EP2083133A2

EP2083133A2 - Mechanisches Endverankerungselement für Verstärkungslaminate an Bauwerken

Info

Publication number: EP2083133A2
Application number: EP09151194A
Authority: EP
Inventors: Josef Scherer
Original assignee: S&P Clever Reinforcement Co AG
Current assignee: S&P Clever Reinforcement Co AG
Priority date: 2008-01-28
Filing date: 2009-01-23
Publication date: 2009-07-29
Also published as: CH700733B1; EP2083133A3

Abstract

Das Endverankerungselement bestehet aus einer Grundplatte (1), welche eine Stützfläche (2) bildet, die mit der Richtung des zu verankernden Endes eines Laminatstreifens (3) in dessen Richtung hin gesehen einen Winkel W zwischen 85° und 120° einschliesst, und für den aufzuklebenden Laminatendbereich eine gekrümmte Oberfläche (4) aufweist. Der darauf aufgeklebte Endbereich (5) des Laminatendes erfährt eine gegen das Bauwerk B hin gerichtete Krümmung (6). Die Unterseite der Grundplatte (1) weist Quernuten (7) auf, und die auf die Grundplatte (1) aufzulegende Klemmplatte (8) eine zur gekrümmten Oberfläche (4) passende gekrümmte Oberfläche (9) als Unterseite (10). Die Klemmplatte (8) ist an ihrem Ende mit einer nach unten gerichteten Auskragung (11) versehen, welche die Grundplatte (1) an deren Ende hintergreift. Die Klemm- (8) und Grundplatte (1) sind mittels Schraubverbindungen (12) miteinander verklemmbar. Mittels eines die beide Platten (8,1) durchdringenden Verankerungsbolzens (13) ist die Grundplatte (1) im Bauwerk B verankerbar.

Description

Die Verstärkung eines bestehenden Bauteils B aus Beton respektive Stahlbeton mit einem Faserverbundwerkstoff F, um eine auf Biegezug beanspruchte Seite des Bauteils B zu verstärken, ist bekannt. Hierzu wird ein Faserverbundwerkstoff F auf die beanspruchte Stelle aufgeklebt. Es ist ebenfalls Stand der Technik, dass ein zusätzlicher Anpressdruck, welcher am Ende des geklebten Faserverbundwerkstoffes F aufgebracht wird, beispielsweise mit Stahlplatten und Schrauben, welche in den Traggrund eingreifen, sich positiv auf das Verhalten des mit einem Faserverbundwerkstoff verstärkten Bauteils auswirkt.
Trotzdem bleibt das Verankern eines Faserverbundstreifens an seinen Enden eine Schwachstelle. Es ist daher die Aufgabe dieser Erfindung, ein mechanisches Endverankerungselement für solche Laminatstreifen zu schaffen, welches grössere Kräfte aufzunehmen vermag und das kostengünstig hergestellt und einfach verbaut werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst von einem Endverankerungselement für aufzuklebende Faserverbundwerkstoff-Laminatstreifen, bestehend aus einer Grundplatte, welche eine Stützfläche bildet, die mit der Richtung des zu verankernden Endes eines Laminatstreifens in dessen Richtung hin gesehen einen Winkel W zwischen 85° und 120° einschliesst, und für den aufzuklebenden Laminatendbereich eine gekrümmte Oberfläche aufweist, sodass der darauf aufgeklebte Endbereich des Laminatendes eine gegen das Bauwerk B hin gerichtete Krümmung erfährt, dass die Unterseite der Grundplatte Quernuten aufweist, und die auf die Grundplatte aufzulegende Klemmplatte eine zur gekrümmten Oberfläche passende gekrümmte Oberfläche als Unterseite aufweist, und die Klemmplatte an ihrem Ende mit einer nach unten gerichteten Auskragung die Grundplatte an deren Ende hintergreift, sowie dass die Klemm- und Grundplatte mittels Schraubverbindungen miteinander verklemmbar sind, und wenigstens mittels eines die beide Platten durchdringenden Verankerungsbolzen im Bauwerk B verankerbar sind.
In den Figuren ist das Endverankerungselement für aufzuklebende Faserverbundwerkstoff-Laminatstreifen gezeigt und seine Form und Beschaffenheit sowie seine Funktion wird nachfolgend anhand dieser Zeichnungen beschrieben und erklärt.
Es zeigt:

Figur 1:: Das Endverankerungselement von der Seite her gesehen, mit einem rechts einlaufenden Faserverbundwerkstoff-Laminatstreifen;
Figur 2:: Das Endverankerungselement von oben gesehen;
Figur 3:: Das Endverankerungselement von unten gesehen;
Figur 4:: Das Endverankerungselement in einem Längsschnitt in einer an einem Bauwerk B verbauten Lage mit eingeklemmtem Faserverbundwerkstoff-Laminatstreifen.

Das Endverankerungselement für aufzuklebende Faserverbundwerkstoff-Laminatstreifen besteht aus einer Grundplatte 1 und einer darauf aufzulegenden zugehörigen Klemmplatte 8, wie in Figur 1 gezeigt. Diese Teile sind zum Beispiel aus Aluminium gefertigt. Sie können im Spritzguss-Verfahren hergestellt sein, oder stranggepresst oder auch aus Vollmaterial gefräst sein. Die Grundplatte 1 bildet eine Stützfläche 2, die mit der Richtung des zu verankernden Endes eines Laminatstreifens 3 in dessen Richtung hin gesehen einen Winkel W zwischen 85° und 120° einschliesst. Die Grundplatte 1 weist für den aufzuklebenden Laminatendbereich eine gekrümmte Oberfläche 4 auf, sodass der darauf aufgeklebte Endbereich 5 des Laminatendes eine gegen das Bauwerk B hin gerichtete Krümmung 6 erfährt, das heisst das Ende des Lamiantendes ist näher beim Bauwerk als der Anfang des Laminatendbereiches. In der Unterseite der Grundplatte 1 sind Quernuten 7 ausgeformt, welche zur Aufnahme der Schraubenköpfe 15 von Schrauben bestimmt sind, welche die Grundplatte 1 senkrecht nach oben durchdringen und nach oben aus der Grundplatte 1 herausragen. Eine Seite des Schraubenkopfes 15 liegt dabei an der seitlichen Wand 16 der Nute 7 an, sodass der Schraubenkopf 15 darin vor einem Verdrehen gesichert ist. Die auf die Grundplatte 1 aufzulegende Klemmplatte 8 weist eine zur gekrümmten Oberfläche 4 passende gekrümmte Oberfläche 9 als Unterseite 10 auf. Die Klemmplatte 8 läuft an ihrem Ende in eine nach unten gerichtete Auskragung 11 aus, welche beim Auflegen auf die Grundplatte 1 dieselbe an deren Ende hintergreift. Die Klemm- 8 und Grundplatte 1 sind mittels Schraubverbindungen 12 miteinander verspann- und somit verklemmbar. Wenigstens mittels eines die beiden Platten 8,1 durchdringenden Verankerungsbolzens 13 ist die Grundplatte 1 im Bauwerk B verankerbar.
Die Figur 2 zeigt das Endverankerungselement von oben gesehen. Man blickt hier auf die Oberseite der Klemmplatte 8. Diese ist mittels der Kontermuttern 17 auf den Verbindungsschrauben 12 und durch Unterlegen von Distanzscheiben 18 mit denselben verschraubt, sodass die Klemmplatte 8 mit der darunterliegenden Grundplatte 1 satt verspannt wird und diese beiden Platten 1,8 kräftig unter Einschluss des zwischenliegenden Endbereiches eines Laminatstreifens 3 miteinander verklemmt werden. Wie man erkennt sind die Schrauben beidseits des Endbereiches des Laminatstreifens angeordnet, sodass eine kräftige Verspannung ermöglicht wird. Weil die Klemmflächen ja in einer Richtung gekrümmt sind, sind die Grundplatte 1 und die Klemmplatte 8 in der Querrichtung besonders steif und die Schrauben auf den beiden Seiten des Lamiantstreifens drücken die Klemmflächen dazuwischen satt aufeinander.
In Figur 3 sieht man das Endverankerungselement von unten gesehen. Hier sind die Nuten 7 erkennbar, welche in der Unterseite der Grundplatte 1 ausgeformt sind. Man erkennt die Schraubenköpfe 15, die mit je einer Seite an der Nuten-Seitenwand 16 anliegen, sodass sie in den Nuten vor einem Verdrehen gesichert sind. Weil die Vertiefung, in welche die Grundplatte 1 eingesetzt wird, zuvor mit einem Epoxyharz ausgegossen wird, werden die Nuten 7 beim Einsetzen der Grundplatte 1 von diesem Epoxyhartz ausgefüllt, sodass eine zusätzliche Verkrallung der Grundplatte 1 mit dem Bauwerk entsteht.
Die Figur 4 zeigt das Endverankerungselement in einem Längsschnitt in einer an einem Bauwerk B verbauten Lage mit eingeklemmtem Faserverbundwerkstoff-Laminatstreifen 3. Zum Aufbau der Verankerung wird die Vertiefung zunächst mit Epoxyharz ausgegossen, dann wird die Grundplatte 1 eingesetzt, sodass ihre Stützfläche 2 satt an der dortigen Wand der Vertiefung anliegt. Dann wird die Grundplatte 1 mit dem Verankerungsbolzen 13 gesichert. Das Epoxyharz wird verdrängt und füllt die Nuten 7 auf der Unterseite der Grundplatte 1 aus. Dann die gekrümmte Oberseite der Grundplatte 1 mit Epoxyharz bestrichen und hernach der endseitige Abschnitt des Laminatstreifens unter Krümmung daraufgedrückt. Die Oberseite des Laminatstreifens wird ebenfalls mit Epoxyharz bestrichen und dann wird die Klemmplatte 8 aufgesetzt und kräftig mit der Grundplatte 1 verspannt, unter Einklemmens des zwischenliegenden Endabschnittes des Laminatstreifens.
Das Neue und Besondere bei der Anwendung dieses Endverankerungselementes besteht darin, das es ermöglicht, den aufgeklebten Faserverbundwerkstoff F zusätzlich am Ende in den Traggrund, bestehend vorwiegend aus Beton respektive Stahlbeton, einzubiegen. Der Faserverbundwerkstoff F, welcher zur Biegezugverstärkung auf die Oberfläche des Bauteils B aufgeklebt wird, besteht vorzugsweise aus unidirektional angeordneten Faserbündeln, vorzugsweise aus Kohle-, Glas- oder Aramidfasern. Dieser Faserverbundwerkstoff F wird über die gesamte Länge des Faserverbundwerkstoffes mit dem Traggrund schubfest mittels Klebstoff verklebt. Ein oder beide Enden des Faserverbundwerkstoffes werden danach wie beschrieben zwischen der unteren Grundplatte und der oberen Klemmplatte eingeklebt. Durch Anziehen der Schraubverbindungen zwischen der Klemm- 8 und Grundplatte 1 wird der Faserverbundbaustoffstreifen gekrümmt und in den Traggrund eingebogen. Bei Belastung des Bauteils B entsteht im Faserverbundwerkstoff, welcher auf der biegebeanspruchten Seite aufgeklebt wird, eine Zugkraft. Am gekrümmten Ende des Faserverbundwerkstoffes wird die verbleibende Zugkraft, welche durch die Klebeverbindung teilweise bereits in den Traggrund eingeleitet wurde, umgelenkt. Die resultierende Umlenkkraft U wird in einem spitzen Winkel über die Stützfläche 2, welche dann als Krafteinleitungsfläche wirkt, in den Traggrund abgegeben. Dank dieser Endverankerungselemente ist die Krafteinleitung aus dem Faserverbundwerkstoff F in den Traggrund nicht ausschliesslich vom Kleberverbund über die gesamte Länge des Faserverbundwerkstoffes abhängig. Die Krafteinleitung erfolgt zusätzlich über die resultierende Umlenkkraft U. Damit das Abheben des Verankerungselements infolge der Umlenkkraft U verhindert wird, wird das Verankerungselement mit einem Verankerungsbolzen 13 im Traggrund B fixiert.

Claims

Endverankerungselement für aufzuklebende Faserverbundwerkstoff-Laminatstreifen, bestehend aus einer Grundplatte (1), welche eine Stützfläche (2) bildet, die mit der Richtung des zu verankernden Endes eines Laminatstreifens (3) in dessen Richtung hin gesehen einen Winkel W zwischen 85° und 120° einschliesst, und für den aufzuklebenden Laminatendbereich eine gekrümmte Oberfläche (4) aufweist, sodass der darauf aufgeklebte Endbereich (5) des Laminatendes eine gegen das Bauwerk B hin gerichtete Krümmung (6) erfährt, dass die Unterseite der Grundplatte (1) Quernuten (7) aufweist, und die auf die Grundplatte (1) aufzulegende Klemmplatte (8) eine zur gekrümmten Oberfläche (4) passende gekrümmte Oberfläche (9) als Unterseite (10) aufweist, und die Klemmplatte (8) an ihrem Ende mit einer nach unten gerichteten Auskragung (11) die Grundplatte (1) an deren Ende hintergreift, sowie dass die Klemm- (8) und Grundplatte (1) mittels Schraubverbindungen (12) miteinander verklemmbar sind, und wenigstens mittels eines die beide Platten (8,1) durchdringenden Verankerungsbolzens (13) im Bauwerk B verankerbar sind.
Endverankerungselement für aufzuklebende Faserverbundwerkstoff-Laminatstreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grund-(1) und Klemmplatte (8) Aluminiumteile sind.
Endverankerungselement für aufzuklebende Faserverbundwerkstoff-Laminatstreifen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gekrümmte Unterseite der Klemmplatte (8) so auf die gekrümmte Oberfläche der Grundplatte (1) passt, dass ein Laminatstreifen zwischen denselben unter Zugabe von Leim an jeder Stelle satt aufliegend einklemmbar ist, das heisst dass in diesem Zustand die Klemmflächen der beiden Platte parallel zueinander verlaufen.
Endverankerungselement für aufzuklebende Faserverbundwerkstoff-Laminatstreifen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (1) dergestalt ist, dass die Oberkante (14) ihrer Stützfläche (2) bündigt mit der Oberfläche eines zu verstärkenden Bauwerk verbaubar ist, sodass die gekrümmte Oberfläche der Grundplatte (1) gegen hinten unter das Niveau der Bauwerk-Oberfläche abfällt.
Endverankerungselement für aufzuklebende Faserverbundwerkstoff-Laminatstreifen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubverbindungen zwischen der Grundplatte (1) und der Klemmplatte (8) beidseits des einzuklemmenden Laminat-Endbereichs angeordnet sind und die Schraubköpfe in den Nuten (7) zu liegen kommen, wobei jeweils eine Seite der Schraubenköpfe an der Wand einer Nut (7) anliegt.
Endverankerungselement für aufzuklebende Faserverbundwerkstoff-Laminatstreifen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verankerungsbolzen (13) ein Dübelbolzen ist und wenigstens halb so lang wie die Klemmplatte (8) ist.
Verfahren zum Verbauen eines Endverankerungselementes für aufzuklebende Faserverbundwerkstoff-Laminatstreifen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
a) Das Bauwerk B mit einer Ausnehmung für die Grundplatte (1) versehen wird, mit passgenauer Seite für deren Stützfläche (2),

b) In der Ausnehmung ein Loch für der Verankerungsbolzen (13) vorgebohrt wird,

c) Die Ausnehmung mit Epoxyharz bestrichen wird,

d) Die Grundplatte (1) mit ihren Klemmschrauben (12) eingesetzt und mit dem Verankerungsbolzen (13) gesichert wird,

e) Die Oberseite (4) der Grundplatte (1) mit Epoxyharz bestrichen wird und der Laminatendbereich darauf gelegt wird,

f) Die Klemmplatte (8) auf ihrer Unterseite mit Epoxyharz bestrichen und auf die Grundplatte (1) aufgelegt und mit ihr verschraubt wird, indem Kontermuttern auf die Klemmschrauben (12) und auf dem Verankerungsbolzen (13) festgezogen werden.