EP0307427B1 - Armierung für betonkonstruktionen - Google Patents
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- EP0307427B1 EP0307427B1 EP19880902382 EP88902382A EP0307427B1 EP 0307427 B1 EP0307427 B1 EP 0307427B1 EP 19880902382 EP19880902382 EP 19880902382 EP 88902382 A EP88902382 A EP 88902382A EP 0307427 B1 EP0307427 B1 EP 0307427B1
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- chains
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E04—BUILDING
- E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
- E04C5/00—Reinforcing elements, e.g. for concrete; Auxiliary elements therefor
- E04C5/01—Reinforcing elements of metal, e.g. with non-structural coatings
- E04C5/02—Reinforcing elements of metal, e.g. with non-structural coatings of low bending resistance
Definitions
- chains can be used largely independently of the geometry of the construction, and even a certain articulation effect is possible when overloaded. Reinforcements for pressure vessels in spherical or barrel form, hanging roofs and membrane-shaped panels can be easily created.
- the chains can easily be connected by shackles, screw links or welded links.
- FIG. 2 shows a concrete girder with two cast chains
- FIG. 5 shows a spatially curved concrete structure reinforced with chains
- FIG. 14 chains looped in a rope
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- Structural Engineering (AREA)
- Reinforcement Elements For Buildings (AREA)
Description
- Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Armierung für Betonkonstruktionen gemäss Oberbegriff des Patentanspruches 1.
- Beton hat eine grosse Druckfestigkeit und ist auf Zug nur beschränkt, d.h. etwa 10% der Druckfestigkeit, belastbar. In konventionellen Eisenbetonkonstruktionen werden deshalb die Zugund Schubkräfte durch sogenannte, meist einen kreisrunden Querschnitt aufweisende Armierungseisen, um die Beton eingegossen wird, übernommen. Dies sind im wesentlichen Zugstangen, die, miteinander und dem beton verbunden, eine kraftaufnehmende Struktur bilden. Diese Zugstangen müssen vor dem Eingiessen auf die genaue Länge gebracht werden. Meistens ist aufwendiges biegen oder Schweissen der Stangen notwendig, um einer komplizierten rämlichen Geometrie zu genügen. Die Zugfestigkeit der Betonkonstruktion wird durch eine aufwendige Kombination von Strangen und Bügeln im Beton gewährleister. Nachträgliche Erweiterungen oder Verstärkungen und auch Reparaturen sind sehr aufwendig. Kraftschlüssige Verbindungen von sich kreuzenden Armierungseisen sind schwer zu erreichen. Gegenseitiges Verschweissen ist aufwendig und problematisch. Reparaturen, Verstärkungen, Ansetzen an bestehenden Konstruktionen sind mit Hilfe von Ketten Leicht möglich.
- Es sind auch schon miteinander verbundene, eine Kette bildende Ringe als Armierung vorgeschlagen worden (FR-A-2 270 410). Eine solche Anordnung hat jedoch den Nachteil, dass ein kraftschlüssiger Verbund der einzelnen Ringe nicht gewährleistet ist und eine Zugbelastung folglich vom Beton getragen werden muss, was zu Rissen führen kann.
- Aus der deutschen Auslegeschrift 1271011 ist eine Armierung für gebrannte Gegenstände bekannt, bei welchen eine Kette eingelegt ist, deren Kettenglieder derart zusammengeschoben sind, dass sie eine durchgehende Verbindung darstellen. Eine wesentliche Erhöhung der Zugfestigkeit durch eine solche Kettenanordnung kann nicht erreicht werden und das Einlegen in die Rohkonstruktion ist wirstschaftlich kaum möglich.
- Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Armierungselement zu schaffen, das die Zugkräfte in Betonkonstruktionen in kurzen Abständen kraftschlüssig übernimmt, einfach umgegossen werden kann, ohne dass zwischen den einzelnen gliedeln nichtgeschlossene Abstände entstehen Können, die einen Kraftschluss verhindem.
- Gelöst wird diese Aufgabe gemäss den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1. Neitere vorteilhafre Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
- Die Ketten können als einzige Zugelemente in einer betonkonstrukion angewendet werden oder sie können als Ergänzung zu einer konventionellen Eisenbetonkonstrukion zur Anwendung kommen.Die Ketten können auch durch Verbinden von jeweils mehr als zwei Gliedern pro Kettenglied zu flächenförmigen oder räumlichen Gebilden erweitert werden.
- Die betonarmierungsketten werden in herkömmlicher Weise wie betoneisen in einer Schalung befestigt und vor dem Giessen des betons lose eingelegt, gespannt oder vorgespannt. Die Ketten können auch aus dem beton hinausgeführt werden oder sogenannte Gerberträgergelenke bilden.
- Sobald der beton ausgehärtet ist, kann eine Hilfskonstruktion entfernt werden, oder sie verbleibt im beton und die Ketten übernehmen die Aufgabe, die Zug- und Schubkräfte in der Konstruktion zu übertragen.
- Für eine eindeutig definierte Kraftübertragung werden die Ketten immer gespannt oder vorgespannt ausgelegt, so dass alle Glieder miteinander über die Rippen in metallischem Kontakt sind.
- Bei einer lose oder schlaff eingelegten, wenig gespannten oder ungenau eingelegten Kette oder durch das Vibrieren des Betons lose gewordenen Kette, können zwischen den Berührungsflächen zwischen den schmalen Rippan der Kettenglieder lassen sich leicht mit den Feinanteilen des Betons füllen, es eintsteht eine druckfeste Zwischenschicht, die die Kräfte überträgt. In der lichten Oeffnung jedes Kettengliedes und zwischen den vier Viertelabschnitten (Schultern) zweier miteinander verhängter Kettenglieder entsteht ein weiterer unverrückbarer Formschluss mit dem beton. Durch Verändern der Kettengliedform kann auch der Anteil des betons, der zur Kraftübertragung herangezogen wird, verändert werden. benachbarte, parallele, gekreuzte und besonders durcheinander hindurchgesteckte Kettenglieder sind stets form- und kraftschlüssig eingebettet, so dass z.B. gebrochene Kettenglieder überbrückt und deren Auswirkungen behoben werden.
- Eine ausgeglichene Dimensignierung der Kette ist dann erreicht, wenn die Zugfestigkeit eines Kettengliedes (2 × Kettenprofilquerschnitt) dem Produkt aus Druckfestigkeit und Kontaktfläche des zwischen den ineinandergehängten Kettengliedern entstehenden Zwischenraumkörpers entspricht.
- Ein Teil der zu übertragenden Zugkräfte wird auch zusätzlich durch den Schulterbereich innerhalb und ausserhalb der Kettenglieder aufgenommen, wodurch sich die Flächenpressung im Kontaktbereich wesentlich verringert. Die zu übernehmenden Kräfte werden auf die einzelnen Kettenglieder aufgeteilt, so dass die unterschiedlichen Dehnungskoeffizienten von Stahl und beton infolge kurzer Armierungslängenabschnitte (Kettengliedlänge) und der dadurch geringen absoluten Dehnung innerhalb der kurzen Abschnitte nicht zu Rissen im beton führen.
- Die eingegossenen Ketten zeigen eine Flexibilität durch ein Verdrehen der Kette in der Längsachse der Konstruktion infolge des formschlüssigen Verbundes mit dem beton oder anderen umgossenen Materialien im Rahmen von deren Dehnung. Dies kann sich vorteilhaft bei einer Schockbelastung oder bei Dauerschwingungen auswirken.
- Bei beschädigung des betonbauwerks durch Krafteinwirkung, Überbelastung, Sprengwirkung u.ä. können nie grosse betonklötze abgeschlagen werden, da die Kette den inneren Zusammenhalt in doppelter Gliedlänge aufrecht erhält.
- Die Armierungen können durch gegenseitige Verbindung mehrerer Kettenglieder in gewünschte Raumform zusammengefügt werden, wobei selbstverständlich für komplizierte räumliche Anordnungen Hilfen notwendig sind, mit denen die Ketten bis zur Erhärtung des Beton gehalten werden. Durch Schweissen, mechanische Verbindungsmittel, Kleben o.ä. kann ohne äussere Hilfen ein reines Kettengebilde zur Formerhaltung erzeugt werden, welche dann mit beton umgossen wird. Solcherart in der endgültigen Gestalt vorfabrizierte Armierungen können direkt in die Schalung eingelegt und müssen nicht mittels Abstützungen gehalten werden.
- Die Ketten lassen sich auch ohne weiteres in Gestalt von kurzen Abschnitten dem Beton beimischen. Sind sie zudem als Hohlkörper ausgeführt und weisen sie das gleiche spezifische Gewicht wie der Beton auf, so ergibt sich eine gleichmässige statistische Verteilung. Dazu sind entweder Hohlräume vorgesehen oder die Ketten aus einem entsprechenden Material hergestellt. Sind die Hohlräume zudem mit entsprechenden Materialien gefüllt, so können auch atomphysikalische Wirkungen bezüglich Abschirmung, oder mechanische Zerstörung etc., erlangt werden.
- Im Gegensatz zu stangenförmigen Armierungselementen können Ketten weitgehend unabhängig von der Geometrie der Konstruktion verwendet werden, und bei Ueberbelastung ist sogar eine gewisse Gelenkwirkung möglich. Es können leicht Armierungen für Druckbehälter in Kugel- oder Tonnenform, Hängedächer und membranförmige Platten erstellt werden. Die Verbindung der Ketten untereinander kann leicht durch Schäkel, Schraubglieder oder durch eingeschweisste Glieder erfolgen.
- Anhand illustrierter Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
- Figur 1 eine teilweise aufgeschnittene Ansicht einer Betonkonstruktion mit einer eingegossenen Kette,
- Figur 2 einen Betonträger mit zwei eingegossenen Ketten,
- Figur 3 einen Pfeiler mit einer konventionellen Armierung und einen Anschluss mit einer Kette als Armierung, der gleichzeitig oder nachträglich an den Pfeiler angegossen ist,
- Figur 4 eine an Armlerungsketten aufgehängte Stahlplatte,
- Figur 5 eine mit Ketten armierte räumlich gekrümmte betonkonstruktion,
- Figur 6 eine in einer Platte einbetonierte endlose Kette bei Umfangszug,
- Figur 7-9 je ein Kettenglied von besonderer Ausgestaltung zur Erhöhung der Uebertragungskräfte zum beton,
- Figur 10 zwei Kettenglieder mit rechteckiger Quer- und Längsschnittsfläche,
- Figur 11/12 Querschnitte weiterer Ausgestaltungen der Kette,
- Figur 11a einen Schnitt durch den Auflage- bzw. Kontaktbereich zweier Kettenglieder in einer weiteren Ausgestaltung,
- Figur 13 einen Schnitt durch den Auflage- bzw. Kontaktbereich zweier Kettenglieder,
- Figur 14 seilförmig geschlungene Ketten,
- Figur 15 Y-förmig verbundene Ketten,
- Figur 16 flächenförmig oder räumlich verbundene Kettenglieder und
- Figur 17-19 je eine Darstellung der Verbundflächen des betonanteiles, der direkt an der Kraftübertragung teilnimmt.
- Eine aus in bekannter Weise aneinandergereihten Kettengliedern 2 bestehende Kette 1 ist in den Beton 3 eines Bauteiles eingelegt. Die einzelnen Kettenglieder 2 liegen, falls die Kette gespannt oder vorgespannt eingelegt worden ist, formschlüssig aneinander an (Figur 1).
- Die Ketten 1 sind wie die herkömmlichen stangenförmigen Armierungseisen an den auf Zug belasteten Stellen der Konstruktion in diese eingelegt. Bei einer auf zwei Pfeilern 4 liegenden Betonkonstruktion gemäss Figur 2 sind die Ketten 1 an der Zugseite der Konstruktion eingelegt. Es können mehrere Ketten 1 parallel in gegenseitigem Abstand, aneinanderliegend oder als Bündel wie ein Seil gedreht verwendet werden.
- Im folgenden wir unter Kette 1 ein Gebilde aus einer einzigen oder einer Mehrzahl miteinander verbundener Ketten 1 verstanden.
- Die Figur 3 zeigt einen Pfeiler mit vertikal verlaufenden, herkömmlichen Armierungsstangen 5 mit einer seitlich abstehenden Betonauflage, z.B. für eine Kranbahn, die durch eine endlose, die Stangen 5 ein- oder mehrmals umschlingende Kette 1 kraftschlüssig verbunden ist. Die Kette 1 kann lose eingelegt oder mit den Stangen 5 verschweisst sein. Die seitliche Betonauflage kann auf diese Weise an einem bestehenden Träger auch nachträglich angebracht werden.
- Bei der Ausführung nach Figur 4 ist eine Stahlplatte 10 durch vier Ketten 1 zugfest mit einer in der Figur nicht dargestellten Betonkonstruktion verbunden. Die Ketten 1 können so in den beton eingelegt werden, dass der Kräftefluss optimal, d.h. entlang der Ketten 1, verlaufen kann. Die Ketten 1 können auch aus der Platte 10 herausgeführt sein. Anstelle einzelner Ketten können auch hier Kettenstränge eingesetzt werden.
- Bei der räumlich gekrümmten Säule nach Figur 5 sind die Enden der aus der Säule zu deren oberem Ende verlaufenden Ketten mit einer zu einem Ring verbundenen endlosen Kette 1 verbunden. Die Ketten 1 können trotz komplexer Gestalt des Säulenendes einfach in diese eingelegt werden und folgen zudem dem Kräftefluss optimal. Weitere Ketten 1 können spiral-, schraubenlinienförmig, oder als in sich geschlossene Ringe oder aber auch kreuz und quer oder sich kreuzend eingelegt werden.
- In der Figur 6 verstärkt eine endlos ausgebildete Kette 1 einen umlaufenden Vorsprung der betonkonstruktion 3 und erhöht dessen
- Belastbarkeit auf Zug an dessen Umfang.
- Zur Erhöhung der Bindung der einzelnen Kettenglieder 2 mit dem umliegenden Beton 3 sind in den Figuren 7-9 Kettenglieder 2 dargestellt, die beispielsweise mit seitlichen Lamellen 6, Rippen 7 oder wellenförmigen Rippen 8 versehen sind.
- Die Kornmischung des Betons soll einen genügenden Anteil Korn unter dem lichten Kettenöffnungs-Querschnitt haben. Des weiteren ist ein genügend grosser Anteil des betonzuschlages notwendig, der zur Füllung der Zwischenräume zwischen den einander zugewendeten Abschnitten der Ketten, die auf Druck belastet werden und die Zwischenraumkörper 20 bilden, dient. Die Siebkurve des betons wird vorzugsweise der Grösse und der Geometrie der Kettenglieder 2 angepasst, damit eine optimale Füllung der sich bildenden Zwischenräume erfolgt.
- Um eine möglichst geringe spezifische Flächenpressung an den Kontaktflächen der Kettenglieder 2 zu erreichen, kann die Geometrie der Oberflächen an den Kontaktstellen so ausgestaltet sein, dass die projizierte Kontaktfläche möglichst gross ausfällt. Dazu wird in Figur 10 eine sattelförmige Querschnittsfläche gewählt, so dass die Projektion der Auflagefläche 9 im wesentlichen rechteckförmig ausfällt und um ein Vielfaches grösser ist als bei einer herkömmlichen Kette 1, bei der die beiden Kettenglieder 2 im wesentlichen punktförmig aufeinandaerliegen. Bei Kettenprofilen mit punktförmiger Kontaktfläche ergibt sich eine nachteilige Scherung des Betons in den Zwischenräumen.
- In Figur 11 und 12 sind zwei weitere Querschnittsformen von Kettengliedern 2 dargestellt, die einen flächenförmigen Kontaktbereich sowohl bei geradlinig ausgelegten Kettengliedern 2 als auch bei leicht gekrümmter Anordnung gewährleisten. Dazu ist der Radius R1 des Kettenprofiles gleich der inneren Kettengliedbiegung ausgelegt (Fig. 12), oder es wird ein Flachprofil zur Herstellung der Kettenglieder 2 verwendet (Fig. 11). Werden mehr als zwei Kettenglieder 2 miteinander verhängt, so ist das Kettenglied 2 vorzugsweise kreisringförmig ausgebildet, damit die
- Kontaktbereiche in jeder Lage die gleiche geometrische Gestalt aufweisen und die Kraftlinien in einem Punkte zusammenlaufen.
- In Figur 11a ist auf der Innenseite der Kettenglieder 2 eine Rippe 15 angebracht, die es ermöglicht, dass sich zwischen den aneinender anliegenden Kettengliedern 2 eine Zwischenschicht von Beton bilden kann, die den Druck überträgt. Anstelle einer am Kettenglied 2 angeformten Rippe 15 kann auch eine eingelegte Rippe aus Metall oder einem anderen Material treten oder der Querschnitt des Kettengliedes 2 kann mehreckig ausgebildet sein (vergl. strichpunktierte Variante in Figur 12). Damit gelingt es, bei nicht gespannter Kette, z.B. durch unsorgfältiges Verlegen, zwischen den Druckflächen Beton einzubringen, der den zu übertragenden Druck aufnimmt. Figur 13 zeigt einen Querschnitt des Zwischenraumkörpers 20, wie er vorliegt, wenn zwei Kettenglieder 2 nicht satt aneinander anliegen und folglich auch keine metallische gegenseitige berührung vorliegt. Der Abstand s zwischen den Kettengliedern 2 ist so zu bemessen, dass der Zwischenraum 20 vom verwendeten beton aufgefüllt werden kann.
- Aus der Darstellung ist deutlich entnehmbar, dass bei geringer Dicke d des Zwischenraumkörpers 20 die Radien R1 und R2 annähernd gleich sind, bei zunehmender Dicke d jedoch in einem Mass voneinander abweichen, so dass die Kettenglieder 2 entsprechende biegeradien aufweisen müssen, um einen Zwischenraumkörper 20 mit im wesentlichen konstanter Dicke d zu erhalten. Sind die Radien R1 und R2 nicht dem Abstand der beiden Kontaktflächen angepasst, so entstehen keilförmige Zwischenraumkörper 20, deren Festigkeit gering ist, weil nicht reine Druckspannung vorliegt.
- Anstelle von einzelnen Ketten 1 kann, wie bei Seilen durch Zusammendrehen mehrerer Ketten, ein Kettenseil mit innerem Formschluss durch den beton erzeugt werden, bei dem einzelne gebrochene Kettenglieder 2 überbrückt werden.
- Die Spannung oder Vorspannung in einer Kette 1 oder mehreren parallelen als Bündel, die an den notwendigen Stellen festgehalten sind, kann in einfacher Weise auch durch Verdrehen ("Reiteln") erfolgen. Nach dem Erhärten des Betons bleibt Verdrehung und damit auch die Spannung aufrechterhalten.
- Es können auch Kettenabschnitte dem Beton 3 beim Mischen beigegeben und auf diese Weise räumlich, statistisch, lagenweise oder andersweitig wirkend geregelt verteilt werden. Vorzugsweise entspricht die spezifische Dichte solcher Ketten 1 derjenigen des betons 3. Erreicht wird dies durch entsprechende Materialwahl oder durch Kettenglieder 2 aus rohrförmigem, Honlräume aufweisendem Material.
- In der Figur 14 sind mehrere Ketten 1 seilförmig geschlagen und in Figur 15 zur Aufnahme von nicht in Linie oder Ebene verlaufenden Kräften Y-förmig miteinander verbunden. Die Figur 16 zeigt schematisch Kettenglieder 2, die zu einem flächenförmigen Gebilde (Kettenpanzer) zusammengefügt sind.
- In den Figuren sind schematisch die Verbundflächen 22 dargestellt, welche direkt mit den Kettengliedern 2 zusammenwirken und an der Kräfteübertragung teilnehmen. Die am Kettenglied 2 in Figur 17 wirkende Kraft F1 wird vom nachfolgenden Kettenglied 2 mit dessen Schultern 24 und der in der Gliedöffnung liegenden Verbundfläche 22 an den beton 3 übertragen.
- Anstelle von beton 3 als Einbettmasse können selbstverständlich auch andere Materialien wie Kunststoffe oder Gummi treten. Insbesondere bei Gummi eröffnen sich natürlich völlig andere Anwendunggebiete, insbesondere wenn die einzelnen Kettenglieder 2 nicht in metallischen gegenseitigem Kontakt stehen und dadurch bei Belastung die Armierung erst nach einem vorgebbaren Dehnungsweg zum Tragen kommt.
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