EP0943744A1 - Verfahren und Element zur Einleitung von Scherkräften in einen Betonkörper, Betonkörper - Google Patents

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EP0943744A1
EP0943744A1 EP98810242A EP98810242A EP0943744A1 EP 0943744 A1 EP0943744 A1 EP 0943744A1 EP 98810242 A EP98810242 A EP 98810242A EP 98810242 A EP98810242 A EP 98810242A EP 0943744 A1 EP0943744 A1 EP 0943744A1
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concrete
shear
shear force
mandrel
loop
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    • 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
    • E04C5/06—Reinforcing elements of metal, e.g. with non-structural coatings of high bending resistance, i.e. of essentially three-dimensional extent, e.g. lattice girders
    • E04C5/0645—Shear reinforcements, e.g. shearheads for floor slabs
    • 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
    • E04B1/02—Structures consisting primarily of load-supporting, block-shaped, or slab-shaped elements
    • E04B1/04—Structures consisting primarily of load-supporting, block-shaped, or slab-shaped elements the elements consisting of concrete, e.g. reinforced concrete, or other stone-like material
    • E04B1/043—Connections specially adapted 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

Definitions

  • the present invention relates to a method for Introduction of shear forces into a concrete body, especially on the face of a concrete slab, at which is the force of an axially extended one Shear bar, e.g. from a shear force mandrel or one Sleeve around the shear force mandrel, is taken up by this with one with the shear bar on at least one close to the concrete surface and a point away from the concrete surface connected shear force bar derived from the shear bar and is transferred to the concrete.
  • a shear force mandrel or one Sleeve around the shear force mandrel is taken up by this with one with the shear bar on at least one close to the concrete surface and a point away from the concrete surface connected shear force bar derived from the shear bar and is transferred to the concrete.
  • the invention also relates to an element for introduction of shear forces in a concrete body, especially via the Face of a concrete slab, with an axial Shear bar, e.g. a shear force mandrel or a sleeve the shear force mandrel, and with at least one close to the concrete surface and a point away from the concrete surface attached to the shear bar, for Transfer of shear force to the concrete, and it affects also a concrete body with an inventive Shear force element.
  • an axial Shear bar e.g. a shear force mandrel or a sleeve the shear force mandrel
  • the shear force bracket in Figures 1 and 2 is in one Concrete slab 10 shown cast and has one on the Concrete slab face 11 placed steel slab 13 and two with this welded bracket 15, 15 '.
  • the plate 13 has an opening 17 in the center into which a mandrel 19 is introduced.
  • the two brackets 15, 15 ' are parallel to each other and to the concrete surface away from the plate 13 and are at a distance from the mandrel axis 21 in a parallel Turned towards the mandrel axis 21.
  • the end 23 of the Reinforcing steel forming bracket 15, 15 ' is in a relative large distance to the face 11 of the plate by about 165 to 170 Degrees bent and up to about half way against the Front plate back to the end of the mandrel 19.
  • Of the Bracket 15, 15 ' is formed symmetrically to axis 21, see above that shear forces in two opposite directions with the same bracket can be transferred to the concrete slab.
  • the four ends 23 of the bracket are with each other and with the mandrel
  • the bracket 15 shown in Figures 1 and 2 is a two-edged, backward anchored loop with direct centric contact with the bolt, and deviates from those found to be effective in the study mentioned Orders only insofar as those anchored to the rear Reinforcing iron 15, 15 'by means of a plate 13 in a central position Are in contact with the mandrel and the ends 17 are bent and am Thorn are attached.
  • a disadvantage of these prefabricated elements is that Compressive forces occur near the concrete surface on the pressure side. There is therefore a risk of blasting off Concrete parts. Another disadvantage is that the resulting Power flow in the concrete remains unclear. The occurring forces are difficult to calculate because the calculations are not easy Model can be used.
  • this is achieved in that a method of the type of bracket mentioned above thus around a part of the concrete body Concrete core is stretched that in the bracket essentially alone Tractive forces arise.
  • the bracket is advantageous in one Arch stretched around the concrete core. This will kick the Compressive forces in the concrete inside the arch section.
  • the bow section is arranged on the train side is included shear force rod arranged in approximately half the plate thickness certainly a larger part of the plate thickness on the Pressure side than on the tension side of the bracket.
  • the preferably flat sheet is advantageous stretched symmetrically around the concrete core.
  • the symmetry allows a simpler calculation of the forces that occur because the force components directed transversely to the axis of symmetry cancel each other out.
  • the sum of the force vectors thus forms a vector on the axis of symmetry.
  • the concrete load is especially in the case of a flat arch section, since only Compressive forces occur in the concrete, similar to a vault.
  • a flat arch section has the advantage of smaller ones local pressure forces and a three-dimensional force game, which increases the local resilience of the concrete.
  • a first one with the shear force rod is advantageous connected bracket or bracket section around one near the concrete surface and a second with the Shearbar connected bracket or bracket section with opposite direction of action by one concrete core distant from the concrete surface. This can do that due to the eccentric load on the shear force rod occurring moment are caught.
  • the bracket is a loop element, the sections attached to the shear bar at a distance from Shear bar are connected by an arc section.
  • the bow is ideal for pulling forces in the Arch element in compressive forces in the inside of the arch Transfer core.
  • the loop element is advantageous so flexible under the forces occurring under load, that it essentially absorbs tensile forces alone. This can e.g. a chain, a wire rope or wire mesh, a sheet, a glass or carbon fiber structure or the like. A firm connection with high friction between the Loop element and the concrete is not desirable since the Loop only due to its shape and load Pressure forces on the circulated concrete core.
  • the loop element preferably has one symmetrical arch section, e.g. an arch section with a circular, elliptical or parabolic arc.
  • the Forces in such a symmetrical or geometric defined arch section and also by this Forces section in the concrete are simple Models can be calculated.
  • the loop element advantageously has in the region of the Arch section on a curved surface element, so that the Local forces are as small as possible.
  • the loop element is preferably made of a band shaped, which has a large width relative to the thickness having.
  • a band can be practical in the band direction do not absorb compressive forces because it is too thin.
  • Due to the flexibility of the Band can be assumed for the calculation that the band is stretched around a virtual role, so no one-sided pull on the belt is possible. Hence the Pressure distribution in the concrete core inside the loop very much simple.
  • the arc section is essentially advantageous around an axis is parallel to the concrete surface, and is at least one of those connected to the shear bar Sections of the loop element bent or so twisted that the bent or twisted part along a line or surface parallel to the shear force axis Shear bar touches. Due to the parallelism of the arc axis the force distribution is parallel to the concrete surface to the concrete face. As a result, the pressure forces do not show against the concrete surface, which such compressive forces practically cannot record. Through the lines or surface contact between the shear bar and Loop element is a very good attachment option given.
  • Holes or eyelets are arranged to attach the shear force element fasten a concrete formwork with nails through the holes can.
  • the section of the Bands advantageous at one point away from the concrete surface Section at the appropriate point and are at this protruding point holes are provided in the tape to attach the tape formwork through the holes.
  • the loop element is advantageously symmetrical formed with respect to the shear force axis, so that Shear forces in two opposite directions can be introduced into the concrete. This will put the item on construction site with greater certainty transferred.
  • the shear force rod advantageously has one in the concrete area that is about twice as long is like the distance between the two attachment points of the loop element on the shear bar, possibly the two fastening points closer to the concrete surface, so practical for the loop element at both fastening points the same burden can be assumed.
  • the parallel to the shear force axis is advantageous lying diameter of the arc section smaller than that Distance of the most distant point of the arch section from Shear bar. This gives you the greatest pressure on the tension side of the shear force rod and therefore with relative large distance to the concrete surface on the pressure side.
  • a concrete body with an inventive Shear force element is advantageous in the area around the Shear force elements (40) reinforced by a fiber reinforcement. Due to the fiber reinforcement, both the tension and the Compressive strength of the concrete can be increased.
  • the concrete body is advantageously a prefabricated one Element, and reinforcements protrude from the element with which the element with a concrete body cast on site can connect.
  • a Prefabricated element can be treated separately Edge area of a concrete body when pouring the concrete body be avoided. This means that no one is needed on the construction site Monitoring the fiber addition in the concrete with which the Shear force elements are cast.
  • the prefabrication allows a rational production of the edge elements under guaranteed conditions for their quality.
  • FIGS 1 to 3 show the prior art, which is described in more detail at the beginning. From Figure 4 onwards Illustrated embodiments of the invention, which for better understanding of the invention in more detail below to be discribed.
  • FIG. 4 shows a shear force element 40a with a Shear force mandrel 41a with a rectangular cross-section, on which a bent sheet metal strip 43a is attached as a shear force bracket is.
  • the sheet metal strip 43a has one on the end face placing and attached to the mandrel 41a Leg section 45a.
  • the leg section 45a goes over in a curved arc section 47a, and this in a leg section parallel to the leg section 45a 49a.
  • This section 49a removed from the concrete face of the sheet metal strip 43a is connected to the mandrel 41a.
  • the Sheet metal strip 43a is thus with the leg section 45a Concrete surface and with the leg portion 49a inside of the concrete connected to the mandrel 41a.
  • the mandrel 41a protrudes section 45a to be placed in the concrete surface out to absorb or release a lateral force, and extends well behind section 49a into the concrete area inside.
  • section 49a At the leg portion 49a there are two corners of the band 43a cut and in the leg section 45a in the corresponding corners holes 51 provided to the Shear force element 40a through these holes 51 on a formwork to be able to fix.
  • holes 52 are also provided so that under the arch section no air bubbles are left, which is a good one Power transmission between the arc section 47a and the would prevent concrete.
  • FIG. 5 shows a Shear force element 40b with such a double loop 43b on a shear plate 41b.
  • the shear plate 41b penetrates the three leg sections 45b, 49b and 55b. Between the leg sections 45b and 49b or 49b and 55b arc sections 47b and 57b are provided. About these Arch sections 47b, 57b are again alone according to the invention with tensile forces in the loop element 43b compressive forces on the Concrete exercised.
  • the leg section 49b is slightly inclined, i.e.
  • the double loop 43b is also, as in FIG. 6 shown, from two independent loops 43c, 43c ' can be assembled.
  • a sleeve 42c by two oppositely aligned shear bars or loops 43c, 43c 'passed into which sleeve 42c Shear force mandrel is insertable.
  • the Shear force elements 40d and 40d ' for example, in two Cast concrete slabs 10 and 10 '.
  • the leg sections 45d are the Loop elements 43d directly on both sides of the joint between the two plates 10, 10 'or respectively on the End face 11,11 'of the plate arranged.
  • the shear force mandrel 41d bridges the gap and is in the shear sleeve 42d.
  • the loop elements 43d are symmetrical in the example trained, i.e. they can be in two to each other opposite directions absorb shear forces as they one on both sides of the mandrel 41d or the sleeve 42d Have arc section 47d or 48d. Is from the plate 10 a shear force down onto the supported plate 10 ' transferred, the arc sections 47d are used to make the To transmit force, for forces in the opposite direction correspondingly the arc sections 48d.
  • the symmetrical Loops 43d are bent from a band so that the mandrel 41d or the sleeve 42d through the two band ends 61 and 63 is guided and these are in contact with each other and at most are additionally connected by welding or gluing. Pressure forces can be in the loop element 43d because of its band-like design practically no occur. A Blowing off concrete parts near the pressure side Concrete surfaces are therefore not to be feared.
  • FIG. 8 shows the shear force element 40d according to FIG. 7 in connection with reinforcement of the slab edge a concrete slab corner.
  • the section close to the concrete surface 45d of the loop element 43d is in the end face 11 or arranged at a small distance behind the end face 11, the shear force mandrel 41d perpendicular through the end face 11 passes through.
  • the plate edge is with U-shaped brackets 64 armored, their arms 66 near the top and bottom Plate surface aligned perpendicular to the face 11 are.
  • the connection 68 of the two arms 66 or legs runs parallel to the direction of the face 11 force to be introduced 53.
  • the panel edge with fiber reinforcement is preferred, i.e. by adding glass or carbon fibers to the concrete mass, reinforced. Plate pieces reinforced in this way, as in the figure 19 shown, advantageously prefabricated and by a suitable reinforcement connected to the concrete slab.
  • Figures 9 and 10 show symmetrical loop element 43e and 43f, which are formed by a flattened piece of pipe are.
  • the shear force element 40e in Figure 9 is in the Shear force element 40f insertable in Figure 10.
  • the thorn 41e works with the sleeve 42f.
  • the Loop elements 43e, f have holes 51 around them Nail shear force elements to a formwork.
  • the Arc sections 47e, 48e, 47f, 48f are holes 52 incorporated so that the interior inside the loop 43e, f is completely filled with concrete during concreting and no air bubbles have to be transmitted to the pressure forces Included inside the arc sections 47e, f, 48e, f become.
  • the holes 51 for attaching the element to the Formwork are advantageous on a laterally protruding Tab 65 formed on leg portion 45f to make it good are accessible.
  • FIG 11 is a symmetrical shear force element 40g shown with two symmetrical loop elements 43g and 43g 'in a row.
  • the sleeve 42g is through all Leg sections 45g, 49g, 49g ', 55g passed through.
  • Of the Leg section 45g is reinforced by a plate 67.
  • This plate 67 lies in the end face 11 of a concrete plate 10.
  • Through the plate 67 are also through the arch of the Arch sections 47g, 48g conditionally ending to zero Concrete burrs 69 between the concrete surface 11 and the Protected arc section 47g, 48g. Take over these ridges 69 however not a static function, they are also likely to break out or do not have to be concreted at all.
  • loop 43g ' Since in Loop element 43g 'remote from the end face the smaller forces act as a loop element 43g close to the end face, the loop 43g 'is made from a thinner sheet metal strip.
  • the concreted-in end of the sleeve 42g has a cover 71 closed so that no concrete can penetrate.
  • a symmetrical double loop can, as in FIG. 12 shown to be made from a single band.
  • the adjoining leg section 49h 'runs behind the Band end 61 passes through, again in an arc section 58h over in the rear leg section 55h and from there in another bow 57h back in the middle with the Leg sections 49h, 49h '.
  • the sleeve 42h therefore passes five times the ribbon guided in a figure of eight.
  • FIGS. 13 and 14 show a shear force element 40i in a side view or a section along the line X-X shown in Figure 13.
  • Disc-shaped on both sides Shear force mandrel 41i is a band bent into an eight arranged.
  • the band ends 61,63 are at one in the Welded plate 67 to be placed on the concrete surface. From one end of the tape parallel to the plate 67 going upwards 61 the ribbon goes back in an arc 47i to the mandrel 41i. It is twisted so that when passing the mandrel 41i the surface 73 of the band parallel to the side surface 75 of the disc-shaped mandrel 41i runs.
  • the tape continues to twist into the opposite Direction, runs in an arc 57i back to the mandrel 41 'um in an analog S-loop over the bow 58i and 48i to get back to plate 67.
  • the vectors of those occurring in the concrete Compression forces are light in arc sections 47i and 48 to the rear, slightly curved in the arch sections 57i, 58i directed in front.
  • the band is on the one passing through the thorn Place with this, e.g. thanks to a weld. So that the tape describes a favorable curve, it can be one that is curved or even not level Ribbon bent.
  • Figure 15 shows a perspective sketch of a Shear force element 40k with a plate 67, one on it Loop element 43k and a round mandrel 41k. It is one end 61 of the loop member 43k on the plate 67 attached. The other end 63 is divided and the two flanks 77 of the left and right of the mandrel Leg section 49k are bent obliquely so that they rest on the mandrel on a line parallel to the mandrel axis. The two parts are guided around the mandrel 41k. The Flanks 77 are connected to one another along the mandrel.
  • the band-shaped loop element covers with its surface Thorn, which causes greater forces from the thorn to the Loop element can be transferred as if the mandrel just passed through an opening in the surface is.
  • the loop elements 43m and 43n in the shear force elements 40m and 40n with the thorns 41m, n connected Figures 16 and 17.
  • a closed one Band loop or ring loop 43m, n is around the rod-shaped Thorn 41m, n looped and forms two side by side lying, essentially rectified arc sections 47m or 47n.
  • the ring loop 43m, n can be against each other ( Figure 16) or apart ( Figure 17).
  • Such Fixings of shear force elements 40m, n are also for Loop elements 43m, n made of non-metallic raw materials suitable. So the tape can be made of a glass or Carbon fibers exist, which are advantageously in a resin are embedded.
  • the shear force element 40p shown in FIG. 18 has a mandrel 41p, around which a ring loop 43p so is struck that the loop 43p near the concrete surface performed flat against the mandrel 41p under the mandrel 41p is.
  • the band of the loop element is on both sides of the mandrel twisted by 90 degrees and in an arc 47p, like a roll with an axis aligned parallel to the face of the plate placed, and returned against the mandrel axis.
  • the Band 43p is then around on each side of mandrel 41p two rods directed parallel to the face of the panel looped.
  • the tape 43p runs under a bar 81 through which rod 81 is attached to the mandrel under the mandrel is.
  • the band 43p is in an S line back up and struck around a rod 83 which abuts over the mandrel 41p this is attached.
  • the ring band 43p then runs in parallel down on both sides of the mandrel 41p and back, next to over the mandrel 41p to two below the mandrel 41p to form corresponding arc sections 57p and finally twisted by 90 degrees on the top of the mandrel 41p lying flat around the mandrel.
  • the driving around of two rods 81.83 with the tape causes the Tractive forces in the front loop part 47p not on the rear loop part 57p are transmitted.
  • the thorn would be, as a model, parallel downwards movable, i.e. on the one hand, larger ones would arise Tensile forces in the rear arch area and on the other hand larger Pressure forces from the mandrel to the concrete.
  • FIG. 19 shows a prefabricated edge element 10 ′′ with a number of shear force elements, of which only the from the end face 11 protruding parts of the Shear force mandrels 41 are visible.

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Abstract

Bei einem Element (40b) zur Einführung von Scherkräften in einen Betonkörper wird an einem Scherkraftdorn (41b) ein Schlaufenelement (43b) angeordnet, welches in Nähe zur Betonoberfläche einen Bogenabschnitt (47b) aufweist. Dieser Bogenabschnitt (47b) steht bei Belastung des Elements (40b) mit einer Scherkraft (Pfeil 53) diese Kraft allein über Zugkräfte im Schlaufenelement (43b) bzw. im Bogenelement (47b) auf den Betonkern innerhalb des Bogens übertragen. Zur Aufnahme des resultierenden Moments ist vorteilhaft hinter dem ersten Bogenelement (47b) ein zweites Bogenelement (57b) mit umgekehrter Ausrichtung vorgesehen. <IMAGE>

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einleitung von Scherkräften in einen Betonkörper, insbesondere über die Stirnseite einer Betonplatte, bei welcher die Kraft von einem axial ausgedehnten Scherkraftstab, z.B. von einem Scherkraftdorn oder einer Hülse um den Scherkraftdorn, aufgenommen wird, von diesem mit einem mit dem Scherkraftstab an wenigstens einer betonoberflächennahen und einer betonoberflächenfernen Stelle verbundenen Scherkraftbügel vom Scherkraftstab abgeleitet und auf den Beton übertragen wird.
Die Erfindung betrifft auch ein Element zur Einleitung von Scherkräften in einen Betonkörper, insbesondere über die Stirnseite einer Betonplatte, mit einem axialen Scherkraftstab, z.B. einem Scherkraftdorn oder einer Hülse um den Scherkraftdorn, und mit einem wenigstens an einer betonoberflachennahen und einer betonoberflächenfernen Stelle am Scherkraftstab befestigten Scherkraftbügel, zur Übertragung von Scherkraft auf den Beton, und sie betrifft auch einen Betonkörper mit einem erfindungsgemässen Scherkraftelement.
Stand der Technik
Es sind verschiedenste Formen von Scherbolzen bekannt, welche zur Reduktion der am Übergang zwischen Bolzen und Beton auftretenden lokalen Druckkräfte den Bolzenquerschnitt an den belasteten Stellen vergrössern. Durch die Nähe dieser Bolzen zur druckseitigen Betonoberflache wird die Tragfähigkeit der Betonplatte jedoch vermindert.
In einer 1983 im Heft 346 des "Deutschen Ausschusses für Stahlbau" veröffentlichten "Untersuchung über in Beton eingelassene Scherbolzen aus Betonstahl" wurden 10 verschiedene Bewehrungen untersucht, mit welchen die in die Stirnseite eines Betonkörpers eingeleiteten Scherkräfte im Beton verteilt werden können, um die Tragfähigkeit einer Betonplatte im Bereich der eingeleiteten Scherkräfte zu erhöhen. Dabei hat sich gezeigt, dass sich lediglich zwei der untersuchten Versuchsanordnungen als voll wirksam erwiesen. Dies waren zweischnittige und nach rückwärts verankerte Schlaufen in direktem zentrischem Kontakt mit dem Scherbolzen (S 144, rechte Spalte, 2. Abschnitt). Diese Schlaufen bestanden aus mindestens 10 mm starken Rundeisen.
Da auf der Baustelle vereinheitlichte Lösungen oft wirtschaftlicher sind als individuelle, wurden vorfabrizierte Elemente entwickelt, welche als Fertigprodukte in der Schalung eingebaut werden können. Im Fachhandel sind insbesondere zwei Elemente zum Einleiten von Scherkräften bekannt, welche nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 3 beschrieben sind.
Der Scherkraftbügel in Figur 1 und 2 ist in einer Betonplatte 10 eingegossen dargestellt und weist eine an der Betonplattenstirnseite 11 platzierte Stahlplatte 13 und zwei mit dieser verschweisste Bügel 15,15' auf. Die Platte 13 weist zentral eine Öffnung 17 auf, in welche ein Dorn 19 eingeführt ist. Die beiden Bügel 15,15' stehen parallel zueinander und zur Betonoberfläche von der Platte 13 weg und sind in einem Abstand zur Dornachse 21 in eine parallele Richtung zur Dornachse 21 abgebogen. Das Ende 23 des den Bügel 15,15' bildenden Armierungsstahls ist in einem relativ grossen Abstand zur Plattenstirnseite 11 um etwa 165 bis 170 Grad umgebogen und bis etwa auf halben Weg gegen die Plattenstirnseite zurück ans Ende des Dorns 19 geführt. Der Bügel 15,15' ist symmetrisch zur Achse 21 ausgebildet, so dass Scherkräfte in zwei entgegengesetzten Richtungen mit dem gleichen Bügel auf die Betonplatte übertragen werden können. Die vier Enden 23 der Bügel sind miteinander und mit dem Dorn 19 verbunden.
Ein Teil der von oben über den Scherkraftdorn in diesen Bügel eingeführten Kraft (Pfeil 25) wird als Zugkraft auf den oberen Teil des Bügels 15 übertragen. Durch die exzentrische Krafteinleitung in den Dorn möchte sich dieser gerne abdrehen, so dass er Druckkräfte auf die Enden 23 des oberen Teils der Bügel 15,15' abgibt. Auf den Bügel wirken insbesondere im waagerechten Teil Biegekräfte. Ein Teil der eingeführten Kraft wird zudem im unteren Teil des Bügels 15 als Druckkraft in den Bügel 15 geleitet. Diese Druckkraft wird in der Nähe zur Plattenunterseite 27 auf die Betonplatte 10 übertragen.
Der in den Figuren 1 und 2 dargestellte Bügel 15 ist eine zweischnittige, nach rückwärts verankerte Schlaufe mit direktem zentrischem Kontakt mit dem Bolzen, und weicht von den in erwähnter Untersuchung sich als wirksam erwiesenen Anordnungen nur insofern ab, als die nach hinten verankerten Armierungseisen 15,15' mittels einer Platte 13 in zentrischem Kontakt mit dem Dorn sind und die Enden 17 umgebogen und am Dorn befestigt sind.
Ähnlich wie die Vorrichtung in Figur 1 und 2 wirkt auch die in Figur 3 dargestellten Vorrichtung 31. Vom Scherkraftdorn 32 werden über die steife Platte 33 an der Stirnseite einer Betonplatte Zug- und Druckkräfte auf die beiden an der Platte 33 angeschweissten Arme 35 des symmetrisch beidseitig des Dorns 32 ausgebildeten Flachstahlbügels 37 übertragen. In den Bügelarmen 35, welche von der Platte 33 sich gegenseitig annähernd in den Beton hineinreichen und mit Abstand zur Platte 33 am Scherkraftdorn 32 befestigt sind, treten schwer berechenbare Biegekräfte auf. Die Druckkräfte werden auch hier nahe der in Druckrichtung liegenden Betonoberfläche auf den Beton übertragen.
Nachteilig an diesen vorfabrizierten Elementen ist, dass Druckkräfte nahe der druckseitigen Betonoberfläche auftreten. Es besteht dadurch die Gefahr der Absprengung von Betonteilen. Weiter ist ein Nachteil, dass der entstehende Kraftfluss im Beton unklar bleibt. Die auftretenden Kräfte sind kaum zu berechnen, weil den Berechnungen kein einfaches Modell zugrunde gelegt werden kann.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einleitung von Scherkräften in einen Betonkörper zu schaffen, bei welchen es vermieden wird, in der Nähe der Betonoberflächen gegen diese gerichtete Druckkräfte in den Beton einzuleiten. Weiter soll die Vorrichtung symmetrisch ausgestaltet werden können, damit ein falsches Einsetzen der Vorrichtung auf der Baustelle verunmöglicht ist. Zudem sollen die Kräfte nach einem einfachen Modell berechenbar sein.
Beschreibung der Erfindung
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Gattung der Bügel derart um einen einen Teil des Betonkörpers bildenden Betonkern gespannt wird, dass im Bügel im Wesentlichen allein Zugkräfte entstehen. Der Bügel wird vorteilhaft in einem Bogen um den Betonkern gespannt. Dadurch treten die Druckkräfte im Beton im Innern des Bogenabschnittes auf. Da der Bogenabschnitt auf der Zugseite angeordnet ist, liegt bei in etwa halber Plattenstärke angeordnetem Scherkraftstab sicher ein grösserer Teil der Plattenstärke auf der Druckseite als auf der Zugseite des Bügels.
Vorteilhaft wird der bevorzugterweise flächige Bogen symmetrisch um den Betonkern gespannt. Die Symmetrie erlaubt eine einfachere Berechnung der auftretenden Kräfte, da sich die quer zur Symmetrieachse gerichteten Kraftkomponenten gegenseitig aufheben. Die Summe der Kraftvektoren bildet also einen Vektor auf der Symmetrieachse. Die Betonbelastung ist insbesondere bei einem flächigen Bogenabschnitt, da lediglich Druckkräfte im Beton auftreten, ähnlich wie in einem Gewölbe. Ein flächiger Bogenabschnitt hat den Vorteil von kleineren lokalen Druckkräften und einem dreidimensionalen Kräftespiel, welches die lokale Belastbarkeit des Beton erhöht.
Vorteilhaft wird ein erster mit dem Scherkraftstab verbundener Bügel oder Bügelabschnitt um einen betonoberflächennahen Betonkern und ein zweiter mit dem Scherkraftstab verbundener Bügel oder Bügelabschnitt mit entgegengesetzter Wirkrichtung um einen betonoberflächenfernen Betonkern gespannt. Dadurch kann das durch die exzentrischen Belastung des Scherkraftstabes auftretende Moment aufgefangen werden.
Vorteilhaft werden die im Betonkern auftretenden Spannungen mit einer zusätzlichen Bewehrung im Beton verteilt. Dies ist insbesondere in einer Betonplattenecke angezeigt, da dort die senkrecht zur Stirnseite der Betonplatte auftretenden Kräfte im Beton aus der in einem Winkel dazu stehenden Stirnseite jenseits der Plattenecke hinausweisen. Diese hinausweisenden Druckkräfte müssen mit einer Bewehrung aufgefangen werden. Aber auch die mit grösserem Abstand zu einer Ecke auftretenden Druckkräfte werden mit Vorteil durch Bewehrungen in der Betonplatte verteilt. Eine solche Bewehrung ist im Normalfall eine standartmässige Plattenrandverbügelung mit U-förmigen Bügeln, deren Schenkel parallel zur Plattenebene und senkrecht zur Plattenstirnseite angeordnet sind. In einer Plattenecke sind die Bügel dem Eckenwinkel entsprechend in einem Winkel zu einander angeordnet und ineinander gesteckt. Die Schenkel der Bügel können auch durch parallel zur Plattenstirnseite angeordnete Rundeisen miteinander verbunden sein. Vorteilhaft wird jedoch eine Faserarmierung eingesetzt, da diese auch die Druckfestigkeit des Betons erhöht.
Bei einem Element zur Einleitung von Scherkräften in einen Betonkörper, insbesondere über die Stirnseite einer Betonplatte, mit einem axialen Scherkraftstab, z.B. einem Scherkraftdorn oder einer Hülse um den Scherkraftdorn, und mit einem wenigstens an einer betonoberflächennahen und einer betonoberflächenfernen Stelle am Scherkraftstab befestigten Scherkraftbügel, zur Übertragung von Scherkraft auf den Beton ist erfindungsgemäss der Bügel ein Schlaufenelement, dessen am Scherkraftstab befestigten Abschnitte in einem Abstand zum Scherkraftstab durch einen Bogenabschnitt verbunden sind.
Der Bogen eignet sich ausgezeichnet um Zugkräfte im Bogenelement in Druckkräfte im innerhalb des Bogens liegenden Kern zu übertragen. Vorteilhaft ist das Schlaufenelement unter den bei Belastung auftretenden Kräften so flexibel, dass es im Wesentlichen allein Zugkräfte aufnimmt. Dies kann z.B. eine Kette, ein Drahtseil oder Drahtgewebe, ein Blech, ein Glas- oder Kohlefasergebilde oder dergleichen sein. Eine feste Verbindung mit hoher Reibung zwischen dem Schlaufenelement und dem Beton ist nicht erwünscht, da die Schlaufe aufgrund ihrer Form und Belastung lediglich Druckkräfte auf den umschlauften Betonkern abgeben soll.
Vorzugsweise weist das Schlaufenelement einen symmetrischen Bogenabschnitt auf, z.B. einen Bogenabschnitt mit etwa einem Kreis-, Ellipsen- oder Parabelbogen. Die Kräfte in einem solchen symmetrischen oder geometrisch definierten Bogenabschnitt und auch die durch diesen Bogenabschnitt im Beton bewirkten Kräfte sind mit einfachen Modellen errechenbar.
Vorteilhaft weist das Schlaufenelement im Bereich des Bogenabschnitts ein gebogenes Flächenelement auf, so dass die Kräfte lokal möglichst klein sind.
Vorzugsweise ist das Schlaufenelement aus einem Band geformt, welches relativ zur Dicke eine grosse Breite aufweist. Ein solches Band kann in Bandrichtung praktisch keine Druckkräfte aufnehmen, da es dazu zu dünn ist. Der Gesamtquerschnitt lässt jedoch angemessene Zugkräfte im Band zu, so dass auf einen vom Band umspannten Betonkern hohe Drücke übertragen werden können. Durch die Flexibilität des Bandes kann für die Berechnung davon ausgegangen werden, dass das Band um eine virtuelle Rolle gespannt ist, so dass kein einseitiger Zug auf das Band möglich ist. Daher ist die Druckverteilung im Betonkern innerhalb der Schlaufe sehr einfach.
Vorteilhaft ist der Bogenabschnitt im Wesentlichen um eine Achse parallel zur Betonoberfläche gebogen, und ist wenigsten einer der mit dem Scherkraftstab verbundenen Abschnitte des Schlaufenelements derart abgebogen oder verdreht, dass der abgebogene oder verdrehte Teil entlang einer Linie oder Fläche parallel zur Scherkraftstabachse den Scherkraftstab berührt. Durch die Parallelität der Bogenachse zur Betonoberfläche geschieht die Kraftverteilung parallel zur Betonstirnseite. Dadurch weisen die Druckkräfte nicht gegen die Betonoberfläche, welche solche Druckkräfte praktisch nicht aufnehmen kann. Durch die linien- oder flächenförmige Berührung zwischen Scherkraftstab und Schlaufenelement ist eine sehr gute Befestigungsmöglichkeit gegeben.
Vorteilhaft verlaufen die beiden am Scherkraftstab befestigten Abschnitte eines Schlaufenelements praktisch parallel. Dadurch kann, insbesondere wenn die beiden Abschnitte in einem kleinen Abstand zueinander angeordnet sind, von einer gleichmässigen Kraftverteilung in der Schlaufe ausgegangen werden. Alternativ dazu ist der betonoberflächennahe Abschnitt parallel zur Betonoberfläche, d.h. zur Stirnseite der Betonplatte, und der betonoberflächenferne Abschnitt vom Bogenabschnitt gegen das Betoninnere und den Scherkraftstab hin von der Stirnseite weglaufend ausgerichtet. Dadurch ist die resultierende Druckbelastung des von der Schlaufe umspannten Betonkerns ein zum Betoninneren gerichteter Vektor.
Vorteilhaft sind am betonoberflächennahen, mit dem Scherkraftstab verbundenen Abschnitt des Schlaufenelements Löcher oder Ösen angeordnet, um das Scherkraftelement an einer Betonschalung mit Nägeln durch die Löcher befestigen zu können. Dazu übersteht der betonoberflächennahe Abschnitt des Bands vorteilhaft an einer Stelle den betonoberflächenfernen Abschnitt an der entsprechenden Stelle und sind an dieser vorstehenden Stelle Löcher im Band vorgesehen, um das Band an einer Schalung durch die Löcher hindurch zu befestigen.
Vorteilhaft ist das Schlaufenelement symmetrisch bezüglich der Scherkraftstabachse ausgebildet, so dass Scherkräfte in zwei zueinander entgegengesetzten Richtungen in den Beton einleitbar sind. Dadurch wird das Element auf der Baustelle zudem mit grösserer Sicherheit richtig versetzt.
Vorteilhaft weist der Scherkraftstab einen in den Beton hineinreichenden Bereich auf, welcher etwa doppelt so lang ist wie der Abstand zwischen den beiden Befestigungsstellen des Schlaufenelements am Scherkraftstab, gegebenenfalls den beiden der Betonoberfläche näheren Befestigungsstellen, damit beim Schlaufenelement an beiden Befestigungsstellen praktisch von der gleiche Belastung ausgegangen werden kann.
Vorteilhaft ist rückwärtig des betonoberflächennahen Bogenabschnitts ein Bogenabschnitt angeordnet, welcher in der entgegengesetzten Richtung ausgerichtet ist. Dieser innere Bogenabschnitt nimmt in der gleichen Art wie der äussere Querkräfte, welche jedoch in umgekehrter Richtung weisen, auf. Dadurch wird ein Abdrehen des Scherkraftstabes unter der exzentrischen Scherkraftbelastung Verhindert.
Vorteilhaft ist der parallel zur Scherkraftstabachse liegende Durchmesser des Bogenabschnitts kleiner als der Abstand der entferntesten Stelle des Bogenabschnitts vom Scherkraftstab. Dadurch erhält man die grössten Druckkräfte auf der Zugseite des Scherkraftstabs und daher mit relativ grossem Abstand zur druckseitigen Betonoberfläche.
Ein Betonkörper mit einem erfindungsgemässen Scherkraftelement, ist vorteilhaft im Bereich um die Scherkraftelemente (40) durch eine Faserarmierung verstärkt. Durch die Faserarmierung kann sowohl die Zug- als auch die Druckfestigkeit des Betons erhöht werden.
Vorteilhaft ist der Betonkörper ein vorfabriziertes Element, und stehen Bewehrungen aus dem Element vor, mit welchen das Element mit einem vor Ort gegossenen Betonkörper eine Verbindung eingehen kann. Durch die Verwendung eines vorfabrizierten Elements kann die gesonderte Behandlung des Randbereichs eines Betonkörpers beim Giessen des Betonkörpers vermieden werden. Es braucht dadurch auf der Baustelle keine Überwachung der Faserzugabe in den Beton, mit welchem die Scherkraftelemente vergossen werden. Die Vorfabrikation erlaubt eine rationelle Herstellung der Randelemente unter garantierten Bedingungen für ihre Qualität.
Kurzbeschrieb der Figuren
Es zeigt:
Fig. 1
einen Schnitt durch ein dem Stand der Technik entsprechendes Scherkraftelement mit Bügeln aus Bewehrungsstahl,
Fig. 2
eine Seitenansicht des Scherkraftelements gemäss Figur 1,
Fig. 3
ein dem Stand der Technik entsprechendes Scherkraftelement mit einem Scherkraftbügel aus Flacheisen,
Fig. 4
eine perspektivische Skizze eines einfachen Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Fig. 5
eine perspektivische Skizze eines Scherkraftelements mit einer S-förmigen Doppelschlaufe,
Fig. 6
eine perspektivische Skizze eines Scherkraftelements mit einer S-Schlaufe, welche aus zwei gleichen Schlaufenelementen zusammengesetzt ist,
Fig. 7
eine Anordnung von zwei symmetrischen Scherkraftelementen in zwei benachbarten Plattenrändern,
Fig. 8
eine perspektivische Skizze eines Scherkraftelements mit zugeordneter zusätzlicher Bewehrung,
Fig. 9
ein Perspektivskizze eines symmetrischen Scherkraftelements mit Dorn,
Fig. 10
eine Perspektivskizze eines zum Scherkraftelement gemäss Figur 9 passenden Scherkraftelements mit Hülse,
Fig. 11
ein symmetrisches Scherkraftelement mit einem vorderen und einem hinteren Schlaufenelement,
Fig. 12
eine Variante zum Scherkraftelement nah Figur 11, bei welcher die vordere und die hintere Schlaufe aus einem Band gefertigt ist,
Fig. 13
ein Scherkraftelement mit zwei symmetrischen Schlaufenelementen, welche in einer Achterlinie geführt sind,
Fig. 14
einen Schnitt entlang der Linie X-X durch das Scherkraftelement gemäss Figur 13,
Fig. 15
eine Perspektivskizze eines Scherkraftelements mit einer bandförmigen Schlaufe, welche den Dorn flächig umfasst,
Fig. 16
eine Perspektivskizze eines Scherkraftelements mit einem um den Dorn geschlungenen Ringband,
Fig. 17
eine Perspektivskizze eines Scherkraftelements wie in Figur 16, jedoch mit umgekehrter Verdrehung des Ringbandes,
Fig. 18
eine Perspektivskizze eines Scherkraftelements mit aus einem Ringband geformter S-förmiger Doppelschlaufe.
Beschrieb der Ausführungsbeispiele
Die Figuren 1 bis 3 zeigen den Stand der Technik, welcher eingangs näher beschrieben ist. Von Figur 4 an sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, welche zum besseren Verständnis der Erfindung im Folgenden ausführlicher beschrieben werden.
Figur 4 zeigt ein Scherkraftelement 40a mit einem Scherkraftdorn 41a mit rechteckigem Querschnitt, auf welchen ein gebogenes Blechband 43a als Scherkraftbügel aufgesteckt ist. Das Blechband 43a weist einen an der Stirnseite zu platzierenden und am Dorn 41a befestigten ebenen Schenkelabschnitt 45a auf. Der Schenkelabschnitt 45a geht über in einen gebogenen Bogenabschnitt 47a, und dieser in einen zum Schenkelabschnitt 45a parallelen Schenkelabschnitt 49a. Dieser von der Betonstirnseite entfernte Abschnitt 49a des Blechbandes 43a ist mit dem Dorn 41a verbunden. Das Blechband 43a ist also mit dem Schenkelabschnitt 45a bei der Betonoberfläche und mit dem Schenkelabschnitt 49a im Innern des Betons mit dem Dorn 41a verbunden. Der Dorn 41a ragt über den in der Betonoberfläche zu platzierenden Abschnitt 45a hinaus, um eine Querkraft aufzunehmen bzw. abzugeben, und reicht deutlich hinter den Abschnitt 49a in den Betonbereich hinein. Am Schenkelabschnitt 49a sind zwei Ecken des Bandes 43a abgeschnitten und im Schenkelabschnitt 45a in den entsprechenden Ecken Löcher 51 vorgesehen, um das Scherkraftelement 40a durch diese Löcher 51 an einer Schalung fixieren zu können. Im Bogenabschnitt 47a des Bandes 43a sind auch Löcher 52 vorgesehen, damit unter dem Bogenabschnitt keine Luftblasen zurückbleiben, welche eine gute Kraftübertragung zwischen dem Bogenabschnitt 47a und dem Beton verhindern würden.
Wirkt nun eine Kraft in Richtung des Pfeils 53 auf den eingegossenen Dorn 41a, so entstehen Zugkräfte in den Schenkelabschnitten 45a und 49a, so dass der Bogenabschnitt 47a um den darin vorliegenden Betonkern gespannt wird. Dadurch entstehen symmetrische Druckkräfte im Betonkern, deren resultierender Vektor auf der Winkelhalbierenden zwischen den beiden Schenkelabschnitt 45a und 49a liegt. Im Beispiel von Figur 4 also parallel zu den beiden Schenkelabschnitten 45a und 49a und daher auch parallel zur Betonoberfläche.
Da die Einleitung der Kraft (Pfeil 53) und die Abtragung der Kraft auf den Beton mit Abstand zueinander geschehen, entsteht ein Drehmoment, welches den Dorn 41a im Gegenuhrzeigersinn verdrehen möchte. Da der Dorn nach hinten in den Beton hineinsteht, ist eine Solche Verdrehung verunmöglicht. Der Dorn trägt entsprechend eine Kraft in entgegengesetzter Richtung zur eingeführten Kraft (Pfeil 53) auf den Beton ab. Damit ein Gleichgewicht im Scherkraftelement 40a besteht, muss der Beton auf das darin eingegossene Ende des Dorns 41a ein dem eingeleiteten Moment (Kraft im Pfeil 53 multipliziert mit dem Abstand des Pfeils von der Mittelebene des Schlaufenelements 43a) entsprechendes Gegenmoment ausüben.
Nun können zur Übertragung dieses Gegenmoments beide in gegenseitigem Abstand auf den Dorn wirkenden Querkräfte mit einer Schlaufe 43a übertragen werden. Dazu ist lediglich am hinteren Ende des Dorns eine zweite Schlaufe 43a mit umgekehrter Ausrichtung aufzusetzen. Figur 5 zeigt ein Scherkraftelement 40b mit einer solchen Doppelschlaufe 43b auf einer Scherkraftscheibe 41b. Die Scherkraftscheibe 41b durchdringt die drei Schenkelabschnitte 45b,49b und 55b. Zwischen den Schenkelabschnitten 45b und 49b bzw. 49b und 55b sind Bogenabschnitte 47b bzw. 57b vorgesehen. Über diese Bogenabschnitte 47b,57b werden wieder erfindungsgemäss allein mit Zugkräften im Schlaufenelement 43b Druckkräfte auf den Beton ausgeübt. Der Schenkelabschnitt 49b ist leicht geneigt, d.h. sein Übergang zum vorderen Bogenabschnitt 47b ist näher an der Betonoberfläche, durch welche die Kraft eingeleitet wird, als sein Übergang zum hinteren Bogenabschnitt 57b. Bei einer kurzen Bauweise kann es auch zweckmässig sein, den mittleren Schenkelabschnitt 49b in die andere Richtung geneigt auszugestalten, so dass die Tiefe des Elementes 40b innerhalb des Betonkörpers kleiner ist als die Summe der Durchmesser der beiden Bogenabschnitte 47b und 57b.
Die Ausbildung des Scherkraftdorns als Scheibe 41b hat den Vorteil, dass der Dorn 41b in der Belastungsrichtung 53 sehr belastbar ist, und dass das Schlaufenelement 43b über lange, belastbare Schweissnähte 59 mit dem Dorn 41b verbindbar ist.
Die Doppelschlaufe 43b ist auch, wie in Figur 6 dargestellt, aus zwei unabhängigen Schlaufen 43c,43c' zusammensetzbar. Hier ist eine Hülse 42c durch zwei entgegengesetzt ausgerichtete Scherkraftbügel oder Schlaufen 43c,43c' hindurchgeführt, in welche Hülse 42c ein Scherkraftdorn einführbar ist.
Wie am Beispiel in Figur 7 dargestellt, werden die Scherkraftelemente 40d bzw. 40d' beispielsweise in zwei Betonplatten 10 und 10' eingegossen. Auf dem Scherkraftdorn 41d in der einen Platte 10 und auf der Scherkrafthülse 42d in der anderen Platte 10' sind je ein Schlaufenelement 43d angeordnet. Dabei sind die Schenkelabschnitte 45d der Schlaufenelemente 43d direkt auf beiden Seiten an der Fuge zwischen den beiden Platten 10,10' bzw. jeweils an der Stirnseite 11,11' der Platte angeordnet. Der Scherkraftdorn 41d überbrückt die Fuge und steckt in der Scherkrafthülse 42d.
Die Schlaufenelemente 43d sind im Beispiel symmetrisch ausgebildet, d.h. sie können in zwei zueinander entgegengesetzten Richtungen Scherkräfte aufnehmen, da sie beidseitig des Dorns 41d bzw. der Hülse 42d einen Bogenabschnitt 47d bzw. 48d aufweisen. Wird von der Platte 10 eine Scherkraft nach unten auf die unterstützte Platte 10' übertragen, werden die Bogenabschnitte 47d benützt, um die Kraft zu übertragen, für Kräfte in umgekehrter Richtung entsprechend die Bogenabschnitte 48d. Die symmetrischen Schlaufen 43d sind aus einem Band gebogen, so dass der Dorn 41d bzw. die Hülse 42d durch die beiden Bandenden 61 und 63 geführt ist und diese aneinander anliegen und allenfalls durch Schweissen oder Verkleben zusätzlich verbunden sind. Druckkräfte können im Schlaufenelement 43d wegen seiner bandartigen Ausgestaltung praktisch keine auftreten. Ein Absprengen von Betonteilen in der Nähe der druckseitigen Betonoberfläche sind deshalb nicht zu befürchten.
Figur 8 zeigt das Scherkraftelement 40d gemäss Figur 7 im Zusammenhang mit einer Bewehrung des Plattenrandes an einer Betonplattenecke. Der betonoberflächennahe Abschnitt 45d des Schlaufenelements 43d ist in der Stirnseite 11 bzw. in einem kleinen Abstand hinter der Stirnseite 11 angeordnet, wobei der Scherkraftdorn 41d senkrecht durch die Stirnfläche 11 hindurchreicht. Der Plattenrand ist mit U-förmigen Bügeln 64 armiert, deren Arme 66 nahe der oberen und der unteren Plattenoberfläche senkrecht zur Stirnfläche 11 ausgerichtet sind. Die Verbindung 68 der beiden Arme 66 oder Schenkel läuft parallel zur Richtung der in die Stirnfläche 11 einzuführenden Kraft 53. Senkrecht dazu sind weitere U-Bügel 64' zwischen die Arme der U-Bügel 64 eingeführt, deren Arme 66' innerhalb der Arme 66 parallel zur Stirnfläche 11 verlaufen. Die Verbindungen 68' der Bügelarme 66' sind an der zur Dornachse parallelen Stirnseite 12 jenseits der Ecke senkrecht ausgerichtet. Dadurch werden die am Plattenrand auftretenden und an der Unterseite der Platte nach unten gerichteten Druckkräfte mit der Armierung verteilt und an die obere Armierung gehängt. Allenfalls kann ein Armierungseisen durch die Schlaufen des Schlaufenelements 43d hindurch gestossen werden, um die durch die Schlaufe abgetragenen Kräfte im Beton seitwärts und/oder nach hinten zu verteilen.
Bevorzugt ist jedoch der Plattenrand mit Faserarmierung, d.h. durch Zugabe von Glas- oder Carbonfasern zur Betonmasse, verstärkt. So armierte Plattenstücke werden, wie in der Figur 19 dargestellt, vorteilhaft vorfabriziert und durch eine geeignete Armierung mit der Betonplatte verbunden.
Figur 9 und 10 zeigen symmetrische Schlaufenelement 43e und 43f, welche durch ein abgeflachtes Rohrstück gebildet sind. Das Scherkraftelement 40e in Figur 9 ist in das Scherkraftelement 40f in Figur 10 einführbar. Der Dorn 41e arbeitet mit der Hülse 42f zusammen. In den Schlaufenelementen 43e,f sind Löcher 51 vorgesehen, um die Scherkraftelemente an einer Schalung festzunageln. In den Bogenabschnitten 47e, 48e, 47f, 48f sind Löcher 52 eingearbeitet, damit der Innenraum innerhalb der Schlaufe 43e,f beim Einbetonieren ganz mit Beton gefüllt wird und keine Luftblasen an der Druckkräfte zu übertragen habenden Innenseite der Bogenabschnitte 47e,f,48e,f eingeschlossen werden. Die Löcher 51 für die Befestigung des Elements an der Schalung sind mit Vorteil an einer seitlich überstehenden Lasche 65 am Schenkelabschnitt 45f ausgebildet, damit sie gut zugänglich sind.
In Figur 11 ist ein symmetrisches Scherkraftelement 40g dargestellt mit zwei symmetrischen Schlaufenelementen 43g und 43g' hintereinander. Die Hülse 42g ist durch alle Schenkelabschnitte 45g,49g,49g',55g hindurchgeführt. Der Schenkelabschnitt 45g ist durch einen Platte 67 verstärkt. Diese Platte 67 liegt in der Stirnseite 11 einer Betonplatte 10. Durch die Platte 67 sind zudem die durch die Bogen der Bogenabschnitte 47g,48g bedingten zu Null auslaufenden Betongrate 69 zwischen der Betonoberfläche 11 und dem Bogenabschnitt 47g,48g geschützt. Diese Grate 69 übernehmen jedoch keine statische Funktion, sie dürften auch ausbrechen oder müssen gar nicht erst ausbetoniert werden. Da im stirnseitenfernen Schlaufenelement 43g' die kleineren Kräfte wirken als am stirnseitennahen Schlaufenelement 43g wirken, ist die Schlaufe 43g' aus einem dünneren Blechband gefertigt. Das einbetonierte Ende der Hülse 42g ist mit einem Deckel 71 verschlossen, damit kein Beton eindringen kann.
Eine symmetrische Doppelschleife kann, wie in Figur 12 gezeigt, aus einem einzigen Band gefertigt werden. Dieses beginnt mit einem Ende 61 beim Schenkelabschnitt 49h, geht mit einem Bogenabschnitt 47h in den an der Betonoberfläche zu platzierenden Schenkelabschnitt 45h über. Von da führt ein Bogenabschnitt 48h das Band wieder nach rückwärts. Der anschliessende Schenkelabschnitt 49h' verläuft hinter dem Bandende 61 hindurch, geht wieder in einem Bogenabschnitt 58h über in den hintersten Schenkelabschnitt 55h und von dort in einem erneuten Bogen 57h zurück in die Mitte mit den Schenkelabschnitten 49h,49h'. Die Hülse 42h passiert daher fünfmal das in einer Achterlinie geführte Band.
In Figur 13 und 14 ist ein Scherkraftelement 40i in einer Seitenansicht bzw. einem Schnitt entlang der Linie X-X in Figur 13 dargestellt. Beidseitig eines scheibenförmigen Scherkraftdorns 41i ist ein zu einer Acht gebogenes Band angeordnet. Die Bandenden 61,63 sind an einer in der Betonoberfläche zu platzierenden Platte 67 angeschweisst. Vom parallel zur Platte 67 nach oben weggehenden einen Bandende 61 geht das Band in einem Bogen 47i zurück zum Dorn 41i. Dabei wird es so verdreht, dass beim Passieren des Dorns 41i die Fläche 73 des Bandes parallel zur Seitenfläche 75 des scheibenförmigen Dorns 41i verläuft. Nach hinten weiterlaufend verdreht sich das Band in die entgegengesetzte Richtung, verläuft in einem Bogen 57i wieder zurück zum Dorn 41' um in einer analogen S-Schlaufe über die Bogen 58i und 48i zurück zur Platte 67 zu gelangen. Dadurch sind je zwei verbundene Bogenpaare 47i/57i bzw. 48i/58i gebildet, welche je ein entgegengesetztes Moment im Dorn 41i auf den Beton übertragen. Die Vektoren der im Beton auftretenden Druckkräfte sind in den Bogenabschnitten 47i und 48 leicht nach hinten, in den Bogenabschnitten 57i,58i leicht nach vorne gerichtet. Das Band ist an der den Dorn passierenden Stelle mit diesem, z.B. dank einer Verschweissung, verbunden. Damit das Band eine günstige Kurve beschreibt, kann es aus einem in gestreckter Form gekurvten oder sogar nicht ebenen Band gebogen sein.
Figur 15 zeigt eine perspektivische Skizze eines Scherkraftelements 40k mit einer Platte 67, daran einem Schlaufenelement 43k und einem runden Dorn 41k. Dabei ist das eine Ende 61 des Schlaufenelements 43k an der Platte 67 befestigt. Das andere Ende 63 ist geteilt und die beiden links und rechts des Dornes liegenden Flanken 77 des Schenkelabschnittes 49k sind schräg abgebogen, so dass sie auf einer zur Dornachse parallelen Linie am Dorn anliegen. Die beiden Teile sind anliegend um den Dorn 41k geführt. Die Flanken 77 sind miteinander entlang des Dornes verbunden. Das bandförmige Schlaufenelement umfasst mit seiner Fläche den Dorn, wodurch grössere Kräfte vom Dorn auf das Schlaufenelement übertragen werden können als wenn der Dorn lediglich durch eine Öffnung in der Fläche hindurch geführt ist.
In ähnlicher Weise sind die Schlaufenelemente 43m und 43n in den Scherkraftelementen 40m und 40n mit den Dornen 41m,n verbunden (Figuren 16 und 17). Eine geschlossene Bandschlaufe oder Ringschlaufe 43m,n ist um den stabförmigen Dorn 41m,n geschlungen und bildet zwei nebeneinander liegende, im Wesentlichen gleichgerichtete Bogenabschnitte 47m, bzw. 47n. Die Ringschlaufe 43m,n kann gegeneinander (Figur 16) oder auseinander (Figur 17) gedreht sein. Solche Befestigungen von Scherkraftelementen 40m,n sind auch für Schlaufenelemente 43m,n aus nichtmetallischen Rohstoffen sehr geeignet. So kann das Band aus einem Gewebe aus Glas- oder Carbonfasern bestehen, welche vorteilhaft in einem Harz eingebettet sind.
Das in Figur 18 dargestellte Scherkraftelement 40p weist einen Dorn 41p auf, um welchen eine Ringschlaufe 43p so geschlagen ist, dass die Schlaufe 43p in Betonoberflächennähe flächig am Dorn 41p anliegend unter dem Dorn 41p durchgeführt ist. Beidseitig des Dorn ist das Band des Schlaufenelements um 90 Grad verdreht und in einem Bogen 47p, wie um eine Rolle mit parallel zu der Plattenstirnseite ausgerichteter Achse gelegt, und wieder gegen die Dornachse zurückgeführt. Das Band 43p ist dann auf jeder Seite des Dorns 41p jeweils um zwei parallel zur Plattenstirnfläche gerichtete Stäbe geschlauft. Zuerst läuft das Band 43p unter einem Stab 81 hindurch, welcher Stab 81 unter dem Dorn am Dorn befestigt ist. Dann ist das Band 43p in einer S-Linie zurück nach oben und um einen Stab 83 geschlagen, welcher über dem Dorn 41p an diesem befestigt ist. Das Ringband 43p läuft danach parallel beidseits des Dorns 41p wieder nach unten und hinten, neben dem Dorn 41p vorbei, um unterhalb des Dorns 41p zwei sich entsprechende Bogenabschnitte 57p zu formen und schliesslich in sich um 90 Grad verdreht auf der Oberseite des Dorns 41p flächig aufliegend um den Dorn geführt zu sein. Das Umfahren von zwei Stäben 81,83 mit dem Band bewirkt, dass die Zugkräfte im Vorderen Schlaufenteil 47p nicht auf den hinteren Schlaufenteil 57p übertragen werden. Wäre das Band in der Mitte mit dem Dorn nicht verbunden, würden die Zugkräfte, welche im vorderen Bereich des Bandes auftreten auch auf den hinteren Teil des Bandes übertragen. Der Dorn wäre dadurch, modellhaft gesagt, nach unten parallel verschiebbar, d.h. es entstünden einerseits grössere Zugkräfte im hinteren Bogenbereich und andererseits grössere Druckkräfte vom Dorn auf den Beton.
Wirkt nun auf den eingegossenen Scherkraftdorn 41p eine Scherkraft in Pfeilrichtung 53, kommt sowohl hinten wie in Betonoberflächennähe Zug auf das Schlaufenelement 43p. Dieser wird über die auf der Dornoberfläche aufliegende Schlaufe auf das Band 43p übertragen und mit den Bogenabschnitten 47p und 57p jeweils auf den innerhalb der Schlaufe 47p,57p vorliegenden Beton abgetragen. Das Schlaufenelement 43p ist dabei ausnahmslos und auf der ganzen Länge auf Zug belastet. Biegekräfte können schon wegen seinen Abmessungen nicht übertragen werden. Der Beton im Innern der Bogenabschnitte 47p, 57p ist von drei Seiten gepresst. Die dreidimensionale Pressung erlaubt einen erhöhten lokalen Druck.
Figur 19 zeigt ein vorfabriziertes Randelement 10'' mit einer Anzahl von Scherkraftelementen, von denen lediglich die aus der Stirnfläche 11 herausragenden Teile der Scherkraftdorne 41 sichtbar sind. An den Seiten, welche mit Ortbeton vergossen werden, stehen Bewehrungen 85 vor. Diese Bewehrungen sind zum einen Teil im Betonkörper 10'' eingegossen und werden zum andern Teil, nachdem das Element 10'' versetzt ist, mit der Armierung in der angrenzenden Platte verbunden und in Ortbeton eingegossen.

Claims (16)

  1. Verfahren zur Einleitung von Scherkräften (Pfeil 53) in einen Betonkörper (10,10'), insbesondere über die Stirnseite (11,11') einer Betonplatte, bei welcher die Kraft (53) von einem axial ausgedehnten Scherkraftstab (41a,b,d,e,i,k,m,n,42c,d,f,g,h), z.B. von einem Scherkraftdorn (41a,b,d,e,i,k,m,n) oder einer Hülse (42c,d,f,g,h) um den Scherkraftdorn, aufgenommen wird, von diesem mit einem mit dem Scherkraftstab (41,42) an wenigstens einer betonoberflächennahen und einer betonoberflächenfernen Stelle verbundenen Scherkraftbügel (43a-p) vom Scherkraftstab (41,42) abgeleitet und auf den Beton (10,10') übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Bügel (43) derart um einen einen Teil des Betonkörpers bildenden Betonkern gespannt wird, dass im Bügel (43a-p) im Wesentlichen allein Zugkräfte entstehen.
  2. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der, vorzugsweise flächige, Bügel (43a-p) in einem Bogen um den Betonkern gespannt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster mit dem Scherkraftstab (41,42) verbundener Bügel (43c,g) oder Bügelabschnitt (47b,h,i,p) um einen betonoberflächennahen Betonkern und ein zweiter mit dem Scherkraftstab (41,42) verbundener Bügel (43c',43g') oder Bügelabschnitt (57b,h,i,p) mit entgegengesetzter Wirkrichtung um einen betonoberflächenfernen Betonkern gespannt wird.
  4. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem die im Betonkern auftretenden Spannungen mit einer zusätzlichen Bewehrung im Beton verteilt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungen mit einer Faserarmierung im Beton verteilt werden.
  5. Element (31,40a-p) zur Einleitung von Scherkräften (25,53) in einen Betonkörper (10,10'), insbesondere über die Stirnseite (11,11',11'') einer Betonplatte, mit einem axialen Scherkraftstab (19,32,41a,b,d,e,i,k,m,n,42c,d,f,g,h), z.B. von einem Scherkraftdorn (19,32,41a,b,d,e,i,k,m,n) oder einer Hülse (42c,d,f,g,h) um den Scherkraftdorn, und mit einem wenigstens an einer betonoberflächennahen und einer betonoberflächenfernen Stelle am Scherkraftstab (19,32,41,42) befestigten Scherkraftbügel (15,33/35,43a-p), zur Übertragung von Scherkraft auf den Beton, dadurch gekennzeichnet, dass der Bügel ein Schlaufenelement (43) ist, dessen am Scherkraftstab befestigten Abschnitte (45,49,55) in einem Abstand zum Scherkraftstab (41,42) durch einen Bogenabschnitt (47,48,57,58) verbunden sind.
  6. Element nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlaufenelement (43) unter den bei Belastung auftretenden Kräften so flexibel ist, dass es im Wesentlichen allein Zugkräfte aufnimmt.
  7. Element nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlaufenelement (43a-p,43g') einen im Wesentlichen symmetrischen Bogenabschnitt (47,48,57,58), z.B. etwa einen Kreis-, Ellipsen- oder Parabelbogenabschnitt, aufweist.
  8. Element nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlaufenelement (43) im Bereich des Bogenabschnitts (47,48,57,58) ein gebogenes Flächenelement aufweist.
  9. Element nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlaufenelement (43a-p) aus einem Band geformt ist, welches relativ zur Dicke eine grosse Breite aufweist.
  10. Element nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Bogenabschnitt (47i-p,48i,57i,p,58i) im Wesentlichen um eine Achse parallel zur Betonoberfläche (11) gebogen ist, und dass wenigsten einer der mit dem Scherkraftstab (41,52) verbundenen Abschnitte (45 m-p,49i-n,55p) des Schlaufenelements derart abgebogen oder verdreht ist, dass der abgebogene oder verdrehte Teil (45 m-p,49i-n,55p) entlang einer Linie parallel zur Scherkraftstabachse den Scherkraftstab (41i-p) berührt.
  11. Element nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden am Scherkraftstab (41,42) befestigten Abschnitte (45a,c,d,g,h,49ac,d,g,h) eines Schlaufenelements praktisch parallel verlaufen.
  12. Element nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlaufenelement symmetrisch bezüglich der Scherkraftstabachse ausgebildet ist, so dass mit dem Scherkraftelement Scherkräfte in zwei zueinander entgegengesetzten Richtungen in den Beton einleitbar sind.
  13. Element nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Scherkraftstab (41a,b,d,e,i-p,42c,d,f,g,h) einen in den Beton hineinreichenden Bereich aufweist, welcher etwa doppelt so lang ist wie der Abstand zwischen den beiden Befestigungsstellen des Schlaufenelements am Scherkraftstab, gegebenenfalls den beiden der Betonoberfläche näheren Befestigungsstellen.
  14. Element nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass rückwärtig des betonoberflächennahen Bogenabschnitts (47 bzw. 48) ein Bogenabschnitt (57 bzw. 58) angeordnet ist, welcher in der entgegengesetzten Richtung ausgerichtet ist.
  15. Element nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der parallel zur Scherkraftstabachse liegende Durchmesser des Bogenabschnitts (45 m-p,49i-n,55p) kleiner ist als der Abstand der entferntesten Stelle des Bogenabschnitts (45 m-p,49i-n,55p) vom Scherkraftstab (41,42).
  16. Betonkörper (10,10', 10'') mit einem Element (40) nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Betonkörper ein vorfabriziertes Element (10'') ist, welches vorzugsweise mit Faserarmierung verstärkt ist, und dass Bewehrungen (81) aus dem Element vorstehen, mit welchen das Element mit einem vor Ort gegossenen Betonkörper eine Verbindung eingehen kann.
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