EP1656485B1 - Krafteinleitungselement, verlängerungselement sowie verfahren zur erhöhung der zuglast eines bandförmigen werkstoffes - Google Patents
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- EP1656485B1 EP1656485B1 EP04801930.1A EP04801930A EP1656485B1 EP 1656485 B1 EP1656485 B1 EP 1656485B1 EP 04801930 A EP04801930 A EP 04801930A EP 1656485 B1 EP1656485 B1 EP 1656485B1
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Classifications
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E04—BUILDING
- E04G—SCAFFOLDING; FORMS; SHUTTERING; BUILDING IMPLEMENTS OR AIDS, OR THEIR USE; HANDLING BUILDING MATERIALS ON THE SITE; REPAIRING, BREAKING-UP OR OTHER WORK ON EXISTING BUILDINGS
- E04G23/00—Working measures on existing buildings
- E04G23/02—Repairing, e.g. filling cracks; Restoring; Altering; Enlarging
- E04G23/0218—Increasing or restoring the load-bearing capacity of building construction elements
Definitions
- the invention relates to a method for increasing the tensile load of a strip-shaped material.
- lamellae made of composite materials have been used in addition to steel lamellae for several years. These composites are glued to the support structure, either limply without longitudinal prestressing or prestressed via end anchors.
- end anchors are known and various fastening methods for transmitting force from a force introduction element to the composite material are already introduced in the market.
- the transmissible forces are smaller than the tensile strength of the composite, which has the disadvantage that the tensile potential of the vertential
- the composite material can only be exploited to a limited extent, which leads to uneconomic solutions.
- the tensile forces occurring during the pretensioning are transferred via frictional forces by clamping or gluing from a tensioning anchor to the composite material.
- the main problem with the force applications available today is that stress peaks occur at the transition from the composite material to the tension anchor.
- the maximum transferable tensile load is reached when the thrust in the stress peaks reaches the maximum transferable static friction, respectively the maximum transferable adhesive strength.
- the band-shaped material is stretched over the clamping anchor to the preload load. This creates voltage spikes at the transition from the strip-shaped material to the clamping anchor.
- an extension element with the band-shaped material in a tensioned state with an adhesive or mechanically connected.
- the bond between the agent and the composite is de-energized at this time.
- the resulting additional stresses are mainly transferred via the upstream means directly into the support structure and not or only slightly in the tension anchor. The result is an increase in the overall load while maintaining the required safety factor.
- the clamping anchor can also be referred to as a clamping head and can be designed essentially as desired.
- this clamping anchor consists of two pressure plates and at least one guided by the composite tension element, eg bolts.
- the composite material is supported with two pressure plates by means of uniformly distributed pressure elements or by means of acting on the entire pressure surface hydraulic pressure chamber supported against a bow-shaped yoke.
- clamping wedges are used, which are pressed by elliptical ring hoop to the composite material.
- the inventive solution can be used for any existing on the market tension anchor.
- This means for reducing stress peaks at the transition to the clamping anchor can be an extension element which is mechanically anchored and / or glued to the composite material and tensile strength to the clamping anchor or the cross-beam.
- the cross-beam is connected in the second process step by injecting an adhesive to the composite material.
- FIG. 1 a force introduction element 1 comprising a conventionally known clamping anchor 20 and an extension element 4 shown after a clamping process.
- the clamping anchor 20 is as known from the prior art on a band-shaped material 5, in particular composite material, hereinafter referred to only lamella attached, be it by gluing, clamping, etc.
- the clamping process can be done first with a tensile force in the pulling direction 11, wherein the tensioning press is temporarily arranged on the tensioning anchor 20.
- the clamping anchor 20 is held, for example by means of threaded rods in an anchoring tube or shear pin, not shown, which is fixed in a borehole in a support structure 10.
- adhesive 6 is applied to the band-shaped composite material 5 and to the adjacent region of the tensioning anchor 20.
- the adhesive is especially pasty to facilitate processing.
- the extension element 4 is placed on the lying on the band-shaped composite material 5 adhesive mass 6 and glued to the clamping anchor 20.
- the extension element 4 must be connected to the tension anchor 20 tensile.
- the shape of the extension element 4 depends on the choice of material of the extension element 4 and the thickness of the composite material 5 and is chosen, inter alia, that the extension element 4 tapers toward the composite material 5 back away from the clamping anchor.
- the extension element 4 can take any shape, but preferably have a tongue or wedge-shaped configuration in order to optimally reduce the voltage peaks. Also in the extension element 4 in the pulling direction 11 a few centimeters long ribs and folds can be introduced in order to ensure optimum bonding and optimal stress relief.
- the extension element 4 preferably has a length, in each case on the top and bottom of the band-shaped composite material 5, of 100 mm, in particular 50 mm. In the middle of the extension element, this preferably has a thickness of not more than 10 mm, in particular not more than 5 mm.
- the extension element 4 and the clamping anchor 20 is preferably made of metallic, ductile materials, in particular of aluminum, steel or titanium.
- the adhesive 6, e.g. a 2-component adhesive based on epoxy resins, must have good adhesion not only to the composite material 5 but also to the extension element 4 and should have high strength.
- the composite material 5 may be configured in the form of a lamella consisting of fibers and a synthetic resin.
- the fibers may be unidirectional in one direction, or additionally fibers in other directions, in particular an angle plus 45 ° and minus 45 °, may be constructed to the unidirectional main fiber direction.
- the fibers may preferably be of aramid, carbon, glass, etc. embedded in a synthetic resin.
- the synthetic resin may be a duromer such as epoxy, acrylates or a thermoplastic material such as polyamide, epoxy, acrylates.
- the surface of the composite material 5 is preferably specially embossed, for example, roughened by grinding or pretreated with an adhesive or treated with a pretreatment system, such as primers, plasma, etc.
- FIG. 2 is a further non-inventive embodiment of a force introduction element 1 is shown.
- the force introduction element 1 consists of plates 12, which form the clamping anchor 20 and of tongue-shaped extensions 15 with recesses 14, which form the extension element 4.
- the plates 12 are connected to the blade 5 as known in the art.
- adhesive 6 is applied to the band-shaped composite material 5 in the region of the tongue-shaped extensions 15.
- the adhesive should have a consistency such that it can be introduced into the recesses 14 formed by the tongue-shaped extensions.
- FIGS. 3A and 3B is a force introduction element 1 shown in a further embodiment.
- the clamping process can also be done here first with a tensile press, which is temporarily arranged on the clamping anchor 20. Then the tensile load of the composite material 5 is taken over by a cross-beam 2. Threaded rods 9 are attached laterally to the clamping anchor 20, these threaded rods 9 passing through the transverse cross-member 2 of the clamping anchor 20.
- the clamping anchor 20 is held via the transverse cross member 2 and the threaded rod 9 in an anchoring tube or shear pin, not shown, which is fastened in a borehole in a support structure 10. By turning a threaded screw 8 of the threaded rod 9, the tension of the composite material 5 can be increased.
- Adhesive 6 is applied to the band-shaped composite material 5 after the clamping process of the force introduction element 1 in the pulling direction 11 in a second step on and in front of the transverse cross member 2 with respect to the clamping anchor 20.
- the adhesive is particularly pasty to facilitate processing.
- An extension element 4 is placed on the lying on the band-shaped composite material 5 adhesive mass 6 and glued to the cross-beam 2 of the clamping anchor 20 and preferably mechanically through lateral sliding of the extension element 4 anchored in the cross-beam 2. For this purpose, the cross-Traverse on clamp-like extensions.
- the extension element 4 is characterized tensile strength connected to the cross-beam 2.
- the shape of the extension element 4 is also here as in all examples after the choice of material of the extension element 4 and the thickness of the composite material 5 and is chosen, inter alia, that the extension element 4 tapers toward the composite material 5 back from the cross-Traverse.
- the extension element 4 can take any shape, but preferably have a tongue or wedge-shaped configuration in order to optimally reduce the voltage peaks. Also, a few centimeters long ribs and folds 13 can be introduced into the extension element 4 in the pulling direction 11, in order to ensure optimum bonding and optimal stress relief.
- FIG. 3C shows the force introduction system 1, in which carried out after the clamping process, a bond 6 between the cross-beam 2 and the composite material 5 and the extension member 4 is attached.
- FIGS. 4A and 4B show that after the clamping process of a force introduction element 1 in the pulling direction 11 in a second step, the transverse cross member 2 is connected to the composite material 5 by injecting an adhesive 6, the transverse cross member 2 thus assumes the function of the extension element 4.
- Traverse 2 is glued to the composite material 5 in a second step, the voltage peaks at the occurrence of an operating load both at the location of the transverse cross member 2 and the composite material 5 and at the location of the cross-beam 2 and the force application element 1 are highest and decrease in the pulling direction 11.
- the extension element 4 is placed on the adhesive mass 6 on the band-shaped composite material 5 and glued to the cross-beam 2 of the force introduction element 1 and fixed with at least one screw 7.
- the extension element 4 has an extension with holes through which the screws can be guided and connected to the transverse cross member.
- the extension element 4 is specially shaped on the lower side toward the composite material 5 in order to guarantee a good bond and thus a high stress load in the pulling direction 11.
- the extension element 4 is also here on the adhesive 6, which was applied to the band-shaped composite material 5, placed and also adhered to the cross-member 2 of the force introduction element 1.
- the lower side of the extension element 4 toward the composite material 5 is, for example, according to FIG Fig. 6A wedge-shaped, according to Fig. 6C zigzag or according to Fig. 6D wavy. In the area of the taper, it may be necessary to dispense with a special shape due to the small thickness of the extension element. These above-described shapes can also be applied to the cross-beam 2.
- the extension element 4 can take on any shape per se, but preferred are such configurations as tongue, wedge-shaped or hyperbolic, which optimally reduce the voltage spikes. It has been shown that in particular extension elements which have a wedge-shaped or hyperbolic taper fulfill this function optimally.
- the hyperbolic taper should preferably be designed so that the extension element at half the distance / length of the extension element has a maximum thickness of 10 mm, preferably less than 5 mm.
- the hyperbolic shape can also be executed differently and must be adapted to the expected tension conditions.
- extension elements 4 are arbitrary per se and there are also combinations or other embodiments of the in the Fig. 6 shown embodiments possible.
- extension element In addition to the band-shaped composite materials shown here, of course, with the extension element and other band-shaped materials and slats which are used for reinforcing support structures can be equipped with the extension element and thus the carrying capacity can be increased.
- extension element 4 can also already be connected to the clamping anchor 20, or be connected by gluing or mechanical means to the clamping anchor 20 and / or the band-shaped material.
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Zuglast eines bandförmigen Werkstoffes.
- Zum nachträglichen Verstärken von Tragstrukturen werden seit einigen Jahren nebst Stahllamellen auch Lamellen aus Verbundwerkstoffen eingesetzt. Diese Verbundwerkstoffe werden entweder schlaff ohne Längsvorspannung oder über Endverankerungen vorgespannt mit der Tragstruktur verklebt. Derartige Endverankerungen sind bekannt und verschiedene Befestigungsmethoden zur Kraftübertragung von einem Krafteinleitungselement zum Verbundwerkstoff sind bereits im Markt eingeführt. Bei den meisten der heute verfügbaren Krafteinleitungen sind die übertragbaren Kräfte aber kleiner als die Zugfestigkeit des Verbundwerkstoffs, was den Nachteil hat, dass das Zugpotential des Vertential des Verbundwerkstoffs nur zu einem begrenzten Teil ausgenützt werden kann, was zu unwirtschaftlichen Lösungen führt.
- Bei den meisten der bisher verwendeten Krafteinleitungen werden die bei der Vorspannung auftretenden Zugkräfte über Reibkräfte durch Klemmen oder Kleben von einem Spannanker auf den Verbundwerkstoff übertragen. Das Hauptproblem bei den heute verfügbaren Krafteinleitungen besteht darin, dass Spannungsspitzen am Übergang vom Verbundwerkstoff in den Spannanker entstehen. Die maximal übertragbare Zuglast wird aber dann erreicht, wenn die Schubkraft in den Spannungsspitzen die maximal übertragbare Haftreibung, respektive die maximal übertragbare Klebfestigkeit erreicht.
- In der
WO 02/103137A1 - Die Erfahrung hat gezeigt, dass auch bei sorgfältig ausgeführten Krafteinleitungen, beschrieben zum Beispiel in der oben genannten Schrift,
WO 99/10613 A1 WO 96/21785 US3 696 573 A offenbart ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspuchs 1. In derUS 3 696 573 A ist ein unter Druck stehender Behälter offenbart, um welchen vorgespannte Drähte gewunden sind, welche sich überlagern, und welche durch axial angeordnet, mit Schrauben befestigen Streifen am Behälter befestigt sind. - Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des bestehenden Standes der Technik zu überwinden und Mittel zur Verfügung zu stellen die eine Erhöhung der maximal übertragbaren Zuglast ermöglichen.
- Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängingen Anspruch 1 gelöst.
- Die Lösung der Aufgabe beruht darin, dass nach dem Spannprozess des bandförmigen Werkstoffes in einem zweiten Schritt ein Verlängerungselement zur Verhinderung eines zusätzlichen Spannungsaufbaus am Übergang zum Spannanker eingesetzt wird.
- In einem ersten Schritt wird der bandförmige Werkstoff über den Spannanker auf die Vorspannlast gespannt. Dabei entstehen Spannungsspitzen am Übergang vom bandförmigen Werkstoff zum Spannanker. Nach dem Vorspannen und dem Verankern am Bauwerk wird ein Verlängerungselement mit dem bandförmigen Werkstoff in gespanntem Zustand mit einem Klebstoff oder mechanisch verbunden. Die Verbindung zwischen dem Mittel und dem Verbundwerkstoff ist zu diesem Zeitpunkt spannungsfrei. Bei einer Zusatzbelastung des Werkstoffes, z.B. aus Betriebslasten, werden die daraus resultierenden Zusatzspannungen zur Hauptsache über das vorgelagerte Mittel direkt in die Tragstruktur und nicht oder nur gering in den Spannanker übertragen. Es resultiert eine Erhöhung der Gesamttraglast unter Beibehaltung des erforderlichen Sicherheitsfaktors.
- Der Spannanker kann auch als ein Klemmkopf bezeichnet werden und kann im wesentlichen beliebig ausgestaltet sein. Beispielsweise besteht dieser Spannanker aus zwei Anpressplatten und mindestens einem durch den Verbundwerkstoff geführten Zugelement, z.B. Bolzen. Oder der Verbundwerkstoff wird mit zwei Anpressplatten mit Hilfe von gleichmässig verteilten Druckelementen oder mittels einer auf der gesamten Anpressfläche wirkenden hydraulischen Druckkammer gegen ein bügelförmiges Joch abgestützt gehalten. Oder anstelle von Bolzen und Platten werden Klemm-Keile verwendet, die über elliptische Ringbügel an den Verbundwerkstoff gedrückt werden.
- Die Vorteile der Erfindung liegen darin, dass die erfinderische Lösung für jeden auf dem Markt vorhandenen Spannanker eingesetzt werden kann. Dieses Mittel zum Abbau von Spannungsspitzen am Übergang zum Spannanker kann ein Verlängerungselement sein, das an den Verbundwerkstoff und zugfest an den Spannanker oder die Quer-Traverse mechanisch verankert und/oder geklebt wird. Oder die Quer-Traverse wird im zweiten Verfahrensschritt durch Einspritzen eines Klebstoffes an den Verbundwerkstoff verbunden. Durch dieses Spannverfahren erhöht sich die maximal übertragbaren Betriebszugskräfte bei Einhaltung eines Sicherheitsfaktors von 1.5 um mindestens 20-50% in einen Bereich von 300 bis 400 kN.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
- Im folgenden werden anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Ausnahme von
Figur 2 näher erläutert. Gleiche Elemente sind in den verschiedenen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. - Es zeigen:
- Fig. 1
- Eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform;
- Fig. 2:
- Eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform;
- Fig. 3A
- Eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform;
- Fig. 3B:
- Eine schematische Draufsicht der weiteren Ausführungsform nach
Fig. 3A ; - Fig. 3C
- Eine schematische Seitenansicht der weiteren Ausführungsform nach
Fig. 3A in einer leicht abgewandelten Ausführung; - Fig. 4A
- Eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform;
- Fig.4B
- Eine Draufsicht der weiteren Ausführungsform nach
Fig. 4A ; - Fig. 5A
- Eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform;
- Fig. 5B
- Eine Draufsicht der weiteren Ausführungsform nach
Fig. 5A ; - Fig. 6A
- Eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform mit einer keilförmigen Verklebung des Verlängerungselementes an den Verbundwerkstoff;
- Fig. 6B
- Eine Draufsicht der weiteren Ausführungsform nach
Fig. 6A ; - Fig. 6C
- Eine Seitenansicht der weiteren Ausführungsform mit einer zickzackförmigen Verklebung des Verlängerungselementes an den Verbundwerkstoff;
- Fig. 6D
- Eine Seitenansicht der weiteren Ausführungsform mit einer wellenförmigen Verklebung des Verlängerungselementes an den Verbundwerkstoff;
- Fig. 7
- Eine Seitenansicht einer besonders bevorzugten Ausführungsform eines Verlängerungselementes mit hyperbolischer Ausgestaltung.
- In der
Figur 1 ist ein Krafteinleitungselement 1 umfassend einen herkömmlich bekannten Spannanker 20 und ein Verlängerungselement 4 nach einem Spannprozess dargestellt. Der Spannanker 20 wird wie aus dem Stand der Technik bekannt auf einen bandförmigen Werkstoff 5, insbesondere Verbundwerkstoff, im weiteren auch nur Lamelle genannt, befestigt, sei dies durch Kleben, Klemmen, usw. Der Spannprozess kann zuerst mit einer Zugpresse in Zugrichtung 11 erfolgen, wobei die Zugpresse am Spannanker 20 temporär angeordnet wird. - Der Spannanker 20 wird beispielsweise mittels Gewindestangen in einem nicht dargestellten Verankerungsrohr bzw. Schubdorn gehalten, der in einem Bohrloch in einer Tragstruktur 10 befestigt ist.
- Nach dem Spannprozess wird in einem zweiten Schritt Klebstoff 6 auf den bandförmigen Verbundwerkstoff 5 sowie dem angrenzenden Bereich des Spannankers 20 aufgebracht. Der Klebstoff ist insbesonder pastös, um die Verarbeitung zu erleichtern. Das Verlängerungselement 4 wird auf die auf dem bandförmigen Verbundwerkstoff 5 liegende Klebstoffmasse 6 aufgelegt und an den Spannanker 20 geklebt.
- Das Verlängerungselement 4 muss zugfest mit dem Spannanker 20 verbunden sein. Die Form des Verlängerungselementes 4 richtet sich nach der Materialwahl des Verlängerungselementes 4 und der Dicke des Verbundwerkstoffs 5 und wird unter anderem so gewählt, dass sich das Verlängerungselement 4 zum Verbundwerkstoff 5 hin vom Spannanker weg verjüngt.
- Das Verlängerungselement 4 kann irgendeine Form einnehmen, bevorzugt jedoch eine zungen- oder keilförmige Ausgestaltung innehaben, um die Spannungsspitzen optimal herabzusetzen. Auch können in das Verlängerungselement 4 in der Zugrichtung 11 einige Zentimeter lange Rippen und Falten eingebracht werden, um damit für eine optimale Verklebung und einen optimalen Spannungsabbau zu sorgen. Das Verlängerungselement 4 weist vorzugsweise eine Länge, jeweils auf der Ober- und Unterseite des bandförmigen Verbundwerkstoffs 5, von 100 mm, insbesondere 50 mm auf. In der Mitte des Verlängerungselementes weist dieses vorzugsweise eine Dicke von maximal 10 mm, insbesondere maximal 5 mm auf. Das Verlängerungselement 4 und der Spannanker 20 besteht vorzugsweise aus metallischen, duktile Materialien, insbesondere aus Aluminium, Stahl oder Titan.
- Der Klebstoff 6, z.B. ein 2K-Klebstoff auf Basis von Epoxidharzen, muss eine gute Haftung nicht nur zum Verbundwerkstoff 5, sondern auch zum Verlängerungselement 4 haben und sollte eine hohe Festigkeit aufweisen.
- Die bei diesem Spannprozess auftretenden Spannungen sind in der Figur 1 schematisch dargestellt, wobei X den Weg entlang des Krafteinleitungselementes 1 und Y die Kraft am Ort X darstellt.
- Im ersten Diagramm X1 zu Y1 werden die auf das Krafteinleitungselement 1 wirkenden Spannungen nach der Vorspannung der Lamelle 5 mittels des Spannankers 20 und dem erfolgten Aufkleben des Verlängerungselementes 4 dargestellt. Weil das Verlängerungselement 4 erst nach dem Spannungsvorgang mit der Lamelle und dem Spannanker verbunden wurde, treten in diesem Bereich keine Spannungen auf. Am Übergang von der Lamelle 5 zum Spannanker 20 sind die Spannungsspitzen am höchsten und vermindern sich gegen Null bis zum Ende des Spannankers.
- Im zweiten Diagramm X2 zu Y2 werden die auf das Krafteinleitungselement 1 wirkenden Spannungen bei der Betriebsbelastung der Tragstruktur dargestellt. Die durch die Betriebslast auftretenden Spannungen werden mehrheitlich durch das Verlängerungselement 4 aufgenommen, so dass auch hier Spannungen auftreten. Die durch den Spannanker aufzunehmenden Spannungen bleiben dadurch aber im wesentlichen gleich, wie bei der Vorspannung entsprechend der Darstellung in Diagramm X1 Y1.
- Durch das Anbringen des Verlängerungselementes 4 werden zusätzliche Spannungsspitzen am Ort des Spannankers 20 weitgehend verhindert. Dadurch erhöht sich die übertragbare Kraft unter Einhaltung des Sicherungsfaktors von 1.5 bis zu 20 - 50% im Vergleich zu herkömmlich bekannten Spannankern. Die verfügbare Zuglast des Verbundwerkstoffs 5 kann höher ausgenützt und eine erwartete Zugkraft von 300 bis 400 kN erreicht werden.
- Der Verbundwerkstoff 5 kann in Form einer Lamelle ausgestaltet sein, die aus Fasern und einem Kunstharz besteht. Die Faser können in einer Richtung d.h. unidirektional ausgebildet sein oder zusätzlich Fasern in anderen Richtungen, insbesondere eines Winkels plus 45° und minus 45°, zur unidirektionalen Hauptfaserichtung aufgebaut sein. Die Fasern können vorzugsweise aus Aramid, Carbon, Glas etc. sein, die in einem Kunstharz eingebettet sind. Das Kunstharz kann ein Duromer, wie z.B. Epoxy, Acrylate oder ein thermoplastisches Material, wie z.B. Polyamid, Epoxy, Acrylate sein. Für die Erreichung einer optimalen Haftung zur Anpressplatte 3 ist die Oberfläche des Verbundwerkstoffs 5 vorzugsweise speziell geprägt, z.B. mittels Schleifen aufgeraut oder mit einem Klebstoff vorbehandelt oder mit einem Vorbehandlungssystem, wie z.B. Primer, Plasma etc. behandelt.
- In
Figur 2 ist eine weitere nicht erfindungsgemäße Ausführungsform eines Krafteinleitungselementes 1 dargestellt. Das Krafteinleitungselement 1 besteht dabei aus Platten 12, welche den Spannanker 20 bilden und aus zungenförmigen Fortsätzen 15 mit Ausnehmungen 14, welche das Verlängerungselement 4 bilden. Die Platten 12 werden mit der Lamelle 5 wie aus dem Stand der Technik bekannt verbunden. Nach dem Spannprozess wird in einem zweiten Schritt Klebstoff 6 auf den bandförmigen Verbundwerkstoff 5 im Bereich der zungenförmigen Fortsätze 15 aufgetragen. Der Klebstoff sollte dabei eine solche Konsistenz aufweisen, dass er in die durch die zungenförmigen Fortsätze gebildeten Ausnehmungen 14 eingebracht werden kann. - Aus den Diagrammen X1 Y1 und X2 Y2 ist ersichtlich, dass ein solches Krafteinleitungselement 1 die gleiche Funktion übernehmen kann wie dasjenige aus
Figur 1 , wobei die Fortsätze 15 das Verlängerungselement 4 bilden. - In den
Figuren 3A und3B ist ein Krafteinleitungselementes 1 in einer weiteren Ausführungsform dargestellt. Der Spannprozess kann auch hier zuerst mit einer Zugpresse erfolgen, die am Spannanker 20 temporär angeordnet wird. Darauf wird die Zuglast des Verbundwerkstoffs 5 von einer Quer-Traverse 2 übernommen. Gewindestangen 9 sind seitlich am Spannanker 20 angebracht, wobei diese Gewindestangen 9 durch die Quer-Traverse 2 des Spannankers 20 führen. Der Spannanker 20 wird über die Quer-Traverse 2 und die Gewindestange 9 in einem nicht dargestellten Verankerungsrohr bzw. Schubdorn gehalten, der in einem Bohrloch in einer Tragstruktur 10 befestigt ist. Durch Drehen einer Gewindeschraube 8 der Gewindestange 9 kann die Spannung des Verbundwerkstoff 5 erhöht werden. - Klebstoff 6 wird nach dem Spannprozess des Krafteinleitungselementes 1 in Zugrichtung 11 in einem zweiten Schritt an und vor die Quer-Traverse 2 gegenüber dem Spannanker 20 auf den bandförmigen Verbundwerkstoff 5 aufgebracht. Der Klebstoff ist insbesondere pastös, um die Verarbeitung zu erleichtern. Ein Verlängerungselement 4 wird auf die auf dem bandförmigen Verbundwerkstoff 5 liegende Klebstoffmasse 6 aufgelegt und an die Quer-Traverse 2 des Spannankers 20 geklebt und vorzugsweise mechanisch durch seitliches Schieben des Verlängerungselementes 4 in der Quer-Traverse 2 verankert. Dazu weist die Quer-Traverse klammerartige Fortsätze auf.
- Das Verlängerungselement 4 wird dadurch zugfest mit der Quer-Traverse 2 verbunden. Die Form des Verlängerungselementes 4 richtet sich auch hier wie in allen Beispielen nach der Materialwahl des Verlängerungselementes 4 und der Dicke des Verbundwerkstoffs 5 und wird unter anderem so gewählt, dass sich das Verlängerungselement 4 zum Verbundwerkstoff 5 hin von der Quer-Traverse weg verjüngt.
- Das Verlängerungselement 4 kann irgendeine Form einnehmen, bevorzugt jedoch eine zungen- oder keilförmige Ausgestaltung innehaben, um die Spannungsspitzen optimal herabzusetzen. Auch können in das Verlängerungselement 4 in der Zugrichtung 11 einige Zentimeter lange Rippen und Falten 13 eingebracht werden, um damit für eine optimale Verklebung und einen optimalen Spannungsabbau zu sorgen.
- Aus den Diagrammen X1 Y1 und X2 Y2 ist ersichtlich, dass ein solches Krafteinleitungselement 1 die gleiche Funktion übernehmen kann wie dasjenige aus
Figur 1 . Da die Quer-Traverse 2 nicht an den Verbundwerkstoff 5 verklebt ist, sind die Spannungsspitzen am Übergang von der Quer-Traverse 2 zum Spannanker 20 am höchsten und vermindern sich gegen Null bis zum von der Quer-Traverse 2 abgewendetem Ende der Anpressplatten 3 des Spannankers 20. Durch das Anbringen des Verlängerungselementes 4 werden zusätzliche Spannungsspitzen am Ort der Quer-Traverse 2 und des Krafteinleitungselementes 1 weitgehend verhindert. -
Figur 3C zeigt das Krafteinleitungssystem 1, bei dem nach dem Spannprozess eine Verklebung 6 zwischen der Quer-Traverse 2 und dem Verbundwerkstoff 5 ausgeführt und das Verlängerungselement 4 angebracht wird. Das ergibt im Bereich der Quer-Traverse 2 einen anderen Spannungsverlauf 12 als der in derFigur 3A dargestellte, so dass auch die Quer-Traverse durch die Betriebslast auftretende Spannungen aufnehmen kann. - Die
Figuren 4A und 4B zeigen, dass nach dem Spannprozess eines Krafteinleitungselementes 1 in Zugrichtung 11 in einem zweiten Schritt die Quer-Traverse 2 durch Einspritzen eines Klebstoffes 6 mit dem Verbundwerkstoff 5 verbunden wird, die Quer-Traverse 2 übernimmt somit die Funktion des Verlängerungselementes 4. Da die Quer-Traverse 2 in einem zweiten Schritt an den Verbundwerkstoff 5 verklebt wird, sind die Spannungsspitzen beim Auftreten einer Betriebslast sowohl am Ort der Quer-Traverse 2 und dem Verbundwerkstoff 5 als auch am Ort der Quer-Traverse 2 und des Krafteinleitungselementes 1 am höchsten und vermindern sich in der Zugrichtung 11. - In den
Figuren 5A und 5B wird das Verlängerungselement 4 auf die Klebstoffmasse 6 auf den bandförmigen Verbundwerkstoff 5 aufgelegt und an die Quer-Traverse 2 des Krafteinleitungselementes 1 geklebt und mit mindest einer Schraube 7 fixiert. Dazu weist das Verlängerungselement 4 einen Fortsatz mit Löchern auf, durch die die Schrauben geführt und mit der Quer-Traverse verbunden werden können. - Bei der in den
Figuren 6A, 6B ,6C und 6D dargestellten Ausführungsformen ist das Verlängerungselement 4 auf der unteren Seite zum Verbundwerkstoff 5 hin speziell ausgeformt, um eine gute Verklebung und damit eine hohe Spannungsbelastung in Zugrichtung 11 zu garantieren. Das Verlängerungselement 4 wird auch hier auf den Klebstoff 6, welcher auf den bandförmigen Verbundwerkstoff 5 aufgetragen wurde, aufgelegt und ebenfalls an die Quer-Traverse 2 des Krafteinleitungselementes 1 angeklebt. - Die untere Seite des Verlängerungselementes 4 zum Verbundwerkstoff 5 hin ist beispielsweise gemäss
Fig. 6A keilförmig, gemässFig. 6C zickzackförmig oder gemässFig. 6D wellenförmig. Im Bereich der Verjüngung muss auf Grund der geringen Dicke des Verlängerungselementes gegebenenfalls auf eine spezielle Ausformung verzichtet werden. Diese obigen beschriebenen Formgebungen können auch bei der Quer-Traverse 2 angewendet werden. - In der
Figur 7 ist eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Verlängerungselementes dargestellt. Wie bereits früher dargelegt, kann das Verlängerungselement 4 an sich irgendeine Form einnehmen, bevorzugt sind jedoch solche Ausgestaltungen wie zungen-, keilförmige oder hyperbolische, welche die Spannungsspitzen optimal herabzusetzen. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere Verlängerungselemente welche eine keilförmige oder hyperbolische Verjüngung aufweisen, diese Funktion optimal erfüllen. Die hyperbolische Verjüngung sollte dabei vorzugsweise so ausgeführt werden, dass das Verlängerungselement bei halber Distanz / Länge des Verlängerungselement eine maximale Dicke von 10 mm, vorzugsweise weniger als 5 mm aufweist. Die hyperbolische Form kann natürlich auch anders ausgeführt werden und muss jeweils den zu erwartenden Spannungsverhältnissen angepasst werden. - Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. So ist z.B. die spezielle Ausgestaltung der Verlängerungselemente 4 an sich beliebig und es sind auch Kombinationen oder auch andere Ausführungsformen der in der
Fig. 6 gezeigten Ausführungsformen möglich. - Neben den hier gezeigten bandförmigen Verbundwerkstoffen können mit dem Verlängerungselement natürlich auch andere bandförmigen Werkstoffe und Lamellen welche zum Verstärken von Tragstrukturen verwendet werden mit dem Verlängerungselement ausgestattet werden und so die Tragkraft erhöht werden.
- Das Verlängerungselementes 4 kann natürlich auch bereits mit dem Spannanker 20 verbunden sein, oder mittels Kleben oder mechanischen Mitteln mit dem Spannanker 20 und / oder dem bandförmigen Werkstoff verbunden werden.
-
- 1
- Krafteinleitungselement
- 2
- Quer-Traverse
- 3
- Anpressplatte
- 4
- Verlängerungselement
- 5
- Bandförmiger Werkstoff, insbesondere Verbundwerkstoff
- 6
- Klebstoff
- 7
- Schrauben
- 8
- Gewindeschraube
- 9
- Gewindestange
- 10
- Tragstruktur
- 11
- Zugrichtung
- 12
- Anpressplatte
- 13
- Rippen
- 14
- Ausnehmung
- 15
- Fortsatz
- 20
- Spannanker
Claims (5)
- Verfahren zur Erhöhung der Zuglast eines bandförmigen Werkstoffes (5), insbesondere eines Verbundwerkstoffs, wobei der bandförmige Werkstoff (5) mittels eines Spannankers (20) vorgespannt wird, wobei nach dem Spannprozess im Übergangsbereich vom Spannanker (20) zum bandförmigen Werkstoff (5) ein Verlängerungselement (4) zur Verhinderung von zusätzlichen Spannungsspitzen bei Beanspruchungen des Werkstoffes (5) oberhalb der Vorspannlast mit dem Verbundwerkstoff (5) und dem Spannanker (20) verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verlängerungselement (4) mit dem Spannanker (20) und / oder einer Quer-Traverse (2) des Spannankers (20) mechanisch und/oder mit einem Klebstoff (6) direkt verbunden ist.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verlängerungselement (4) mit dem Verbundwerkstoff (5) mechanisch und/oder mit einem Klebstoff (6) verbunden wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verlängerungselement (4) insbesondere eine hyperbolische, zungen- oder keilförmige Form besitzt und sich zum Verbundwerkstoff (5) in Richtung zur Mitte des Werkstoffes (5) hin verjüngt.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verlängerungselement (4) aus einem duktilen Material, insbesondere aus Aluminium, Stahl oder Titan besteht.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Verbundwerkstoff (5) gegenüberliegende Seite des Verlängerungselementes (4) eine vergrößerte und strukturierte Oberfläche besitzt und insbesondere keil-, zickzack- oder wellenförmig ausgeführt ist.
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