DE4400974A1

DE4400974A1 - Betonstahl

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Publication number: DE4400974A1
Application number: DE4400974A
Authority: DE
Original assignee: INST STAHLBETON BEWEHRUNG EV
Current assignee: INST STAHLBETON BEWEHRUNG EV
Priority date: 1994-01-14
Filing date: 1994-01-14
Publication date: 1995-07-20
Also published as: DE59500715D1; HU9601912D0; SK90996A3; LT4139B; PL177898B1; WO1995019480A1; LT96105A; SK282802B6; HU217903B; CZ9602010A3; EP0738361B2; EP0738361B1; CZ289576B6; DK0738361T4; HUT76083A; EP0738361A1; DK0738361T3; ATE158634T1

Description

Betonstähle (Spannstähle) zur Bewehrung von Stahl (Spann-)beton weisen zur Erzielung eines ausreichenden Verbundes zwischen dem Stahl und dem Beton Rippen auf. Damit ist die Kraftübertragung zwischen dem Stahl und dem Beton und umgekehrt so sichergestellt, daß im Gebrauchszustand kurze Verankerungs- bzw. Übertragungslängen erreicht werden.

Im Laufe der Entwicklungen haben sich eine Reihe von Bedingungen für die Herstellung von Betonstählen, insbesondere von kaltverformten Betonstählen, wie sie z. B. für Beton stahlmatten oder Betonstahl im Ring benutzt werden, geändert. Dazu gehören z. B. neue Erkenntnisse zu nichtlinearen Bemessungsverfahren im Stahlbetonbau. Der Verbund von Betonstählen wurde bislang nur im elastischen Bereich der Spannungs-Dehnungslinie des Stahls in Betracht gezogen. Die Anwendung der nichtlinearen Bemessung zieht auch die Verbundwirkung im plastischen Bereich des Stahls mit ein (DE-A1-40 11 486). Hier hat sich gezeigt, daß ein zu "harter" über Rippen erzeugter Verbund am Betonriß zu wenig Stahldehnung freigibt. Es ist ein "weicher" Verbund anzustreben.

Ein großer Teil der Betonstähle wird durch Warm- oder Kaltverformung als Betonstahl im Ring produziert und zu Stabstahl oder zu Betonstahlmatten verarbeitet. Um den Stahl in die Form zu bringen, wie er als Bewehrung dienen kann, muß er mit geeigneten Maschi nen gerichtet werden. Gerippte Stähle weisen stets eine Unrundheit auf. Ferner werden die Rippen beim Richtvorgang in der Regel stark abgetragen. Die am Stabumfang vorhandenen Rippen entfachen beim Richtvorgang ferner einen erheblichen Lärm. Bei Betonstählen, die im Ring hergestellt werden, ist deshalb eine Verbesserung der Richteigenschaft und eine Reduzierung des Lärms beim Richten anzustreben.

In den Rippen der Betonstähle befindet sich ein beträchtlicher Teil der Masse. Zur Erzeu gung der Rippen sind bis zu 25% Verformung nötig, die alleine einen großen Energieauf wand bedeuten und dementsprechend viel Energie verbrauchen. Im Hinblick auf eine Ener gieeinsparung besteht deshalb der Zwang zur Reduzierung der zur Erzeugung der Rippen aufzubringenden Energie.

Die eben angesprochenen hohen Verformungsgrade reduzieren beim Kaltverformen die Ausgangswerte der Duktilitätsparameter Agt (Dehnung bei Höchstlast) und Rm/Re (Zug festigkeit/Streckgrenze) beträchtlich. Die wünschenswerten Nennwerte (siehe ENV 10080) sind daher schwer erreichbar.

Das Schweißen von Betonstahlmatten erfolgt in Anlagen, die bis zu 120 Takte/min ausfüh ren. Die Erzielung von konstant guten Schweißverbindungen ist nur möglich, wenn Un rundheiten, wie sie durch Rippen bedingt sind, möglichst klein gehalten werden. Dies gilt besonders für das Schweißen von Doppelstäben. Im Hinblick hierauf sind Stäbe mit einer Oberfläche anzustreben, die einem glatten Rundstahl möglichst nahe kommen.

Daraus ergeben sich folgende Zielsetzungen für die Oberflächengestaltung von Beton stählen.

Bei der Herstellung

Geringer Verformungsaufwand und damit geringer Energieverbrauch und Walzenverschleiß bei der Erzeugung der Oberflächengestalt.

Bei der Weiterverarbeitung

Gute Richtfähigkeit bei geringer Lärmemission, verbesserte Schweißeignung. Vermeidung von Oberflächenverletzungen am Betonstahl und Reduzierung des Verschleißes am Richt werkzeug.

Für den Gebrauch als Bewehrung

Ausreichender Verbund im Gebrauchszustand und Ermöglichung von aktivierbarer Stahl dehnung am Betonriß (plastisches Gelenk), hohe Werte von Agt und Rm/Re. Geringe Kerbwirkung und dadurch hohe Dauerschwingfestigkeit.

Untersuchungen haben gezeigt, daß sich im Hinblick auf diese Zielsetzungen am besten ein Betonstahl gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 eignet.

Ein Betonstahl dieser Art ist durch die DE-AS 10 84 464 bekannt geworden.

Diese Druckschrift beschreibt einen Bewehrungsdraht oder -stab, insbesondere für Spann beton, dessen Oberfläche sich regelmäßig wiederholende beidseitige Vertiefungen aufweist, wobei die Vertiefungen elliptisch ausgebildet sind und nahezu den halben Stabumfang ein nehmen. Die Vertiefungen sind im Bereich ihrer kurzen Achse durch schmale Wülste ge trennt, die schräg zur Stabachse liegen. Diese Wülste werden, ähnlich wie Schrägrippen, durch Einfräsungen in der Prägewalze gebildet, in die das Material beim Walzen verdrängt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Oberflächengestalt eines Betonstahls nach dem Gattungsbegriffs des Anspruches 1 so auszubilden, daß trotz eines geringeren Ver formungsaufwandes, der bessere Duktilitätsparameter Agt und Rm/Re ermöglicht, ein aus reichender Verbund gewährleistet wird. Gleichzeitig soll im Hinblick auf eine gute Richt fähigkeit und eine verbesserte Schweißeignung die Oberflächengestalt des Betonstahls mög lichst der eines runden Stabes mit glatter Oberfläche angeglichen werden. Im Hinblick auf eine hohe Dauerschwingfestigkeit sollen Kerbspannungen vermieden werden.

Die Aufgabe wird durch einen Betonstahl mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Während beim bekannten Betonstahl der gattungsgemaßen Art, der insbesondere für Spannbeton vorgesehen ist, eine gleichmäßig hohe Zugfestigkeit und eine hohe Haftfestig keit angestrebt werden - dies wird durch eine starke Kaltverformung eines kaltgezogenen glatten Runddrahtes und die Ausbildung von Wülsten durch nach außen verdrängtes Material erreicht - wird beim erfindungsgemäßen Betonstahl durch Einwalzen von nur flachen Vertiefungen die Verformung klein und damit die Duktilität groß gehalten. Mit Ausnahme der eingewalzten Vertiefungen bleibt die glatte Fläche des runden Stabes erhalten, d. h. eine Wulstbildung wird vermieden im Hinblick auf die Verbesserung der Richtfähigkeit und zur Ermöglichung eines "weichen" Verbundes bei Einsatz des Beton stahls.

Da die Begrenzungslinie der Vertiefungen aus Kreisbögen gebildet ist und gerade Ab schnitte, in denen sich Kerbspannungen konzentrieren können, vermieden sind, ferner die Flanken der Vertiefungen abgerundet in Bodenflächen konstanter Tiefe übergehen, werden bei einer Beanspruchung des Betonstahls Kerbspannungen, die die Dauerschwingfestigkeit beeinträchtigen, weitgehend vermieden.

Durch die an eine Ellipse angenäherte Form einer Vertiefung wird im Vergleich beispiels weise zu einer runden Form der Vertiefung bei vorgegebener Verbundwirkung der Flä chenanteile der glatten Oberfläche im Vergleich zu dem der Vertiefungen vergrößert, wo durch Richtfähigkeit und Schweißeignung verbessert werden. Besonders günstig ist es, wenn die Längsachsen der ellipsenförmigen Vertiefungen quer zur Stabachse verlaufen. Außerdem sollen im Hinblick auf eine gute Richtfähigkeit die Vertiefungen benachbarter Längsreihen in Längsrichtung des Stabes gegeneinander versetzt sein.

Die Erfindung wird durch zwei Ausführungsbeispiele anhand von drei Figuren näher er läutert. Es zeigen

Fig. 1 die Abwicklung eines erfindungsgemäßen Betonstahls mit drei Längsreihen von ellipsenförmigen Vertiefungen,

Fig. 2 den Schnitt II-II von Fig. 2 in vergrößerter Darstellung und

Fig. 3 eine Längsreihe von zur Stabachse schräg angeordneten ellipsenförmigen Ver tiefungen in einer Darstellung entsprechend Fig. 1.

Der in Fig. 1 in der Abwicklung dargestellte Abschnitt eines Betonstahls weist drei Längs reihen 1, 2, 3 von Vertiefungen 4 auf. Die Längsreihen sind gleichmäßig über den Stab umfang verteilt. Die Vertiefungen benachbarter Längsreihen sind in Längsrichtung des Stabes gegeneinander versetzt. Das Maß der Versetzung entspricht bei drei Längsreihen etwa einem Drittel des Abstandes zweier benachbarter Vertiefungen einer Längsreihe. Mit Ausnahme der Vertiefungen 4 ist die Staboberfläche 5 glatt ausgebildet, d. h. sie entspricht der eines glatten Rundstabes.

Die Begrenzungslinie einer Vertiefung ist in der in Fig. 1 dargestellten Abwicklung des Betonstahls durch Kreisbögen 6 und 7 gebildet, die verschiedene Radien aufweisen und be züglich der Vertiefung 4 jeweils axial-symmetrisch angeordnet sind. Die Kreisbögen 6 mit kleinerem Radius sind symmetrisch zur Symmetrieachse 8 und die Kreisbögen mit größe rem Radius sind symmetrisch zur Symmetrieachse 9 angeordnet. Die Symmetrieachse 9 der Kreisbögen 7 mit größerem Radius verläuft bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 unter 90° zur Stabachse, d. h. quer zur Stabachse, die Symmetrieachse 8 verläuft parallel zur Stabachse.

Größe und Abstand der Vertiefungen 4 sind bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, wie folgt, festgelegt:

D ≈ 0,75·d_s
B ≈ 0,72·d_s
s ≈ 0,25·d_s
b ≈ 0,80·d_s
t ≈ 0,06·d_s

wobei

d_s den Nenndurchmesser des Stabes,
D die Erstreckung der Vertiefung in Umfangsrichtung des Stabes,
B die Erstreckung der Vertiefung in Längsrichtung des Stabes, gemessen in der Mitte der Quererstreckung D,
s den Abstand zwischen den Begrenzungslinien benachbarter Vertiefungen in Längsrichtung des Stabes, gemessen in der Mitte der Quererstreckung D,
b den Abstand zwischen den Begrenzungslinien benachbarter Längsreihen von Vertiefungen in Querrichtung des Stabes, und
t die Tiefe der Vertiefung

bedeuten.

Bei den angegebenen Abmessungen liegt der Anteil der Gesamtfläche der Vertiefungen an der Gesamtfläche des Stabes bei etwa 40%.

In Fig. 2 ist der Querschnitt einer Vertiefung in Längsrichtung des Stabes dargestellt. Hieraus ist ersichtlich, daß die Vertiefung flach ausgebildet, mit konstanter Tiefe t in die Staboberfläche 5 eingewalzt und durch steile Flanken 10 begrenzt ist. Die Flanken 10 gehen über Abrundungen 11 mit kleinem Radius in die Bodenfläche 12 über.

Durch die zur Stabachse querliegende ovale Form der Vertiefungen läßt sich trotz flacher Ausbildung der Vertiefungen eine ausreichende Verbundwirkung erzielen. Die erfindungs gemäße Oberflächengestaltung des Betonstahls ist für Bemessungsverfahren, bei denen ört lich plastische Verformungen der Bewehrung, d. h. eine Gelenkrotation ausgenutzt wird, besser als Stäbe mit auf die Oberfläche aufgebrachten Rippen oder Wülsten geeignet, da durch die erfindungsgemäße Oberflächengestaltung ein "weicher" Verbund ermöglicht wird.

Fig. 3 stellt einen Ausschnitt aus einer Rippenreihe einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Betonstahls dar. Hier sind ovale Vertiefungen schräg zur Stabachse an geordnet. Der Winkel gegenüber der Stabachse ist mit α bezeichnet und sollte im Bereich zwischen 60° und 90° liegen. Ein Winkel α = 90° entspricht der Ausführungsform nach Fig. 1.

Im Hinblick auf die obige Bemessungsregel der Größe und des Abstandes der Vertiefungen ist zu beachten, daß B die Erstreckung der Vertiefung in Längsrichtung des Stabes, ge messen in der Mitte der Quererstreckung D, bedeutet, d. h. gemessen längs der Mittellinie der betreffenden Längsreihe von Vertiefungen. Das gleiche gilt für den Parameter s, d. h. den Abstand zwischen den Begrenzungslinien benachbarter Vertiefungen in Längsrichtung des Stabes.

Claims

1. Betonstahl, der in einen Stahlstab von etwa kreisförmigem Querschnitt ein gewalzte Vertiefungen (4) enthält, die in Form von 2 bis 6, vorzugsweise 3 Längsreihen gleichmäßig über den Stabumfang verteilt sind, und wobei die Begrenzungslinie jeder Ver tiefung in der Abwicklung des Betonstahls durch Kreisbögen (6, 7) mit verschiedenen Ra dien gebildet ist, die bezüglich der Vertiefung axial-symmetrisch angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (4) in die Staboberfläche (5) mit jeweils konstanter Tiefe (t) eingewalzt und durch steile Flanken (10) begrenzt sind.

2. Betonstahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungslinie einer Vertiefung (4) durch zwei einander gegenüberliegende Kreisbögen (7) mit größerem Radius und zwei diese miteinander verbindende, einander gegenüberlie gende Kreisbögen (6) mit kleinerem Radius gebildet ist.

3. Betonstahl nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Symmetrieachse (9) der Kreisbögen (7) mit größerem Radius unter einem Winkel von 60° bis 90° gegenüber der Stabachse verläuft.

4. Betonstahl nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß drei Längsreihen (1, 2, 3) von Vertiefungen (4) vorgesehen sind.

5. Betonstahl nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Vertiefungen (4) benachbarter Längsreihen (1/2, 2/3, 3/1) in Längsrichtung des Stabes gegeneinander versetzt sind.

6. Betonstahl nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß in der Abwicklung des Betonstahls der Anteil der Gesamtfläche der Vertiefungen (4) an der Gesamtfläche des Stabes zwischen 20% und 50% liegt.

7. Betonstahl nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Querschnittsreduzierung beim Kaltwalzen der Vertiefungen zwi schen 9% und 15% liegt.

8. Betonstahl nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß bei einem Stab mit zwei bis sechs Längsreihen von Vertiefungen Grö ße und Abstand der Vertiefungen, wie folgt, festgelegt sind: b = (0,15 bis 0,45)·d_s
D = (1,12 bis 1,42)·d_s, für n=2,
(0,6 bis 0,90)·d_s, für n=3,
(0,3 bis 0,65)·d_s, für n=4,
(0,1 bis 0,35)·d_s, für n=6,
B = (0,30 bis 0,85)·d_s,
s = (0,1 bis 1,5)·d_s,
t = (0,025 bis 0,08)·d_s,wobeid_s den Nenndurchmesser des Stabes,
D die Erstreckung der Vertiefung in Umfangsrichtung des Stabes,
B die Erstreckung der Vertiefung in Längsrichtung des Stabes, gemessen in der Mitte der Quererstreckung D,
s den Abstand zwischen den Begrenzungslinien benachbarter Vertiefungen in Längserstreckung des Stabes, gemessen in der Mitte der Quererstreckung D,
b den Abstand zwischen den Begrenzungslinien benachbarter Längsreihen von Vertiefungen in Querrichtung des Stabes,
t die Tiefe der Vertiefung, und
n die Anzahl der Längsreihen von Vertiefungen,bedeuten.

9. Betonstahl nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Grö ße und Abstand der Vertiefungen, wie folgt, festgelegt sind: D ≈ 0,75·d_s
B ≈ 0,72·d_s
s ≈ 0,25·d_s
b ≈ 0,80·d_s
t ≈ 0,06·d_s.

10. Betonstahl nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, daß Größe und Abstand der Vertiefungen so gewählt sind, daß die bezoge ne Rippenfläche f_R des Betonstahls zwischen 0,02 und 0,07 liegt.

11. Betonstahl nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die bezogene Rippenfläche f_R zwischen 0,02 und 0,045 liegt.

12. Betonstahl nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn zeichnet, daß bei den eingewalzten Vertiefungen (4) an der Begrenzungslinie (6, 7) die Flanke (10) der Vertiefung mit der Tangente der Staboberfläche einen Winkel (β) von 60° bis 80° einschließt.