DE3703974A1 - Zugglied aus hochfesten fasern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Zugglied aus hochfesten, unidirektionalen Fasern, vornehmlich aus miteinander verklebten Aramidfasern zur Verwendung als Ankerelement im Grund- oder Bergbau, als Bewehrungselement für Beton, insbesondere Spannbeton oder dergleichen.

Für Bauaufgaben des Ingenieurbaus werden in der letzten Zeit in zunehmendem Maße anstelle von Zuggliedern aus Stahl solche aus hochfesten Faserwerkstoffen verwendet. Zugglieder aus Faserwerkstoffen, wie z.B. Aramidfasern, Glas- oder Karbonfasern haben bei vergleichbarer Zugfestigkeit gegenüber Stahl ein geringeres spezifisches Gewicht, vor allem aber eine höhere Korrosionsbeständigkeit. Solche Zugglieder könnten also mit Vorteil als Ankerelemente im Grund- und Bergbau eingesetzt werden, wo oft aggressive Wässer auftreten, welche für Zugglieder aus Stahl eine Korrosionsgefahr bedeuten.

Zugglieder aus Faserwerkstoffen verhalten sich zwar bei Belastung im Gebrauchszustand ähnlich wie solche aus Stahl, d.h. sie haben eine im wesentlichen linear verlaufende Spannungsdehnungslinie. Im Gegensatz zu Zuggliedern aus Stahl haben sie aber keine Streckgrenze; sie brechen vielmehr bei Erreichen der Maximalspannung ohne plastische Verformung. Diese Eigenschaft und die im Gegensatz zu ihrer Festigkeit in Faserlängsrichtung nur sehr geringe Querdruckfestigkeit verhindern, daß die sonst aus dem Bauwesen bekannten Verankerungstechniken, wie Haft-, Keil- oder Schraubverankerungen unmittelbar übernommen werden können. Verankerungen, wenn auch nur in Form von Zwischenverankerungen, bilden sich bei Anwendung im Betonbau längs der Zugglieder an beliebigen Stellen, nämlich immer dort, wo Risse auftreten.

Versuche zum Einsatz von Stäben aus Faserverbundwerkstoffen als Spannglieder im Spannbetonbau haben bisher immer nur dazu geführt, Möglichkeiten zur Verankerung solcher Zugglieder an ihren Enden und zur Übertragung der in diese eingetragenen Kräfte auf ein Bauwerk zu finden. So ist eine Verankerungsvorrichtung mit einem Klemmkörper bekannt geworden, auf den mittels einer Klemmeinrichtung rechtwinklig zur Längsachse des Stabes angreifende, eine reibungsschlüssige Verbindung zwischen Stab und Klemmkörper vermittelnde Kräfte ausübbar sind (DE-OS 29 32 809). Eine Verankerung allein durch Reibungsschluß ist nicht nur aufwendig, weil es zu ihrem Wirksamwerden der Erzeugung von Klemmkräften bedarf; sie ist auch problematisch, weil die Zuverlässigkeit einer solchen Verankerung auf lange Dauer davon abhängt, daß die verwendeten Materialien, insbesondere für den Klemmkörper, ihre Eigenschaften auf lange Zeit beibehalten, was, wenn man ein alterungsbedingtes Kriechen berücksichtigt, nicht mit Sicherheit garantiert werden kann.

Eine weitere bekannte Verankerung eines Zuggliedes aus Faserverbundwerkstoff verwendet eine aus einer Ankerhülse und einem Ankerkörper bestehende Verankerungsvorrichtung, in der der Ankerkörper die Kraft aus dem Zugglied übernimmt und an die ihn umgreifende und stützende Ankerhülse weiterleitet (DE-OS 27 05 483). Zu diesem Zweck wird das Zugglied, das auch aus mehreren Strängen bestehen kann, zumindest in dem Bereich, wo die Zugkraft verankert werden soll, in Einzelstränge aufgelöst, die geordnet in eine Substanz eingebettet werden, die in ihren elastischen Werkstoffen auf den Werkstoff des Zuggliedes abgestimmt ist und eine ausreichende Haftfestigkeit gewährleisten soll. Die Ankerhülse erfüllt einerseits eine Stützfunktion für diese bei ihrem Einbringen gießfähige Substanz und die eingebetteten Stränge, andererseits ermöglicht sie die Weiterleitung der Zugkräfte in die umgebende Konstruktion. Insgesamt haben also die bekannten Verankerungsvorrichtungen den Nachteil, daß zur Herstellung von Verankerungen an gezielten Stellen des Zugglieds mehr oder weniger aufwendige Vorkehrungen getroffen werden müssen, die einen jeweils vor Ort zu erbringenden nicht unbeträchtlichen Aufwand bedingen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, um Zuggliedern aus hochfesten Faserverbundwerkstoffen Eigenschaften zu geben, die es erlauben, solche Zugglieder im Bauwesen in ähnlicher Weise wie Zugglieder aus Stahl einsetzen zu können.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, das Zugglied aus einem hochfesten Faserverbundwerkstoff selbst von vornherein und auf seine gesamte Länge so auszugestalten, daß, wie z.B. bei einem Betonrippenstahl, Verankerungskräfte an jeder beliebigen Stelle des Zugglieds eingeleitet werden können.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß einem an sich spröden Zugglied aus einem Faserverbundwerkstoff durch eine Ummantelung mit einem elastisch-plastischen Material in der Oberflächenzone, in der ein Verbund mit einem erhärtenden Material hergestellt werden soll oder in der Verankerungsmittel angreifen, stahlähnliche Eigenschaften gegeben werden, welche die Übertragung der aus dem Stahl- und Spannbetonbau üblichen Verankerungstechniken ermöglicht. Dabei werden zweckmäßigerweise die Materialeigenschaften der Ummantelung, die aus einem Kunststoff besteht, so gewählt, daß ein Verformungsausgleich zwischen dem Zugglied und dem Verankerungsbereich eintritt, bei dem Belastungsspitzen durch Plastifizierung, vergleichbar dem Fließen bei Stahl, abgebaut werden. Die Dehnfähigkeit des Materials für die Ummantelung ist dann als ausreichend anzusehen, wenn sie größer ist als die Dehnfähigkeit der Faserwerkstoffe und bei Überbeanspruchung eine Plastifizierung eintritt. Dabei kann aus dem Material, in das die Fasern oder Faserbündel eingebettet sind, auch die Ummantelung gebildet sein.

Auf diese Weise wird ein Zugglied aus Faserverbundwerkstoff geschaffen, das ähnlich wie ein Betonrippenstahl auf seine gesamte Länge mit einer einen Verbund zu einem das Zugglied umgebenden erhärtenden Werkstoff, z.B. Beton, herbeiführenden Profilierung versehen ist. Ein solches Zugglied kann entweder in dieser Form als Bewehrung für Beton verwendet werden; es kann aber auch an beliebigen Stellen abgelängt und unter Hinzunahme entsprechender Verankerungs- oder Verbindungskörper vorzugsweise aus Metall verankert oder gestoßen werden.

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

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einer Ansicht eines Zugglieds nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Teillängsschnitt durch das Zugglied nach Fig. 1 und

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie III-III in Fig. 1.

Das in der Zeichnung dargestellte Zugglied 1 hat im Querschnitt kreisförmige Gestalt. Es besteht aus einem Kern 2 aus in einen Kunstharzkleber eingebetteten längsverlaufenden Fasern und einer Ummantelung 3. Die Ummantelung 3 ist mit Oberflächenprofilierungen, im dargestellten Beispiel mit einem Grobgewinde 4 versehen, das bei Einbettung des Zugglieds in ein erhärtendes Material, insbesondere Beton, einen Scherverbund bewirkt, auf das aber auch mit einem entsprechenden Innengewinde ausgestattete Verankerungs- oder Verbindungskörper aufgeschraubt werden können.

Grundsätzlich ist die Querschnittsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Zugglieds aber nicht auf die Kreisform beschränkt. Zugglieder mit rechteckigen Querschnitten sind oft sehr viel enger zu packen, vor allem im Bereich von Verankerungen auf engerem Raum unterzubringen als Zugglieder mit rundem Querschnitt.

Das Material für die Ummantelung 3 kann entweder thermoplastische Eigenschaften haben, wie z.B. Polyäthylen oder auch duroplastische Eigenschaften, wie z.B. Kunstharze, Epoxydharze oder dergleichen.

Claims (4)

1. Zugglied aus hochfesten, unidirektionalen Fasern, vornehmlich aus miteinander verklebten Aramidfasern zur Verwendung als Ankerelement im Grund- oder Bergbau, als Bewehrungselement für Beton, insbesondere Spannbeton oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß das Zugglied scherfest mit einer Ummantelung aus einem Material versehen ist, dessen Dehnfähigkeit größer ist als diejenige der Fasern und das bei Überbeanspruchung plastisch verformbar ist.

2. Zugglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung an ihrer Oberfläche eine Kraftübertragungsrippen bildende Profilierung aufweist.

3. Zugglied nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierung zum formschlüssigen Eingriff mit eine entsprechende Profilierung tragenden Verankerungs- oder Verbindungskörpern geeignet ist.

4. Zugglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierung aus einem Grobgewinde besteht.