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Gerippter Betonstahl und Sp-nEsXGhB
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Betonstahl und Spannstahl bei
dem die unterschiedlichen Abmessungen und gegenseitigen Abstände der Schrägrippen
so gewählt sind, daß er auf den ihn umgebenden Beton eine geringe Sprengwirkung
ausübt, trotzdem aber im Vergleich zu den üblichen Rippenstählen eine genügend steife
Verankerung, eine geringe Kerbempfindlichkeit und eine geringe Empfindlichkeit gegenüber
den Folgen des Absetzvorgangs des Frischbetons unter dem horizontal einbetonierten
Stab besitzt.
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Es sind Rippenstähle bekannt, bei denen zwischen großen Querrippen
kleinere Rippen in regelmäßigen Abständen angeordnet sind (US Patent Nr.
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2376 761), oder bei denen sich der Verhältniswert zwischen der Höhe
und dem Abstand benachbarter Rippen in Stablängsrichtung ständig ändert (deutsche
Auslegeschrift Nr.1509 018).
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Als Zweck dieser Erfindungen wurde genannt, daß einerseits bei Schlupfbeginn
solcher Betonstähle im Beton hohe Verbundspannungen herrschen und andererseits eine
stetige Zunahme der Verbund spannungen bis zu dem bei großen Gleitwegen erfolgenden
Bruch auftreten sollte. Es sollte damit also gleichmäßig guter Verbund bei kleinen
wie bei größeren Gleitwegen erreicht werden. Dieses Ziel kann jedoch aufgrund der
dort für eine optimale Profilierung angegebenen Kriterien nicht erreicht werden.
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Zu geringe Rippenhöhen oder gar nur das Aufrauhen der Staboberfläche
bewirken eine außerordentliche Empfindlichkeit der Verbundqualität Eegenüber der
Auswirkung des Absetzvorgangs des Frischbetons. Durch die Anordnung unterschiedlich
hoher Rippen unter Umständen in unterschiedlichen Abständen kann zwar der Gefahr
des gleichzeitigen Abscherens der Betonkonsolen an einer Reihe benachbarter Rippen
begegnet werden. Bei den heute sowohl an die Verbundqualität wie an die ausnützbare
Stahlspannung zu stellenden Anforderungen kommt es jedoch nicht zu dieser Art des
Verbundbruches. Vielmehr führt die aus der Sprengwirkung der im Verbund liegenden
Rippenstähle herrührende Ringzugkraft zur Bildung von Spaltrissen entlang der Stabachse
oder gar zum Ab sprengen der Betondeckung. Schon Längsrisse entlang der Stabachse
sollen jedoch wegen der dann über größere Stablängen hinweg herrschenden Korrosionsgefahr
möglichst vermieden werden.
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Die Sprengwirkung der Rippenstähle nimmt mit dem Wert der bezogenen
Rippenfläche, mit der lokalen Plastifizierung des Betons vor den Rippen und der
Bildung kurzer Querrisse im Beton an den einzelnen Rippen zu. Bei gleichem Gleitweg
üben hohe Rippen eine größere lokale Beanspruchung auf den Beton aus als niedrigere.
Diese Tatsache kann zur Erzeugung der kurzen Querriste an weit auseinander liegenden
hohen Rippen ausgenützt werden,
wobei es an den dazwischen liegenden
niedrigeren Rippen nicht zu derartigen Querrissen kommt. Die hierfür geeigneten
Abmessungen und die Anordnung der Rippen müssen aufgrund der statistischen Gesetze
für die Fehlstellenverteilung im Beton und den Einfluß der Größe der beanspruchten
Betonbereiche bestimmt werden. Zwischen den hohen Rippen entstehen dann Abschnitte,
in denen sich die kurzen Querrisse entweder nicht oder erst bei großen Schlupfwerten
ausbilden. Das Entstehen der kurzen Querrisse läßt sich auch durch unterschiedliche
Neigung der großen gegenüber den kleineren Schrägrippen zur Stablängsachse steuern.
Eine unterschiedliche Neigung der Schrägrippen bringt außerdem walztechnische Vorteile.
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Die sich zwischen den hohen Rippen befindenden niedrigeren Rippen
müssen eine gewisse Mindesthöhe besitzen, um trotz der Folgen des Absetzvorgangs
des Frischbetons unter dem horizontal einbetonierten Bewehrungsstab eine ausreichende
Verbundqualität zu sichern.
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Bei keiner der bekannten Lösungen für die Ausbildung der Rippen wurden
diese fundamentalen Tatsachen genügend berücksichtigt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optimale Profilierung
für gerippte Betonstähle und Spannstähle mit geringer Sprengwirkung, geringer Kerbempfindlichkeit
und geringer Empfindlichkeit gegenüber den Folien des Absetzvorgangs des Frischbetons
unter dem horizontal einbetonierten Stab zu entwerfen. Dieses Ziel wird mit einer
Profilierung nach der Erfindung erreicht, bei der zwischen zwei hohen Schrägrippen
eine Anzahl n t 1 niedrigerer Schrägrippen derart angeordnet sind, daß die bezogenen
Rippenflächen fR1 der niedrigeren Rippen und fR2 der hohen Rippen zueinander f Verhältnis
n2(n+1)'- 1 R1 < i stehen Da0 im k - fR2 # n(n+1)-0,25 stehen. Dabei muß die
größte Höhe jeder Schrägrippe bei Betonstahl mindestens das 0,03-fache und bei Spannstahl
mindestens das 0,02-fache des Stabdurchmesser8 betragen. Außerdem darf der gegenseitige
Abstand zweier benachbarter Schrägrippen mit Rücksicht auf die Ausbildung einer
ausreichend großen Scherfläche der Betonkonsolen zwischen den Rippen an keiner Stelle
kleiner sein, als die sechsfache Höhe der kleineren Rippe an dieser Stelle.
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Um eine große Gleichmäßigkeit der Verbundwirkung, geringe Kerbempfindlichkeit
und weitgehende Flächengleichheit des Bewehrungsstabes gemäß der Erfindun6 zu erreichen,
sind die Schrägrippen unter 15 bis 65 Grad gegen die Stabachse geneigt. Die Neigung
der Schrägrippen zur Stabachse kann bei jeder Rippe anders sein. Um bei einem kleineren
Verhältnis fR1/fR2 ein frühzeitigen Entstehen der kurzen, von den hohen Schrägrippen
ausgehenden
Querrisse im Beton zu vermeiden, ist es vorteilhaft,
die Neigung der hohen Rippen gegenüber der Stablängsachse geringer zu wählen, als
die der niedrigeren Rippen. Dies bietet den weiteren Vorteil, daß die von den hohen
Schrägrippen aussehende größere Kerbwirkung für den Stab auf eine größere Stablänge
verteilt wird.
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Um den optimalen, der Stahlzugfestigkeit angemessenen Verbund bei
einer geringen Sprengwirkung zu erzielen, kann der Bewehrungsstab gemäß der Erfinduno
zwischen jeweils zwei hohen Schrägrippen Felder mit unterschiedlichen k-Werten haben.
Die Höhen, Abstände und Neigungen der Schrägrippen können in jeder Rippenreihe unterschiedlich
sein.
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Um die Steuerung der kurzen Querrisse im Beton in die Querschnitte
mit hohen Schrägrippen auch hinsichtlich des zum Teil zufälligen und von der Rippenverteilung
unabhängigen Auftretens der Biege-, Zug- oder Schubrisse im Beton optimal beeinflussen
zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Schrägrippen des Bewehrungsstabes gemäß
der Erfindung eine abwechselnd zu- oder abnehmende Höhe entlang der Stabachse haben.
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Die Schrägrippen der einzelnen Rippenreihen sind zur Stablängsachse
in an sich bekannter Weise 8o geneigt, daß ein Herausdrehen des Stabes aus dem Beton
verhindert wird. Diese Wirkung kann durch unterschiedliche Neigung von in Stablängsrichtung
aufeinanderfolgenden Schrägrippen oder durch Anordnung mindestens einer Längsrippe
erzielt werden. Die Wahl der Schrägrippenneigungen wird dabei durch die Gesichtspunkte
Verbundwirkung, Walztechnik und Stabkennzeichnung bestimmt.
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Die Schrägrippen des Betonstahls und Spannstahls gemäß der Erfindung
verlaufen in an sich bekannter Weise in ihrer Höhe sichelförmig und laufen vor den
Längsrippen aus.
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Die zwischen zwei hohen Rippen liegenden niedrigeren Rippen können
in Bezug auf die Stablängsachse im gleichen oder im entgegengesetzten Sinn wie die
hohen Rippen geneigt sein.
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Es können zwei oder mehr Schrägrippenreihen am Stabumfang angeordnet
werden.
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Der Bewehrungsstab gemäß der Erfindung kann in an sich bekannter Weise
verwunden oder anders kalt verfestigt werden. Wenn die Kaltverfestigung durch Tordieren
erfolgt, ist die Neigung der Schrägrippen zur Stablängsachse so zu wählen, daß die
Neigung der in Torsionsrichtung verlaufenden Schrägrippen am verfestigten Stab kleiner
als 50 Grad und die Neigung der gegen Torsionsrichtung verlaufenden Schrägrippen
kleiner als 25 Grad bleibt.
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Die Querschnittsform des Betonstahls und Spannstahls gemäß der Erfindung
kann rund, oval, polygonal oder eine Kombination dieser Formen sein.
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Durch die Ausbildung der Schrägrippen des Betonstahls und Spannstahls
gemäß der Erfindung wird eine erhebliche Abminderung der Sprengwirkung, welche diese
Stäbe infolge des Verbundes auf den sie umgebenden Beton ausüben, erreicht. Der
wesentliche Vorteil der Profilierung gemäß der Erfindung besteht darin, daß eine
erhebliche Abminderung der Sprenzwirkung bereits durch eine kleine Verringerung
der Höhe von einigen Schräorippen erreicht wird. Dadurch wird vermieden, daß der
ungünstige Einfluß des Absetzvorgangs des Frischbetons den Verbund von im Bauteil
oben liewenden Stäben stärker beeinflußt, als dies auch bei den bisher üblichen
Betonstählen der Fall ist. Die Steuerung der kurzen Querrisse im Beton an die Stellen
der weit auseinander liegenden hohen Schrägrippen bewirkt eine insgesamt steifere
Verankerung. Deshalb kann bei dem gerippten Beton-und Spannstahl gemäß der Erfindung
eine den Stäben mit den bisher bekannten Profilierungen gleichwertige Verbundwirkung
bereits mit einer geringeren bezogenen Rippenfläche erreicht werden. Dies hat wiederum
eine Abminderunt der Sprengwirkung aus Verbund zur Folge.
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Die Ausbildung der Schrägrippen gemäß der Erfindung ermöglicht, durch
die Anordnung einer unterschiedlichen Anzahl der zwischen den hohen Rippen liegenden
niedrigeren Rippen die Stahlgüte oder andere Stahleigenschaften auf einfache und
systematische Weise zu kennzeichnen.
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Einige charakteristische Ausführungsbeispiele des gerippten Betonstahls
und Spannstahls gemäß der Erfindung sind in den Bildern 1 bis 11 dargestellt und
im Folgenden näher beschrieben.
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Bild 1, 3, 5, 6, 7, 8 und 9 zeigen jeweils einen gerippten Betonstahl
oder Spannstahl in der Ansicht. Bild 2, 4 und 10 zeigen den gerippten Betonstahl
oder Spannstahl im Schnitt jeweils entlang der Linie A-A des Bildes 1, entlang der
Linie B-B des Bildes 3 und entlang der Linie C-C des Bildes 9. Bild 11 zeigt eine
weitere Ausfthrungsform in der Ansicht.
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Der in den Bilderr darzestellte gerippte Betonstahl oder Spannstahl
4 ist mit mindestens zwei Schräærippenreihen versehen. In der Ausführung Bild 1
sind in jeder Schrägrippenreihe schraubenlinienförmig im gleichen Sinn verlaufende
Schrägrippen 1 und 2 angeordnet. Zwischen den zwei Reihen der Schrägrippen 1 und
2 ist mindestens eine Längsrippe 3 angeordnet. Die sichelförmigen Schrägrippen 1
und 2 laufen vor den Längsrippen aus. Sie haben eine unterschiedliche Höhe h1 <
h2. Zwischen zwi hohen Schrägrippen 2 liegen jeweils n niedrigere Schrägrippen.
Die Anzahl n der niedriooren Schrägrippen kann entlang jeder Rippenreihe frei gewählt
werden. Die Schrägrippenhöhen h1 und h2 werden dabei so aufeinander abgestimmt,
daß
die bezogenen Rippenflächen R1 der n niedrigeren Schrägrippen
1 und fR2 der hohen Schrägrippen 2 zueinander im Verhältnis n F2(n+1)0,25- ij <
fR2 < n(n+1) 0,25 stehen. Dabei muß die größte Höhe jeder einzelnen Schrägrippe
1 bei Betonstehl mindestens das 0,03-fache und bei Spannstahl mindestens das 0,02-fache
des Stabdurchmessers betragen. Der gegenseitige Abstand c zweier benachbarter Schrägrippen
1 oder 2 ist an keiner Stelle kleiner als das Sechsfache der Rippenhöhe der niedrigeren
der beiden Schrärrippen an dieser Stelle. Bei der in Bild 1 dargestellten Ausführungsform
besitzen die hohen Schrätrippen 2 eine geringere Neigung α2 gegenüber der
Stablängsachse als die Neigung der dazwischen lierenden niedrigeren Schrägrippen
1.
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Bild 3 und 4 zeigen eine Abwandlung des gerippten Betonstahls oder
Spannstahls nach der Erfindung, bei der die Schrägrippen 1 und 2 in jeder Rippenreihe
in entgegengesetzter Richtung in Bezug auf die Längsachse des Stabes steigen. Dabei
können die Längsrippen entfallen. Die Neigungen und a2 der einzelnen Rippenreihen
zur Stablängsachse können unterschiedlich sein.
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Die Ausführungen des gerippten Betonstahls oder Spannstahls in den
Bildern 5, 6 und 7 zeigen eine derartige Anordnung der Schrägrippen, daß die Höhen
der benachbarten niedrigeren Rippen 1 in systematischer Weise nach den strichlierten
Linien 5 zu- oder abnehmen.
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Bild 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel bei dem die Zahl n der zwischen
den hohen Schrägrippen 2 angeordneten niedrigeren Schrägrippen 1 in jeder Rippenreihe
unterschiedlich ist. Ebenso ist der Abstand c der Schrägrippen 1 und 2 untereinander
verschieden.
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Bild 9 und 10 zeigen eine weitere Ausführungsform des gerippten Betonstahls
oder Spannstahls mit einem annähernd quadratischen Querschnitt, bei dem die niedrigeren
Schrägrippen 1 im gleichen oder im entgegengesetzten Sinn wie die hohen Rippen 2
zur Stablängsachse geneigt sind.
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Bild 11 zeigt einen Rippentorstahl nach der Erfindung, bei dem zwischen
zwei schraubenlinienförmig verlaufenden Längsrippen 3 Schrägrippen 1 und 2 derart
ausgebildet und angeordnet sind, daß die bezogene Rippenfläche fR1 der Schrägrippen
1 zur bezogenen Rippenfläche fR2 der hohen Schrägrippen 2 im Verhältnis n [2(n+1)
0,25~ 1] < R1 / fR2 < # n(n+1)0,25 steht. Die Schrägrippen 1 und 2 verlaufen
in Tosionsrichtung und besitzen, bezogen auf die Stablängsachse, eine Neigung oc
von höchstens 50 Grad.