DE3726098C2

DE3726098C2 -

Info

Publication number: DE3726098C2
Application number: DE3726098A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Dyckerhoff and Widmann AG
Current assignee: Walter Bau AG
Priority date: 1987-08-06
Filing date: 1987-08-06
Publication date: 1989-07-13
Also published as: JPS6471999A; US4904122A; GB2208533A; JPH0647919B2; DE3726098A1; GB8818376D0; GB2208533B; CA1298498C

Description

Die Erfindung betrifft eine Verankerungsvorrichtung für das Zugglied eines Ankers, insbesondere eines Felsankers, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Fels- oder Gebirgsanker werden zusammen mit Spritzbeton und Bögen bei der Auffahrung unterirdischer Hohlräume immer mehr zum Standardausbau zumindest für die äußere Sicherungsschale. Dieses als "Neue Österreichische Tunnelbauweise" (NÖT) bekanntgewordene Bauverfahren beinhaltet aber auch eine sorgfältige meßtechnische Überwachung des Gebirgeverbaus. Geräte zur Überwachung des Gebirgeverbaus beruhen meist auf einer Kontrolle der in die Anker eingetragenen Ankerkraft und sind sehr aufwendig. Eine solche Überwachung kann deshalb nur in ausgewählten Meßquerschnitten eines Tunnels stattfinden; gleichwohl wäre aus Sicherheitsgründen auch eine Überwachung zwischen diesen Meßquerschnitten sinnvoll.

Es ist zwar bekannt, durch zusätzliche Maßnahmen an den Verankerungsvorrichtungen von Felsankern eine optische Kontrolle der Ankerkraft zu ermöglichen. So wird bei einem aus der DE-AS 10 05 474 bekannt gewordenen Ankerausbau zwischen der Verankerungsmutter und einer Klemmplatte ein Federelement mit einer der jeweils gewünschten Vorspannung des Ankers entsprechenden Belastbarkeit angeordnet. Aus dem Grad der Verformung der Feder beim Anziehen der Verankerungsmutter läßt sich dann erkennen, ob der Anker mit der gewünschten Vorspannung angezogen ist oder sich etwas gelockert hat. Bei einem Felsanker nach der US-PS 44 10 296 wird anstelle eines Federelementes zwischen der Verankerungsmutter und der Widerlagerplatte eine spezielle Unterlegscheibe angeordnet, die mit schräg und in unterschiedlichen Höhen aufragenden Fingern versehen ist. Diese Finger sind so dimensioniert, daß sie die zulässige Ankerkraft übertragen können, bei Lastüberschreitung aber nacheinander brechen, wodurch eine drohende Überlastung des Ankers sichtbar gemacht wird.

Diesen bekannten Kontrolleinrichtungen ist gemeinsam, daß, um auch nur eine optische Kontrolle der Ankerkraft zu ermöglichen, zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden, d. h. zu den ohnehin erforderlichen Verankerungsmuttern Federelemente oder Unterlegscheiben angesetzt werden müssen, was unter den erschwerten Einbauverhältnissen für Felsanker unter Tage erhöhte Aufmerksamkeit des Bedienungspersonals erfordert. Außerdem ermöglichen diese Maßnahmen nur eine optische Kontrolle einer etwaigen Überschreitung der Ankerkraft, schaffen darüber hinaus aber keine weiteren Verformungsmöglichkeiten.

Im Bergbau können aber oft große Verformungen des Gebirges nicht vermieden werden, so daß beträchtliche Konvergenzen entstehen; trotzdem soll aber die Standfestigkeit des Hohlraumes noch gewährleistet sein. Vor allem bei tiefen Lagerstätten wird der Gebirgsdruck durch den Ausbau der Strecke mittels Felsankern nur temporär gehalten, während sich das Gebirge ständig weiter verformt. Dabei besteht das Problem, daß einerseits Verformungen des Gebirges zugelassen werden müssen, damit sich nach dem Ausbruch ein neuer Gleichgewichtszustand einstellen kann, daß andererseits aber die Verformungen eine Größenordnung erreichen, welche die Dehnfähigkeit von Ankerzuggliedern aus Stahl weit überschreitet. So sind Felsanker mit an der Luftseite nachgiebigen Verankerungen bekanntgeworden, mit denen bei Überschreitung einer vorgegebenen Längszugkraft des Ankers eine Relativbewegung zwischen dem Ankerstab und dem Verankerungselement bewirkt wird, bis die vorgegebene Längszugkraft wieder unterschritten ist.

Bei einer Verankerungsvorrichtung dieser Art besteht die Verankerungsmutter aus einem Material, das eine höhere Festigkeit aufweist als das Material des Ankerstabes (EP-OS 01 90 460). Die Verankerungsmutter ist so ausgebildet, daß aufeinanderfolgende Gewindegänge eine in Richtung der Längszugkraft zunehmende Höhe aufweisen, so daß ihre Flanken an den lastzugewandten Flanken der Rippen des Ankerstabes in einer solchen Weise angreifen, daß durch die Gewindegänge der Mutter bei Überschreiten der vorgegebenen Längszugkraft die Rippen des Ankerstabes stufenweise abtragbar sind. Auf diese Weise wird unter Aufrechterhaltung einer weitgehend gleichmäßigen Ankerkraft eine Nachgiebigkeit in der Verankerung erreicht. Dies hat den Vorteil, daß in bestimmtem Umfang Gebirgsverformungen möglich sind, hat aber auch den Nachteil, daß der Ankerstab in dem Bereich, in dem die Kraftübertragungsrippen abgeschert sind, zwar in seiner aus dem Kernquerschnitt folgenden Tragfähigkeit nicht beeinträchtigt ist, aber doch keinen Formschluß mehr mit der Verankerungsmutter eingehen kann.

Um zu einer noch weiteren Vergleichmäßigung der Ankerkraft zu kommen, kann diese bekannte Verankerungsmutter auch aus zumindest zwei jeweils für sich schraubbaren Teilen ausgebildet werden, die auf dem Ankerstab im gegenseitigen Abstand voneinander und gegeneinander nicht verdrehbar, aber bei Lastüberschreitung in der Reihenfolge ihrer Belastung in Längsrichtung um einen vorgegebenen Abstand versetzbar sind, so daß sie nacheinander in Kraftschluß mit dem Ankerstab gelangen. Durch die Dimensionierung des Abstandes zwischen den Teilen der Verankerungsmutter, der in jedem Fall kleiner oder größer als ein vollständiger Gewindegang sein sollte, gelingt es, dann, wenn die Mutternteile aneinanderliegen und sich gemeinsam im Kraftschluß mit dem Ankerstab befinden, deren Gewindegänge zu verstimmen. Dadurch wird es möglich, die bei einer einteiligen Verankerungsmutter annähernd sinusförmigen Linien des Verlaufs des Gleitwiderstandes einander so zu überlagern, daß sich einem Wellental, also der Entlastung eines Mutternteiles, ein Wellenberg, also der volle Kraftschluß eines anderen Mutternteiles überlagert und dadurch der Gleitwiderstand weiter vergleichmäßigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und wirtschaftliche Prüfmöglichkeit für Felsanker zu schaffen, die neben den für die Funktion des Ankers erforderlichen Teilen, wie Ankerplatte und Verankerungsmutter, keine zusätzlichen, mit einem anderen Wirkmechanismus ausgestatteten Teile benötigt.

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

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung greift in ihrer Grundkonzeption teilweise zurück auf die bekannte nachgiebige Verankerung. Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, der eigentlichen, die Ankerkraft mit der entsprechenden Sicherheit aufnehmenden Verankerungsmutter im Abstand mindestens eine Mutter bzw. mindestens ein Mutternteil vorzuschalten, das so dimensioniert bzw. ausgebildet ist, daß es bei einer vorgebbaren Prüflast, die geringer ist als die Last, für die der Anker dimensioniert ist, abschert. Damit verschwindet der Abstand zwischen den beiden Mutternteilen und gerät die eigentliche Verankerungsmutter in Kraftschluß mit dem Ankerstab.

Wesentlicher Indikator für das Überschreiten der Prüflast ist somit das Verschwinden des Abstandes zwischen den beiden Mutternteilen, d.h. das Schließen des Schlitzes, das von außen, auch aus einer gewissen Entfernung, visuell ohne Schwierigkeiten beobachtet werden kann. Gegebenenfalls können grobsinnlich wahrnehmbare Markierungen, wie z.B. Farbmarkierungen, an der Mutter und/oder an den Schlitzen angebracht werden, um das Schließen deutlicher erkennbar zu machen. Da die ein Schließen des Schlitzes bewirkende Kraft sehr hoch ist, können durch diese Kraft auch die verschiedensten Mechanismen oder Zerstörungsvorgänge ausgelöst werden, um eine Signalwirkung zu erzielen. So könnte durch die Schließkraft z.B. eine elektrische Leitung kurzgeschlossen oder ein Röhrchen abgequetscht werden, so daß eine Flüssigkeit ausläuft oder die Durchgängigkeit reduziert oder aufgehoben ist.

Der besondere Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß mit üblichen Verankerungsteilen ohne nennenswerten zusätzlichen Aufwand an Zeit und Kosten ein zuverlässiges und praktikables Frühwarnsystem gegen Ankerüberlastung geschaffen wird, bei dem die Sicherheitseinrichtung Teil des gesamten Kraftübertragungssystems ist. Wesentlich für die Anwendung auf der Baustelle ist, daß ein mit der erfindungsgemäßen Verankerungsvorrichtung ausgestatteter Gebirgs- oder Felsanker nach der gleichen Methode eingebaut wird wie normale Gebirgsanker; es braucht lediglich eine Verankerungsmutter aufgeschraubt zu werden.

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

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Felsanker mit einer an der Luftseite angeordneten Verankerungsvorrichtung,

Fig. 2 die Verankerungsvorrichtung in größerem Maßstab,

Fig. 3 die Verankerungsvorrichtung nach Fig. 2 nach Erreichen der Prüflast,

Fig. 4 ein Diagramm über den Verlauf der Verankerungskraft,

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine Verankerungsmutter nach der Erfindung in größerem Maßstab,

Fig. 6 eine Ansicht der Verankerungsmutter entlang der Linie VI-VI in Fig. 5 und

Fig. 7 eine Ansicht der Verankerungsmutter entlang der Linie VII-VII in Fig. 5.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Felsanker mit einem Ankerstab 1, der in ein Bohrloch 2 eingesetzt ist. Das Bohrloch 2 ist auf seine ganze Länge durch ein erhärtendes Material 3 ausgefüllt, in dessen unterem Bereich der Ankerstab 1 über eine bestimmte Strecke verankert ist. Über den übrigen Bereich seiner Gesamtlänge ist der Ankerstab 1 frei dehnbar, z.B. durch Führung innerhalb eines Hüllrohres 4. An der Luftseite ist zur Sicherung der Ausbruchfläche 5 eine Verankerungsvorrichtung aus einer an der Ausbruchfläche 5 anliegenden Ankerplatte 6 und einer Verankerungsmutter 7 angeordnet, die nachstehend näher erläutert wird.

Als Ankerstab 1 wird zweckmäßig ein an sich bekannter warmgewalzter Stahlstab verwendet, der an seiner Oberfläche mit ebenfalls warmgewalzten Kraftübertragungsrippen 8 versehen ist. Diese Rippen 8 sind entlang einer Schraubenlinie auf einander gegenüberliegenden Seiten des Stabes angeordnet und erstrecken sich nur über einen Teil seines Umfangs; sie bilden so ein Teilgewinde, auf das die mit einem entsprechenden Innengewinde versehene Verankerungsmutter 7 aufgeschraubt werden kann. In gleicher Weise kann selbstverständlich auch ein Ankerstab verwendet werden, bei dem die Kraftübertragungsrippen 8 ein durchgehendes Gewinde bilden.

Ein Ausführungsbeispiel einer Verankerungsmutter 7 ist in den Fig. 5 bis 7 in größerem Maßstab und im einzelnen dargestellt.

Die Verankerungsmutter 7, die aus einem Material geringerer Festigkeit besteht als das Material des Ankerstabes 1, ist durch drei quer zu ihrer Längsachse verlaufende Einschnitte 11 in einen unteren Teil 7′ und einen oberen Teil 7′′ unterteilt. Bezüglich der Gesamtlänge L sind die Einschnitte 11 so geführt, daß der untere Teil 7′ eine geringere Länge L ₁ aufweist als der obere Teil 7′′ mit der Länge L ₂. Die Einschnitte 11 sind, wie vor allem aus Fig. 7 entnommen werden kann, unter einem spitzen Winkel Beta zur Längsachse der Mutter 7 so geführt, daß sie sich in ihren Endbereichen überlappen. Zwischen diesen Endbereichen der Einschnitte 11 verbleiben so nur vergleichsweise schmale Stege 12, die zwar den Zusammenhang der beiden Mutternteile 7′ und 7′′ noch gewährleisten, bei Belastung der Mutter aber Sollbruchstellen auf Druck darstellen.

Die Einschnitte 11 sind, wie insbesondere aus Fig. 5 erkennbar wird, jeweils unter Winkeln Alpha = 120 Grad zueinander geführt und reichen jeweils bis zu einem Abstand a von der Längsachse der Mutter 7. Die Einschnitte 11 verlaufen kreisbogenförmig; die Radien sind mit R bezeichnet. Die Einschnitte 11 sind am Grunde ausgerundet, wie insbesondere aus den Fig. 6 und 7 erkennbar ist.

Eine nach der Erfindung ausgebildete Verankerungsmutter 7 wird in der in Fig. 2 dargestellten Weise zur Verankerung eines Ankerstabes 1 verwendet. Dabei trägt bei Belastung zunächst nur der untere, auf der Ankerplatte 6 aufliegende Teil 7′ der Mutter 7. Dieser Teil 7′ ist z.B. durch die Anzahl oder Tiefe seiner Gewindegänge so dimensioniert, daß er nur eine bestimmte Ankerkraft, die Prüfkraft, übertragen kann. Wird die Gebirgsverformung so groß, daß diese Ankerkraft überschritten wird, dann werden die Gewindegänge des unteren Teils 7′ der Mutter 7 abgeschert. Die schmalen Stege 12 zwischen den einander überlappenden Enden der Einschnitte 11 werden abgequetscht, so daß sich die Einschnitte 11 schließen (Fig. 3) und somit der obere, entsprechend stärker dimensionierte Teil 7′′ der Verankerungsmutter 7 zum Tragen kommt.

In Fig. 4 ist in einem Kraft-Weg-Diagramm angedeutet, wie deutlich ausgeprägt sich die Prüflast P ₁ zeigt, bevor die Ankerkraft nach einem, der Überwindung der Schlitzbreite entsprechenden geringfügigen Abfall bei Kraftschluß mit dem oberen Teil 7′′ der Verankerungsmutter 7 wieder ansteigt.

Sollen, um die Dringlichkeit von Sanierungsmaßnahmen anzuzeigen, zwei oder mehr Laststufen vorgesehen werden, dann ist es ohne weiteres möglich, in der gleichen Weise dem jeweils tragenden Mutternteil 7′′ zwei oder mehr Teile vorzuschalten, die bei Überschreitung der Prüflast abgeschert werden und zeitlich unterschiedliche Anzeigen liefern.

Claims

1. Verankerungsvorrichtung für das Zugglied eines Ankers, insbesondere eines Felsankers, bei dem das Zugglied aus einem Stahlstab mit auf einer Schraubenlinie liegenden und zumindest ein Teilgewinde bildenden Rippen und die Verankerungsvorrichtung aus einer auf den Ankerstab aufschraubbaren und gegen das Gebirge abstützbaren Verankerungsmutter aus mindestens zwei, jeweils mit Innengewinde versehenen Teilen bestehen, die auf dem Ankerstab in einem vorgegebenen Abstand voneinander und gegeneinander nicht verdrehbar angeordnet und bei Überschreitung einer bestimmten Last in der Reihenfolge ihrer Belastung in Längsrichtung um den vorgegebenen Abstand versetzbar sind, so daß sie nacheinander in Kraftschluß mit dem Ankerstab gelangen, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest das jeweils der Kraft zugekehrte Teil (7′) der Verankerungsmutter (7) eine geringere Festigkeit aufweist als das Material des Ankerstabes (1) und so dimensioniert bzw. ausgebildet ist, daß es bei Überschreitung einer vorgegebenen Ankerkraft seinen Kraftschluß mit den Rippen (8) des Ankerstabes (1) verliert, so daß die Ankerkraft ausschließlich von dem bzw. den der Kraft abgewandten Teilen (7′′) der Verankerungsmutter (7) übertragen wird.

2. Verankerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das jeweils der Kraft zugekehrte Teil (7′) der Verankerungsmutter (7) eine geringere Anzahl von Gewindegängen aufweist als das bzw. die der Kraft abgewandten Teile (7′′) und diese Gewindegänge bei Überschreitung der Kraft abgeschert werden.

3. Verankerungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungsmutter (7) einstückig ausgebildet ist und daß durch im wesentlichen quer zu ihrer Längsachse verlaufende Einschnitte (11) den Abstand der einzelnen Teile (7′, 7′′) der Verankerungsmutter (7) voneinander fixierende Sollbruchstellen gebildet sind.

4. Verankerungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß drei jeweils um 120 Grad gegeneinander versetzt angeordnete Einschnitte (11) vorgesehen sind, die unter einem spitzen Winkel (Beta) zur Längsachse der Verankerungsmutter (7) verlaufend so angeordnet sind, daß sie sich in ihren Endbereichen in geringem Abstand in Längsrichtung der Verankerungsmutter (7) voneinander überlappen.

5. Verankerungsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnitte (11) kreisbogenförmig bis in die Nähe der Längsachse der Verankerungsmutter (7) geführt sind.