem Verfahren nach dem Hauptpatent dadurch gelöst, daß aus dem gekrümmten Abschnitt des Stahlstabes ein durch zwei etwa parallel zueinander verlaufende Ebenen begrenztes Stabstück herausgeschnitten wird und die bezüglich der Krümmung innen liegende Ebene das Stabstück im mittleren Bereich nicht und die außen liegende Ebene das Stabstück auf einer für eine Einspannung ausreichende Länge schneidet, und daß dieses Stabstück in die Spannbakken einer pulsierenden Zugvorrichtung eingesetzt wird.

Dieser Lösung liegt die Erfahrung zugrunde, daß bei den Prüfverfahren nach DIN 488 der Dauerbruch stets von der innenseite der Krümmung ausgeht. Es ist also wesentlich, diese Seite nach dem Biegen nicht mehr zu verändern. An der Außenseite der Krümmung kann je-

doch Material abgenommen werden, ohne daß sich die Prüfbedingungen verändern. Selbstverständlich ist hierbei der verringerte Stabquerschnitt in Rechnung zu setzen.

Bei dem Vorschlag nach dem Hauptpatent erfolgt das Abarbeiten im mittleren Bereich des Stabstückes längs einer senkrecht zum Scheitelquerschnitt verlaufenden Schnittfläche. Dies bedeutet, daß sich der Stabquerschnitt längs des mittleren Bereiches ändert und damit die Bestimmung der Größe des Stabquerschnittes an der Bruchstelle erschwert, wenn diese nicht im verbleibenden Scheitelquerschnitt auftritt

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Größe der Querschnittsfläche auch bei einer Bruchstelle außerhalb des Scheitelquerschnitts einfach bestimmen zu können.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren gemäß dem Obsrbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß die Schnittfläche des Stabstückes wenigstens iru mittleren Bereich parallel zur Krümmung des Stabes verläuft.
- Da bei der Lösung gemäß vorliegender Erfindung der .Querschnitt des Stabstückes längs des mittleren Bereiches konstant ist, ist die Größe der Querschnittsfläche auch bei einer Bruchstelle außerhalb des Scheitelquerschnittes einfach bestimmbar.

Die bei dieser Lösung auftretende Umlenkung des Kraftflusses ist in der Regel vernachlässigbar. Die Schnittfläche in Querrichtung zur Längsachse des Stabstückes kann konkav, konvex oder auch eben ausgebildet sein. Der erste Fall ist insbesondere vorteilhaft bei Rippenstählen, wenn man verhindern will, daß die Schnittfläche in den Bereich der Rippen gelangt.

Wird das Verfahren bei einem Betonrippenstahl mit axial verlaufenden Rippenreihen durchgeführt, so muß die Biegung um den Dorn so erfolgen, daß eine Rippenreihe innen liegt. Bei tordierten Rippenstählen wird entsprechend der Vorschrift gebogen und etwa die Hälfte der Probe abgearbeitet.

Im Vergleich zu dem einleitend erwähnten bekannten Prüfverfahren ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht nur der Probekörper wesentlich vereinfacht — er besteht aus einem ausgeschnittenen Teil des gekrümmten Stabes von kurzer Länge — sondern auch das Prüfgerät. Es kann ein übliches Prüfgerät zur Bestimmung der Zug-Druck-Wechselfestigkeit eingesetzt werden. Wegen der geringen Masse läßt sich auch die Lastspielzahl pro Zeiteinheit erhöhen. Die Prüfmaschine läßt sich, wie Versuche ergeben haben, selbst bei Stabdurchmessern von 28 mm mit einer Prüffrequenz von etwa 150 Hertz betreiben, so daß zu der Erzielung von 2 Millionen Lastwechseln statt 6 Tage nur noch 4 Stunden erforderlich sind. Die hohe Prüffrequenz ist bei einem so großen Querschnitt deshalb möglich, weil bei der gewählten Probenform nur ein Teil des vollen Querschnittes wirksam ist, so daß die Belastung der Prüfmaschine entsprechend verringert werden kann. Die Grenze der Abarbeitung des gekrümmten Stabstükkes im mittleren Bereich ist dadurch bestimmt, daß der Anriß bei der Durchführung der Prüfung im nicht bearbeiteten Oberflächenbereich erfolgen muß. Der Anriß darf also nicht von der Schnittfläche oder von einer Kante der Schnittfläche ausgehen. Es hat sich gezeigt, daß diese Forderung nicht nur erfüllt wird, wenn ein bezüglich der Krümmung außen liegender Teil des Stabstückes abgearbeitet wird, sondern auch wenn zusätzlich das Stabstück an den beiden quer zur Krümmung liegenden Seiten abgearbeitet wird. Selbst wenn bei RiDDenstählen hierbei die Schnittfläche in den Bereich der Rippenenden gelangt, kann dies noch zulässig sein, nämlich dann, wenn aufgrund der Rippenform der Anriß im nicht bearbeiteten Oberflächenbereich erfolgL Während bei dem Verfahren nach dem Hauptpatent die Einspannstellen bereits durch Verlängerung der senkrecht zum Scheitelquerschnitt verlaufenden Schnittfläche vorgegeben sind, ist eine derartige Ausbildung bei dem Verfahren gemäß vorliegender Anmeldung nicht zweckmäßig, da hier die Schnittfläche paral-IeI zur Krümmung des Stabes verläuft Die Weiterbildung gemäß vorliegender Zusatzanmeldung hat somit zur Folge, daß auch passende Einspannmöglichkeiten für den vorbereiteten Stahlstab angegeben werden müssen, die ermöglichen, daß die eingetragene Kraft der Prüfvorrichtung im Flächenschwerpunkt des verbleibenden Scheitelquerschnitts des Stabstückes wirksam wird. Es werden im folgenden Einspannmöglichkeiten angegeben, die sich in vorteilhafter Weise für das erfindungsgemäße Verfahren gemäß dieser Anmeldung eig-η en.

Es kann vorteilhaft sein, die Probe in unmittelbarem Kontakt zu Beton zu prüfen, wie es im einleitend beschriebenen, bekannten Verfahren der Fall ist, wo sich die Krümmungsinnenseite der Probe im Bereich des Scheitelquerschnittes am Beton abstützt. Ein etwa hierdurch bedingter Einfluß auf das Prüfergebnis kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in gleicher Weise berücksichtigt werden, wenn an der Krümmungsinnenseite der Probe ein mit Beton gefüllter Bügel angeordnet wird oder ein Bügel mit gelenkig gelagerten Stützstegen, die die Krümmungsinnenseite der. Probe abstützen. Es ist auch möglich, das Stabstück nach dem Biegen um den Dorn und nach dem Abarbeiten im mittleren Bereich in eine Metallhülse mit gleicher Krümmung einzugießen — als Vergußmasse dient vorzugsweise ein aushärtbarer Kunststoff — dann die Metallhülse ohne Beschädigung des Stabstückes im Bereich des Scheitelquerschnittes auseinanderzuschneiden und die beiden sich an den Scheitelquerschnitt anschließenden Teile der Metallhülse in je ein starres Spannstück schlupffest einzuspannen bevor es in die pulsierende Zugvorrichtung eingesetzt wird. Die Einspannstellen des Stabstükkes können im übrigen abgesehen vom zuletzt genannten Fall, aus jeweils zwei zueinander parallelen ebenen Flächen bestehen, aus drei winkelig zueinander angeordneten Flächen oder aus Bohrungen im Stabstück. Der letzte Fall erlaubt ein schnelles Auswechseln, da nach dem Reißen der Probe die beiden Enden lediglich von Dornen der Prüfmaschine abgezogen und ein neues Stabstück aufgesetzt werden muß.

Die Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele anhand von sechs Figuren näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen zwischen Prüfbacken eingespannten Prüfkörper, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist,

F i g. 2 eine andere Einspannmöglichkeit des Prüfkörpers,

Fig.3 bis 5 Möglichkeiten zum Simulieren der bei den bekannten Verfahren vorhandenen Abstützkräfte im Bereich des Scheitelpunktes des Probekörpers,
F i g. 6 ein Spannstück in zwei Ansichten.
F i g. 1 zeigt in einer Seitenansicht strichpunktiert die Umrißlinie eines um einen Dorn gebogenen, gerippten Betonstahlstabes 1. Der Biegeradius liegt im Bereich des Fünf- bis Zwanzigfachen des Stabdurchmessers und entspricht den Vorschriften für das bekannte Prüfverfahren. Aus dem gekrümmten Abschnitt ist symmetrisch zum Scheitelauerschnitt 2 der Krümmung ein Stabstück

32 herausgeschnitten, das im mittleren Bereich längs einer parallel zur Krümmung des Stabes verlaufenden Schnittfläche 13 abgearbeitet ist. Durch zwei parallel zueinander verlaufende Ebenen 4 und 5 ist eine Einspannmöglichkeit geschaffen. Die Ebenen 4 und 5 stehen senkrecht zum Scheitelquerschnitt 2. Die Lage der bezüglich der Krümmung innenliegenden 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 die über die Einspannstellen eingetragene Kraft der Prüfvorrichtung im Flächenschwerpunkt des verbleibenden Scheitelquerschnittes des Stabstückes wirksam wird.

Das als Prüfkörper dienende Stabstück 32 ist im dar- is gestellten Fall an den Enden 8 und 9 abgeschnitten und in Spannbackenpaare 10 und 11 eingespannt. Um mögliche Störeinflüsse durch Kerben zu vermeiden, sind die Flächen 4 und 5 geschliffen.

Nach dem Einspannen wird der Prüfkörper einer Zug-Schwellbeanspruchung oder einer Zug-Druckwechselbeanspruchung unterworfen und hierdurch, wie bei der üblichen Dauerwechselfestigkeitsprüfung, die dynamische Festigkeit des Stabes bestimmt. Zur Erfassung des wirksamen Scheitelquerschnitts 2' kann man sich ein Planimeter bedienen. Eine in vielen Fällen ausreichende Bestimmung der Fläche ist auch über eine Gewichtsbestimmung und eine Längenmessung möglich, wenn die wirksame Scheitelfläche 2', in deren Bereich der Bruch auftreten wird, etwa die Hälfte des gesamten Scheitelquerschnitts 2 ausmacht.

Bei dieser Stabform wird zwar eine Kraftumlenkung bewirkt. Wegen der kleinen Länge — im vorliegenden Fall ist es das Zwei- bis Dreifache des Rippenabstandes

— ist diese Kraftumlenkung aber vernachlässigbar. Wesentlich ist ein stetiger Übergang der Schnittfläche 13 in den Bereich der Einspannstellen. Da bei der Ausführungsform nach F i g. 1 die Schnittfläche im mittleren Bereich des Stabstückes parallel zur Krümmung des Stabstückes verläuft, ändert sich in diesem Bereich die Querschn^: ttsfläche der Probe nicht, d. h. es liegen auch bei einem Bruch außerhalb des Scheitelquerschnitts die gleichen Verhältnisse wie bei einem Bruch im Scheitelquerschnitt vor.

Bei dem in F i g. 2 dargestellten Probekörper sind die Einspannstellen als Bohrungen 21 und 22 ausgebildet Diese sind so angeordnet, daß die Verbindungslinie ihrer Mittelpunkte durch den Flächenschwerpunkt des Scheitelquerschnitts verläuft Die Prüfmaschine weist anstelle von Klemmbacken Dorne auf, die in die Löcher 21 und 22 eingreifen können. Das Einsetzen und Auswechseln von Proben ist bei dieser Art der Einspannstellen besonders einfach, da die Probenteile lediglich von den Dornen abgezogen und eine neue Probe eingesetzt werden muß.

Die Ausbildung der Probe gemäß F i g. 3 — F i g. 3A zeigt eine Draufsicht F i g. 3B eine Querschnittsansicht

— unterscheidet sich von F i g. 2 dadurch, daß an der Krümmungsinnenseite ein mit Beton 23 gefüllter Bügel 24 vorgesehen ist Der Bügel ist an den Einspannstellen 21 und 22 mit der Probe verbunden. Hierdurch wird während der Durchführung des Prüfverfahrens eine ähnliche Abstützung der Krümmungsinnenseite der Probe bewirkt wie bei dem einleitend beschriebenen bekannten Verfahren.

Bei der in Fig.4 — Fig.4A zeigt eine Draufsicht, Fig.4B eine Querschnittsansicht — dargestellten Ausführungsform erfolgt das Abstützen der Krümmungsinnenseite des Stabstückes durch gelenkig mit einem Bügel 25 verbundene Stege 26,27 und 28. Die Stege liegen an den Oberseiten der Rippen an. Eine gelenkige Lagerung der Stege im Bügel ist erforderlich, damit bei der Zugbeanspruchung durch die Stege nicht die Längsdehnung der Probe behindert wird.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 5 ist die Probe 38 in eine Metallhülse 29 aus Stahl, die die gleiche Krümmung wie die Probe aufweist, eingegossen. Als Vergußmasse 30 ist ein aushärtbiares Kunststoffmaterial verwendet. Die Metallhülse 2!) ist im Bereich des Scheitelquerschnitts der Probe auseinandergeschnitten. Die Schnittstelle ist mit 31 bezeichnet. Zur Einspannung dieser Probe werden starre Spannstückteile 41 bis 43 verwendet, die den in den F i g, 6A und 6B in zwei verschiedenen Ansichten dargestellten Aufbau haben können. Die Spannstückteile enthalten eine der Außenkontur der Metallhülse 29 angepaßte Nut 44 zur Aufnahme der Probe. Die Probe wird von den Spannstückteilen in einem Klemmschluß umfaßt, wobei lediglich der Bereich um den Schlitz 31 der Probe frei bleibt.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

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 beträgt und dann mittels eines Pulsators in einem Querschnitt des gekrümmten Teils des Stahlstabes periodisch eine Zugspannung einer vorgegebenen Größe erzeugt wird, wobei aus dem gekrümmten Abschnitt des Stahlstabes symmetrisch zum Scheitelpunkt der Krümmung ein Stabstück entnommen und im mittleren Bereich dieses Stabstückes der bezüglich der Krümmung außenliegende Teil herausgeschnitten wird, ferner in den beiden Endbereichen des Stabstückes Einspannstellen zum Einsetzen des Stabstückes in Spannbacken bzw. Dorne einer Prüfvorrichtung derart gebildet werden, daß die über die ^;Einspannstellen eingetragene Kraft der Prüfvorrichtung im Flächenschwerpunkt des verbleibenden Scheitelquerschnitts des Stabstückes wirksam wird und schließlich das Stabstück in die Prüfvorrichtung eingesetzt und einer Zugschwellbeanspruchung bzw. einer Zug-Druck-Wechselbeanspruchung ausgesetzt wird, nach Patent 23 40 190, d a d u r c h g e kennzeichnet, daß die Schnittfläche (13) des Stabstückes (32) wenigstens im mittleren Bereich (6) parallel zur Krümmung des Stabes verläuft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittfläche (13) in Querrichtung zur Längsachse des Stabstückes konkav ausgebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittfläche (13) in Querrichtung zur Längsachse des Stabstückes eben ausgebildet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspannstellen des Stabstücks aus jeweils zwei zueinander parallelen ebenen Flächen bestehen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspannstellen des Stabstücks aus Bohrungen (21,22) bestehen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmungsinnen- »eite des Stabstückes gegen einen von einem Bügel (24) gehaltenen Betonkörper (23) abgestützt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmungsinnenseite des Stabstückes gegen von einem Bügel (25) gelenkig gehaltene Stege (26, 27, 28) abgestützt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspannstellen durch je ein starres Spannstück (40/41,42/43) gebildet sind in das das in eine Metallhülse (29) der gleichen Krümmung eingegossene Stabstück (38) jeweils schlupffest eingespannt ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Betonnrippenstahl mit axial verlaufenden Rippenreihen die Biegung so erfolgt, daß eine Rippenreihe innen liegt.

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