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" E o d e n a n k e r "
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Die erfindung betrifft einen Bodenanker mit mindestens zwei ineinandergreifenden
Ankerteilen.
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Es ist bekannt, fiir lösbare Kupplungen ein Granulat in Irrn von
I:etall;ugeln zu verwenden, welche durch einen Druckkörper zwischen einander gegenüberliegende
Zahnkränze zweier zu kuppelnder Rotationskörper eingepreßt werden, wodurch eine
lösbare Verbindung dieser Körper herbeigeffihrt wird.
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Es wurde auch der Vorschlag gemacht, eine starre Verbildung zweier
mit ihren Enden teleskopartig ineinandergesetzter Körper durch stückiges Gut zu
erzielen, welches in einen ringartigen Zwischenraum der ineinandertreifenden Körperteile
gefüllt, in Nuten der parallel zueinander verlaufenden Umfangswände dieses Zwischenraumes
eingreift und eine Klemmwirkung herbeiffihrt.
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Im Tunnel-, Erd- und Bergbau ist es wiinschenswert, daß Fels- und
Erdanker auch wesentliche Verformungen des Gebirges mitmachen können, ohne zu Bruch
zu gehen. Die elastischen und plastischen Verformungsfahigkeiten von Stahlankern,
vor allem aus Material höherer Festigkeit, reichen dafür häufig nicht aus, so daß
Fels- und Erdanker mit an der Luftseite des Fels- bzw. Erdkörpers nachgiebigen Verankerungen
bekannt wurden. Es ist dabei auch neben dem Verhindern bzw. Verzögern von Brucherscheinung
von Interesse, die Belastungen des Felsankern, die durch die Verformungen des Gebirges
entstehen, durch nachgiebige Verankerungen gezielt beeinflussen zu können.
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Nachgiebige Verankerungen wurden bisher beispielsweise
durch
zusammendrsickbare Körper erreicht. Hiebei befindet sich der zusammendrfickbare
Körper als nachgiebige Abstutzung fiir den Anker zwischen einem Festpunkt am Anker
und den Fels- bzw. Erdkörper. Ebenso sind Fels-bzw. Erdanker bekannt geworden, bei
denen auf dem luftseitigen Ende ein Gewinde angebracht wurde, das über den Schaft
des Ankers herausragt. Durch einen auf den Schaft des nkers aufbeschobenen (z.B.
konisch) gelochten Körper, der sich einerseits gegen den Fels-bzw. drdkörper und
andererseits auf die iiber den Schaft herausragenden Gewindegänge abstiitzt, wurde
die Nachgiebigkeit dadurch erreicht, daß die Gewindegänge nacheinander deformiert
bzw. abgeschert werden.
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Ronstrukti<nen mit zwischengeschalteten, zusammendrückbaren Körpern
haben die Nachteile, daß die Ankerstangen bearbeitet werden müssen, um einen Festpunkt
am Anker zu erreichen, gegen den sich der zusamtnendrückbare Körper abstützen kann,
und daß die zusammendriickbaren Körper zur Erzielung größerer Verschiebungswege
sperrig und teuer werden. Konstruktionen, bei denen ein über den Schaft des Ankers
herausragendes Gewinde abgeschert wird, haben die Nachteile, daß der beschriebene
gelochte Körper nicht von der Luftseite her auf den Ankerstab aufgebracht werden
kann, daß die Ankerstäbe zur Herstellung des Gewindes bearbeitet werden müssen,
und daß bei Verwendung von Ankerstäben mit Rippungen, wie es beispielsweise Betonstähle
sind, die Anwendung des Systems erschwert wird.
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Die gegenständliche Erfindung betrifft nachgiebige Verankerungselemente,
die auf Felsankerstangen aus beliebigem Stangenmaterial z.B. auch gerippte Baustähle,
von
der Luftseite her montiert werden können, wobei keine Bearbeitung des Stangenmaterials
erfaderlich ist. Dieses Ziel wird durch einen Bodenanker, der im Patentanspruch
1 gekennzeichneten Art erreicht.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnung näher
erläutert, in welcher Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Bodenankers dargestellt
sind. Es zeigen Fig. 1 den Querschnitt der Verankerung eines Bewehrungsstabes im
Fels, Fig. 2 eine andere Ausftihrungsform der Verankerung, Fig. 3 eine weitere AusfUhrungsform
einer Verankerung in einer Zwischenphase der Herstellung, Fig. 4 eine geänderte
Ausftihrungsform der Verankerung nach Fig. 3 und Fig. 5 eine in zwei richtungen
wirkende Verankerung.
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Die Verankerung nach Fig. 1 ist ein Beispiel einer nachgiebigen Verankerung
in unbelastetem Zustand.
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Sie besteht aus einer, von einer Ankerstange 4 - im vorliegenden Fall
einem Bewehrungsatab - durchsetzten Stahihulse 1, deren Bohrung 8 am hinteren inde
ein Gewinde 7 aufweist und sich nach vorne hin verjüngt, einem stückigen Füllgut
2 aus Stahlkugeln und einer gelochten Schraube 3. Durch Eindrehen der Schraube in
die HUlse wird diese über das stückige Füllgut am Anker befestigt. Die Unterlagsplatte
5 dient zur Abstützung der Hülse gegen den Fels- bzw. Erdkörper 6.
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Eine derartige Verankerung wirkt in folgender
weise:
Die zu kuppelnden Körper sind so ausgebildet, daß ein stiickiges Fiillgut - in den
Figuren als Kugeln dargestellt - eine Klemmwirkung ausüben kann. Dies wird dadurch
erreicht, daß die den Spaltraum begrenzenden Flächen 9, 10 eine geeignete eig ng
zueinander haben, daß an den Körpern in den beriihrenden Punkten und Flächen eine
ausreichende Reibung vorhanden ist, und daß auf das stückige Fiillgut eine Anpreßkraft
A wirkt, welche das Füllgut 2 gegen die Keilflachen drückt. Im vorliegenden Falle
ist die Hülse 1 mit einer Keilflache 9 ausgestattet, während die AnKerstange 4 im
wesentlichen zylindrisch ist und lediglich an ihrer Oberfläche die bei Betonbewehrungsstäben
üblichen Rippen und allenfalls auch Riegel aufweist.
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Bei einer auf den inneren Kupplungsteil, im gegenständlichen Falle
die Ankerstange 4, wirkenden Zugbelastung in der mit x bezeichneten Richtung bzw.
bei Druckbelastung in der entgegengesetzten Richtung wird das stückige Füllgut 2
in den Spaltraum eingepreßt. Dabei entstehen an dem stückigen Fiillgut so hohe örtliche
Fressungen, daß es in mindestens einem der zu kuppelnden Teile neben elastischen
auch plastische Verformungen hervorruft, wobei Relativverschiebungen zwischen den
zu kuppelnden Teilen auftreten.
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Die Höhe der äußeren Belastung, bei der plastische Verformungen in
der Verankerung erfolgen, wird unterschiedlich hoch sein, je nachdem, welche Verformungen
im Laufe der Relativverschiebung bereits stattgefunden haben, ob z.B. das klemmwirkende
stückige Füllgut plastisch deformiertes Material vor sich herschiebt oder abschert,
wie sich die fUr die Klemmwirkung maßgebenden Berilhrungsflächen
beim
Verformungsvorgang in ihrer Neigung zueinander und Größe andern und wie mit zunehmender
Relativverschiebuig die nindringtiefe des stückigen Fiillgutes sich ändert, usw.
Durch die bei den zu kuppelnden Körpern verwendeten tfaterialien, deren Oberflächenbeschaffenheit
und deren Form, durch die Anzahl, lglaterial, Form, Oberflächenbeschaffenheit des
stückigen Fiillgutes und durch die Art seines Zusammenwirkens mit den zu kuppelnden
Körpern kann die Nachgiebigkeit der Verankerung gezielt gestaltet werden.
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Es kann beispielsweise bei einer Abrundung des verJüngten der Hiilse
1 - wie es beispielsweise Fig. 2 zeigt - erreicht werden, daß die Relativverschiebung
des klemmwirkenden stUckigen Füllgutes gegenüber dem äußeren Kupplungsteil trotz
fortschreitender Relativverschiebung der zu kuppelnden Teile beschränkt bleibt oder
zum Stillstand kommt.
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Die nachgiebigen Verankerungen können auch so gestaltet sein, daß
das stückige Füllgut in mehreren Lagen geordnet oder ungeordnet zwischen den zu
kuppelnden Körpern gelagert ist. Die Einzelteile des stückigen Füllgutes können
sich bei der Verformung gleichzeitig oder nacheinander in die zu kuppelnden Körper
einpressen. Am Einpreßvorgang kann das gesamte sttickige Füllgut oder nur ein Teil
davon beteiligt sein. Größe der Kraftlibertragung und der dabei auftretenden Verformungen
können dadurch beeinflußt werden. So können beispielsweise zwei übereinander liegende
Kugelkränze vorgesehen sein, wobei die Kugeln des im engeren Teil liegenden Kranzes
entsprechend geringeren Durchmesser haben, so daß beide Lagen am Beginn des Verformungsvorganges
gleichzeitig klemmwirkend sind.
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Durch Verwendung von nacheinander klemmwirkenden Zwischenk rpern kann
erreicht werden, dal3 die Kraftbertragung in @ er Verankerung erhalten bleibt, trotz
ces Herausziehens eines Teiles des stückigen Füllgutes aus der Veran<erung.
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Wesentlich bei der erfindungsgemßen Maßnahme ist die Verwendung ven
stSickigem Gut, insbesondere von kugelf rmigen Körpern im Zusammenwirken mit mindestens
einer schrägen Fläche. Diese Maßnahme unterscheidet sich von den iiblichen Endverankerungen
von Spannbetongliedern, bei welchen Verankerungskeile verwendet werden, die das
Spannglied urschließen, während erfindungsgemäß eine Mehrzahl stellenweiser Berührungen
zustandekommt, die sich jeweils nur über einen kleinen Bruchteil der einander gegenüberliegenden
Flächen der zu kuppelnden Körper erstrecken.
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Das beschriebene Ausführungsbeispiel sieht eine Rippung des inneren
Kupplungsteiles vor. Eine solche Rippung kann auch zusätzlich oder ausschließlich
am äußeren Kupplungsteil vorgesehen sein.
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Schließlich besteht auch die Möglichkeit, die vorgesehene Verankerung
mit ebenen Kupplungsflächen zu erzielen.
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Der für die gegenständliche nachgiebige Verankerung maßgebende Verformungsvorgang
hat nicht notwendigerweise symmetrisch zu erfolgen, er ist auch nicht auf Körper
einer bestimmten Form beschränkt.
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Zur Erzeugung der Anpreßkraft A, welche erforderlich ist, um ein
gewisses Maß an anfänglichen Klemmkräften an den zu kuppelnden Körpern hervorzurufen,
können zahlreiche Mittel verwendet werden. In der einfachsten form kann die Anpreßkraft
auf das stückige
Füllgut die auf dieses wirkende Schwerkraft sein,
f:;r den Fall, daß die nachgiebige Verankerung eine entsprechende Lage im Raum einnimmt.
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Die Anpreßkraft kann auch dadurch erzeugt werden, daß das stückige
Füllgut derartig zusammengedr cxt wird, daß jener Teil des stückigen Filllgutes,
der die Klemmwirkung ausüben soll, gegen die fUr die Klemmwirkung maßgebenden Flächen
der zu kuppelnden Teile gepreßt wird. Eine mögliche derartige Ausbildung ist der
Schraubenverschluß 3 nach Fig. 1, der angespannt wird.
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Er kann auch durch ein federndes Element, das unter Spannung steht,
ersetzt werden.
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Ebenso kann die erwähnte Rippung der zu kuppelnden Körper eine Mitnehmewirkung
auf das stückige FÜllgut ausüben und so die erforderliche Anpreßkraft hervorrufen,
wie dies Fig. 2 zeigt. Bei dieser Ausfilhrungsform ist der äußere Kupplungsteil
1 mit einer sphärischen Auflagefläche 11 ausgebildet, so daß er sicher die Abstützung
gegen eine Unterlagsplatte 5 mit kugelpfannenförmiger Vertiefung 12 eignet. Dadurch
wird erreicht, daß die nachgiebige Verankerung gegenüber der Unterlagsplatte 5 verschwenkbar
wird.
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Selbstverständlich sind sinnvolle Kombinationen der beispielshaft
beschriebenen Methoden zur Erzeugung der erforderlichen Anpreßkraft möglich.
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Im folgenden werden Beispiele für die Montage der nachgiebigen Verankerung
beschrieben, wobei besonders darauf Rücksicht genommen wird, daß die Montage von
ungeschulten Arbeitern mit möglichst geringem Aufwand durchgefiihrt und für eine
Baustelle weitgehend vorbereitet werden kann, so daß die Montage sowohl bei horizontaler,
vertikaler und schräger Lage der zu kuppelnden
elemente als auch
iiber Kopf erfolgen kann.
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Eine nachgiebige Verankerung, wie sie in Fig. 1 drgestellt ist, kann
beispielsweise durch 5,ufschieben des äußeren Kupplungsteiles 1 auf den inneren
4, darauffolgendes Einschfitten des stisckigen Fiillgutes 2 und abschließendes Einscnrauben
der gelochten Schraube be hergestellt werden. Dies ist aber nur einfach bzw.
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ohne zusätzliche Elilfseinrichtung dann möglich, wenn das stückige
Fiillgut der Schwerkraft folgend zwischen die zu kuppelnden Teile hineinfällt.
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Ebenso ist das Anbringen einer seitlichen Öffnung 13 mit Verschluß
14 möglich, wie dies beispielsweise bei der Ausführungswform nach Fig. 2 vorgesenen
ist. Jedoch auch in diesem Fall ist ein einfüllen des stückigen Materials durch
ein einfaches @ inschiitten bei einer Montage über Kopf nicht möglich.
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Die Fig. 3 und 4 zeigen Möglichkeiten der Montage, die beispielsweise
auch über Kopf ausgefiihrt werden können.
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Fig. 3 zeigt einen Montagevorgang, bei dem im Ausgangszustand ein
Stoppel 15 das Füllgut 2 durchsetzt. Zur Herstellung der Klemmung wird der Ankerstab
4, wie durch Pfeil B angedeutet, eingefi hrt und das Ausschieben des Stoppels 15
bewirkt, wobei das Herausfallen des stückigen Füllgutes 2 während der Montage verhindert
wird. Die Klemmwirkung erzielt sodann der Schraubverschluß 3.
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Bei der in Fig. 4 dargestellten Konstruktion verhindert ein zusätzliches
element 16, das in der nachgiebigen Verankerung auch nach der Montage verbleibt,
das Herausfallen des stSickigen Füllgutes während der Montage. Dieses zusätzliche
Element 16 kann
beispielsweise hohlzylinderförmig sein und beispielsweise
aus dünnem weichem Material oder aus einem Gewebe bestehen. Beim Einschrauben und
Anziehen der gelochten Schraube legt sich dieses zusätzliche Element an den inneren
Kupplungsteil 4 wenigstens teilweise an und wird dabei oder durch die bei der Belastung
auftretenden Verformungen von dem stückigen Füllgut 2 wenigstens teilweise durchdrungen.
Dieses zusätzliche element 16 kann aber auch aus sprödem Material bestehen, das
beim Aufbringen der auf das stückige Füllgut wirkenden Anpreßkräfte zerbricht.
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Ebenso ist es möglich, das stückige Füllgut 2 z.B. durch ein erhärtbares
Material so weit zu verbinden, daß ein Herausfallen des stückigen Füllgutes während
der Montage verhindert wird. Beim Aufbringen dr Anpreßkräfte bzw. während der Belastung
der nachgiftigen Verankerung zerfällt das veSundene stückige Füllgut 2 in seine
Einzelteile.
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Die beispielshaften erwähnten Methoden der Erzeugung der Anpreßkraft
und der Montage sind sinngemäß auch auf andere als in den Abbildungen dargestellten
Ausführungsformen anwendbar. Bisher wurde die nachgiebige Verankerung nur in einer
Richtung wirkend beschrieben. Ebenso sind Ausführungsformen möglich, die in mehreren
Richtungen wirken. Fig. 5 stellt eine in zwei Richtungen wirkende nachgiebige Verankerung
dar.
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Sie besitzt zwei spiegelbildlich angeordnete Hülsen IA, IB, die mit
ihren Gewindedtfnungen, die verschiedene Gewindegänge, d.h. Links- und Redhtsgewinde
aufweisen, auf einer Doppelschraube 3 mit kerrespondierenden Gewindegängen aufgeschraubt
sind. Das stückige FUllgut 2A, 2B beider HUlen IA, 1B steht unter dem
Einfluß
je einer Feder 17A, 17B, welche ähnlich der Feder nach den Fig. 7 und 8 über einen
Ring 19A, 19B das Füllgut belasten und in ihrer Vors annung durch die Schraube 3
gemeinsam geregelt werden können.
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D e Wirkungsweise und die Verwendung der gegen-St@ndlichen nachgiebigen
Verankerung wurde insbesondere auf dem Gebiet der Lels- und rdanker beschrieben.
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Sie kann sinngemäß überall im Erdbau angewendet werden, wo ein Überlastungsschutz
oder eine gezielte Nachgiebigkeit angestrebt werden. So z.B. im Bergbau oder im
Tunnelbau.
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L e e r s e i t e