DE3400350A1

DE3400350A1 - Verfahren zum ausbauen des freien teils des zuggliedes eines vorgespannten verpressankers

Info

Publication number: DE3400350A1
Application number: DE19843400350
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Dyckerhoff and Widmann AG
Current assignee: Walter Bau AG
Priority date: 1983-01-13
Filing date: 1984-01-07
Publication date: 1984-07-19
Also published as: ZA8496B; US4652179A; AU2313084A; ES8501653A1; ES528819A0; CA1200112A; DE3400350C2; CH661079A5; AU565248B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbauen des freien Teils des Zuggliedes eines vorgespannten Verpreßankers, bei dem an einer vorgegebenen Stelle seiner Länge, vornehmlich am Übergang der Verankerungslänge zur freien Stahllänge durch Verminderung der Zugfestigkeit des Zuggliedes infolge Wärmeeinwirkung, insbesondere aufgrund einer exothermen chemischen Reaktion eine Sollbruchstelle erzeugt wird sowie eine Vorrichtung zur Bildung einer Sollbruchstelle.

Ein Verpreßanker besteht aus einem Zugglied, das in ein Bohrloch eingeführt und im Bohrlochtiefsten durch Einpressen von erhärtendem Material, wie Zementmörtel oder dergleichen, mit der Bohrlochwandung und so mit dem umgebenden Boden in Verbund gebracht wird. Ein so hergestellter Verpreßkörper wird über den restlichen Teil des Zuggliedes, das aus einem einzigen oder mehreren aus Stahlstäben, -drahten oder -litzen bestehenden Elementen ausgebildet sein kann, mit dem zu verankernden Bauteil kraftschlüssig verbunden. Die Länge des Zuggliedes, über die es im Verpreßkörper eingebettet ist, nennt man Verankerungslänge L , den restlichen, zum Zwecke der Vorspannung frei dehnbaren Teil die freie Stahllänge L_f . Derartige Verpreßanker können als Daueranker ausgebildet sein, also zur dauernden Verankerung von Bauwerken dienen, aber auch temporär eingesetzt werden, wie z.B. zur rückwärtigen Verankerung einer Baugrubenwand. Wenn sich der temporär eingesetzte Verpreßanker bis in das Nachbargrundstück erstreckt, muß er in aller Regel nach Beendigung der Bauarbeiten, für die er eingesetzt wurde, entfernt werden.

Zur Entfernung eines Verpreßankers wird zumeist am Übergang der Verankerungslänge L zur freien Stahllänge L_f eine Trennmöglichkeit für das Zugglied vorgesehen, um so den freien Teil des Zuggliedes aus dem Bohrloch her-

ausziehen und gegebenenfalls wiedergewinnen zu können. Der Verpreßkörper selbst, der selten eine größere Länge als etwa 4 bis 8 m aufweist, kann, wenn bei Aushubarbeiten im Nachbargrundstück flächig, z.B. mit Planierraupen gearbeitet wird, meist leicht entfernt werden.

Von den verschiedenen Möglichkeiten zum Durchtrennen des Zuggliedes eines Verpreßankers kommt der Anwendung von Wärme zur Verminderung der Stahlzugfestigkeit die größte Bedeutung zu, weil die zur Wärmeerzeugung notwendigen Mittel ohne wesentliche Vergrößerung des Bohrlochdurchmessers mit dem Zugglied zusammen eingebaut und auch über eine größere Zeitspanne betriebsfähig gehalten werden können. Außerdem kann, wenn die Sollbruchstelle durch Verminderung der Festigkeit infolge Wärmeeinwirkung geschaffen wird, das Zugglied während des gesamten Gebrauchszustandes mit seinem vollen Querschnitt ausgenützt werden.

Um die zur Verringerung der Zugfestigkeit des Zuggliedes notwenige Wärme zu erzeugen, ist es bekannt, das Zugglied mittels eines elektrischen Heizelementes zu erwärmen, wie auch mittels einer das Zugglied an der Trennstelle umschlingenden Spule durch Induktion die nötige Wärme zu erzeugen. Es ist aber auch bekannt, das Zugglied im Bereich der Sollbruchstelle mittels der exothermen Reaktion, z.B. eines aluminothermischen Gemischs, auf eine Temperatur zu erhitzen, bei der seine Zugfestigkeit herabgesetzt wird, so daß es leicht getrennt und aus dem Bohrloch herausgezogen werden kann.

Während beim Einbau von Verpreßankern, insbesondere beim Spannen der Zugglieder, Geräte, wie z.B. Spannpressen, zur Verfügung stehen, die, insbesondere bei Ankern hoher Tragfähigkeit, sehr aufwendig zu handhaben sind, ist es beim Entfernen von Ankern von entscheidender Bedeutung,

möglichst kein, jedenfalls kein schweres Gerät vorhalten zu müssen.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, um zu erreichen, daß die Durchtrennung des Zugglieds unter Wärmeeinwirkung möglichst selbsttätig erfolgt.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Zugglied in einer solchen Weise vorgespannt wird, daß die daraus resultierende und während der Wärmeeinwirkung aufrechterhaltene elastische Dehnung größer ist als die unter Wärmeeinwirkung zum Durchtrennen erforderliche Dehnung.

Da die elastische Dehnung des Zuggliedes vor allem von der Größe der freien Stahllänge abhängt, ist es wichtig, die Größe der Vorspannkraft so auf die Größe der freien Stahllänge abzustimmen, daß unter Wärmeeinwirkung die Durchtrennung des Zugglieds selbsttätig erfolgt.

Dabei ist es möglich, die Dehnung infolge der Vorspannkraft zumindest während der Dauer der Wärmeeinwirkung durch Einwirkung äußerer, axial wirkender Kräfte zu ersetzen und/oder zu vergrößern. Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, daß äußere Kräfte durch auf das Zugglied wirkende Federelemente erzeugt werden.

Es ist aber auch möglich, die zum Durchtrennen unter Wärmeeinwirkung erforderliche Dehnung durch Einwirkung äußerer Kräfte zu verringern. Dies geschieht zweckmäßigerweise dadurch, daß an der Sollbruchstelle das Zugglied in Querrichtung beanspruchende Kräfte aufgebracht werden oder daß das Zugglied der Einwirkung dynamischer Beanspruchungen unterworfen wird.

Schließlich ist es auch möglich, die zum Durchtrennen unter Wärmeeinwirkung erforderliche Dehnung durch Steuerung der Wärmezufuhr zu verringern. Dies kann einmal dadurch geschehen, daß die in der Zeiteinheit zugeführte Wärmemenge und/oder die Dauer ihrer Einwirkung oder daß die Abmessungen der Wärmeangriffsstelle, insbesondere die in axialer Richtung gemessene Länge der Wärmeangriffsstelle, in Abhängigkeit von der Größe der freien Stahllänge L_fqt gewählt werden.

Wenn'nach der Erfindung die elastische Dehnung des Zuggliedes infolge der Vorspannkraft größer ist als die unter Wärmeeinwirkung zum Durchtrennen erforderliche Dehnung, wird mit fortschreitender Erwärmung des Zuggliedes seine Zugfestigkeit so vermindert, daß die elastische Dehnung in immer stärkerem Maß in eine plastische Dehnung übergeht und daß das Zugglied schließlich an der vorgesehenen Trennstelle reißt. Wie Versuche ergeben haben, erfolgt dieses Reißen nicht schlagartig, sondern infolge allmählichen Abbaus der Vorspannkraft durch zunehmende

ι Dehnung; nach dem Durchtrennen kann das frei gewordene Teil des Zuggliedes unter Anwendung nur geringer Kraft aus dem Bohrloch herausgezogen werden.

Als besonders vorteilhaft im Rahmen der Erfindung hat sich die Wärmeeinwirkung aufgrund einer aluminothermischen Reaktion herausgestellt. Die für eine solche Reaktion erforderlichen Materialien, eine Mischung aus Aluminiumgrieß und Eisenoxidpulver, die mittels eines Zündstabes elektrisch gezündet werden können, lassen sich in einer das Zugglied umgebenden Ringhülse verhältnismäßig einfach und ohne nennenswerte Vergrößerung des Bohrlochdurchmessers das Zugglied umgebend unterbringen. Durch entsprechende Zusammensetzung des Gemisches läßt sich über die Reaktionsgeschwindigkeit und die Reaktionstemperatur die Wärmemenge quantitativ beeinflussen; über

die äußeren Abmessungen der Hülse läßt sich die Wärmemenge auch qualitativ beeinflussen, beispielsweise kann mittels eines großen Durchmessers und einer geringen Länge eine starke Begrenzung der Wärmeangriffsstelle erreicht werden, die zu einer Verringerung der Durchtrennungsdehnung führt.

Demgemäß umfaßt die Erfindung auch noch eine Vorrichtung zur Bildung einer Sollbruchstelle, bestehend aus einer das Zugglied im Bereich der zu bildenden Sollbruchstelle umschließenden Ringhülse, die mit einem aluminothermischen Reaktionsgemisch gefüllt ist, in das ein auf elektrischem Wege auslösbares Zündsystem eingebettet ist, bei der die Ringhülse aus einer verhältnismäßig dünnwandigen Innenhülse aus einem leicht brennbaren und/oder wärmeleitenden Material und einer demgegenüber dickwandigeren Außenhülse aus wärmedämmendem Material besteht.

Die Innenhülse kann aus Kunststoff bestehen, also einem Material, das einerseits eine ausreichende Festigkeit aufweist, andererseits aber infolge der Wärmeeinwirkung schnell verbrennt, so daß das aluminothermische Gemisch schnell und unmittelbar in Berührung mit dem Zugglied kommt. Die Innenhülse kann aber auch aus Metall, z.B. Stahlblech bestehen, das den Vorteil hat, daß die infolge der aluminothermischen Reaktion entstehende Wärme sehr schnell an das Zugglied abgegeben und auch eine längere Zeit aufrechterhalten wird.

Die Außenhülse besteht zweckmäßig aus Kunststoff, Keramik oder dergleichen, wodurch verhindert wird, daß die entwickelte Wärme vorzeitig oder im Übermaß nach außen abgegeben wird.

Das Zündsystem besteht zweckmäßig aus einer stabförmig geformten und formstabilen pyrotechnischen Mischung,

die mit einer mit elektrischem Strom beaufschlagbaren Zündleitung unmittelbar in Berührung steht. Zweckmäßig ist die stabförmige Mischung von der Zündleitung wendelförmig umwickelt.

An die Ringhülse kann eine Druckentlastungsleitung angeschlossen sein, die in den von Verpreßmaterial freien Bereich des Bohrloches führt. Die Druckentlastungsleitung ist zweckmäßig über ein Einwegeventil an die Ringhülse angeschlossen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Verpreßanker,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine mit aluminothermischem Gemisch gefüllte Ringhülse,

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 eine Ringhülse teilweise in Ansicht, teilweise im Längsschnitt und

Fig. 5 einen Teillängsschnitt durch einen Verpreßanker mit einer Ringhülse gemäß Fig. 4.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Verpreßanker, der aus einem Stahlzugglied 1, z.B. einer Stahldrahtlitze, besteht, das in ein Bohrloch 2 eingesetzt ist. Im unteren Teil des Bohrloches 2 ist durch Einpressen von erhärtendem Material, z.B. Zementmörtel, ein Verpreßkörper3 erzeugt. Im Verpreßkörper 3 ist das Zugglied 1 über seine Verankerungslänge L verankert. Über den übrigen Bereich

seiner Gesamtlänge, den Bereich der freien Stahllänge L,-ist das Zugglied 1 frei dehnbar und an der Luftseite z.B. der Sicherung einer Baugrubenwand 4 mittels einer Verankerung 5 verankert, die nicht Gegenstand der Erfindung ist.

Im Bereich des Überganges von der Verankerungslänge L zur freien Stahllänge L_f_ ist in den Verpreßkörper eine Vorrichtung 6 eingebettet, mittels der durch Wärmeeinwirkung auf das Zugglied 1 eine Sollbruchstelle geschaffen werden kann, an der das Zugglied 1 durchtrennbar ist, so daß seα η sich über den Bereich der freien Stahllänge L^_c. erstreckender Teil aus dem Bohrloch 2 herausgezogen werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel für eine solche Vorrichtung zur Bildung einer Sollbruchstelle ist in den Fig. 2 und 3 im Längs- und Querschnitt dargestellt.

Die Vorrichtung 6 ist als Ringhülse aus einer Innenhülse 7 und einer Außenhülse 8 ausgebildet, die auch die Stirnwände 9 und 10 umfaßt. Die Innenhülse 7, die etwas langer sein kann als die Außenhülse fi, besteht aus i-inern dünnen, leicht brennbaren Material oder auch aus dünnem Blech; die Außenhülse 8 ist demgegenüber dickwandiger ausgebildet und besteht aus einem wärmedämmenden Material, wie z.B. Kunststoff oder Keramik.

Die Ringhülse 6 ist auf das Ankerzugglied 1 aufgeschoben. Der von der Ringhülse umschlossene Raum ist mit einem Gemisch 11 gefüllt, das zu einer exothermen chemischen Reaktion fähig ist. Hierfür eignen sich vor allem aluminothermische Gemische aus Aluminiumgrieß und Eisenoxidpulver. Zur Zündung des Gemisches 11 ist in dieses ein Zündsystem aus einem stabförmigen Zünder 12 und einer Zünd-

leitung 13 aus einem elektrisch leitenden Draht eingebettet, der den Zünder wendelförmig umgibt und der seinerseits mit einem Stromkabel 14 in Verbindung steht. Der Leiterquerschnitt der Zündleitung 13 ist gegenüber demjenigen des Stromkabels 14 so dimensioniert, daß sie zum Glühen gebracht wird, sobald sie vom Strom durchflossen wird und so unittelbar das Material des Zünders zur Entzündung bringt. Dieses besteht aus einer an sich bekannten geformten und formstabilen pyrotechnischen Mischung, die mit hoher Temperatur abbrennt und die Sauerstoff liefernde Verbindungen enthält, so daß zum Verbrennen kein Luftsauerstoff zugeführt werden muß. Dieser Zünder dient so als Anzündsystem für das aluminothermische Gemisch 11.

Je nach der Zusammensetzung des aluminothermischen Gemisches kann bei der Reaktion ein Druck entstehen. Dieser Druck wird in der Regel von dem erhärteten Material des Verpreßkörpers aufgenommen, in den die Ringhülse 6 eingebettet ist und für die er auch den Korrosionsschutz stellt. Wenn unerwünschte Einflüsse auf die Umgebung zu verhindern sind, kann dieser Druck dadurch abgebaut werden, daß, wie in Fig. 4 angedeutet ist, in die Außenhülse 8 der Ringhülse ein Einwegeventil 15 eingesetzt wird, das mit einer Druckentlastungsleitung 16 in Verbindung steht, die aus dem Verpreßkörper 3 heraus in den freien Teil des Bohrlochs 2 führt (Fig. 5). Auf diese Weise kann ein etwa im Bohrloch entstehender überdruck gefahrlos abgebaut werden.

Wesentlich für die Erfindung ist, daß die Ringhülse mit dem Ankerzugglied gleichzeitig in das Bohrloch eingeführt werden kann, daß sie in radialer Ausdehnung nur wenig mehr Platz als das Zugglied beansprucht und daß somit von vornherein schon alle für die spätere Reaktion und die Bildung einer Sollbruchstelle notwendigen Vorkehrungen getroffen sind. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung an das Stromkabel 14 wird der Zünder zum Brennen und das Ge-

misch zur Reaktion gebracht, das je nach seiner Zusammensetzung und Ausgestaltung der Ringhülse nach Material und Abmessungen, wie Länge und Durchmesser, in kurzer Zeit zuverlässig eine Sollbruchstelle bildet, die unter der aufrechterhaltenen Spannung des Ankerzuggliedes 1 dazu führt, daß das Zugglied im Bereich der Ringhülse selbsttätig durchtrennt wird, so daß es danach leicht aus dem Bohrloch herausgezogen werden kann.

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Claims

DIPL.-ING. W. GOLLWITZER · DIPL.-ING. F. W. MOLL 6740 LANDAU/PFALZ · LANGSTRASSE 5 POSTFACH 2O8O · TELEFON 06341/20035,8 7000 -TELEX 04 53S33 POSTSCHECK LÜDWIGSHAFEfi 27 562-676 ■ DEUTSCHE BANK LANDAU 02 15400 (BLZ 5467OO95) Dyckerhoff & Widmann Aktiengesellschaft, D-8000 München 81 "Verfahren zum Ausbauen des freien Teils des Zuggliedes eines vorgespannten Verpreßankers" Patentansprüche

1.) Verfahren zum Ausbauen des freien Teils des Zuggliedes eines -vorgespannten Verpreßankers, bei dem an einer vorgegebenen Stelle seiner Länge, vornehmlich am übergang der Verankerungslänge zur freien Stahllänge, durch Verminderung der Zugfestigkeit des Zuggliedes infolge Wärmeeinwirkung, insbesondere aufgrund einer exothermen chemischen Reaktion eine Sollbruchstelle erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Zugglied (1) in einer solchen Weise vorgespannt wird, daß die daraus resultierende und während der Wärmeeinwirkung aufrechterhaltene elastische Dehnung größer ist als die unter Wärmeeinwirkung zum Durchtrennen erforderliche Dehnung.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Vorspannkraft so auf die Größe der freien Stahllänge (L, ) abgestimmt wird, daß unter Wärme-

' Ibt

einwirkung die.Durchtrennung des Zuggliedes (1) selbsttätig erfolgt.

3.) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnung infolge der Vorspannkraft zumindest während der Dauer der Wärmeeinwirkung durch Einwirkung äußerer, axial wirkender Kräfte ersetzt und/oder vergrößert wird.

4.) Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Kräfte durch auf das Zugglied (1) wirkende Federelemente erzeugt werden.

5.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Durchtrennen unter Wärmeeinwirkung erforderliche Dehnung durch Einwirkung äußerer Kräfte verringert wird.

6.) Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verringerung der erforderlichen Dehnung an der Sollbruchstelle das Zugglied (1) in Querrichtung beanspruchende Kräfte aufgebracht werden.

7.) Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verringerung der erforderlichen Dehnung das Zugglied (1) der Einwirkung dynamischer Beanspruchungen unterworfen wird.

8.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Durchtrennen unter Wärmeeinwirkung erforderliche Dehnung durch Steuerung der Wärmezufuhr verringert wird.

9.) Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Zeiteinheit zugeführte Wärmemenge und/ oder die Dauer ihrer Einwirkung in Abhängigkeit von der Größe der freien Stahllänge (L_fst) gewählt werden.

10.) Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen der Wärmeangriffsstelle, insbesondere die in axialer Richtung gemessene Länge der Wärmeangriffsstelle in Abhängigkeit von der Größe der freien Stahllänge (^L _fst) gewählt werden.

11.) Vorrichtung zur Bildung einer Sollbruchstelle bei der Ausführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, bestehend aus einer das Zugglied im Bereich der zu bildenden Sollbruchstelle umschließenden Ringhülse, die mit einem aluminothermischen Reaktionsgemisch gefüllt ist, in das ein auf elektrischem Wege auslösbares Zündsystem eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringhülse (6) aus einer verhältnismäßig dünnwandigen Innenhülse (7) aus einem leicht brennbaren und/oder wärmeleitenden Material und einer demgegenüber dickwandigeren Außenhülse (8) aus wärmedämmendem Material besteht.

12.) Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenhülse (7) aus Kunststoff besteht.

13.) Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenhülse (7) aus Metall besteht.

14.) Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenhülse (8) aus Kunststoff, Keramik oder dergleichen besteht.

15.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Zündsystem aus einer stabförmig geformten und formstabilen pyrotechnischen Mischung

(12) besteht, die mit einer mit elektrischem Strom beaufschlägbaren Zündleitung (13) in unmittelbarer Berührung steht.

16.) Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die stabförmige Mischung (12) von der Zündleitung (13) wendelförmig umwickelt ist.

17.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß an die Ringhülse (6) eine Druckentlastungsleitung (16) angeschlossen ist, die in den von Verpreßmaterial freien Bereich des Bohrloches (2) führt.

18.) Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckentlastungsleitung (16) über ein Einwegeventil (15) an die Ringhülse (6) angeschlossen ist.