EP0196446B1 - Konstruktionselement zur Verbindung von Stahlbetonteilen - Google Patents

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EP0196446B1
EP0196446B1 EP86102334A EP86102334A EP0196446B1 EP 0196446 B1 EP0196446 B1 EP 0196446B1 EP 86102334 A EP86102334 A EP 86102334A EP 86102334 A EP86102334 A EP 86102334A EP 0196446 B1 EP0196446 B1 EP 0196446B1
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EP
European Patent Office
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reinforced concrete
tie rod
spring member
arrangement according
top plate
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EP86102334A
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Walter K. Dr.-Ing. Stiller
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Philipp Holzmann AG
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Philipp Holzmann AG
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/38—Connections for building structures in general
    • E04B1/41—Connecting devices specially adapted for embedding in concrete or masonry
    • E04B1/4157—Longitudinally-externally threaded elements extending from the concrete or masonry, e.g. anchoring bolt with embedded head

Definitions

  • the invention relates to a connection arrangement consisting of a reinforced concrete structure and an add-on part made of reinforced concrete, which are directly connected to one another by means of structural elements and while maintaining a prestressing force.
  • construction elements are used with a pull rod that penetrates at least one concrete part and can be fixed on the other concrete part, which is provided at one end with a thread for a nut, by means of which a prestressing force is applied to the interconnected reinforced concrete parts via the pull rod that they are pressed against each other with a defined force and, as a result of the friction between the components, forces can be transmitted between the components via the contact surface.
  • the known construction elements have the disadvantage that tension rods that are not pretensioned or are pretensioned too little lead to incompatible deformation paths.
  • the construction elements can at least partially lose their prestress, in particular in the case of temperature stresses, by means of which the creep increases to four times the normal value, as a result of which the prestress is greatly reduced.
  • high-strength steels there is also the problem of corrosion, especially since construction elements made of stainless steel are very expensive.
  • slip occurs in the area of the threads and washers, which reduces the pretensioning force and reduces the slip load.
  • the invention has for its object to provide a connection arrangement of the type described above, which avoids the disadvantages listed above and ensures the generation and maintenance of the pretensioning force required for the non-positive attachment of the attachment even under unfavorable conditions.
  • connection arrangement created to solve this problem with the invention consists of a reinforced concrete construction and an add-on part made of reinforced concrete, which are non-positively connected by means of construction elements and while maintaining a prestressing force, each construction element consisting of a tie rod penetrating the reinforced concrete construction and at least partially penetrating the add-on part, a nut which is used to apply the prestressing force and which is supported on one of the reinforced concrete parts at one end of the pull rod and from a head plate fastened at the other end of the pull rod, on which a spring element is supported, which in turn is supported on an annular flange on the other concrete part, in the area of which the tie rod is surrounded by a cladding tube.
  • the deformation energy is not only stored in the shaft of the pull rod, but also in the spring element, the characteristic curve of this spring element being able to be designed according to the respective requirement.
  • EP-A-086 751 shows an elastically yielding connection of separate, i.e. components spaced from each other, a shock absorber-like anchor construction being used for this articulated connection, in which a pretension is also generated, but which is not used for the positive connection of the two components, but for generating a damping force within the anchor.
  • the cladding tube is provided at the other end with a support flange for contact with the reinforced concrete structure.
  • the cladding tube with the support flange and the ring flange, the top plate of the pull rod and the spring element arranged between the top plate and the ring flange can be arranged within the attachment part. This results in a protected housing in the concrete of this component, so that good corrosion and fire protection is given. Nevertheless, the construction element can be prestressed in the required manner by the externally accessible nut.
  • the invention proposes to close off the space for the spring element formed between the top plate of the pull rod and the annular flange of the cladding tube by a deformable cover.
  • the room can be filled with a corrosion-protecting material, such as grease.
  • At least one disc spring is preferably used as the spring element, so that the spring characteristic can be specifically tailored to the respective application.
  • the construction element shown schematically in Fig. 1 serves for the subsequent attachment of an attachment part 2 made of reinforced concrete to an existing reinforced concrete construction 1.
  • the construction element comprises a tie rod 3 which penetrates the reinforced concrete construction 1 and protrudes into the attachment part 2, i.e. this attachment 2 partially penetrates.
  • the pull rod 3 is provided with a head plate 4.
  • the pull rod 3 carries a thread 5 onto which a nut 6 can be screwed. This nut 6 lies with the interposition of an anchoring element 7 on one side of the existing reinforced concrete structure 1.
  • the cladding tube 8 is provided with a support flange 9 which is supported on the reinforced concrete structure 1 on the side opposite the anchoring element 7. At the other end of the cladding tube 8, this is provided with an annular flange 10 which is at a distance from the top plate 4 of the pull rod 3 and thus forms a space 11 within the attachment 2, which is closed by a deformable cover 12. In this space 11, a spring element 13 is arranged, which is shown in FIG. 1 as a helical spring and is supported at one end on the head plate 4 and at the other end on the ring flange 10.
  • the structural element was cast into the attachment 2 during the manufacture of the attachment 2 with the top plate 4 of the tie rod 3, the cladding tube 8 and the spring element 13 protected by the cover 12 against the ingress of concrete.
  • the space 11 can be filled with a corrosion-protecting material, preferably grease, to protect the spring element 13 against corrosion.
  • a corrosion-protecting material preferably grease
  • the spring element 13 which can preferably consist of disc springs to form the spring characteristic required in each case, is protected in the add-on part 2, good corrosion and fire protection results.
  • the attachment 2 subsequently attached to the reinforced concrete structure 1 can therefore not only be subjected to static forces in the three coordinate directions, but also to bending moments or dynamic loads.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung, bestehend aus einer Stahlbetonkonstruktion und einem Anbauteil aus Stahlbeton, die mittels Konstruktionselementen kraftschlüssig und unter Aufrechterhaltung einer Vorspannkraft unmittelbar miteinander verbunden sind.
  • Im Bauwesen stellt sich häufig die Aufgabe, nachträglich Anbauteile an bestehende Betonkonstruktionen anzubringen, beispielsweise um Querkräfte zu übertragen. Für die Anbringung werden Konstruktionselemente mit einer zumindest das eine Betonteil durchdringenden und am anderen Betonteil festlegbaren Zugstange verwendet, die an ihrem einen Ende mit einem Gewinde für eine Mutter versehen ist, durch die eine Vorspannkraft über die Zugstange auf die miteinander verbundenen Stahlbetonteile aufgebracht wird, so daß diese mit einer definierten Kraft gegeneinandergepreßt werden und infolge der zwischen den Bauteilen herrschenden Reibung über die Kontaktfläche Kräfte zwischen den Bauteilen übertragen werden können.
  • Die bekannten Konstruktionselemente besitzen jedoch den Nachteil, daß nicht oder zu gering vorgespannte Zugstangen zu unverträglichen Verformungswegen führen. Außerdem können die Konstruktionselemente infolge der rheologischen Eigenschaften des Betons ihre Vorspannung mindestens teilweise verlieren, insbesondere bei Temperaturbeanspruchungen, durch die das Kriechmaß bis auf die vierfachen Werte des Normalwertes steigt, wodurch die Vorspannung stark abgebaut wird. Bei hochfesten Stählen ergibt sich außerdem das Problem der Korrosion, zumal Konstruktionselemente aus nichtrostendem Stahl sehr teuer sind. Schließlich besteht die Gefahr, daß insbesondere bei kurzen Konstruktionselementen Schlupf im Bereich der Gewinde und Unterlegscheiben auftritt, der die Vorspannkraft reduziert und die Rutschlast erniedrigt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbindungsanordnung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die die voranstehend aufgeführten Nachteile vermeidet und auch unter ungünstigen Bedingungen die Erzeugung und Aufrechterhaltung der für die kraftschlüssige Anbringung des Anbauteils erforderlichen Vorspannkraft sicherstellt.
  • Die zur Lösung dieser Aufgabenstellung mit der Erfindung geschaffene Verbindungsanordnung besteht aus einer Stahlbetonkonstruktion und einem Anbauteil aus Stahlbeton, die mittels Konstruktionselementen kraftschlüssig und unter Aufrechterhaltung einer Vorspannkraft unmittelbar miteinander verbunden sind, wobei jedes Konstruktionselement aus einer die Stahlbetonkonstruktion durchdringenden und das Anbauteil mindestens teilweise durchdringenden Zugstange, einer zum Aufbringen der Vorspannkraft dienenden, sich an einem der Stahlbetonteile abstützenden Mutter an einem Ende der Zugstange und aus einer am anderen Ende der Zugstange befestigten Kopfplatte besteht, an der sich ein Federelement abstützt, das seinerseits an einem Ringflansch auf dem anderen Betonteil abgestützt ist, in dessen Bereich die Zugstange von einem Hüllrohr umgeben ist.
  • Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung wird die Formänderungsenergie nicht nur im Schaft der Zugstange gespeichert, sondern zusätzlich im Federelement, wobei die Kennlinie dieses Federelements entsprechend dem jeweiligen Bedarf ausgelegt werden kann. Hierdurch ergeben sich zusätzliche Vorteile bei einer dynamischen Beanspruchung, da durch eine gezielte Wahl der Federkennlinie das Schwingungsverhalten des mit Hilfe der Konstruktionselemente angeschlossenen Anbauteils beeinflußt werden kann. Da in der Kontaktfläche zwischen den Bauteilen unter allen Bedingungen eine definierte Vorspannung aufrechterhalten wird, erzeugt die kraftschlüssige Verbindung der beiden Bauteile die Wirkung eines einstückigen Bauteils.
  • Im Gegensatz zu der mit der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung erzielten starren und kraftschlüssigen Verbindung zweier mit einer gemeinsamen Kontaktfläche aneinanderliegender Bauteile zeigt die EP-A-086 751 eine elastisch nachgebende Verbindung voneinander getrennter, d.h. mit Abstand voneinander angeordneter Bauteile, wobei für diese gelenkartige Verbindung eine stoßdämpferartige Ankerkonstruktion verwendet wird, in der zwar ebenfalls eine Vorspannung erzeugt wird, die aber nicht zur kraftschlüssigen Verbindung der beiden Bauteile, sondern zur Erzeugung einer Dämpfungskraft innerhalb des Ankers herangezogen wird.
  • Bei einer bevorzugten Ausbildung ist das Hüllrohr am anderen Ende mit einem Abstützflansch zur Anlage an der Stahlbetonkonstruktion versehen.
  • Gemäß weiteren Merkmalen der Erfindung können das Hüllrohr mit dem Abstützflansch und dem Ringflansch, die Kopfplatte der Zugstange und das zwischen Kopfplatte und Ringflansch angeordnete Federelement innerhalb des Anbauteils angeordnet werden. Hierdurch ergibt sich eine geschützte Unterbringung im Beton dieses Bauteils, so daß ein guter Korrosions- und Brandschutz gegeben ist. Dennoch kann das Konstruktionselement durch die von außen zugängliche Mutter in der erforderlichen Weise vorgespannt werden.
  • Mit der Erfindung wird schließlich vorgeschlagen, den zwischen der Kopfplatte der Zugstange und dem Ringflansch des Hüllrohres gebildeten Raum für das Federelement durch eine verformbare Abdeckung abzuschließen. Der Raum kann hierbei mit einem korrosionsschützenden Material, beispielsweise Fett gefüllt werden. Als Federelement wird vorzugsweise mindestens eine Tellerfeder verwendet, so daß die Federkennlinie gezielt auf den jeweiligen Einsatzzweck abgestimmt werden kann.
  • Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung schematisch dargestellt, und zwar zeigen:
    • Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein zur nachträglichen Anbringung eines Anbauteils aus Stahlbeton an einer bestehenden Stahlbetonkonstruktion eingesetztes Konstruktionselement und
    • Fig. 2 die Federkennlinie des Konstruktionselementes nach Fig. 1.
  • Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Konstruktionselement dient der nachträglichen Anbringung eines Anbauteils 2 aus Stahlbeton an einer bestehenden Stahlbetonkonstruktion 1. Das Konstruktionselement umfaßt eine Zugstange 3, die die Stahlbetonkonstruktion 1 durchdringt und in das Anbauteil 2 hineinragt, d.h. dieses Anbauteil 2 teilweise durchdringt. An dem im Anbauteil 2 liegenden Ende ist die Zugstange 3 mit einer Kopfplatte 4 versehen. Am anderen, aus der Stahlbetonkonstruktion 1 herausragenden Ende trägt die Zugstange 3 ein Gewinde 5, auf das eine Mutter 6 aufschraubbar ist. Diese Mutter 6 liegt unter Zwischenfügen eines Verankerungselements 7 an der einen Seite der bestehenden Stahlbetonkonstruktion 1 an.
  • Der in das Anbauteil 2 hineinragende Teil der Zugstange 3 ist von einem Hüllrohr 8 umgeben, so daß die Beweglichkeit der Zugstange 3 gewahrt ist. Beim Ausführungsbeispiel ist das Hüllrohr 8 mit einem Abstützflansch 9 versehen, der sich an der dem Verankerungselement 7 gegenüberliegenden Seite an der Stahlbetonkonstruktion 1 abstützt. Am anderen Ende des Hüllrohres 8 ist dieses mit einem Ringflansch 10 versehen, der im Abstand von der Kopfplatte 4 der Zugstange 3 liegt und damit einen Raum 11 innerhalb des Anbauteils 2 bildet, der durch eine verformbare Abdekkung 12 abgeschlossen ist. In diesem Raum 11 ist ein Federelement 13 angeordnet, das in Fig. 1 als Wendelfeder dargestellt ist und sich mit einem Ende an der Kopfplatte 4 und mit dem anderen Ende an dem Ringflansch 10 abstützt.
  • Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wurde das Konstruktionselement bei der Herstellung des Anbauteils 2 mit der Kopfplatte 4 der Zugstange 3, dem Hüllrohr 8 und dem durch die Abdeckung 12 gegen Eindringen von Beton geschützten Federelement 13 in das Anbauteil 2 eingegossen. Der Raum 11 kann hierbei zum Schutz des Federelements 13 gegen Korrosion mit einem korrosionsschützenden Material, vorzugsweise Fett gefüllt sein. Zum Anbringen des Anbauteils 2 an der bestehenden Stahlbetonkonstruktion 1 wird diese an den vorgegebenen Stellen mit Durchgangsbohrungen für die Zugstangen 3 der verteilt im Anbauteil 2 angeordneten Konstruktionselemente versehen. Nach dem Ansetzen des Anbauteils 2 an die Stahlbetonkonstruktion 1 ragen die Zugstangen 3 mit ihrem mit Gewinde 5 versehenen Ende durch die Stahlbetonkonstruktion 1 hindurch. Nach dem Aufsetzen von Verankerungselementen 7 werden die Muttern 6 aufgeschraubt.
  • Durch Aufbringen eines vorgegebenen Drehmoments beim Anziehen der Muttern 6 wird eine definierte Vorspannkraft erzeugt, die zum größten Teil durch das Federelement 13 gespeichert wird. Da durch die Anordnung des Federelements 13 die bei Aufbringen der Vorspannkraft auftretende Verlagerung der Zugstange 3 groß ist, lassen sich im Bereich der Muttern 6 eindeutige Verformungen messen, die in Kenntnis der in Fig. 2 beispielsweise angegebenen Federkennlinie eine exakte Aussage über die aufgebrachte Vorspannkraft ermöglichen. Diese Vorspannkraft wird auch durch rheologische und thermische Einflüsse nur äußerst geringfügig reduziert, weil die Vorspannkraft nicht nur in der Zugstange 3, sondern zu einem wesentlichen Teil im Federelement 13 gespeichert ist.
  • Da das Federelement 13, das zur Bildung der jeweils erforderlichen Federkennlinie vorzugsweise aus Tellerfedern bestehen kann, geschützt im Anbauteil 2 untergebracht ist, ergibt sich ein guter Korrosions- und Brandschutz. Das nachträglich an der Stahlbetonkonstruktion 1 angebrachte Anbauteil 2 kann somit nicht nur durch statische Kräfte in den drei Koordinatenrichtungen,sondern auch mit Biegemomenten oder dynamischen Beanspruchungen belastet werden.

Claims (6)

1. Verbindungsanordnung, bestehend aus einer Stahlbetonkonstruktion (1) und einem Anbauteil (2) aus Stahlbeton, die mittels Konstruktionselementen kraftschlüssig und unter Aufrechterhaltung einer Vorspannkraft unmittelbar miteinander verbunden sind, wobei jedes Konstruktionselement aus einer die Stahlbetonkonstruktion (1) durchdringenden und das Anbauteil (2) mindestens teilweise durchdringenden Zugstange (3), einer zum Aufbringen der Vorspannkraft dienenden, sich an einem der Stahlbetonteile (1, 2) abstützenden Mutter (6) an einem Ende der Zugstange (3) und aus einer am anderen Ende der Zugstange (3) befestigten Kopfplatte (4) besteht, an der sich ein Federelement (13) abstützt, das seinerseits an einem Ringflansch (10) auf dem anderen Betonteil (2) abgestützt ist, in dessen Bereich die Zugstange (3) von einem Hüllrohr (8) umgeben ist.
2. Verbindungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllrohr (8) am anderen Ende mit einem Abstützflansch (9) zur Anlage an der Stahlbetonkonstruktion (1) versehen ist.
3. Verbindungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllrohr (8) mit dem Abstützflansch (9) und dem Ringflansch (10), die Kopfplatte (4) der Zugstange (3) und das zwischen Kopfplatte (4) und Ringflansch (10) angeordnete Federelement (13) innerhalb des Anbauteils (2) angeordnet sind.
4. Verbindungsanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen der Kopfplatte (4) und der Zugstange (3) und dem Ringflansch (10) des Hüllrohres (8) gebildete Raum (11) für das Federelement (13) durch eine verformbare Abdeckung (12) abgeschlossen ist.
5. Verbindungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der das Federelement (13) aufnehmende Raum (11) mit einem korrosionsschützenden Material gefüllt ist.
6. Verbindungsanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (13) durch mindestens eine Tellerfeder gebildet ist.
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