EP0738361B2 - Kaltgewalzter betonstahl und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

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EP0738361B2
EP0738361B2 EP95906956A EP95906956A EP0738361B2 EP 0738361 B2 EP0738361 B2 EP 0738361B2 EP 95906956 A EP95906956 A EP 95906956A EP 95906956 A EP95906956 A EP 95906956A EP 0738361 B2 EP0738361 B2 EP 0738361B2
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EP
European Patent Office
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rod
recesses
reinforcing steel
rolled
recess
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EP0738361A1 (de
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Institut fur Stahlbeton Bewehrung Ev
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/16—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling wire rods, bars, merchant bars, rounds wire or material of like small cross-section
    • B21B1/163—Rolling or cold-forming of concrete reinforcement bars or wire ; Rolls therefor
    • 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
    • E04C5/03—Reinforcing elements of metal, e.g. with non-structural coatings of low bending resistance with indentations, projections, ribs, or the like, for augmenting the adherence to the concrete

Definitions

  • Reinforcing steels (prestressing steels) for reinforcement of steel (stressing) concrete have to be sufficient Composite between the steel and the concrete ripping up. This is the power transmission between the steel and the concrete and vice versa so ensured that in use short anchoring or transmission lengths be achieved.
  • reinforcing steels in particular cold-formed reinforcing steels, such as e.g. used for welded steel mesh or reinforcing steel in the ring, changed.
  • These include e.g. new findings on non-linear design methods in reinforced concrete construction.
  • the composite of reinforcing steels was previously considered only in the elastic range of the stress-strain curve of the steel drawn.
  • the application of nonlinear design also draws the composite effect in the plastic range of Steel with a (DE-A1-4011486).
  • a large part of the reinforcing steel is produced by hot or cold deformation as reinforcing steel in the ring and to Bar or processed into welded steel mesh. To bring the steel into the shape of what it serves as reinforcement can, it must be judged with suitable machines. Ribbed steels always have an out-of-roundness. Further The ribs are removed during the straightening process usually strong. Ignite the ribs on the bar circumference during straightening also a considerable noise. For reinforcing steels, which are made in the ring, is therefore to aim for an improvement of the directionality and a reduction of the noise in judging.
  • a reinforcing steel of this type has become known from DE-AS 10 84 464.
  • This document describes a reinforcing wire or rod, in particular for prestressed concrete, whose surface having regularly repeating bilateral depressions, wherein the depressions formed elliptical are and take almost half the bar circumference.
  • the depressions are in the region of their short axis through separated narrow beads, which lie obliquely to the rod axis. These beads are, similar to diagonal ribs, through Milled grooves formed in the embossing roll, in which the material is displaced during rolling.
  • FR-A-1 207 928 discloses a reinforcing steel in which the weldability is improved in the manufacture of welded steel mesh, a surface shape with a smooth surface is sought in a reinforcing steel of round cross-section are three or more rows of shallow depressions of low constant depth in rectangular or parallelogram-like shape rolled.
  • a method for producing a ribbed reinforcing steel has become known a round wire rod in a cold drawing process with a cross-sectional reduction of about 20% in a round bar reduced Druchmessers is transferred. Thereafter, the round steel becomes a cross-section in the form of a Triangle rolled with rounded corners and it will be used to form the ribs in the rounded corners Rolled in impressions. The cold working to make the ribs is on the order of 20%
  • the DIN 488 is a profiled Bewehsungschracht known.
  • the invention is based on the object, the surface shape of a reinforcing steel form so that despite a lower deformation effort, the better ductility parameter Agt and Rm / Re allows a sufficient bond to be guaranteed. Furthermore, a method for producing a reinforcing steel with the specified properties.
  • the reinforcing steel according to the invention thus is particularly suitable as a reinforcing element for reinforced concrete components, which are measured using local plastic deformation of the reinforcement.
  • the boundary line of the depressions is formed from circular arcs and straight sections, in which there are notch stresses Furthermore, the flanks of the depressions are rounded off in the bottom surfaces If stress on the reinforcing steel is exceeded, notch stress, which is the fatigue strength, is produced impaired, largely avoided.
  • the section shown in Fig. 1 in the development of a reinforcing steel has three longitudinal rows 1, 2, 3 of wells 4 on.
  • the longitudinal rows are evenly distributed over the rod circumference.
  • the depressions of adjacent longitudinal rows are offset in the longitudinal direction of the rod against each other.
  • the degree of displacement corresponds to three longitudinal rows about one third of the distance between two adjacent wells of a longitudinal row.
  • the rod surface 5 is smooth, i. it corresponds to that of a smooth round rod.
  • the boundary line of a depression is in the processing shown in Fig. 1 processing of the reinforcing steel by circular arcs 6 and 7 are formed, which have different radii and with respect to the recess 4 each axially symmetric are arranged.
  • the circular arcs 6 with a smaller radius are symmetrical to the symmetry axis 8 and the circular arcs with a larger radius are arranged symmetrically to the symmetry axis 9.
  • the symmetry axis 9 of the circular arcs 7 with a larger radius extends in the embodiment of FIG. 1 at 90 ° to the rod axis, i. transverse to the rod axis, the symmetry axis 8 runs parallel to the rod axis.
  • the proportion of the total area of the depressions is the total area of the Bar at about 40%.
  • Fig. 2 the cross section of a recess in the longitudinal direction of the rod is shown. It can be seen that the recess formed flat, rolled with a constant depth t in the rod surface 5 and by steep flanks 10th is limited. The flanks 10 pass over rounded portions 11 with a small radius into the bottom surface 12.
  • the surface design of the reinforcing steel according to the invention is for design methods in which locally plastic deformation of the reinforcement, i. a joint rotation exploited, better than rods with applied to the surface ribs or beads suitable because of the Surface design according to the invention a "soft" composite is made possible.
  • Fig. 3 shows a section of a row of ribs of a further embodiment of an inventive Reinforcing steel dar.
  • oval wells are arranged obliquely to the rod axis.
  • the angle with respect to the rod axis is denoted by ⁇ and should be in the range between 60 ° and 90 °.
  • An angle ⁇ 90 ° corresponds to the embodiment according to FIG. 1.
  • B is the extent of the depression in the longitudinal direction of the rod, measured in the middle of the transverse extension D, i.e. measured along the center line of the respective longitudinal row of depressions.
  • parameter s i. the distance between the boundary lines of adjacent depressions in the longitudinal direction of the rod.
  • the inventive method for producing the described rebar differs from the Known method in that first in a first cold forming process, a round wire rod to a Cold rolled steel bar and rolled in a further Kaltverformungsvorgang the shallow depressions.
  • the first cold forming operation which can also be divided into two or three cold forming operations, Primarily serves to increase the strength of the reinforcing steel. Depending on the starting material - this can be rolled wires 380 to 420 of the BSTM quality - here a cross-sectional deformation of 10 to 20% will be required can be reduced accordingly when dividing into 2 or 3 Kaltverformungsvorêt. If 3 cold forming operations are provided, they allow the production of an exactly round cross-section of the desired Dimension. For several cold forming operations to make the round bar, the cross section reduction should be used in the first deformation step be greater than in the subsequent steps for the production of the round steel.
  • the reinforcing steel or concrete wire according to the invention is intended primarily for the production of welded steel mesh. For this purpose, a minimum yield strength of 500 N / mm 2 is required.
  • Rolled wires having a yield strength of from 380 to 420 N / mm 2 and analysis values of. are suitable as starting material for producing the reinforcing steel carbon 0.04 to 0.14% by weight manganese 0.35 to 0.70% by weight silicon 0.20 to 0.30% by weight.
  • the process of the invention was in a first deformation process from a smooth round Rolled wire with a diameter of 8.0 mm, a round wire with a diameter of 7.5 mm rolled.
  • the cross-section reduction was 11%.
  • the result of the wire according to the invention is denoted by I u or I o , the subscripts u and o denoting the bottom or top.
  • the comparison wire is denoted by II u or II o .
  • the pull-out path s measured on the tension-free bar end, is plotted on the ordinate with the referenced composite stress.
  • the reinforcing steel according to the invention is thus characterized by an approximately equal in use composite from, but allows much larger shifts.
  • the representation corresponds to that of Fig. 2, i. it is a longitudinal section of the rod through the center of the wells - are the wells at different depths t1 and t2, respectively educated.
  • the concrete bracket in the area of the small recess t2 is first sheared off before being sheared off in the area of the large depressions t1. This releases a larger strain value and thus achieve a softer bond.
  • a graded "failure mode" is also achieved when the wells 4 have different widths of transverse extent D (see Fig. 3), measured perpendicular to the longitudinal axis of the rod between the parallel to the longitudinal axis Tangents on the boundary line of the respective depression, have.

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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 Betonstahlmatten 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-A1-4011486). Hier hat sich gezeigt, daß ein zu "harter" über Rippen erzeugter Verbund am Betonriß zu wenig Stahldehnung freigibt. Es ist ein Verbund anzustreben, der im Gebrauchszustand die bisherigen bautechnischen Regelungen zuläßt, aber im plastischen Bereich der Spannungs-Dehnungslinie des Betonstahls weicher ist.
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 Maschinen 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 Erzeugung der Rippen sind bis zu 25 % Verformung nötig, die alleine einen großen Energieaufwand bedeuten und dementsprechend viel Energie verbrauchen. Im Hinblick auf eine Energieeinsparung 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 (Zugfestigkeit/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 ausführen. Die Erzielung von konstant guten Schweißverbindungen ist nur möglich, wenn Unrundheiten, 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 Betonstählen.
Bei der Herstellung:
Geringer Verformungsaufwand, werkstofftechnisch günstigere Aufbringung der Kaltverformung 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 Richtwerkzeug.
Für den Gebrauch als Bewehrung:
Ausreichender Verbund im Gebrauchszustand und Ermöglichung von aktivierbarer Stahldehnung 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 Spannbeton, dessen Oberfläche sich regelmäßig wiederholende beidseitige Vertiefungen aufweist, wobei die Vertiefungen elliptisch ausgebildet sind und nahezu den halben Stabumfang einnehmen. Die Vertiefungen sind im Bereich ihrer kurzen Achse durch schmale Wülste getrennt, 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.
Die GB-A-1 334 757 (=FR-A-2 127 426) beschreibt einen Betonstahl, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art, bei dem die Vertiefungen elliptisch ausgebildet sind, wobei die Längsachsen der Ellipsen unter einem Neigungswinkel von 30 bis 70° gegenüber der Stabachse angeordnet sein können. Um die Biegeeigenschaften der Stäbe zu verbessern, werden die Flanken der Vertiefungen symmetrisch ausgebildet und es wird der Flankenwinkel auf 50° begrenzt.
Durch die FR-A-1 207 928 ist ein Betonstahl bekannt geworden, bei dem zur Verbesserung der Schweißeignung beim Herstellen von Betonstahlmatten eine Oberflächengestalt mit glatter Oberfläche angestrebt wird In einen Betonstahl von rundem Querschnitt sind drei oder mehr Reihen flacher Vertiefungen geringer konstanter Tiefe in rechteckiger oder parallelogrammartiger Form eingewalzt.
Durch die FR-A-1 202 576 ist ein Verfahren zum Herstellen eines gerippten Betonstahles bekannt geworden, bei dem ein runder Walzdraht in einem Kaltziehvorgang mit einer Querschnittsreduzierung von etwa 20% in einen Rundstahl verringerten Druchmessers übergeführt wird. Danach wird der Rundstahl zu einem Querschnitt in Form eines Dreieckes mit abgerundeten Ecken gewalzt und es werden zur Ausbildung der Rippen in die abgerundeten Ecken Eindrückungen eingewalzt. Die Kaltverformung zum Herstellen der Rippen liegt in der Größenordnung von 20% Aus der DIN 488 ist ein profilierter Bewehsungschracht bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Oberflächengestalt eines Betonstahls so auszubilden, daß trotz eines geringeren Verformungsaufwandes, der bessere Duktilitätsparameter Agt und Rm/Re ermöglicht, ein ausreichender Verbund gewährleistet wird. Ferner soll ein Verfahren zur Herstellung eines Betonstahls mit den genannten Eigenschaften angegeben werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch den Betonstahl nach Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Betonstahls sind den Ansprüchen 2 bis 8 zu entnehmen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch die Merkmale des Anspruches 9 gekennzeichnet. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind den restlichen Ansprüchen zu entnehmen.
Es wird bei einer Einbeziehung plastischer Verformungen des Betonstahls (nichtlineare Bemessung) ein weicher Verbund, der möglichst große Relativverschiebungen zwischen Stahl und Beton zuläßt, ermöglicht. Gleichzeitig wird im Hinblick auf eine gute Richtfähigkeit und eine verbesserte Schweißeignung die Oberflächengestalt des Betonstahts möglichst der eines runden Stabes mit glatter Oberfläche angeglichen. Im Hinblick auf eine hohe Dauerschwingfestigkeit werden Kerbspannungen möglichst gering gehalten.
Während beim bekannten Betonstahl nach der DE-AS 10 84 464, der insbesondere für Spannbeton vorgesehen ist, eine gleichmäßig hohe Zugfestigkeit und eine hohe haft festigkeit 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 Betonstahls.
Durch die Ausbildung der Vertiefungen mit unterschiedlicher Tiefe der Vertiefungen wird ein abgestufter "Versagensmodus" erreicht. Bevor die Betonkonsole an einer großen Vertiefung abschert, schert sie an einer kleinen Vertiefung ab und gibt dadurch einen Dehnungsweg frei. Ähnlich geschieht dies, wenn in der Bodenfläche einer Vertiefung ein Vorsprung oder eine Mulde ausgebildet ist. Dieser Mechanismus ermöglicht größere Relativverschiebungen zwischen Stahl und Beton. Der Betonstahl nach der Erfindung eignet sich damit in besonderer Weise als Bewehrungselement für Stahlbetonbauteile, die unter Ausnutzung örtlicher plastischer Verformungen der Bewehrung bemessen werden.
Da die Begrenzungslinie der Vertiefungen aus Kreisbögen gebildet ist und gerade Abschnitte, in denen sich Kerbspannungen konzentrieren können, vermieden sind, ferner die Flanken der Vertiefungen abgerundet in die Bodenflächen 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 beispielsweise zu einer runden Form der Vertiefung bei vorgegebener Verbundwirkung der Flächenanteil der glatten Oberfläche im Vergleich zu dem der Vertiefungen vergrößert, wodurch Richtfähigkeit und Schweißeignung verbessert werden. Außerdem sollen im Hinblick auf eine gute Richtfähigkeit die Vertiefungen benachbarter Längsreihen in Längsrichtung des Stabes gegeneinander versetzt sein.
Im Hinblick auf die angestrebten Duktilitätsparameter Agt und Rm/Re wird nicht nur insgesamt die Querschnittsreduktion beim Einwalzen der Vertiefungen niedrig gehalten, sondern es wird zur Herstellung des gewalzten Betonstahls ein mehrstufiges Verfahren angewandt. Bei diesem wird ein Walzdraht in einem ersten Kaltverformungsvorgang mit einer Querschnittsreduzierung von 2 bis 15 % zu einem Rundstahl gewalzt und es werden in einem weiteren Kaltverformungsvorgang mit einer Querschnittsreduzierung von 2 bis 7 % die Vertiefungen eingewalzt. Statt des ersten Verformungsvorganges können zwei oder auch drei Kaltverformungsvorgänge mit jeweils entsprechend geringerer Querschnittsreduzierung vorgesehen werden, in denen der Stab auf einen runden Querschnitt gebracht wird, bevor die Vertiefungen eingewalzt werden.
Die Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele anhand von sieben Figuren näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1
die Abwicklung eines erfindungsgemäßen Betonstahls mit drei Längsreihen von ellipsenförmigen Vertiefungen,
Fig. 2
den Schnitt II-II von Fig. 1 in vergrößerter Darstellung,
Fig. 3
eine Längsreihe von zur Stabachse schräg angeordneten ellipsenförmigen Vertiefungen in einer Darstellung entsprechend Fig. 1,
Fig. 4
ein Diagramm das die Verbundeigenschaften eines erfindungsgemäßen Betonstahls im Vergleich zu denen eines bekannten kaltgerippten Betonstahls darstellt,
Fig. 5
einen der Fig. 2 entsprechenden Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels, und
Fig. 6 und 7
den Fig. 2 und 3 entsprechende Ansichten eines weiteren Betonstahls.
Der in Fig. 1 in der Abwicklung dargestellte Abschnitt eines Betonstahls weist drei Längsreihen 1, 2, 3 von Vertiefungen 4 auf. Die Längsreihen sind gleichmäßig über den Stabumfang 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 bezüglich der Vertiefung 4 jeweils axial-symmetrisch angeordnet sind. Die Kreisbögen 6 mit kleinerem Radius sind symmetrisch zur Symmetrieachse 8 und die Kreisbögen mit größerem 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.ds
B ≈ 0,72.ds
s ≈ 0,25.ds
b ≈ 0,80 ds
t ≈ 0,06·ds
wobei
  • ds 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 erfindungsgemäße Oberflächengestaltung des Betonstahls ist für Bemessungsverfahren, bei denen örtlich 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 angeordnet. 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, gemessen 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.
    Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des beschriebenen Betonstahls unterscheidet sich von den bekannten Verfahren dadurch, daß zunächst in einem ersten Kaltverformungsvorgang ein runder Walzdraht zu einem Rundstahl kaltgewalzt wird und in einem weiteren Kaltverformungsvorgang die flachen Vertiefungen eingewalzt werden. Der erste Kaltverformungsvorgang, der auch in zwei oder drei Kaltverformungsvorgänge aufgeteilt werden kann, dient in erster Linie der Festigkeitserhöhung des Betonstahls. Je nach Ausgangsmaterial - dies können Walzdrähte 380 bis 420 der BSTM-Qualität sein - wird hier eine Querschnittsverformung von 10 bis 20 % erforderlich sein, die beim Aufteilen in 2 oder 3 Kaltverformungsvorgänge entsprechend verringert werden kann. Falls 3 Kaltverformungsvorgänge vorgesehen sind, ermöglichen diese die Herstellung eines exakt runden Querschnitts der gewünschten Abmessung. Bei mehreren Kaltverformungsvorgängen zur Herstellung des Rundstahls sollte die Querschnittsreduzierung im ersten Verformungsschritt größer als in den darauffolgenden Schritten zur Herstellung des Rundstahls sein.
    Da zunächst der Querschnitt des runden Walzdrahtes auf kaltem Wege gleichmäßig reduziert wird, können bei diesem Verformungsvorgang Spannungsspitzen vermieden werden. Im abschließenden Kaltverformungsvorgang beim Einwalzen der flachen Vertiefungen wird die Querschnittsreduzierung auf 7 % vorzugsweise 5 % begrenzt, wobei durch das Einprägen von nur flachen Vertiefungen auch in diesem Kaltverformungsvorgang der Stahl relativ gleichmäßig beansprucht wird. Die Gesamtverformung einschließlich des Einwalzens der Vertiefungen erfolgt somit gleichmäßig und sanft in zwei oder mehr Schritten, wodurch in Verbindung mit der Oberflächengeometrie des Betonstahls hervorragende Duktilitätsparameter Agt und Rm/Re erzielt werden können. Dies führt in Verbindung mit dem durch die Oberflächengeometrie des Betonstahls erzielbaren weicheren Verbund zu einer besonderen Eignung bei einem Einsatz des Betonstahls unter Ausnutzung örtlicher plastischer Verformungen (Gelenkrotation) der Bewehrung.
    Der erfindungsgemäße Betonstahl bzw. Betondraht ist in erster Linie zur Herstellung von Betonstahlmatten gedacht. Hierfür ist eine Mindeststreckgrenze von 500 N/mm2 vorgeschrieben. Als Ausgangsmaterial zur Herstellung des Betonstahls eignen sich insbesondere Walzdrähte einer Streckgrenze von 380 bis 420 N/mm2 mit Analysenwerten von
    Kohlenstoff 0,04 bis 0,14 Gew%
    Mangan 0,35 bis 0,70 Gew%
    Silicium 0,20 bis 0,30 Gew %.
    Im folgenden wird ein konkretes Ausführungsbeispiel beschrieben.
    Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wurde in einem ersten Verformungsvorgang aus einem glatten runden Walzdraht vom Durchmesser 8,0 mm ein runder Draht eines Durchmessers von 7,5 mm gewalzt. Die Querschnittsreduktion betrug 11 %.
    Angaben zu dem als Ausgangsmaterial verwendeten Walzdraht:
    Nenndurchmesser 8,0 mm
    Ovalität 7,85 bis 8,17
    Zugfestigkeit 421 N/mm2
    Bruchdehnung (A10) 34 %
    Chem. Zusammensetzung C: 0,07; Mn: 0,61; Si: 0,20; P: 0,016; Si: 0,037; Cu: 0,26; Cr: 0,11; Ni: 0,14; Mo: 0,02; N: 0,009;
    In den rundgewalzten Draht wurden in einem zweiten Verformungsvorgang drei zur Längsachse des Drahts parallele Reihen von Vertiefungen entsprechend Fig. 3 eingewalzt, deren Tiefe 0,6 mm betrug. Der Winkel α zur Längsachse betrug 60 %. Der Draht wurde nicht mechanisch entspannt. Es ergaben sich die folgenden Festigkeitswerte:
  • Streckgrenze: 508 - 536 N/mm2
  • Zugfestigkeit / Streckgrenze : 1,07 - 1,10
  • Dehnung bei Höchstlast (Agt): 4,7 - 7,1 %
    • Die oben angegebenen Werte geben die Bereichsgrenzen mehrerer Versuche wieder.
    Um die Verbundeigenschaften des so hergestellten erfindungsgemäßen Betonstahls zu untersuchen, wurden Ausziehversuche aus Betonkörpern mit unten- und obenliegenden Versuchsstäben entsprechend den festgelegten Verbundbereichen durchgeführt. Außerdem wurden Vergleichsversuche mit einem herkömmlichen kaltgerippten Draht durchgeführt, der drei Längsreihen von Schrägrippen aufwies.
    Versuchsparameter:
    Lage der Stähle untenliegend und obenliegend Betonierrichtung quer zur Stabachse
    Betondeckung 1,75 Stabdurchmesser
    Botopaute B25
    In dem Diagramm nach Fig. 4 ist das Ergebnis des erfindungsgemäßen Drahts mit Iu bzw. Io bezeichnet, wobei die Indizes u und o untenliegend bzw. obenliegend bedeuten. Der Vergleichsdraht ist mit IIu bzw. IIo bezeichnet. Auf der Abszisse ist der Ausziehweg s, gemessen am spannungslosen Stabende, auf der Ordinate die bezogene Verbundspannung aufgetragen.
    Ein Vergleich der Kurven zeigt, daß im Bereich geringer Relativverschiebungen (e < 0,1 mm) d.h. im Gebrauchszustand die bezogenen Verbundspannungen im üblichen Streubereich liegen. Die maximalen Verschiebungen bei Höchstlast betragen jedoch beim
    gerippten Draht 0,2 bzw. 0,35 mm, und beim
    erfindungsgemäßen Draht 0,33 bzw. 0,9 mm.
    Der erfindungsgemäße Betonstahl zeichnet sich somit durch einen im Gebrauchszustand etwa gleichgroßen Verbund aus, der aber wesentlich größere Verschiebungen zuläßt.
    Eine weitere Verbesserung im Hinblick auf einen "weichen" Verbund kann erreicht werden, wenn zusätzlich Maßnahmen vorgesehen werden, die einen abgestuften "Versagensmodus" realisieren. Solche Maßnahmen sind in Fig. 5 bzw. in den Fig. 6 und 7 dargestellt.
    Bei dem Betonstahl nach Fig. 5 - die Darstellung entspricht der von Fig. 2, d.h. es handelt sich um einen Längsschnitt des Stabes durch die Mitte der Vertiefungen - sind die Vertiefungen in unterschiedlichen Tiefen t1 bzw. t2 ausgebildet. Bei einer Beanspruchung wird zunächst die Betonkonsole im Bereich der kleinen Vertiefung t2 abgeschert bevor sie im Bereich der großen Vertiefungen t1 abgeschert wird. Hierdurch wird ein größerer Dehnungswert freigegeben und damit ein weicherer Verbund erzielt.
    Ein abgestufter "Versagensmodus" wird auch erreicht, wenn die Vertiefungen 4 verschieden große Quererstrekkungen D (vgl. Fig. 3), gemessen senkrecht zur Längsachse des Stabes zwischen den zur Längsachse parallelen Tangenten an der Begrenzungslinie der betreffenden Vertiefung, aufweisen.
    Ferner wird der gleiche Effekt erreicht, wenn, wie in den Fig. 6 und 7 dargestellt, die den Fig. 2 und 3 entsprechen, wenigstens ein Teil der Vertiefungen Vorsprünge 13 aufweist. Anstelle der Vorsprünge könnten auch Mulden innerhalb der Bodenfläche der Vertiefungen vorgesehen werden.

    Claims (11)

    1. Kaltgewalzter Betonstahl, der in einen Stahlstab von etwa kreisförmigem Querschnitt eingewalzte Vertiefungen (4) enthält, die in Form von 2 bis 6, vorzugsweise 3 Längsreihen gleichmäßig über den Stabumfang verteilt sind, und wobei die Begrenzungslinie jeder Vertiefung in der Abwicklung des Betonstahls durch Kreisbögen (6, 7) mit verschiedenen Radien gebildet ist, die bezüglich der Vertiefung axial-symmetrisch angeordnet sind, wobei flache Vertiefungen (4) in die Staboberfläche (5) eingewalzt sind, die jeweils eine konstante Tiefe (t) aufweisen und durch eine steile Flanke (10) begrenzt sind, die an ihrer Begrenzungslinie (6, 7) mit der Tangente der Staboberfläche einen Winkel (β) von 60° bis 80° einschließt, die Tiefe (t) der Vertiefungen bestimmt ist durch eine Querschnittsreduktion von 2 bis maximal 7% beim Einwalzen der Vertiefungen in einen Stahl runden Querschnitts, in der Abwicklung des Betonstahls der Anteil der Gesamtfläche der Vertiefungen (4) an der Gesamtfläche des Stabes zwischen 20 % und 50 % liegt, und Größe und Abstand der Vertiefungen so gewählt sind, daß die bezogene Rippenfläche fR des Betonstahls zwischen 0,02 und 0,07 liegt.
    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 gegenüberliegende 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 gekennzeichnet, daß drei Längsreihen (1, 2, 3) von Vertiefungen (4) vorgesehen sind.
    5. Betonstahl nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, 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 gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (4) verschiedene Tiefen (t1, t2) und/oder verschieden große Quererstreckungen (D) gemessen normal zur Längsachse zwischen den zur Längsachse parallelen Tangenten an der Begrenzungslinie, aufweisen.
    7. Betonstahl nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Stab mit zwei bis sechs Längsreihen von Vertiefungen Größe und Abstand der Vertiefungen, wie folgt, festgelegt sind: b = (0,15 bis 0,45)·d5, D = (1,12 bis 1,42)·d5, für n=2, (0,6 bis 0,90)·d5, für n=3, (0,3 bis 0,65)·d5, für n=4, (0,1 bis 0,35)·d5, für n=6, B = (0,30 bis 0,85)·d5, s = (0,1 bis 1,5)·d5, t = (0,025 bis 0,08)·d5,
      wobei
      ds den Nenndurchmesser des Stabes,
      D die Erstreckung der Vertiefung in Umfangsrichtung des Stabes, gemessen normal zur Längsachse zwischen den zur Längsachse parallelen Tangenten der Begrenzungslinie,
      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.
    8. Betonstahl nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die bezogene Rippenfläche fR zwischen 0,02 und 0,045 liegt.
    9. Verfahren zur Herstellung eines kaltgewalzten Betonstahls nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem ein Walzdraht in wenigstens einem ersten Kaltverformungsvorgang mit einer Querschnittsreduzierung von 8 bis 20 % zu einem Rundstahl gewalzt wird und in einem letzten Kaltverformungsvorgang flache Vertiefungen (4) eingewalzt werden, die jeweils eine konstante Tiefe aufweisen und durch eine steile Flanke (10) begrenzt sind, die an ihrer Begrenzungslinie mit der Tangente der Staboberfläche einen Winkel (β) von 60° bis 80° einschließt und in Form von 2 bis 6, vorzugsweise 3 Längsreihen gleichmäßig über den Stabumfang verteilt sind, wobei das Einwalzen der Vertiefungen (4) mit einer Querschnittsreduzierung von 2 bis 7 % derart erfolgt, daß die Begrenzungslinie jeder Vertiefung in der Abwicklung des Betonstahls durch Kreisbögen mit verschiedenen Radien gebildet ist, die bezüglich der Vertiefung axial-symmetrisch angeordnet sind, daß in der Abwicklung des Betonstahls der Anteil der Gesamtfläche der Vertiefungen (4) an der Gesamtfläche des Stabes zwischen 20 % und 50 % liegt, und Größe und Abstand der Vertiefungen so gewählt sind, daß die bezogene Rippenfläche fR des Betonstahls zwischen 0,02 und 0,07 liegt.
    10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des ersten Kaltverformungsvorgangs zwei oder drei Kaltverformungsvorgänge vorgesehen sind, in denen der Walzdraht mit einer Gesamtquerschnittsreduzierung von maximal 20 % zu einem Rundstahl gewalzt wird.
    11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzanalyse des Walzdrahtes
      0,04 bis 0,14 C
      0,35 bis 0,70 Mn
      0,20 bis 0,30 Si
         sowie übliche Legierungselemente und Verunreinigungen, Rest Eisen enthält.
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