EP0947640A2 - Bewehrung mit hochfestem Verbund - Google Patents

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EP0947640A2
EP0947640A2 EP99106414A EP99106414A EP0947640A2 EP 0947640 A2 EP0947640 A2 EP 0947640A2 EP 99106414 A EP99106414 A EP 99106414A EP 99106414 A EP99106414 A EP 99106414A EP 0947640 A2 EP0947640 A2 EP 0947640A2
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EP
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anchoring elements
reinforcement
section
anchoring
elements
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Richard Prof. Dr.-Ing. Rojek
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    • 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
    • E04B1/003—Balconies; Decks
    • E04B1/0038—Anchoring devices specially adapted therefor with means for preventing cold bridging
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B5/00—Floors; Floor construction with regard to insulation; Connections specially adapted therefor
    • E04B5/43—Floor structures of extraordinary design; Features relating to the elastic stability; Floor structures specially designed for resting on columns only, e.g. mushroom floors
    • 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
    • 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
    • E04C5/06—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

Definitions

  • the invention relates to structural elements for the reinforcement of steel, prestressed and fiber concrete constructions, which is characterized by a previously unavailable distinguish high-strength bond with the concrete. You can choose to do so be that for the highly concentrated introduction of tensile or compressive forces can be used or with a consistently high-strength bond between Reinforcement and concrete in relevant areas of application too essential result in better load-bearing behavior than conventional constructions.
  • anchor plates have been arranged in practice as a special solution, welded at the end of the bar perpendicular to the axis of the bar or disc-shaped Head thickening trained. The latter are u. a. known from EP 0495 334 B1 and DE 195 48 685 C1.
  • the object of the present invention is therefore reinforcements or to develop anchoring elements that have a high-strength bond ensure and thereby for the practically slip-free power transmission both require a length that is as short as possible, as well as one in relation to the core cross section Use the smallest possible gross cross-sectional area.
  • rod-shaped reinforcements any cross-section of suitable material depending on the application either local or continuous with several ring or disc-shaped or spiral composite elements are provided, the flat or curved limited cross-sectional areas corresponding to rectangular or inclined the bar axes are arranged and opposite the bar-shaped reinforcement additional application areas that are not laterally limited due to the ring or spiral shape represent.
  • the depth of the application areas is chosen to be significantly larger than, for example, screw threads, by contrast Steel to take into account the lower compressive strength of the concrete.
  • the ratio of outer diameter to core diameter is therefore in the present Case about between 1.3 and 2.0.
  • the distance between the anchoring elements is - measured at the outer edge - about 1 to 10 times as large as its protrusion compared to the core cross section.
  • Spiral anchoring elements are inclined approximately between 45 ° and 75 ° with respect to the rod axis.
  • the protruding area required for the application of force decreases inversely proportionately with the number of anchoring elements. If, for example, five elements are arranged, the protruding areas only have to be one to two times as large as the core cross section. At the same time, however, the gross cross-sectional area of the reinforcement presented here can also be compared to known solutions single-storey "anchoring elements can be reduced by about 70% in this example. Depending on the design variant, four to five anchoring elements can, in the best case, be arranged over a length that only corresponds to approximately twice the core diameter of the reinforcement.
  • the reinforcement preferably has a circular core cross section and is therefore essentially stressed by normal forces; Lateral forces and bending moments are only recorded and forwarded on a subordinate scale.
  • the rotationally symmetrical or helical design of the elements leads to considerable advantages in load-bearing behavior for this area of application and for manufacturing.
  • the reinforcement according to the invention is used for highly concentrated force application , it is sufficient to separate sections of the reinforcement - preferably the end areas - to be equipped with anchoring elements. However, this has the disadvantage that the respective reinforcement is usually for the corresponding Required length of reinforcement must be produced.
  • the manufacture of the reinforcement described here can be greatly simplified if the anchoring elements not only in individual areas, but can be arranged along the entire anchor length.
  • the reinforcement regardless of the required individual lengths, initially in large lengths getting produced. Of these prefabricated lengths, the required ones are made Single lengths simply cut off. This can reduce manufacturing costs be designed extremely cheap.
  • Another very important advantage of the reinforcement according to the invention exists in the fact that with their help the load-bearing behavior of the concrete structures is often essential can be better adapted to those in the non-cracked state than with reinforcements, which are only equipped with conventional ribs and / or end anchorages are. For example, the absorption of compressive stresses entirely can be increased significantly if the associated transverse strains with the help of reinforcement according to the invention can be prevented.
  • the training according to the invention thus leads to reinforcement, on the one hand the introduction of force from tensile or compressive bars into the concrete or in other media with extremely short lengths and at the same time minimal gross cross-sectional area enables and on the other hand with continuously existing anchoring elements the described, additional increase in load capacity offers.
  • the excellent bond behavior enables for the invention Reinforcement further optimization through the use of high-strength materials.
  • FIGS 1 to 7 show different variants of the reinforcement according to the invention.
  • each of which has a load-bearing core cross section 1 and several load-bearing or -releasing, non-positively with the core cross-section connected anchoring elements (2 - 8) can be any many more forms will be developed.
  • the anchor shown in Figure 1 is in each case at the two ends with several Anchoring elements 2 equipped. With this variant, one can already be optimal small gross cross-sectional area of the reinforcement according to the invention is reached become.
  • the anchoring elements 3 have the same shape as those in Figure 1, but they are arranged here throughout. Thereby the production and the entire logistics are simplified compared to that in the Figure 1 shown quite considerably, because it is not in this form have to be manufactured in the dimensions of the individual application, but rather long bars can be produced, of which the Reinforcing bars can be cut to length for the individual application.
  • the reinforcement according to the invention shown in FIG. 3 differs from the previous one in that the continuously arranged anchoring elements 4 form a continuous spiral.
  • the difference is in the load-bearing capacity negligible compared to the annular arrangement.
  • this variant leads to a further improvement, since it can be produced more cheaply by rolling or rolling than the previous ones.
  • higher strengths of the reinforcement can also be used can be achieved than, for example, with machining production.
  • Deviating from The representation in FIG. 3 can show the cross-sectional shape of the anchoring elements 4 preferably also with instead of the drawn flat boundary surfaces rounded throats are formed. In addition to the further simplified production this also leads to an increase in the fatigue strength of the completed reinforcement.
  • the reinforcement according to the invention shown in FIG. 4 corresponds hence the shape of the cylindrical screws that are widely used in mechanical engineering.
  • the screw 5 is not necessarily delimited by sharp edges must be, but rather by rounding the screw cross-section the advantages already mentioned can be achieved.
  • the difference in load capacity should be on the other hand, be negligibly small in most applications.
  • the variants shown in FIGS. 5 to 7 differ from the previous ones in that the anchoring elements subsequently on the core cross section the reinforcement bars are positively applied. Analogous the anchoring elements can also be added to the previously presented variants this manufacturing process can only be provided as a final anchor (Anchoring elements 6 and 7 in Figures 5 and 6) or with those already mentioned Advantages are arranged continuously in a spiral (anchoring element 8 in Figure 7). The spiral-shaped anchoring elements also apply here (7 and 8) offer cheaper manufacturing options. Otherwise apply the arguments already given for the different variants analogously.
  • the cut surfaces of the anchor 1 and the anchoring element 7 on End to be connected by an end plate 9. This can ensure be that the anchoring element to the anchor end in full is available for force absorption.
  • FIGS. 5 to 7 can be comparatively inexpensive be produced with an automatic welding machine using the fusion welding process. Since the anchoring elements are able due to their ring or spiral shape, Carding moments into balance solely through their resistance to torsion bring, their connection with the core cross-section must only be that from the load the resulting shear stresses. Because of this extremely beneficial The load-bearing behavior of the reinforcement according to the invention is sufficient if the anchoring elements z. B. via contact welding with the core cross section get connected. Fillet welds for the transfer of carding moments are not mandatory.
  • the reinforcement according to the invention with a high-strength composite offers a particularly advantageous application in securing flat slabs against punching through. That with the descriptive term Punching "described failure of flat ceilings in the area of the supports can be interpreted as a crack fracture due to very large, biaxial, inclined compressive stresses.
  • FIGS. 8 and 9 are used according to the invention for securing against thrust Reinforcements with continuous high-strength composite are installed the harmful transverse strains prevented and the frustoconical Printing area can take significantly higher loads.
  • FIG. 8 shows a partial cross section through a flat ceiling 10 Area of a column 11.
  • the shear reinforcement consists of the invention Reinforcements 12 a - c with composite elements 13, the groups with a Beams 14 are assembled into a shear reinforcement unit, thereby installed particularly easily and with reliable securing of the required position can be.
  • Anchor between a network of bending reinforcement due to the much smaller Gross cross-sectional area is considerably easier and therefore cheaper.
  • On the displaceably formed connection of the anchors 12 a - c with the carrier 14 will be dispensed with in numerous applications due to this simplification can, which can make the costs even cheaper.
  • FIG. 9 shows the group arrangement of the shear reinforcement unit according to FIG Figure 8 in plan view. Because of the small space requirement of the inventive Punching anchors are slidable in numerous applications trained connection of the armature 12 with the carrier 14 can be omitted, whereby the costs can be made even cheaper. Are accordingly the anchors 12 a and 12 b in FIG. 9, for example by welding connections 16 firmly connected to the carrier 14, while the anchor 12 c with With the aid of a suitable connecting element 17 within the carrier opening 18 can, if necessary, be moved to the one previously installed Reinforcement 19 to be able to avoid.
  • FIG. 10 shows the as one of numerous other possible uses Forming push bars 21, as used in most shear forces Steel and prestressed concrete components are required, which here with the help of the extreme Space-saving anchors 22 according to the invention formed as an open bracket are. This is always an advantage if the otherwise usual closed bracket would complicate the installation of the remaining reinforcement.
  • FIG. 11 shows a section of a reinforced concrete cantilever plate 23 in cross section shown, which protrudes from the thermal insulation of the building facade 24 and therefore from the subsequent reinforced concrete slab 25 through an insulation layer 26 is thermally separated.
  • the support shear forces have to as well as the bending tensile and compressive forces with a corresponding construction be passed over the insulation joint.
  • both the bending tensile forces occurring above are as the bending pressure forces which are effective at the bottom are also extremely advantageous due to the invention
  • Anchor rods 27 and 29 with evenly distributed anchoring elements are equipped in the form 28 or 30, added, via the Insulated joint passed and reintroduced there.
  • the anchoring elements 28, 30 have a circular cross section in the present case and are thus like a thicker wire is attached to the anchor rods with an adhesive connection.
  • the joint carriers can be compared to all previously available on the market Systems are extremely short, without additional Welded connections or precise connections with the reinforced concrete reinforcement become necessary. There are very significant advantages for the manufacture, Logistics and the installation of such support elements.
  • the diagonal rods 31 required for the transverse force transmission are exemplary in the shown embodiment variant on its load-bearing, lower Welded end to the pressure rod 29. You will do this beforehand by hot bending adapted on both sides to the cross-sectional shape of the compression rod. Through this shape it is possible that the transverse forces are absorbed on the upper side of the pressure rod 29 and be introduced directly into the diagonals 31. The lateral force absorption is guaranteed with the least possible material expenditure. Conversely allowed the chosen assignment of the diagonals to the pressure bar that the diagonals in turn absorb significant portions of the bending compressive stress to be absorbed and forward it to the pressure rod. As a result, there are fewer or none additional anchoring elements 30 at the left, load-bearing end of the Pressure rod required.

Abstract

Es werden Bauelemente zur Bewehrung von Stahl-, Spann- und Faserbetonkonstruktionen vorgeschlagen, die sich durch einen bislang nicht zur Verfügung stehenden hochfesten Verbund mit dem Beton auszeichnen. Hierzu sind stabförmige Bewehrungen (1) beliebigen Querschnitts aus geeignetem Werkstoff vorgesehen, die je nach Anwendungsfall entweder örtlich begrenzt oder durchgehend mit mehreren ring- oder scheibenförmigen oder spiralförmigen Verbundelementen (2) versehen werden, deren eben oder gekrümmt begrenzte Querschnittsflächen entsprechend rechtwinklig oder geneigt zu den Stabachsen angeordnet sind und die gegenüber der stabförmigen Bewehrung (1) zusätzliche, seitlich nicht begrenzte Auftragsflächen darstellen. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft Bauelemente zur Bewehrung von Stahl-, Spann- und Faserbetonkonstruktionen, die sich durch einen bislang nicht zur Verfügung stehenden hochfesten Verbund mit dem Beton auszeichnen. Sie können wahlweise so ausgebildet werden, daß sie zur hochkonzentrierten Einleitung von Zug- oder Druckkräften verwendet werden können oder aber mit durchgehend hochfestem Verbund zwischen Bewehrung und Beton in entsprechenden Anwendungsbereichen zu wesentlich besserem Tragverhalten führen als herkömmliche Konstruktionen.
Die heute übliche Standardlösung zur Verstärkung des Betons bezüglich der Aufnahme von Zug- oder Druckspannungen besteht aus gerippten Bewehrungsstäben. Der Verbund dieser Stäbe mit dem Beton wird hauptsächlich durch Rippen oder Kerben gewährleistet, deren Profilhöhen weniger als 10 % des Stabdurchmessers erreichen. Dieser Verbund ist aber vergleichsweise schwach: Wenn im Bereich solcher Stäbe Zugspannungen die Betonzugfestigkeit erreichen und der Bewehrungsstab nach dem entstehenden Riß die entsprechende Zugkraft übernimmt, wird der Verbund zwischen Bewehrung und Beton auf eine gewisse Länge neben den Rißufern zerstört. Die Dehnungen des Bewehrungsstabes summieren sich dadurch zu mehr oder weniger großen Rißweiten auf. In bestimmten Fällen, wie z. B. Querzugspannungen infolge großer Druckkräfte, wird dadurch die Tragfähigkeit der Stahlbetonkonstruktion entscheidend begrenzt.
Die häufigste Art der Ausbildung von Zug- oder Druckkraftverankerungen in Stahl- und Spannbetonkonstruktionen besteht in der Anordnung der sogenannten Verankerungslängen für gerippte Bewehrungsstäbe, die nach DIN 1045 oder ENV DIN 1992-1 auszubilden sind. Diese Verankerungslängen haben den Nachteil, daß für die Einleitung der Kräfte insbesondere bei geraden Stäben aufgrund des vergleichsweise schwachen Verbundes relativ große Längen erforderlich sind. Sie betragen für die gerippten Stäbe beim gebräuchlichsten Beton etwa das Vierzigfache der Stabdurchmesser.
Kürzere Verankerungslängen können erreicht werden, wenn zur Verankerung herkömmliche Gewindestäbe verwendet werden. Aus der Anwendung als Verbunddübel ist bekannt, daß die Verankerungslänge bei dieser Ausbildung etwa zehnmal so lang sein muß wie der Stabdurchmesser.
Für den Fall, daß die für derartige Verankerungen erforderlichen Längen nicht zur Verfügung stehen oder aus irgendwelchen Gründen stark verkürzt werden sollen, werden bislang in der Praxis als Sonderlösung entweder Ankerplatten angeordnet, die am Stabende rechtwinklig zur Stabachse angeschweißt werden oder scheibenförmige Kopfverdickungen ausgebildet. Letztere sind u. a. bekannt aus EP 0495 334 B1 und DE 195 48 685 C1.
Aufgrund der Festigkeitsunterschiede zwischen den Ankern und dem Beton müssen die Überstandsflächen für die Verankerung in diesen Fällen ca. acht- bis zehnmal so groß sein wie der Ankerquerschnitt. Dadurch wird die Anwendbarkeit dieser Lösung aber u. a. stark eingeschränkt, wenn bei nur wenige Zentimeter von der Betonoberfläche entfernt angeordneten Ankerstäben kein ausreichender Platz für Ankerplatten zur Verfügung steht oder die Ankerköpfe in ein bereits vorhandenes Bewehrungsnetz einzubauen sind.
Hiervon ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Bewehrungen bzw. Verankerungselemente zu entwickeln, die einen hochfesten Verbund gewährleisten und dadurch für die praktisch schlupffreie Kraftübertragung sowohl eine möglichst kurze Länge benötigen als auch eine im Verhältnis zum Kernquerschnitt möglichst kleine Bruttoquerschnittsfläche in Anspruch nehmen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß stabförmige Bewehrungen beliebigen Querschnitts aus geeignetem Werkstoff je nach Anwendungsfall entweder örtlich begrenzt oder durchgehend mit mehreren ring- oder scheibenförmigen oder spiralförmigen Verbundelementen versehen werden, deren eben oder gekrümmt begrenzte Querschnittsflächen entsprechend rechtwinklig oder geneigt zu den Stabachsen angeordnet sind und die gegenüber der stabförmigen Bewehrung zusätzliche, infolge der Ring- oder Spiralform seitlich nicht begrenzte Auftragsflächen darstellen.
Um das oben beschriebene Optimum von Bewehrungsdurchmesser und Verankerungslänge zu erreichen, ist es erforderlich, daß die Tiefe der Auftragsflächen deutlich größer gewählt wird als beispielsweise bei Schraubgewinden, um der gegenüber Stahl geringeren Druckfestigkeit des Betons Rechnung zu tragen. Das Verhältnis von Außendurchmesser zu Kerndurchmesser liegt daher im vorliegenden Fall etwa zwischen 1,3 und 2,0. Der Abstand zwischen den Verankerungselementen ist - am äußeren Rand gemessen - etwa 1 bis 10 mal so groß wie deren Überstand gegenüber dem Kernquerschnitt. Spiralförmige Verankerungselemente sind gegenüber der Stabachse etwa zwischen 45 ° und 75 ° geneigt.
Für die weit überwiegenden Anwendungsfälle nimmt die zur Krafteinleitung erforderliche Überstandsfläche mit der Anzahl der Verankerungselemente etwa umgekehrt proportional ab. Werden beispielsweise fünf Elemente angeordnet, müssen die Überstandsflächen nur noch ein- bis zweimal so groß sein wie der Kernquerschnitt. Gleichzeitig kann jedoch die Bruttoquerschnittsfläche der hier vorgestellten Bewehrung gegenüber bekannten Lösungen mit
Figure 00030001
eingeschossigen" Verankerungselementen bei diesem Beispiel um ca. 70 % verringert werden. Vier bis fünf Verankerungselemente können - je nach Ausführungsvariante - im günstigsten Fall auf einer Länge angeordnet werden, die nur etwa dem zweifachen Kerndurchmesser der Bewehrung entspricht. Die hier vorgestellte Lösung gewährleistet somit eine hochkonzentrierte Kraftübertragung zwischen Beton und Bewehrung bei minimaler Bruttoquerschnittsfläche der Bewehrung. Dennoch können Kräfte, die quer zur Stabachse in den Beton geleitet werden müssen, besser übertragen werden als bei eingeschossigen Verankerungselementen, da bei den erfindungsgemäßen Verankerungselementen für diese Richtung stets größere Kraftübertragungsflächen zur Verfügung stehen.
Da die Abmessungen der Verankerungselemente durch die auf sie einwirkenden Betonspannungen bestimmt werden, können sie - bei entsprechender Herstellungsmethode - aus einem Material geringerer Festigkeit als das des Kernquerschnitts bestehen.
Die Bewehrung weist vorzugsweise einen kreisförmigen Kernquerschnitt auf und wird daher im wesentlichen durch Normalkräfte beansprucht; Querkräfte sowie Biegemomente werden nur in untergeordneter Größenordnung aufgenommen und weitergeleitet. Die rotationssymmetrische bzw. wendelartige Ausbildung der Elemente führt für diesen Anwendungsbereich zu ganz erheblichen Vorteilen im Tragverhalten und für die Herstellung.
Der ganz wesentliche Vorteil für das Tragverhalten der ring-, spiral- oder scheibenförmigen Ausbildung der Verankerungselemente ergibt sich aus folgendem Zusammenhang: Die aus den parallel zur Stabachse auf ihre Fläche einwirkenden Lasten resultierenden Krempelmomente erhalten durch die Verankerungselemente selbst infolge der sich einstellenden Tangentialmomente unmittelbar ein Gleichgewicht. In der Nahtstelle zum Kernquerschnitt der Stäbe müssen deshalb ausschließlich Schubspannungen übertragen werden. Dies eröffnet - wie weiter unten anhand von Beispielen gezeigt wird - ganz besonders günstige Herstellmöglichkeiten für die erfindungsgemäße Bewehrung.
Soll die erfindungsgemäße Bewehrung zur hochkonzentrierten Krafteinleitung verwendet werden, reicht es aus, einzelne Abschnitte der Bewehrung - vorzugsweise die Endbereiche - mit Verankerungselementen auszustatten. Dies hat allerdings den Nachteil, daß die jeweilige Bewehrung in der Regel für die im entsprechenden Anwendungsfall erforderliche Bewehrungslänge hergestellt werden muß.
Dagegen kann die Herstellung der hier beschriebenen Bewehrung stark vereinfacht werden, wenn die Verankerungselemente nicht nur in Einzelbereichen, sondern entlang der gesamten Ankerlänge angeordnet werden. In diesem Fall kann die Bewehrung unabhängig von den erforderlichen Einzellängen zunächst in großen Längen hergestellt werden. Von diesen vorgefertigten Längen werden die jeweils erforderlichen Einzellängen einfach abgeschnitten. Dadurch können die Herstellungskosten extrem günstig gestaltet werden.
Die durchgehende Anordnung von Verankerungselementen bringt weiterhin einen ganz erheblichen Vorteil für das Tragverhalten der Bewehrung: Sie führen entlang der gesamten Stablänge zu einem hochfesten Verbund zwischen Bewehrung und Beton. Dadurch können einerseits praktisch schlupffreie Lasteinleitungen erreicht werden. Andererseits können sich im Beton nach Überschreiten der Betonzugfestigkeit rechtwinklig zur Bewehrung nur ganz geringe Rißbreiten entwickeln, was sowohl für die Dauerhaftigkeit als auch die Tragfähigkeit der Konstruktion vorteilhaft ist.
Das sehr gute Verbundverhalten in Verbindung mit den dadurch gewährleisteten geringen Rißbreiten bildet weiterhin die Grundlage dafür, daß die erfindungsgemässe Bewehrung ohne weiteres mit deutlich höheren Festigkeiten als der heute übliche Betonstahl ausgeführt werden kann, was zu noch kleineren Bruttoquerschnitten und dadurch noch besseren Einbaubedingungen und günstigeren Kosten führt.
Ein weiterer, sehr wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Bewehrung besteht darin, daß mit ihrer Hilfe das Tragverhalten der Betonkonstruktionen häufig wesentlich besser demjenigen im ungerissenen Zustand angepaßt werden kann als mit Bewehrungen, die nur mit herkömmlichen Rippen und / oder Endverankerungen ausgestattet sind. So kann beispielsweise die Aufnahme von Druckspannungen ganz erheblich gesteigert werden, wenn die zugehörigen Querdehnungen mit Hilfe der erfindungsgemäßen Bewehrung verhindert werden.
Die erfindungsgemäße Ausbildung führt somit zu einer Bewehrung, die einerseits die Krafteinleitung aus zug- oder druckbeanspruchten Stäben in den Beton oder in andere Medien mit extrem kurzen Längen bei gleichzeitig minimaler Bruttoquerschnittsfläche ermöglicht und andererseits bei durchgehend vorhandenen Verankerungselementen die beschriebene, zusätzliche Erhöhung der Tragfähigkeit bietet. Dadurch ergeben sich für viele Anwendungsfälle erhebliche konstruktive und wirtschaftliche Vorteile. Wesentlich ist dabei u. a. auch die aufgrund der kleinen Kraftübertragungsflächen mögliche Ausnutzung vergleichsweise großer Betondruckspannungen. Das hervorragende Verbundverhalten ermöglicht für die erfindungsgemäße Bewehrung eine weitere Optimierung durch den Einsatz hochfester Materialien.
Nachstehend werden einige mögliche Ausführungs- und Anwendungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen naher erläutert. Hierbei zeigen:
Figur 1
eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Bewehrung, bei der an jedem Ende jeweils mehrere Verankerungselemente ohne Zwischenabstand angeordnet sind,
Figur 2
eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Bewehrung, bei der ringförmige Verankerungselemente durchgehend ohne Zwischenabstand auf die gesamte Ankerlänge angeordnet sind,
Figur 3
eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Bewehrung, bei der die Verankerungselemente durchgehend ohne Zwischenabstand auf die gesamte Ankerlänge spiralförmig angeordnet sind,
Figur 4
eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Bewehrung, bei der die Verankerungselemente spiralförmig mit Abstand untereinander auf die gesamte Ankerlänge angeordnet sind,
Figur 5
eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Bewehrung, bei der an jedem Ende jeweils vier ringförmige Verankerungselemente mit Abstand zueinander aufgeschweißt sind,
Figur 6
eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Bewehrung, bei der die Verankerungselemente an den Ankerenden spiralförmig mit Abstand untereinander aufgeschweißt sind,
Figur 7
eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Bewehrung, bei der die Verankerungselemente durchgehend spiralförmig mit Abstand untereinander auf die gesamte Ankerlänge aufgeschweißt sind,
Figur 8
eine Seitenansicht von erfindungsgemäßen Bewehrungselementen, die zu einer Schubbewehrungseinheit zusammengefügt sind,
Figur 9
eine Draufsicht auf die erfindungsgemäßen Bewehrungselemente gemäß Figur 8,
Figur 10
eine Seitenansicht eines Schubbügels, der mit erfindungsgemäßen Verankerungselementen ausgestattet ist und
Figur 11
die Seitenansicht einer Konstruktion mit erfindungsgemäßen Verankerungselementen, die Querkräfte und Biegemomente einer Kragplatte aufnehmen und weiterleiten kann.
Die Figuren 1 bis 7 zeigen verschiedene Varianten der erfindungsgemäßen Bewehrung. Aus diesen Grundformen, die jeweils aus einem tragenden Kernquerschnitt 1 und mehreren lastaufnehmenden bzw. -abgebenden, kraftschlüssig mit dem Kernquerschnitt verbundenen Verankerungselementen (2 - 8) bestehen, können beliebig viele weitere Formen entwickelt werden.
Der in der Figur 1 dargestellte Anker ist jeweils an den beiden Enden mit mehreren Verankerungselementen 2 ausgestattet. Mit dieser Variante kann bereits eine optimal kleine Bruttoquerschnittsfläche der erfindungsgemäßen Bewehrung erreicht werden.
In der Figur 2 haben die Verankerungselemente 3 zwar die gleiche Form wie diejenigen in der Figur 1, sie sind hier allerdings durchgehend angeordnet. Dadurch vereinfachen sich die Herstellung und die gesamte Logistik gegenüber der in der Figur 1 dargestellten Variante ganz erheblich, weil sie in dieser Form nun nicht mehr in den Abmessungen des einzelnen Anwendungsfalls hergestellt werden müssen, sondern vielmehr lange Stangen produziert werden können, von denen die Bewehrungsstäbe für den einzelnen Anwendungsfall abgelängt werden können.
Die in der Figur 3 dargestellte erfindungsgemäße Bewehrung unterscheidet sich von der vorhergehenden dadurch, daß die durchgehend angeordneten Verankerungselemente 4 eine durchgehende Spirale bilden. Für die Tragfähigkeit ist der Unterschied gegenüber der ringförmigen Anordnung vernachlässigbar. Wirtschaftlich gesehen führt diese Variante jedoch zu einer weitergehenden Verbesserung, da sie durch Walzen oder Rollen kostengünstiger herstellt werden kann als die vorhergehenden. Bei dieser Herstellvariante können auch höhere Festigkeiten der Bewehrung erreicht werden als beispielsweise bei spanender Produktion. Abweichend von der Darstellung in der Figur 3 kann die Querschnittsform der Verankerungselemente 4 anstelle der gezeichneten ebenen Begrenzungsflächen vorzugsweise auch mit ausgerundeten Kehlen ausgebildet werden. Neben der weiter vereinfachten Herstellung führt dies auch zur Erhöhung der Dauerfestigkeit der fertiggestellten Bewehrung.
Wenn die Verankerungselemente aufgrund der besseren Produktions- und Logistikbedingungen oder für einen entsprechenden Anwendungsfall durchgehend auf dem Kernquerschnitt der Bewehrung angeordnet werden, ist es in der Regel nicht erforderlich, daß die Verankerungselemente ohne Zwischenabstand am Kernquerschitt vorhanden sind. Die in der Figur 4 dargestellte erfindungsgemäße Bewehrung entspricht daher mit ihrer Form den im Maschinenbau vielfach verwendeten Zylinderschnecken. Auch hier gilt, daß die Schnecke 5 nicht zwingend scharfkantig begrenzt sein muß, sondern vielmehr durch die Ausrundung des Schneckenquerschnitts die zuvor bereits angesprochenen Vorteile zu erreichen sind. Infolge des geringeren Materialaufwands und insbesondere des geringeren Verformungsenergieaufwandes kann die Variante der Figur 4 noch kostengünstiger als die Bewehrung gemäß Figur 3 hergestellt werden. Der Unterschied in der Tragfähigkeit dürfte dagegen in den allermeisten Anwendungsfällen vernachlässigbar klein sein.
Die in den Figuren 5 bis 7 dargestellten Varianten unterscheiden sich von den vorhergehenden dadurch, daß die Verankerungselemente nachträglich auf den Kernquerschnitt der Bewehrungsstäbe formschlüssig aufgebracht werden. Sinngemäß zu den bisher vorgestellten Varianten können die Verankerungselemente auch bei diesem Herstellverfahren entweder nur als Endverankerung vorgesehen werden (Verankerungselemente 6 und 7 in den Figuren 5 und 6) oder mit den bereits genannten Vorteilen durchgehend spiralförmig angeordnet werden (Verankerungselement 8 in der Figur 7). Auch hier gilt, daß die spiralförmig angeordneten Verankerungselemente (7 und 8) günstigere Herstellmöglichkeiten bieten. Im übrigen gelten die bereits aufgeführten Argumente für die verschiedenen Varianten sinngemäß.
Werden Anker nach dem in Figur 6 dargestellten Prinzip verwendet, kann es vorteilhaft sein, die Schnittflächen der Anker 1 und des Verankerungselements 7 am Ende durch eine Abschlußplatte 9 miteinander zu verbinden. Damit kann sichergestellt werden, daß das Verankerungselement bis zum Ankerende in vollem Umfang zur Kraftaufnahme zur Verfügung steht.
Die in den Figuren 5 bis 7 dargestellten Varianten können vergleichsweise kostengünstig mit einem Schweißautomat im Schmelzschweißverfahren hergestellt werden. Da die Verankerungselemente aufgrund ihrer Ring- bzw. Spiralform in der Lage sind, Krempelmomente allein durch ihren Verdrehungswiderstand ins Gleichgewicht zu bringen, muß ihre Verbindung mit dem Kernquerschnitt lediglich die aus der Belastung entstehenden Schubspannungen übertragen. Aufgrund dieses äußerst vorteilhaften Tragverhaltens der erfindungsgemäßen Bewehrung reicht es aus, wenn die Verankerungselemente z. B. über eine Kontaktschweißung mit dem Kernquerschnitt verbunden werden. Kehlnähte zur Übertragung von Krempelmomenten sind nicht erforderlich.
Die Gefahr des Formverzugs beim Schweißen ist hier als vernachlässigbar anzusehen, da sich die Einflüsse infolge des rotationssymmetrischen Durchlaufs weitestgehend aufheben. Da, wie bereits ausgeführt, eine hohe Festigkeit des Kernquerschnitts der Bewehrung wünschenswert und vorteilhaft ist, muß beim Schweißen darauf geachtet werden, daß ein Festigkeitsabfall infolge zu raschen Abkühlens vermieden wird. Dies ist technisch leicht realisierbar z. B. durch eine nachlaufende Induktionserwärmung.
Eine ganz besonders vorteilhafte Anwendung bietet die erfindungsgemäße Bewehrung mit hochfestem Verbund bei der Sicherung von Flachdecken gegen Durchstanzen. Das mit dem anschaulichen Begriff Durchstanzen" beschriebene Versagen von Flachdecken im Bereich der Unterstützungen kann als Spaltbruch infolge sehr großer, zweiachsig vorhandener, geneigter Druckspannungen interpretiert werden. Bislang übliche Bewehrungen wie z. B. Anker mit scheibenartigen Kopfverdickungen sind aufgrund ihrer beschränkten Verbundwirkung nicht in der Lage, die infolge der zweiachsigen Druckspannungen entstehenden Querdehnungen wirkungsvoll zu begrenzen. Die vorhandenene Schubbewehrung kann somit nicht das Versagen der kegelstumpfförmigen Druckfläche verhindern. Sie hängt lediglich die Auflagerlasten der Flachdecke nach dem Versagen der Druckfläche in den oberen, über der Bruchfläche (15) verbleibenden Teil der Decke. Diese Systemänderung infolge des Druckbruchs beeinflußt das Biegetragverhalten der Flachdecken sicher sehr nachteilig, was im einzelnen bislang noch nicht weiter erforscht ist.
Werden jedoch gemäß den Figuren 8 und 9 zur Schubsicherung erfindungsgemäße Bewehrungen mit durchgehend vorhandenem hochfestem Verbund eingebaut, werden die schädlichen Querdehnungen unterbunden und die kegelstumpfförmige Druckfläche kann erheblich höhere Lasten aufnehmen.
Die Figur 8 zeigt einen ausschnittsweisen Querschnitt durch eine Flachdecke 10 im Bereich einer Stütze 11. Die Schubbewehrung besteht aus erfindungsgemäßen Bewehrungen 12 a - c mit Verbundelementen 13, die gruppenweise mit einem Träger 14 zu einer Schubbewehrungseinheit zusammengefügt sind, wodurch sie besonders einfach und mit zuverlässiger Sicherung der erforderlichen Lage eingebaut werden können. Im Vergleich zu den bekannten Systemen mit vergleichsweise großflächigen Endverankerungen gestaltet sich der Einbau der erfindungsgemäßen Anker zwischen einem Netz von Biegebewehrung infolge der wesentlich geringeren Bruttoquerschnittsfläche ganz erheblich einfacher und somit kostengünstiger. Auf die verschieblich ausgebildete Verbindung der Anker 12 a - c mit dem Träger 14 wird man aufgrund dieser Vereinfachung in zahlreichen Anwendungsfällen verzichten können, wodurch die Kosten noch günstiger gestaltet werden können.
Die Figur 9 zeigt die gruppenweise Anordnung der Schubbewehrungseinheit gemäß Figur 8 in der Draufsicht. Aufgrund des geringen Platzbedarfs der erfindungsgemässen Durchstanzanker wird man in zahlreichen Anwendungsfällen auf die verschiebich ausgebildete Verbindung der Anker 12 mit dem Träger 14 verzichten können, wodurch die Kosten noch günstiger gestaltet werden können. Entsprechend sind beispielhaft in der Figur 9 die Anker 12 a und 12 b beispielsweise durch Schweißverbindungen 16 fest mit dem Träger 14 verbunden, während der Anker 12 c mit Hilfe eines geeigneten Verbindungselements 17 innerhalb der Trägeröffnung 18 verschoben werden kann, falls dies erforderlich wird, um der bereits vorher verlegten Bewehrung 19 ausweichen zu können.
Die Figur 10 zeigt als eine von zahlreichen weiteren Anwendungsmöglichkeiten die Ausbildung von Schubbügeln 21, wie sie in den meisten querkraftbeanspruchten Stahl- und Spannbetonbauteilen erforderlich sind, die hier mit Hilfe der äußerst platzsparenden erfindungsgemäßen Verankerungen 22 als offene Bügel ausgebildet sind. Dies ist immer dann von Vorteil, wenn die sonst üblichen geschlossenen Bügel den Einbau der übrigen Bewehrung erschweren würden.
In der Figur 11 ist ausschnittsweise eine Stahlbetonkragplatte 23 im Querschnitt dargestellt, die aus der Wärmeschutzhülle der Gebäudefassade 24 hervorsteht und deshalb von der anschließenden Stahlbetonplatte 25 durch eine Dämmschicht 26 thermisch getrennt ist. Für das Gleichgewicht der Kragplatte müssen die Auflagerquerkräfte sowie die Biegezug- und -druckkräfte mit einer entsprechenden Konstruktion über die Dämmfuge geleitet werden.
Im vorliegenden Beispiel werden sowohl die oben auftretenden Biegezugkräfte als auch die unten wirksam werdenden Biegedruckkräfte äußerst vorteilhaft durch erfindungsgemäße Ankerstäbe 27 und 29, die mit gleichmäßig verteilten Verankerungselementen in der Form 28 bzw. 30 ausgestattet sind, aufgenommen, über die Dämmfuge geleitet und dort wieder eingeleitet. Die Verankerungselemente 28, 30 weisen im vorliegenden Fall einen kreisförmigen Querschnitt auf und sind somit wie ein dickerer Draht mit einer Haftverbindung an den Ankerstäben befestigt.
Dadurch können die Fugenträger im Vergleich zu allen bislang auf dem Markt vorhandenen Systemen extrem kurz ausgebildet werden, ohne daß zusätzliche Schweißverbindungen oder paßgenaue Verbindungen mit der Stahlbetonbewehrung erforderlich werden. Es ergeben sich ganz wesentliche Vorteile für die Herstellung, Logistik und den Einbau solcher Tragelemente.
Infolge des geringen Bruttoquerschnitts der Ankerelemente 27 und 29 können diese relativ nah an der oberen bzw. unteren Betonoberfläche angeordnet werden und ergeben dadurch zusätzlich ein günstiges Tragverhalten, weil der Hebelarm der inneren Kräfte im Vergleich zu den bisher bekannten Systemen deutlich größer wird.
Da die Zuggurte 27 in diesem Fall nicht direkt formschlüssig mit korrosionsgefährdeten Betonstahlstäben verbunden sind, sondern die Kräfte über den Beton in diese weiterleiten, unterliegen sie nicht den diesbezüglich erforderlichen, für Platten im Freien besonders großen Betondeckungsmaßen. Somit kann sowohl die Lage der Zuggurte als auch der Druckgurte so gewählt werden, daß extrem große Hebelarme der inneren Kräfte und damit die größtmöglichen Momente bei gleichen Gurtkräften erreicht werden. Zur besseren Krafteinleitung in den Beton können die Zug- und Druckgurte so abgebogen werden, wie dies in der Figur 11 für den Zuggurt 27 am rechten Ende beispielhaft dargestellt ist.
Die für die Querkraftübertragung erforderlichen Diagonalstäbe 31 sind bei der beispielhaft dargestellten Ausführungsvariante an ihrem lastaufnehmenden, unteren Ende mit dem Druckstab 29 verschweißt. Sie werden hierzu vorab durch Warmbiegen beidseitig an die Querschnittsform des Druckstabs angepaßt. Durch diese Form ist es möglich, daß die Querkräfte an der Oberseite des Druckstabs 29 aufgenommen und direkt in die Diagonalen 31 eingeleitet werden. Die Querkraftaufnahme wird dadurch mit geringstmöglichem Materialaufwand gewährleistet. Umgekehrt erlaubt die gewählte Zuordnung der Diagonalen an den Druckstab, daß die Diagonalen ihrerseits wesentliche Anteile der aufzunehmenden Biegedruckspannungen aufnehmen und an den Druckstab weiterleiten. Es sind dadurch weniger oder keine zusätzlichen Verankerungselemente 30 am linken, lastaufnehmenden Ende des Druckstabs erforderlich.
Zur Übertragung der Kräfte aus den Diagonalen in den Baukörper 25 werden bei den bislang bekannten Systemen die Diagonalen entweder mit angeschweißten Betonstahlstäben verlängert oder mit den Zuggurten verschweißt. Die geschweißte Verbindung hat die Nachteile, daß der Zuggurt der Tragvorrichtung durch zusätzliche Kraftkomponenten beansprucht wird und daß für jede Plattendicke eigene Tragvorrichtungen mit den entsprechenden Abmessungen hergestellt werden müssen. Die Verlängerung mit angeschweißten Betonstahlstäben bedeutet dagegen zusätzliche Schweißarbeiten und eine ungünstige horizontale Längenentwicklung.
Um die aufgezeigten Nachteile zu vermeiden, werden die paarweise angeordneten Diagonalen im vorliegenden Beispiel mit einer gemeinsamen Schlaufe 32 als Einheit ausgebildet. Die Vorteile dieser Lösung liegen zunächst im minimalen Materialaufwand für die Diagonalen bei gleichzeitg minimalem Schweißaufwand. Weiterhin bleiben die Zuggurte der Tragvorrichtung von zusätzlicher Beanspruchung durch die Diagonalen frei. Die unabhängige Zuordnung der Einheit Druckstab/Diagonalen zu den Zuggurten erlaubt schließlich noch, diese beiden Komponenten unverändert bei unterschliedlichen Plattendicken einzubauen, wodurch die Anzahl der unterschiedlichen Typen von Tragelementen sehr gering gehalten werden kann.
Alternativ zur aufgezeigten oberen Verankerung der Diagonalen mit einer Schlaufe 32 ist natürlich auch die Verankerung der Diagonalen mit Verankerungselementen sinngemäß zu 28 und 30 möglich.
Eine Vielzahl weiterer vorteilhafter Einsatzmöglichkeiten ergibt sich stets dort, wo Kräfte aus dem Beton auf sehr kurze Längen in die Ankerelemente eingeleitet werden müssen wie z. B. bei an der Betonoberfläche angeordneten Ankerplatten, über die äußere Lasten - z. B. von Kranbahnträgern, abgehängten Vordachkonstruktionen, Stahlstützen, Lagerkonstruktionen oder sonstiges - eingeleitet werden.
Zahlreiche weitere vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten sind denkbar, so z. B. bei der Bewehrung von Konsolen und der Ausbildung von Stahlbeton-Verbundkonstruktionen. Die erfindungsgemäßen Verankerungselemente können für weitergehende Anwendungsmöglichkeiten durch verschiedenartige Muffen ergänzt werden.

Claims (14)

  1. Vorrichtung zur konzentrierten Krafteinleitung in Baustoffe, wie Beton, mit wenigstens einem aus Stahl bestehenden, stabförmigen Bewehrungselement (12,21,27,29), das zumindest im Bereich von örtlich begrenzten Längenabschnitten jeweils mit mehreren, hierüber verteilten Verankerungselementen (2-8,13,22,28,30) versehen ist, die umlaufende, über den Kernquerschnitt (1) des stabförmigen Bewehrungselements (12,21,27,29) radial vorspringende Auftragsflächen aufweisen, deren Tiefe größer als die Tiefe von Schraubengewinden ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Außendurchmessers der Verankerungselemente (2-8,13,22,28,30) zum Durchmesser des vorzugsweise kreisförmigen Kernquerschnitts (1) zwischen 1,3 und 2 liegt, vorzugsweise 1,4 bis 1,5 beträgt.
  3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Auftragsflächen mit der Anzahl der Verankerungselemente (2-8,13,22,28,30) umgekehrt proportional abnimmt.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der gegenseitige Abstand der vorzugsweise gleichmässig über den zugeordneten Längenabschnitt verteilten Verankerungselemente (2-8,13,22,28,30) zumindest dem Überstand der Verankerungslememente über den Kernquerschnitt (1) des jeweils zugeordneten Bewehrungselements entspricht.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der gegenseitige Abstand einander benachbarter Verankerungselemente (2-8,13,22,28,30) höchstens dem zehnfachen ihres Überstands über den Kernquerschnitt (1) des jeweils zugeordneten Bewehrungselements entspricht.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer dem doppelten Kerndurchmesser (1) entsprechenden Länge vier bis fünf Verankerungselemente 2-8,13,22,28,30) angeordnet sind.
  7. Vorrichtung nach einem dervorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der ganzen Länge des Bewehrungselements Verankerungselemente (2-8,13,22,28,30) vorgesehen sind.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungselemente (6,7,8,13,22,28,30) auf das zugeordnete Bewehrungselement aufgesetzt und durch eine Haftverbindung, vorzugsweise Schweißbverbindung, hieran befestigt sind.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungselemente (6,7,8,13,22,28,30) einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, vorzugsweise aus einem Stabmaterial oder Draht bestehen.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungselemente (4,5,7,8,13,22,28,30) wenigstens eine zumindest über mehrere Umläufe durchgehende Wendel bilden, deren Steigung vorzugsweise im Bereich zwischen 45° und 75° liegt, wobei vorzugsweise eine Abschlußplatte (9) vorgesehen ist, welche die Schnittflächen des Bewehrungselements und des hierauf befestigten wendelförmigen Verankerungselements am Ende verbindet.
  11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, der der Kernquerschnitt (1) der Bewehrungselemente eine höhere Festigkeit aufweist als deren Verankerungselemente (2-8,13,22,28,30).
  12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, durch ein als offener Schubbügel ausgebildetes Bewehrungselement (21), das zumindest im Bereich der Enden seiner Schenke mit Verankerungselementen (22) versehen ist.
  13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch als Durchstanzanker ausgebildete, vorzugsweise auf ihrer ganzen Länge mit Verankerungselementen (13) versehene Bewehrungselemente (12a,b,c), die vorzugsweise gruppenweise mit einem Träger (14) zu einer Schubbewehrungseinheit zusammengefügt sind.
  14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Bewehrungselement (27,28) als zumindest im Bereich eines von Beton umgebenen Endes mit Verankerungselementen (28,30) versehenes Element eines Fugenträgers ausgebildet ist, der wenigstens einen Zugstab und/oder wenigstens einen Druckstab und/oder wenigstens einen Diagonalstab aufweist.
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