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VORRICHTUNG ZUR ENDVERANKERUNG VON ALS SPL\'NGLlEDR IM
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SPANNBETONBAU EINGESETZTEN STÄBEN AUS FASER-vERBL-::DWERKSTOFF Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Endverankerung von als Spannglieder im Spannbetonbau
eingesetzten Stäben aus Faser-Verbundwerkstoff,nach der Gattung des Hauptanspruchs.
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Stäbe aus Faser-Verbundwerkstoff -z.B.in eine Harzmatrix eingegossene
Glas-oder Kohlefasern- haben in Faser-' äncsrichtung eine hohe Zug-bzw.Bruchfestigkeit'die
bei Glasfaser-Verbund fiGV-)-Stäben bei ca.1600 N/mm² liegt.Sie sind daher anstelle
der üblichen Spannstähle grundsätzlich als Spannglieder im pannbetonbau einsetzbar.Problematisch
ist jedoch die Endverankerung unter hoher Vorspannung stehender GV-Span.glieder,
beil deren Querdruck- und Schubfestigkeit im Vergleich zu Stahlstäben erheblich
geringer ist.Von den in Verbindung mit Stahlstäben bekannten Endverankerungs-Vorrichtungen
kommen daher für einen Einsatz in Verbindung mit GV-Spanngliedern allenfalls solche
in Betracht,die eine reibungsschlüssige Fixierung der GV-Spannglieder in einem geeigneten
Verankerungskörper,der seinerseits am Betonbauteil zugfest abgestützt bzw.verankert
ist,vermitteln;solche Verankerungsvorrichtungen sind beispielsweise Keilverankerungen
oder Vergußverankerungen mit einem a Betonbauteil abgestützten'innen konischen Verankerungshohlkörper'der
von den Spanngliedern in Längsrichtung durchsetzt ist,die ihrerseits am Verankerungshohlkörper
mittels eines im Falle der Keilverankerungen in der Regel mehrteiligen,ir Falle
der Vergußverankerungen als einstilskiger
Vergußkegel ausgebildeten
Klemmkörpers festgelegt sind, wobei die für die reibungsschlüssige Fixierung der
GV-Spannglieder erforderliche Querpressung des Klemmkörpers und der Spannglieder
selbst durch eine hinreichende Verschiebuna des Klemmkörpers in Länasrichtuna del
Verankerung erzielt wird.
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Von Endverankerungsvorrichtungen dieser Art ist im Gattungsbegriff
des Patentanspruchs 1 ausgegangen.
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Die mit solchen Vorrichtungen erzielten Endverankerungen von GV-Spannqliedern
sind aber in Anbetracht der Tatsache, daß die 3eansoruchbarkeit der GV-Spannglieder
aufgrund der für diese geltenden Bruchkriterien durch Spannungen in Querrichtuna
und/ oder Schubspannungen in Längsrichtung abnimmt, :iit einer Reie erheblicher
Nachteile behaftet: die über die Spannglieder in die Endverankerung eingeleitete
Zugbeanspruchung,die sich sich im allgemeinen additiv aus der den Spanngliedern
erteilten Vorspannung und dem aus der Belastung des Spannbetonbauteils resultierenden
Lastanteil zusammensetz-, verursacht eine Verschiebung des Klemmkörpers im Verankerungs-Hohlkörper,die
ihrerseits zu lastabhängigen Querpressungen der Spannglieder führt Diese Querpressungen
sind im Regelfall sehr hoch und können bei GV-Stäben zu einer entscheidenden Minderung
der langzeitig ertragbaren Verankerungskraft führen,wobei insbesondere die am Beginn
der Verankerungsstrecke,wo die volle Längs-Zugspannung wirksam ist,auftretenden
Quer-und Schubspannungsspi-en in Verbindung mit den wegen des im Vergleich zu Stahlstäben
geringeren E-Moduls höheren Dehnungen für die GV-Stäbe schädlich sind.Daher müssen
die GV-Stabe geeignete, zu bekannten Endverankerungsvorrichtungen analoge Verankerungskörper
in der Regel unverhältnismäßig stark überdimensioniert werden.
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Zwar ist es,wie in der älteren Patentanmeldung P 29 32 809.4 dargelegt,möglich,eine
gleichmäßige Verteilung der Querpressung für die Verankerungslänge der Spannglieder
dadurch zu erzielen, daß als die Spannglieder umschließender Klemmkörper ein Quetschkörper
vorgesehen ist,der in einem von den Spanngliedern in Längsrichtung durchsetzten
Verankerungshohlkörper eingeschlossen ist und durch Relativverschiebung zweier den
Klemmkörper an der Eintritts- und der Austrittsseite der Spannglieder abschließenden
Quetschplatten gegeneinander der für die Verankerung der Spannglieder erforderlichen
Querpressung aussetzbar ist,die mittels einer Spannvorrichtung einstellbar ist.Um
zu gewährleisten,daß einerseits die Spannglieder im extremen Lastfall sicher verankert
sind und daß andererseits der dafür erforderliche Wert der Querpressung auch dann
erhalten bleibt,wenn sich z.B.durch jahreszeitlich bedingte Temperaturschwankungen
oder durch langzeitigen Gebrauch bedingte Material-Ermüdungserscheinungen die mechanischen
Eigenschaften des in der Regel auf Kunststoffbasis hergestellten quetschbaren Klemmkörper
ändern,muß zum einen ein hoher Wert der Querpressung gewählt werden,und es muß eine
mit vorgespannten federelastischen Gliedern realisierte,eine selbsttätig wirkende
Nachspannvorrichtung vorgesehen sein,die aber mit zusätzlichem technischem Aufwand
und Raumbedarf verknüpft ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher,eine Endverankerungsvorrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen,die bei einfachem und vergleichsweise raumsparendem
Aufbau sowohl eine für die schonende Verankerung der Spannglieder günstige Begrenzung
der lastabhängigen Querpressungen auf ein zulässiges Maß wie auch eine für deren
sichere Verankerung erforderliche selsbsttätige Jachspannung des Klemmkörpers unter
variierenden Umweltbedingungen vermittelt.
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Diese Aufgabe wird erfindunqsgoriaß durch die im kennzeicklnntlfen
Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale auf einfache
Weise
gelöst.
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Hierdurch erzielte vorteilhafte funktionelle Eigenschaften der erfindungsgemäBen
Vorrichtung sind zumindest die folgenden: durch geeignete Vorgabe der Abmessungen
und Materialeigenschaften des quetschbaren Teils des Klemmkörpers läßt sich die
Zunahme der lastabhängigen Querpressung'der die Spannglieder ausgesetzt sind,auf
einen in weiten Grenzen variierbaren,definierten Wert einstellen und damit auf das
für den jeweiligen Gebrauchsfall zulässige Maß beschränken.Weiter wird durch die
erfindungsgemäß vorgesehene Krafteintragung der an den Spanngliedern angreifenden
-lastabhängigen- Zugkräfte über die an der Austrittsseite angeordnete in axialer
Richtung verschiebbare Quetschplatte auf einfachste Weise die für die sichere Verankerung
der Spannglieder unter allen denkbaren Bedingungen erforderliche Nachspannung des
Klemmkörpers erreicht.
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'7eitere,durch die in den Unteransprüchen niedergelegten blerkmale,die
im Rahmen der erfindungsgemäßen Vorrichtung alternativ oder in zweckentsprechender
Kombination verwirklicht sein können,sind zumindest die folgenden: die durch die
Merkmale des Anspruchs 2 umrissene Gestaltung eines im Rahmen der erfindungsgemäßen
Vorrichtung einsetzbaren Verankerungshohlkörpers,der seinerseits in eine Aussparung
des Betonbauteils eingesetzt ist,hat den Vorteil,daß der Veran-.cerungshohlraum
sehr viel leichter mit einer definierten Form und Oberflächenbeschaffenheit seiner
Innenwände realisierbar ist, als wenn der Verankerungshohlraum durch das Betonbauteil
selbst begrenzt ist.
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Dies ist insbesondere dann vorteilhaft,wenn der Verankerungshohlkörper,wie
durch die Merkmale der Ansprüche 3 und 4 angegegeben,
eine detailreiche
Form hat,um bei einem möglichst raumsparenden Aufbau trotzdem ein günstig niedriges
Querkraft/Zugkraft-Umsetzungsverhältnis bzw.eine gleichmäßige Verteilung der Querkräfte
über die Verankerungslänge der Spannglieder zu erreichen.In solchen Fällen kann
dann die den Verankerungskörper aufnehmende Aussparung des Betonbauteils eine für
die Schalung desselben günstigere,einfache Gestalt haben,wobei zwischen den Verankerungshohlkörper
und den Wänden der bBetonbauteil-Aussparung verbleibende Zwischenräume nach dem
Ansetzen der Vorrichtung verpreßt werden können,um den Verankerungshohlkörper sicher
in seiner Soll-Lage zu halten.
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Die durch die Merkmale der Ansprüche 5 und 6 angegebene Gestaltung
des im Rahmen der erfindungsgemäßen Vorrichtung einsetzbaren Quetschkörpers bietet
die vorteilhafte Möglichkeit, das Querpressungsverhalten des Quetschkörpers und
damit auch die über der Verankerungslänge auf die Spannglieder wirkende Querpressung
geeignet abzustufen und hierdurch eine besonders schonende und gleichwohl sichere
Verankerung der Spannglieder zu erreichen.
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Schließlich ist durch die Merkmale des'Anspruchs 7 eine die Montage
bzw. deren Vorbereitung erleichternde, kostengünstig realisierbare wie auch funktionell
vorteilhafte Gestaltung des im Rahmen der Vorrichtung eingesetzten Verankerungshohlkörpers
angegeben.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der
Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.Es zeigen:
Fig.1
eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Endverankerungsvorrichtung in
einem durch Quetschung der zur reibungsschlüssigen Verankerung der Spannglieder
erforderlichen Querpressung aussetzbaren Klemmkörper,in einem teilweise abgebrochenen
Längsschnitt und Fig.2 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,in
einer der Fig 1 entsprechenden Darstellung, jeweils im Maßstab von ca.1:1,5 bis
1:2.
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Die in der Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung 10 dient
zur reibungsschlüssigen Endverankerung einer Anzahl stabförmiger Spannglieder 11
aus Faser- Verbundwerkstoff,z.B.Glasfaser(GV)- oder Kohlefaser-Verbundwerkstoff,an
einem Spannbetonbauteil 12,an dem die Vorrichtung 10 in der aus der Fig.1,
auf
deren Einzelheiten ausdrücklich verwiesen sei,ersichtlichen Weise angeordnet ist.
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Die Vorrichtung 10 umfaßt einen zylindrisch-topfförmigen Verankerungshohlkörper
13,der auf dem größten Teil seiner Länge von einer ebenfalls topfförmig-zylindrischen
Aus sparung: 14 des Betonbauteils 12 aufgenommen ist,in deren zentralem Eodenbereich
der von den Spaplgliedern 11 durchsetzte Spannkanal 16 des Betonbauteils 12 mtindet.Der
von den Spanngliedern 11 und diese umschließenden Klemmhülsen 17 in seirier Längsrsc}stutu
durchsetzte Verankerungshohlköper 13 ist an seinem inneren,dem Spannkanal 16 zugewandten
Ende,wo die Spannglieder 11 in die Verankerungsvorrichtung 10 eintreten,mit einer
mit Durchtrittsöffnungen 18 für die Spannglieder 11 bzw.diese umschließenden Klemmhülsen
17 versehenen Bodenplatte 19 abgeschlossen.An seinem äußeren Ende,an dem die Spannglieder
11 aus der Vorrichtung 10 austreten,ist der Verankerungshohlkörper 13 mit einem
radial abstehenden Ringflansch 21 versehen,mitdem er sich an dem die austrittsseitige
Öffnung der Aussparung 14 begrenzenden Außenwandabschnitt 22 des Spannbetonbauteils
12 abstützt.Die austrittsseitige Öffnung des Verankerungshohlkörpers 13 ist bis
auf einen engen Randspalt 23 von einer zur Bodenplatte 19 parallelen,in Längsrichtung
der Spannglieder 11 verschiebbar am äußeren Ende des zylindrischen Mantels 24 des
Verankerungshohlkörpers 13 gelagerten Quetschplatte 26 abgedeckt,die ihrerseits
mit den Durchtrittsöffnungen 18 der Bodenplatte 19 fluchtenden Durchtrittsöffnungen
27 für die- die Spannglieder 11 umschließenden Klemmhülse 17 versehen ist.Die im
wesentlichen langgestreckt-rohrförmig ausgebildeten Klemmhülsen 17 sind an ihrem
austrittsseiLigen Ende mit radial vom Hülsenmantel abstehenden Flanschstücken 28
versehen,mit denen sie sich in der dargestellten Gebrauchs lage der Vorrichtung
10 an der Außenfläche 29 der Quetschplatte 26 abstützen.In dem zwischen der Quetschplatte
26 und der Bodenplatte 19 verbleibenden,
vom zylindrischen Mantel
24 des Verankerungshohlkörpers 13 umschlossenen Hohlraum ist ein diesen ausfüllender
Körper 30 aus einem durch Quetschung aufweitbaren Material wie z.B.
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Polychloropren,sulfochloriertes Polyäthylen o.dgl.angeordnet, der
eine Verschiebung der Quetschplatte 26 zur Bodenplatte 19 hin vermittelnde axiale
Zug- oder Vorspannkräfte im inneren des Verankerungshohlkörpers 13 in einen betragsmäßig
dazu proportionalen hydrOstatischen"Druck und damit auch in quer zu den Klemmhülsen
17 und Spanngliedern 11 gerichtete Querkräfte umsetzt,die bei hinreichender Quetschung
des Quetschkörpers 30 eine für die reibungsschlüssige Fixierung der Spannglieder
11 hinreichende Querpressung der Klemmhülsen 17 vermittelt.Um eine bei vorgegebener
Gebrauchsiast hierfür ausreichende Querpressung des Quetschkörpers 30 bzw.der Klemm-Hülsen
27 und der Spannglieder 11 ohne zusätzliche Vorrichtung (Spannpresse) einstellen
zu können, ist eine von der Außenseite der Vorrichtung 10 her betätigbare Vorspann-Vorrichtung
31 vorgesehen.Diese ist in der Fig.1 durch einen einzigen,sich entlang der zentralen
Längsachse 32 der Vorrichtung 10 erstreckenden,mittels der sich an der Außenseite
der Quetschplatte 26 abstützenden Spannmutter 33 spannbaren Spannanker repräsentiert,dessen
Kopf 34 sich an der gegenüberliegenden Außenseite 36 der Bodenplatte 19 abstützt,und
dessen Schaft 37 durch miteinander fluchtende 3ohrungen 38 bzw.39 der Bodenplatte
19 bzw.der Quetschplatte 26 hindurchtritt.
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Die insoweit beschriebenen Vorrichtung 10 ist wie folgt einsetzbar:
zunächst wird die den Verankerungshohlkörper,den Quetschkörper 30 die Quetschp1>tte
29,die Klenunhülsen 17 und die Spannvorrichtung 31 umfassende Endverankerungsvorrichtung
lo an die vorzugsweise radialsymmetrisch um die zentrale Längsachse 32 gruppierten
Spannglieder 11 angesetzt und gegebenenfalls von vornherein in die dargestellte
Endstellung ihres Verankerungshohlkörpers
13 in die Aussparung
14 des Spannbetonbauteils 12 eingeschoben. Danach kann mittels einer üblichen, nicht
dargestellten Spannpresse den Spanngliedern 11 die für die Vorspannung des Betonbauteils
12 vorgesehene Vorspannung aufgeprägt werden. Sodann wird nach Betätigen der Spannvorrichtung
31 die Spannpresse abgekoppelt, so daß durch die sich einstellende Gleichgewichtslage
über die Quetschplatte 26 die für die sichere Verankerung der Spannglieder 11 erforderliche
Querpressung der Klemmhülsen 17 und der Spannglieder selbst erreicht wird.
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Danach, gegebenenfalls auch schon vor dem Betätigen der Spannvorrichtung
31 kann der zwischen dem Verankerungshohlkörper 13 und der Aussparung 14 des Betonbauteils
12 verbleibende Hohlraum und der die Spannglieder umschließende Spannkanal 16 mit
Verpreßmörtel oder einer anderen geeigneten Masse verpreßt werden.Im Lastfall auftretende,erhöhte
Zugkräfte,die über die Klemmhülsen 17 und die Quetschplatte 26 in die Verankerungsvorrichtung
10 eingetragen werden,führen zu einer Erhöhung der Querpressung,wobei deren auf
die Zugkraft-Einheit bezogene Zunahme durch die Abmessungen des Quetschkörpers und
dessen mechanischen Eigenschaften bestimmt ist und durch zweckentsprechende konstruktive
Vorgaben dieser Parameter in weiten Grenzen variierbar und somit auch auf den für
den jeweiligen Gebrauchsfall günstigsten Wert einstellbar ist.Die in der Fig.2 dargestellte
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 40 ist hinsichtlichen ihres
Einsatzzweckes -Endverankerung von Spanngliedern 11- und hinsichtlich des zur Beschränkung
des Last/Querpressungsverhältnisses ausgenutzten Prinzips der in der Fig.1 dargestellten
Vorrichtung 10 völlig analog.Demgemäß sind mit Elementen der Vorrichtung 10 gemäß
Fig.1 funktionsgleiche oder -analoge Elemente der Vorrichtung 40 gemäß Fig.2 mit
denselben Bezugszahlen belegt.
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Die Vorrichtung 40 gemäß Fig.2 eignet sich speziell für die Endverankerung
eines Bündels von Spanngliedern 11,die in enger,vorzugsweise axialsymmetrischer
Verteilung um die zentrale Achse 41 der Vorrichtung 40 gruppiert sind.Sie stecken
in einem insgesamt blockförmigen Klemmhülsenkörper 42 aus Stahl oder Aluminium,
der mit Längsschlitzen versehen ist, die die für die Übertragung der Querpressung
auf die Spannglieder 11 erforderliche Nachgiebigkeit in Querrichtung gewährleisten.
Die vorzugsweise von der austrittsseitigen Stirnseite 44 des Klemmhülsenkörpers
43 her eingesägten Schlitze enden bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in einem
Abstand von einigen Millimetern von der eintrittsseitigen Stirnseite 46 des Klemmhülsenkörpers,
so daß die lediglich an Sektorbereichen der Spannglied-Mantelflächen anliegenden
Teile des Klemshülsenkörpers 42 an der Eintrittsseite der Spannglieder 11 zusammenhängen,
was insbesondere für die Montage der Vorrichtung 40 von Vorteil sein kann. Entsprechend
der kompakten Ausbildung des Klemmhülsenkörpers 42 haben die Bodenplatte 19 und
die Quetschplatte 26 jeweils nur eine zentrale Durchtrittsöffnung 47 bzw50 rür den
Klemmhülsenkörper 42,der sich wiederumg über periphere radiale Flanschstücke 28
an der Außenseite 29 der Quetschplatte 26 abstützt.Der vorzugsweise radialsymmetrisch
bezüglich der zentralen Achse 41 ausgebildete Verankerungshohlkörper 13 hat in einem
äußeren zylindrischen Teil 47,in dem die Quetschplatte 26 verschiebbar angeordnet
ist,einen deutlich größeren Durchmesser als in seinem inneren,durch die Bodenpiatte
47 abgeschlossenen zylindrischen Teil 48.Zwischen einer parallel zur Quetschplatte
25 verlaufenden Ringflansch-förmigen Bodenplatte des äußeren zylindrischen Teils
47 und dem Mantel des inneren zylindrischen Teils 48 des Verankerungshohlkörpers
13 vermittelt in der aus der Fig.2 ersichtlichen Anordnung ein trichterförmiges
Zwischenstück 51,dessen konische Innenfläche 52 mit jeweils glatter Krümmung an
die Innenfläche der Ringflanschförmigen Bodenplatte 49 bzw.die innere Mantelfläche
54 des
inneren Verankerungshohlkörper-Abschnitts 48 anschließt.Die
Abmessungen des Verankerungshohlkörpers 13 und es Klemmhülsenkörpers 42 sind so
gewählt,daß die in dem engeren Teil 48 und die in dem weiteren Teil 47 des Verankerungshohlkörpers
13 eingeschlossenen Teilvolumina des Quetschkörpers 30 etwa gleich groß sind,und
daß die zwischen der Quetschplatte 26 und der ringförmigen Bodenflanschplatte 49
gemessene Tiefe des erweiterten Teils 47 etwa 1/10 bis 1/5 der Gesamtlänge der Vorrichtung
40 beträgt.Handhabung und Funktion der Vorrichtung 40 sind derjenigen gemäß Fig.1
analog,wobei zur Einstellung einer Mindestquerpressung dqr Spannglieder 11 und des
Klemmhülsenkörpers 42 in der aus der Fig.2 ersichtlichen Weise angeordnete, im erweiterten
Teil 47 des Verankerungshohlkörpers 13 vorgesehene Spannanker 56 benutzt werden
können.
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Für die Montage der Vorrichtung 40 ist es zweckmäßig, wenn der Klemmhülsenkörper
42 einen sich zur Eintrittsseite der Spannglieder 11 hin leicht verjüngende konische
äußere Form hat, um in den vorzugsweise als vorgefertigtes Teil ausgebildeten Quetschkörper
30 leichter eingesetzt werden zu können.
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Bei Bedarf kann der Quetschkörper 30 auch, wie gestrichelt angedeutet,
einen die Teilschichten 57-60 umfassenden Schichtaufbau haben, wobei diese Teilschichten
57-60 unterschiedliche Verformungseigenschaften, z.B. abgestufte Härtegrade haben,
durch deren geeignete Wahl sich über die Verankerungslänge der Spannglieder 11 ein
bestimmtes Querpressungsverhalten des Klemmkörpers 30 erzielen läßt, wobei es zweckmäßig
ist, wenn die Härte der Teilschichten 57-60 von der Eintrittsseite der Spannglieder
11 zur Austrittsseite hin abnimmt.
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Der charakteristische Vorteil der Vorrichtung 40 gemäß Fig.2 besteht
darin,daß bei insgesamt schlankem und raumsparendem aufbau trotzdem eine große Anlagefläche
der Quetschplatte 26 an dem Quetschkörper 30 vorhanden ist,mit der sich günstig
niedrige Werte des Umsetzungsverhältnisses erzielen lassen, mit dem über die Spannglieder
11 angreifende Zugkräfte in dazu proportionale Querpressungen umgesetzt werden.