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Vorrichtung und Verfahren zur Ein-
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tragung von Lasten in bestehende Stahl-und Spannbetonbauteile Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Eintragung von Lasten in bestehende Stahl-
und Spannbetonbauteile an unter Zugspannung oder Biegespannung stehenden Stellen
mittels in Bohrlöchern vermörtelten oder verklebten Ankern in Form eincs im wesentlichen
stangförmigen Ankers mit einem Auf3engewinde wenigstens im Bereich vor dem Bohrloch,
sowie ein Verfahren zum Einbau dieser Vorrichtung.
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Betonbauteile sind vielfach einer äußeren Belastung ausgesetzt, die
dazu führt, daß sich im Betonbauteil eine Druckzone und eine Zugzone bildet. Beispiel
hierfür kann eine Deckenplatte sein, die schon unter Eigengewicht eine Biegung erfährt.
Dadurch werden im Querschnitt oben Druckspannungen unten Zugspannungen erzeugt.
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Da Beton nur in sehr geringem Ausmaß Zugspannungen aufnimmt, kommt
es zu Rissen und der Einsturz der Decke wäre die Folge, würde nicht die Bewehrung
dies verhindern.
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Will man auf der zugbeanspruchten Seite von Betonbauteilen eine Befestigung
anbringen, so ist dazu dort üblicherweise ein Bohrloch zu erstellen, in das dann
ein Dübel od. dgl. eingesetzt wird.
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Durch den von Spreizdübeln ausgehenden Spreizdruck wurde jedoch vom
Bohrloch ausgehend ein Riß begünstigt, also die Neigung des unter Zugspannung stehenden
Betonmaterials zum Reißen unterstützt werden, das heißt, der Spreizdruck würde den
Riß geradezu verursachen. Dadurch würde aber auch der Halt des Spreizdübels beeinträchtigt
und unter Umständen sogar ganz verloren gehen.
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Man muß daher für derartige Fälle Anker ohne Spreizdruck vorsehen,
bei denen ein Gewindestab od.dgl.
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im Bohrloch, beispielsweise mit Hilfe eines zweikomponentigen Bindemittels,
vermörtelt oder verklebt wird. So verstärkt ein mit dergleich¢Mörtel in Verbund
mit dem Beton gebrachter Gewindestab
das Bohrloch dadurch, daß die
Bohrung mit festerem Material wieder verfüllt wird, als vorher vorhanden war. Der
Gewindestab stellt dann keine den Riß entstehen lassende Ursache mehr da, weil,
wie schon erwähnt, kein Spreizdruck erzeugt wird.
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Unabhängig von den Wirkungen der Dübel auf das Bauteil entstehen unter
äußerer Belastung des Bauteiles Biegerisse. Der Rißabstand und die Rißweite werden
darüberhinaus durch die Dicke, Aufteilung und Uberdeckung der Bewehrung bestimmt.
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Deshalb vermag auch ein eingemörtelter Anker die Rißentstehung nicht
zu verhindern.
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Der zu erwartende Riß nimmt stets einen Verlauf in einer Fläche, die
senkrecht zur Betonoberfläche steht. Am gebrachten Beispiel einer Decke würde die
durch den Riß ausgebildete Bruchflce senkrecht zur Unterseite der Decke liegen,
also parallel zu der üblichen Anbringung von Befestigungselementen in Form von Dübeln
und Ankern. Entsteht nun der Riß nach den oben beschriebenen Gründen unmittelbar
in Ankernähe, so wird die Krafteinleitungszone des vermörtelten Ankers auf seiner
dem Riß zugekehrten Seite erheblich reduziert, und damit die Tragkraft der Verankerung
beeinträchtigt.
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Man könnte nun hergehen und die Bohrlöcher sowie die Verankerung so
tief treiben, daß die Verankerung letztendlich ihren Halt im Drucksonenbereich des
Betonbauteils findet. Da die Druckzone von Platten)
namentlich Deckenplatten
jedoch nur 2 - 6 cm dick ist und an der abgekehrten Oberfläche liegt, läßt sich
im allgemeinen weder eine ausreichende Verbundlänge für den Verbundanker noch ein
ausreichender Halt der Spreizdübel finden, ganz abgesehen vom erheblichen Mehraufwand
für die Verankerung durch die längeren Anker. Der schwerwiegendste Nachteil ist
jedoch, daß man dem Bauteil nicht ansieht, wo auf der Deckenunterseite zum Beispiel
der Zugzonenbereich in einen Druckzonenbereich übergeht, wenn die Platte sich über
mehrere Felder spannt. Aber auch für Betonwandscheiben, die einer solchen Beanspruchung
ausgesetzt sind, daß Risse entstehen können, besteht dieselbe Schwierigkeit, im
rißgefährdeten Bereich eine Verankerung so anzuordnen, daß sie bei der Rißentstehung
ihren Halt behält.
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Man könnte einen Anker schräg setzen, um die äußere Last mehr durch
eine Querbeansprttchung in den Beton einzuleiten. Der Anker würde aber beim Anspannen
einer Biegung unterliegen, welche einer erheblichen zusätzlichen Ankerbelastung
gleichkommt. Außerdem würden an der Betonoberfläche Ausbrüche eintreten, die eine
unzurnutbare Beschädigung waren.
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Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht, Vorrichtungen der eingangs
beschriebenen Art nebst dazu notwendiger Verfahren anzugeben, wonach es möglich
ist, eine Verankerung in der Zugzone von Stahl- und SpannbetonbauteileT1 auszubilden,
die
keiner Beeinträchtigung unterliegt, wenn im Bauteil zu erwartende
Risse entstehen, und verhindert, daß an der Stelle der Verankerung sich ein Riß
ausbildet.
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Die Lösung der Aufgabe besteht ausgehend von der eingangs genannten
Vorrichtung darin, daß die Bohrlöcher für wenigstens zwei Anker geneigt zur-Betonoberfläche,
mit Abstand und im Winkel so zueinander angeordnet sind, daß ihre Achsen auf der
Zugseite des Bauteils aufeinander zugerichtet sind und mit nur geringer Abweichung
aus einer Bezugsebene, die senkrecht zur Betonoberfläche ist, parallel zur Heuptbewehrung
heraustreten bzw. verlaufen, oder im Abstand und im Winkel so zueinander liegen,
daß sie einen Querbewehrungsstab hintergreifen und ihre Achsen auf der Druckseite
des Bauteils aufeinander zugerichtet sind, daß die Anker über ihre aus dem Betonteil
heraustretenden Enden über eine Bohrungen aufweisende Ankerkopfplatte unter Aufbringung
einer Zugspannung auf die Anker miteinander verspannt sind und die Ankerkopfplatte
dabei gegen die Betonoberfläche gespannt ist, und daß die äußere Last in die Ankerkopfplatte
eingeleitet ist.
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Durch diese erfindungsgemäßen. Maßnahmen wird eine örtliche Zusatzbewehrung
geschaffen, welche die Rißentstehung an der Verankerungsstelle verhindert, wenn
die Anker gemäß der Erfindung etwa in die
Ebene, die von der Hauptdruck-
und -Zugspannung gebildet wird, gelegt werden, das ist in der Regel in Richtung
der Hauptbewehrung. Die schräge Einbindung der Anker bewirkt eine günstigere Lastverteilung,
aber auch eine aus der Kraftumlenkung resultierende Druckkraftkomponente, welche
der aus der Betonbauteilbelastung herrührenden Zugspannung entge-genwirkt. Dadurch
wird die Zugspannung vermindert und auch die Neigung zur Rißentstehung im Beton
zwischen den Ankern abgebaut.
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Die Ankerkopfplatte stellt einmal eine kraftschlüssige Verbindung
der Anker her und wird zum Anderen so ausgebildet, daß die äußere Last in die Ankerkopfplatte
zum Beispiel mittels Schrauben oder anderer Verbindungsmittel eingeleitet werden
kann.
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In besonders gelagerten Fällen nämlich dann, wenn die Lage des Querbewhrungsstabes
bekannt ist, führt eine Schräge, den Querbewehrungsstab hintergreifende Anordnung
zu einer Lasteinleitung auf den Querstab. Der Winkel der Ankerachsen ist dann so
zu wählen, daß ihre Verlängerungen-auf der Druckseite des Bauteils aufeinander zugerichtet
sind.
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Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, daß die Anker zur Oberfläche
des Betonbauteils und/oder den Hauptspannunstrajektorien symmetrisch bzw.
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unter gleichen Winkels in einer oder zwei Ebenen geneigt sind, etwa
unter einem Winkel von 30 bis 70 . Zum Vermörteln der Anker ist es außerdem
vorteilhaft,
Mörtel höherer Festigkeit als der des Betons zu verwenden, wobei insbesondere Rëaktionsharzmörtel
sich als besonders geeignet verwiesen hat.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen,
daß die Ankerkopfplatte oder eine am Bauteil angliegende Grundplatte zunächst durch
weitere Hilfsmittel am Eetonbauteil fixiert wird.
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Die Ankerkopfplatte bzw. Grundplatte weist Bohrungen in der vorgesehenen
Neigung der zur vermörtelten Anker auf, durch die hindurch die Bohrlöcher im Beton
erstellt werden. Die Ankerkopfplatte besitzt auf der dem Betonbauteil abgewandten
Seite eine zur Bohrungsachse im wesentlichen senkrechte Auflagefläche für die jeweilige
Mutter. Dadurch wird nach dem Versetzen der Anker eine Biegung beim Anspannen der
Mutter ausgeschlossen. Die zur Betonoberfläche parallelen Kraftkomponenten werden
von der Ankerkopfplatte aufgenommen und kompensieren sich gegenseitig.
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Die Herstellung der Ankerkopfplatten und die Montage wird wesentlich
erleichtert, wenn die Bohrungen senkrecht zur Plattenebene erstellt werden und die
gewünschte Neigung von Einsatzteilen gebildet werden. Zum zwangsfreien, insbesondere
biegefreien Anspannen der Ankermutter ist vorgesehen, daß die Auflagefläche der
Mutter in Art einer Kugelfläche bzw. Tannenförmig ausgebildet ist. Muttern mit entsprechend
ausgebildetem Bund, beispielsweise Kalottenbund passen sich leichter an und erfahren
auch
dadurch eine Justierung.
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Die Ankerkopfplatte kann auch von der Grundplatte des zu befestigenden
Bauteils gebildet sein. Die Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens bestehen in diesem Falle dann in formschlüssig in den Bohrungen der Grundplatte
sitzenden Einsatzteilen die als Lehre zum Schrägbohren und Versetzten der Anker
dienen.
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Weitere erfindungswesentliche Merkmale und Einzelheiten ergeben sich
aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung anhand der Zeichnung; in der Zeichnung
zeigen: Fig. 1 die schematische Darstellung einer zueinander geneigten Anordnung
zweier Anker, deren Achsen auf der Zugseite des Bauteils aufeinander zugerichtet
sind; Fig. 2 den Gegenstand gemäß Fig. 1 mit zueinander geneigten und verschränkt
einen Querbewehrungsstab hintergreifend angeordneten Ankern, deren Achsen auf der
Druckseite des Bauteils aufeinander zugerichtet sind und Fig. 3 einen Ausschnitt
einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens in vergrößerter Schnittdarstellung.
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Gemäß Fig. 1 ist T die Richtung des Hauptzugspannungsverlaufes
in
einem Betonbauteil. Diesem gegenüber sind Anker. 1 unter gleichem Winkel < kleiner
900 so angeordnet, daß ihre Achsen auf der Zugseite des Betonbauteils aufeinander
zugerichtet sind.
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In der Regel werden in Stahl- und Spannbetonbauteilen die Hauptbewehrung
H parallel zu den Hauptspannungs Hauptspannungstrajektorien T verlegt, die von Auflagebereichen
abgesehen meistens parallel zur Betonoberfläche 0 verlauft.
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Die Verbundanker 1 greifen durch die Bohrungen 3 eine an der Betonoberfläche
anliegenden Ankerkopfplatte 2. Die Bohrungen 3 finden auf der dem Bauteil abgewandten
Seite ihren Abschluß in zu den Achsen der Verbundanker 1 senkrechten Auflageebenen
4. Gegen die Auflageebenen 4 stützen sich die auf die Verbundanker 1 aufgesetzten
Verschlüsse beispielsweise in Form von Muttern ab, ohne eine Kippkraft bzw. Biegung
auf die Verbundanker 1 auszuüben wenn diese genau senkrecht zu den Ebenen 4 vermörtelt
sind. Mit Hilfe derartiger, nicht dargestellter Muttern kann die Ankerkopfplatte
2 gegen die Betonoberfläche verspannt werden, so daß eine Pressung entsteht.
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Während in Figur 1 die Anker 1 in einer gemeinsamen Ebene um gleiche
Winkel gegenüber der Bauteiloberfläche 0 geneigt sind, sind die bei der Ausführusform
gemäß Figur 2 außerdem um gleiche Winkel senkrecht zur Zeichenebene zusätzlich geneigt,
indem betspielsweise der linke Anker mit seinem Oberende
bezogen
auf die Zeichenebene nach vorn und der rechte Anker gleichweise nach hinten gekippt
ist. Entsprechend sind auch die Bohrungen 3 gekippt. Wie die Zeichnung zeigt, umschließen
die Anker 1 die Querbewherung Q durch die zueinander geneigte Anordnung, wodurch
die Last auf die Bewehrung abgetragen wird. Diese Anordnung unterscheidet sich daher
grundsätzlich in ihrer Wirkung von der in Figur 1 Dargestellten.
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Die Ankerkopfplatte 2 mit ihren Bohrungen 3 dient gleichzeitig als
Bohrschablone zur Anbringung der Bohrlöcher im Betonbauteil, in die dann die Anker
durch die Platte hindurch enzumörteln oder einzukleben sind.
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Während bei den Ausführungsformen gemäß Figur 1 und 2 die Bohrungen
3 und die Stützflächen 4 Bestandteil der Ankerkopfplatten 2 sind, zeigt Figur 3
die Möglichkeit, das Verfahren bei vorhandener Grundplatte durch Einsatzteile 9
anzuwenden. Die Einsatzteile 9 sitzen mit einem zylindrischen Mantelteil 6 in einer
entsprechenden Bohrung 7 der. Grundplatte 8, gegen die sie sich über einen Bund
5 in Anlage befinden. Die das Einsatzteil 9 durchdringende Bohrung für den Verbundanker
1 hat auf der dem Betonteil zugewandten Seite einen sich erweiternden Verlauf 12
und auf der der Spannmutter zugewandten Seite eine Auflagefläche in Form einer Kugelkalotte,
gegen die sich entsprechend passende Muttern mit einem Kalottenbund absl,ütz,en
können, so daß sich durch Ungenauigkeiten in der Neigung
der Achse
10 von selbst Zwängungen bzw. Kippmomente auschließen. Die Verwendung von Einsatzteilen
9 der dargestellten Art ermöglicht es in einfacher Weise, verschiedene Neigungswinkel
für die Anker vorzusehen, aber auch Verschränkungen durch Drehen des Einsatzteiles
9 um die Bohrlochachse der. Platte 8 auszuführen.
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Zur Vereinfachung der Herstellung der Einsatzteile 9 können diese
beispielsweise aus zwei gleichen Halbschalen bestehen, deren Trennebene in der Zeichenebene
gemäß Figur 3 liegt,. Solche Halbschalen lassen sich leicht in einem Gesenk herstellen.
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In den Figuren 1 bis 3 ist die Erfindung anhand der Verwendung zweier
zueinander geneigt angeordneter Verbundanker dargestellt. Es besteht selbstverständlich
aber auch die Möglichkeit, drei oder mehr in Mörtel versetzte oder verklebte Anker-entsprechend
symmetrisch zueinander vorzusehen, was von der Größe der einzutragenden Last und
der Tragfähigkeit des jeweiligen Betonbauteils: abhängt,