DE60019749T2 - Betonstruktur mit ankerstäben und ankerstab - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Betonstruktur, umfassend mindestens zwei Ankerstäbe, die miteinander gekoppelt sind, wobei mindestens einer der Ankerstäbe mit einem Außengewinde für diese Kopplung versehen ist. Solche Strukturen sind im Stand der Technik im Allgemeinen bekannt. Wenn man große Betonstrukturen erzeugt, ist es häufig nicht möglich, diese in einem Stück zu gießen. Deshalb werden diese sukzessive in Teilen gegossen. Was hier wichtig ist, ist, dass die Bewehrung eine im Wesentlichen kontinuierliche Struktur bildet. Es ist deshalb im Stand der Technik üblich, in der Nähe der Grenze des ersten zu gießenden Teils einen Bewehrungsstab anzubringen, der mit z.B. einer Gewindehülse an der Grenzoberfläche versehen ist. Nach Gießen wird das Gehäuse entfernt, und die Öffnung zum Gewinde wird freigelegt, und ein Ankerstab, der mit einem Außengewinde versehen ist, wird in diese Öffnung geschraubt. Der zweite Teil wird dann in Kontakt mit dem ersten Teil gegossen, und die Festigkeit der Struktur wird durch die Verbindung garantiert, die sich durch die Struktur fortsetzt.
• Stringente Erfordernisse werden den verwendeten Ankerstäben auferlegt. Im Allgemeinen werden solche Stäbe erzeugt, indem Betonstahl verwendet wird, der bereits mit erhöhten Teilen oder Rippen als das Ausgangsmaterial versehen worden ist. Nach Zuschneiden auf Größe wird das relevante Ende des Betonstahls, das mit einem Gewinde zu versehen ist, stumpfgestoßen. Immerhin ist ein ungenügender Querschnitt an der Stelle des Gewindes in einem Verkopplungssystem nicht akzeptabel. Stumpfstoßen von Stahl wird durch Erhitzen des Stahls durchgeführt. Hierdurch wird ein wesentlicher Anteil der Materialstruktur, die ursprünglich in Längsrichtung orientiert war, modifiziert. Nach Stumpfstoßen muss das Material unter gesteuerten Bedingungen gekühlt werden. Es ist gefunden worden, dass infolge des immer umfassenderen Legierens von Betonstahl einerseits und der Akzeptanz eines immer höheren Prozentsatzes von Verunreinigungen (Ausschuss) andererseits, eine unzulässige Verringerung in der Festigkeit auftreten kann, wenn es die geringste Abweichung von der Norm zum Abschrecken gibt. Insbesondere ruft dies Rissbildung hervor. Keine Probleme sind im Fall von normalen Anwendungen von Betonstahl gefunden worden, d.h., wo kein Erhitzen und Stumpfstoßen stattfindet, aber die oben erwähnten Probleme werden beobachtet, sobald mit Gewinde versehene Anker erzeugt werden müssen.
• Es versteht sich, dass eine Rissbildung schließlich zum Versagen führen kann, was größere Konsequenzen für Strukturen haben kann, in denen solche Ankerstäbe verwendet werden können. Außerdem werden solche Ankerstäbe in vorgefertigten Betonkomponenten verwendet, was zur Folge hat, dass Hebeschlingen und dergleichen auf eine einfache Weise an den Ankerstab angebracht werden können. Dies verursacht Spannung, insbesondere, wenn die betreffenden vorgefertigten Elemente bewegt werden, und ein Versagen kann hier auch verhängnisvolle Konsequenzen aufweisen.
• Andererseits ist es äußerst wichtig, dass Ankerstäbe einen verhältnismäßig geringen Preis für eine verhältnismäßig hohe Qualität aufweisen.
• Die EP 0816584A1 offenbart eine Betonstruktur mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 und umfassend eine Schraubenkopplung für Ankerstäbe. Das Ziel besteht darin, die Nachteile, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, mit einem verbesserten Ankerstab zu beseitigen, der in einer Betonstruktur platziert ist, und wobei ein Versagen praktisch ausgeschlossen ist.
• Das Ziel wird mit einer wie oben beschriebenen Betonstruktur durch die charakterisierenden Maßnahmen gemäß Anspruch 1 erreicht.
• Es wird darauf hingewiesen, dass ein Ankerbolzen im US-Patent 5 054 146 offenbart ist. Dieser Bolzen muss insbesondere zum Verankern des Stabs in Bohrlöchern, Öffnungen oder dergleichen verwendet werden, die in felsigen Böden gebildet sind. Der betreffende Ankerstab wird in eine solche Öffnung eingeführt, und ein Kunststoffharzmaterial wird dann verwendet, um für eine Haftung zwischen dem Stab und der Umgebung zu sorgen. Dieser Ankerstab ist mit einem Muster versehen, das aus flach gemachten eingepressten Abschnitten von dem Material besteht. Diese Erhebungen dienen als Rührstangen zum Rühren des Harzes, wodurch der Ankerstab an der Struktur befestigt wird.
• Unter Verwendung des Ankerstabs gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, Betonstrukturen herzustellen, bei denen das Risiko eines Versagens der Ankerstäbe so weit wie möglich vermieden wird.
• Das gemäß der Erfindung verwendete Muster ist ein Muster, das für Betonstahl üblich, d.h. von flacher Höhe, und mit einem allmählichen Übergang in Bezug zum anderen Teil des Ankermaterials erzeugt ist. Dieses Muster wird mit Hilfe eines einfachen Walzvorgangs erhalten, der mit der Verringerung im Umfang des Ankerstabs kombiniert werden kann.
• Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Betonstruktur einen ersten gegossenen Teil mit einem darin eingepassten Ankerstab, wobei das Ende des Ankerstabs mit einem Innengewinde versehen ist, mittels dessen der eine Ankerstab gekoppelt ist, wobei der eine Ankerstab in einem zweiten Teil eingepasst ist, der in Kontakt mit dem ersten gegossenen Teil gegossen ist. Das Innengewinde kann mittels einer Hülse ausgeführt sein, die auf dem Ankerstab festgeklemmt ist. Jedoch ist es auch möglich, ein Stabmaterial von verhältnismäßig großem Durchmesser als das Ausgangsmaterial zu verwenden, wobei der Außendurchmesser ungefähr dem Außendurchmesser des Teils entspricht, in dem das Innengewinde hergestellt werden muss. Der Durchmesser des anderen Teils des Stabs wird dann zu einem sehr beträchtlichen Maß verringert, um die gewünschten Abmessungen zu erhalten.
• Gemäß der Erfindung wird ein solcher Ankerstab vorzugsweise erzeugt, indem ein Verfahren zur Erzeugung eines Ankerstabs bereitgestellt wird, umfassend die Bereitstellung einer Länge von Stahlstab, Herstellen eines Gewindes an einem Ende und Herstellen eines Musters auf dem anderen Teil des Stabs, wobei das Gewinde vorzugsweise hergestellt wird, indem ein Gewinde gewalzt wird, und wobei das Muster durch Walzen des relevanten Teils des Stabs hergestellt wird, nachdem das Gewinde hergestellt ist. Statt dass ein Gewinde gewalzt wird, kann auch ein Schneiden verwendet werden. In einem solchen Fall ist es vorzuziehen, den Durchmesser dieses Teils zu verringern, wo es keine Gewinde gibt und wo das Muster durch Walzen anzubringen ist. Die Festigkeit und andere mechanische Eigenschaften verbessern sich infolge dieses Walzvorgangs. Muster oder Relief versteht sich hier als eine beliebige Oberflächenstruktur oder ein erhöhter Teil, mittels dessen das Ineinandergreifen des Ankerstabs und des umgebenden Betons gefördert wird.
• Gemäß der Erfindung wird nicht länger eine Länge von Betonstahl als das Ausgangsmaterial verwendet und ein Abschnitt von vergrößertem Durchmesser für das Gewinde durch Stumpfstoßen bereitgestellt, vielmehr wird diese Verwendung eines Abschnitts von Stabmaterial, des Abschnitts, der mit einem Muster oder Rippen versehen ist, durch Walzen erhalten. D.h. der Unterschied im Durchmesser zwischen dem Abschnitt, der mit einem Gewinde versehen ist, und dem Abschnitt, der mit einem Muster versehen ist, wird nicht erhalten, indem der Durchmesser an dem Abschnitt, der mit einem Gewinde versehen ist, erhöht wird, sondern, indem der Durchmesser des Abschnitts, der mit einem Muster versehen ist, verringert wird. Es ist gefunden worden, dass während eines solchen Walzvorgangs, der kalt durchgeführt werden kann, sich die mechanischen Eigenschaften des Ankerstabs nur verbessern und sich auf gar keinen Fall verschlechtern. Folglich ist es möglich, einen verhältnismäßig minderwertigen Stahl zu verwenden und nichtsdestoweniger eine angemessene Festigkeit zu erzielen, wie entsprechend den Standards erforderlich.
• Weil ein Stumpfstoßen nun nicht länger stattfindet, ist die Materialstruktur des Stahls im Kern am Gewindeabschnitt ungeändert, d.h. entspricht im Wesentlichen derjenigen der ursprünglichen Materialstruktur des Ankerstabs.
• Unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens ist es auf eine einfache Weise möglich, Ankerstäbe mit verhältnismäßig hoher Festigkeit von verhältnismäßig niedriglegierten Materialien zu erzeugen. Beispiele für solche Materialien sind Typen von Stahl, die einen verhältnismäßig hohen Kohlenstoffgehalt aufweisen. Weil es im Gegensatz zum Stand der Technik nicht notwendig ist, eine Temperungsbehandlung mit Verformung (Warmstumpfstoßen) durchzuführen, um ein Gewinde zu erzeugen, wird die Struktur des Stahlmaterials durch das Verfahren gemäß der Erfindung nicht beeinflusst oder kaum beeinflusst.
• Weil es nun kostengünstig möglich ist, Ankerstäbe aus einem Material von hoher Festigkeit zu erzeugen, ist es im Fall von einigen Anwendungen möglich, verhältnismäßig dicke Ankerstäbe, die aus herkömmlichem Stahl hergestellt sind, durch beträchtlich dünnere Ankerstäbe zu ersetzen, die aus hochfestem Material hergestellt sind. Im Fall von Strukturen, die schwerer Last ausgesetzt sind, gibt es häufig das Problem, dass Ankerstäbe nahe beieinander sind, was zur Folge hat, dass es nicht länger garantiert werden kann, dass Betonmaterial und insbesondere der darin enthaltene Zuschlag zwischen die Bewehrungsstäbe eindringt und folglich eine angemessene Festigkeit liefert. Indem gemäß der Erfindung Bewehrungsstäbe von hoher Festigkeit verwendet werden, die einen verhältnismäßig kleinen Durchmesser aufweisen, wird das Eindringen von Betonmaterial garantiert.
• Ein weiterer Anstieg in der Festigkeit der Struktur kann erhalten werden, indem das Gewinde durch Walzen erzeugt wird. Immerhin kann ein ähnliches Gewinde mit einem kleineren Ausgangsdurchmesser erhalten werden. Der Durchmesser des Übergangsabschnitts ist kleiner als der Außendurchmesser des Gewindeabschnitts. Natürlich weicht infolge des Walzens die Materialstruktur von Stahl im Gewinde von der Ausgangsstruktur des Ankerstabs ab, aber dies weist keine Wirkung auf die Materialstruktur im Kern desselben auf. Wenn das Gewinde geschnitten wird, kann der andere Abschnitt des Ankerstabs ohne jegliches Problem auf die oben beschriebene Weise kaltgewalzt werden.
• Gemäß der Erfindung weist der mit einem Muster versehene Abschnitt eine sehr beträchtliche Länge auf, verglichen mit der Länge des Abschnitts, der mit einem Gewinde versehen ist.
• Das Muster kann jegliches Muster sein, das im Stand der Technik bekannt ist, wie z.B. erhöhte Teile oder Rippen. Diese können einfach während eines Walzens unter Verwendung einer Profilierwalze eingeführt werden.
• Wenn das Gewinde in Kombination mit einer Hülse verwendet wird, die entweder eine separate Kopplungshülse sein kann oder eine Hülse, die auf das Ende einer anderen Ankerstange aufgepasst ist, kann es vorteilhaft für den Übergangsabschnitt sein, eine Schulter aufzuweisen, gegen die eine solche Hülse anliegt, oder in einen die Schulter umgebenden Sitz eingepasst zu werden.
• Der oben beschriebene Ankerstab kann von jeglichem Stahlmaterial, das im Stand der Technik bekannt ist, erzeugt werden, welches Material entweder Konstruktionsstahl oder Edelstahl sein kann. St 52.3, der ein Typ von Stahl ist, der verhältnismäßig leicht zu erhalten ist und eine verhältnismäßig hohe Rein heit aufweist, wird als Beispiel erwähnt.
• Wie oben angezeigt, können auch Typen von Stahl von verhältnismäßig hoher Festigkeit, d.h. mit Zugfestigkeiten von z.B. 1100 N/mm², verwendet werden.
• Die Erfindung wird unten mit Bezug auf veranschaulichende Ausführungsformen, die in der Zeichnung dargestellt sind, erklärt.
• 1 stellt eine schematische Ansicht eines Ankerstabs gemäß der Erfindung dar;
• die 2a–c stellen die verschiedenen Schritte zur Erzeugung des Ankerstabs dar, der in 1 dargestellt ist;
• 3 stellt ein Beispiel für eine Betonstruktur dar, in der der Ankerstab gemäß der Erfindung verwendet werden kann.
• In 1 ist ein Ankerstab gemäß der Erfindung in seiner Gesamtheit mit 1 bezeichnet. Dieser Ankerstab besteht aus einem Abschnitt 2, der mit einem Gewinde versehen ist, einem angrenzenden Übergangsabschnitt von gewünschter Länge 3 und einem Abschnitt 4, der mit einem Muster versehen ist. Der Abschnitt 4 ist in der Zeichnung abgebrochen dargestellt und kann eine beträchtliche Länge aufweisen. (Im Allgemeinen bildet die Länge des Abschnitts 4 mindestens 90% der Gesamtlänge des Ankerstabs). Die erhöhten Teile sind durch 5 angezeigt und bestehen aus Rippen, die sich über ungefähr ein Viertel des Umfangs des Stabs erstrecken und die unter einem Winkel in Bezug zur Längsachse 6 des Stabs vorliegen. Diese Rippen können natürlich unterschiedlich orientiert sein.
• In 1 zeigt a den Kerndurchmesser des durch Walzen erzeugten Gewindes 2 an, b zeigt den Außendurchmesser an, der größer als der Durchmesser c des Übergangsabschnitts 3 ist. Der Durchmesserabschnitt d, d.h. der Kerndurchmesser des Abschnitts 4, der mit einem Muster versehen ist, ist wiederum kleiner als der Durchmesser des Abschnitts c.
• 2 stellt schematisch dar, wie ein solcher Ankerstab erzeugt wird. Das Ausgangsmaterial, z.B. ein glatter Stab von Material, z.B. ST 52.3-Material, ist in 2a dargestellt. Das Gewinde 2 wird durch Walzen hergestellt, wie in 2b angezeigt ist. Einerseits nimmt der Durchmesser des Stabs von c nach a an dieser Stelle ab, aber andererseits wird Material auswärts gezwungen, was zur Folge hat, dass der Außendurchmesser des Gewindes b größer als der Durchmesser des Ausgangsmaterials wird.
• Ein Walzvorgang wird dann durchgeführt, um den Abschnitt 4 zu erhalten. Während dieses Vorgangs wird der Durchmesser des Abschnitts, der an den Übergangsabschnitt 3 angrenzt, verringert. Der Endkerndurchmesser wird durch d angezeigt. Die Rippen 5 können auch während eines Walzens erzeugt werden.
• Für die Produktion eines Ankerstabs mit einem M16-Gewinde kann ein Stab, wie in 2a dargestellt, mit einem Durchmesser von 14,55 mm als Ausgangsmaterial verwendet werden. Im fertiggestellten Stab weist der Übergangs abschnitt 3 eine Abmessung c von 14,55 mm auf, während der Gewindeabschnitt 2 ein M16-Gewinde ist, das auf die herkömmliche Weise gewalzt ist. In dieser Ausführungsform kann d zwischen 11,55 und 13,55 mm liegen. Die Festigkeit dieses Abschnitts nimmt infolge des Walzens zu.
• Die oben beschriebenen Schritte können auch in einer unterschiedlichen Aufeinanderfolge oder gleichzeitig durchgeführt werden. Mit dem oben beschriebenen Verfahren wird ein besser steuerbarer Prozess erhalten. Immerhin ist Walzen beträchtlich weniger kritisch als Stumpfstoßen bei hoher Temperatur und das nachfolgende Abschrecken oder eine andere Wärmebehandlung. Außerdem ist dieses Verfahren verhältnismäßig einfach durchzuführen. Weil der Produktionsprozess einfacher ist, ist es im Prinzip möglich, ein besseres Ausgangsmaterial für denselben Fertigpreis zu verwenden. Außerdem ist es möglich, das Verfahren mit Typen von Stahl zu verwenden, bei denen unzulässige strukturelle Modifikationen, die nicht leicht zu ändern sind, bei Erhitzen stattfinden. Solche strukturellen Modifikationen können eine sehr nachteilige Wirkung auf die Eigenschaften des Stahls aufweisen. Als Beispiel werden Edelstahl und äußerst hochfeste Stähle verwendet. Außerdem ist es möglich, die Ankerstäbe von beträchtlicher Länge herzustellen, wie z.B. bis zu 12 Metern. Es ist kaum möglich, solche langen Längen mit der Stumpfstoßtechnik handzuhaben.
• Mittels des Walzvorgangs ist es möglich, ebene Oberflächen und dergleichen auf dem betreffenden Ankerabschnitt zu erzeugen. Außerdem können die verschiedensten Profile erzeugt werden. Dies steht im Gegensatz zum Stand der Technik, wo das verwendete Ausgangsmaterial, Moniereisen ist, das in großen Chargen erzeugt wird, bei dem praktisch keine Variationen bekannt sind. Außerdem ist es während eines Walzens möglich, andere erhöhte Teile, Rillen und dergleichen zu erzeugen, die sich über die ganze Länge des gewalzten Abschnitts erstrecken.
• Es versteht sich, dass die verschiedenen Abmessungen a–d, die oben erwähnt sind, von dem gewünschten Endprodukt abhängen. Variationen sind für Fachleute unmittelbar ersichtlich und fallen in den Umfang der angefügten Ansprüche.

Claims (9)

1. Betonstruktur, umfassend mindestens zwei Ankerstäbe, die miteinander gekoppelt sind, wobei mindestens einer der Ankerstäbe mit einem Außengewinde für diese Kopplung versehen ist, wobei der eine Ankerstab (1) einen Abschnitt (4) aufweist, der mit einem Muster versehen ist, wobei ein Übergangsabschnitt (3) mit einer im Wesentlichen glatten Außenseite zwischen dem mit dem Muster versehenen Abschnitt und dem Gewindeabschnitt vorhanden ist, wobei das Muster erhöhte Teile umfasst, wobei der Durchmesser (c) des Übergangsabschnitts größer als der Kerndurchmesser (d) des mit einem Muster versehenen Abschnitts ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Molekül/Faser/Korn-Orientierung des Kerns des Gewindeabschnitts in Wesentlichen mit der Längsachse des Ankerstabs übereinstimmt.
2. Betonstruktur nach Anspruch 1, umfassend einen ersten gegossenen Teil mit einem darin eingepassten Ankerstab, wobei das Ende des Ankerstabs mit einem Innengewinde versehen ist, mittels dessen der eine Ankerstab gekoppelt ist, wobei der eine Ankerstab in einem zweiten Teil eingepasst ist, der in Kontakt mit dem ersten gegossenen Teil gegossen ist.
3. Betonstruktur nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Gewindeabschnitt ein gewalztes Gewinde umfasst.
4. Betonstruktur nach Anspruch 3, bei der der Gewindeabschnitt ein geschnittenes Gewinde aufweist.
5. Betonstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche 3 oder 4, bei der der Durchmesser (c) des Übergangsabschnitts kleiner als der Außendurchmesser (b) des Gewindeabschnitts ist.
6. Betonstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Länge des mit einem Muster versehenen Abschnitts mehr als 80% der Gesamtlänge des Ankerstabs bildet.
7. Betonstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das Muster eine große Anzahl von langgestreckten erhöhten Teilen (5) umfasst, die sich unter einem Winkel zur Längsachse des Stabs erstrecken und eine Länge von weniger als dem Umfang des Ankerstabs aufweisen.
8. Betonstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Übergangsabschnitt eine Schulter aufweist.
9. Verfahren zur Erzeugung einer Betonstruktur, umfassend aufeinanderfolgendes Gießen von Teilen der Betonstruktur in Kontakt miteinander, wobei ein Ankerstab eingebracht wird, wenn ein erster Abschnitt der Betonstruktur gegossen wird, welcher Ankerstab mit einer Gewindekopplung an der Grenze mit einem nachfolgenden Abschnitt, der später zu gießen ist, versehen ist, wobei ein weiterer Ankerstab mit dem in den ersten gegossenen Abschnitt eingepassten Stab gekoppelt wird, nachdem sich der erste gegossene Abschnitt mindestens teilweise verfestigt hat, wonach der zweite Abschnitt gegossen wird, wobei der weitere Ankerstab einen Ankerstab umfasst, der einen Abschnitt aufweist, der mit einem Muster versehen ist und auch an mindestens einem Ende mit einem Gewindeabschnitt versehen ist, wobei ein Übergangsabschnitt (3), der eine im Wesentlichen glatte Außenseite aufweist, zwischen dem mit dem Muster versehenen Abschnitt und dem Gewindeabschnitt vorhanden ist, wobei das Muster erhöhte Teile umfasst, wobei der Durchmesser (c) des Übergangsabschnitts größer als der Kerndurchmesser (d) des mit dem Muster versehenen Abschnitts ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Molekül/Faser/Korn-Orientierung des Kerns des Gewindeabschnitts im Wesentlichen mit der Längsachse des Ankerstabs übereinstimmt.