EP2365154B1 - Vorrichtung zur Verankerung von Zuggliedern - Google Patents

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EP2365154B1
EP2365154B1 EP20110001838 EP11001838A EP2365154B1 EP 2365154 B1 EP2365154 B1 EP 2365154B1 EP 20110001838 EP20110001838 EP 20110001838 EP 11001838 A EP11001838 A EP 11001838A EP 2365154 B1 EP2365154 B1 EP 2365154B1
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EP
European Patent Office
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load
filling body
ring
tension member
load application
Prior art date
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EP20110001838
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English (en)
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EP2365154A1 (de
Inventor
Hermann Dr.-Ing. Weiher
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Original Assignee
Individual
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Publication date
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Publication of EP2365154B1 publication Critical patent/EP2365154B1/de
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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C5/00—Reinforcing elements, e.g. for concrete; Auxiliary elements therefor
    • E04C5/08—Members specially adapted to be used in prestressed constructions
    • E04C5/12—Anchoring devices
    • E04C5/122—Anchoring devices the tensile members are anchored by wedge-action
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C5/00—Reinforcing elements, e.g. for concrete; Auxiliary elements therefor
    • E04C5/08—Members specially adapted to be used in prestressed constructions
    • E04C5/12—Anchoring devices
    • E04C5/125—Anchoring devices the tensile members are profiled to ensure the anchorage, e.g. when provided with screw-thread, bulges, corrugations

Definitions

  • the invention relates to a device for anchoring tension members, in particular for use as an anchor element in the foundation, prestressed concrete or the like, having the features in the preamble of claim 1.
  • the anchor plate ensures the initiation and distribution of the concentrated tensile forces of the tension members on the tension members supporting structure.
  • the anchor plate is an extremely solid and individual and expensive to be manufactured steel component, which is therefore difficult and expensive and usually requires special protection against corrosive effects.
  • the anchoring comprises a hollow body, which is the end of a plastic-coated tension member contains and with this frictionally connected by a firmly adhering to the surface of the tension member, solidified and mechanically resistant mass, in particular a synthetic resin is used as filler, which is enriched with fillers.
  • the problem with this anchoring the power transmission between the tension member and filling material. In this case, at high tensile forces large anchoring lengths and special measures to improve the composite necessary (for example, a plastic coating of the tendon ends, bekieste surfaces, etc.). Since the Switzerlandgliedenden be poured into the filler, the anchoring described must also be made locally, ie on site. This is both technically complex and associated with a considerable amount of time since the filler first harden and must reach a necessary minimum capacity.
  • One in the DE 100 10 564 C1 disclosed anchorage for a prestressed or loaded tensile element made of fiber composite material consists of an anchor sleeve and an anchor body, which is made of a hardenable potting material.
  • this anchoring a good bonding behavior between the tension member and the anchor body is required to transfer the tensile force from the tension member to the anchor body.
  • a uniform distribution of the shear stresses along the tension element is achieved by the widening of the anchor body in the load-bearing part of the anchorage. At the same time, this reduces the transverse compressive stress of the tension element in the part of the anchorage close to the load compared to cylindrical and conical grouting anchorages and thus increases the efficiency of the anchorage.
  • the JP 2003-278314 A shows a device for anchoring tension members, wherein between a tension member and an inner metal ring of the anchoring device wedges are provided for load transfer.
  • the generic CH 609 121 A5 is an end anchorage of a clamping element or tensioning element strand of composite materials described, wherein a housing of the end anchoring is supported on an abutment and having an interior which extends in the longitudinal direction of the housing. Each clamping element is inserted into the interior and anchored there with a filler that completely fills the remaining interior space.
  • the filler body is formed by a set of pressure-resistant prisms, two of which have a wedge shape.
  • the housing comprises a tube jacket extending in the longitudinal direction and pressure-resistant molded parts surrounded by the latter and delimiting the wedge-shaped interior. These molded parts can be made of machined steel or cast steel or of pressure-resistant, fiber-reinforced, steam-hardened cement or plastic concrete.
  • the object of the invention is therefore to provide a device for anchoring tension members, which is particularly simple and inexpensive to produce.
  • a major advantage of this device is that it can be prefabricated high quality and inexpensive factory and comes as a finished part of the site. Furthermore, the constructional structure of a retaining ring, a filler accommodated therein as well as prefabricated channels in the packing can be realized in a very simple manner in terms of process engineering.
  • the filler has a mineral, in particular cement-bound filler.
  • Each Ceigliedkanal the filler is assigned to the load introduction side attached to the respective tension member load introduction element which laterally protrudes from the tension member and is supported on the packing.
  • the tensile force of the tension member is transferred by the load introduction members directly or indirectly (e.g., via intermediate members such as a washer) to the packing.
  • the load introduction element and the filling body each have a contact surface for forming a surface contact, wherein the contact surfaces, viewed in a section along the ring axis, are curved differently. In most cases, the contact surfaces on a different degrees of curvature, ie, differ by their adjacent radii of curvature.
  • the retaining ring is a cylindrical tube section which has a substantially constant cross-section along the axis of the ring.
  • This substantially constant cross-section means, in particular, that no flange sections are provided at the axial ends of the retaining ring.
  • the cylindrical pipe section is particularly circular cylindrical and preferably has no longitudinal weld, i. no weld in the axial direction.
  • the retaining ring can be made of simple "standard tubes" with a suitable diameter, which only have to be cut to a suitable axial dimension.
  • the retaining ring is a metal ring, in particular a steel ring. Since the retaining ring is exposed to considerable Ringzugêten when anchoring the tension members, the ring material must have sufficient tensile strength to have. Many metals meet these requirements for tensile strength, with common structural steels such as St37 or St52 have proven to be particularly suitable and inexpensive.
  • the retaining ring is a plastic ring, in particular a fiber-reinforced plastic ring.
  • plastic ring usually offers significant advantages in terms of weight and material costs.
  • the plastic allows a simplified dismantling, that is, e.g. a destruction of the retaining ring by milling or cutting.
  • the packing of the device for anchoring tension members is preferably formed by pouring the retaining ring and subsequent curing.
  • the initially flowable filling material of the packing allows in this case a particularly simple formation of the Switzerlandgliedkanäle and filling of the retaining ring.
  • the filler is made of a high strength mortar or a high strength concrete.
  • High-strength mortars and concretes are cement-bonded fillers, which meanwhile reach enormous compressive strengths of the order of magnitude of about 200 N / mm 2 and, as binders, do not require plastics, that is to say in particular are designed without synthetic resin.
  • the filler body terminates substantially flush with the retaining ring both on the load introduction side and on the load transfer side.
  • the retaining ring can easily absorb the occurring in the circumferential direction Ringzugêten, whereas the retaining ring during axial load transfer plays no special role, as this is done essentially by the filler.
  • the tension member anchoring of the retaining ring essentially only to train and the filler essentially stressed only to pressure, which facilitates the choice of suitable, inexpensive materials.
  • no tensile reinforcement in the filling body is necessary, so that the filling body can be produced with little effort, in particular as an unreinforced concrete body.
  • the load introduction element may in particular have a nut and / or a clamping wedge.
  • the surface pressures between the load introduction element and the filler can be reduced with little effort so far that they can be easily absorbed by the load introduction element, but in particular by the filler.
  • the tension member is supported mainly by means of its associated load introduction element exclusively on the filler body. Accordingly, the concentrated tensile force in the tension member is almost completely transmitted by the contact between load introduction element and packing.
  • the load introduction element and the filling body can initially substantially form a concentric line contact concentric with the ring axis and, after a load introduction, essentially form a concentric surface contact concentric with the ring axis. Due to the low frictional resistance of the line contact, an advantageous, exact fine alignment of the tension member (and the associated load introduction element) can thus be realized in the direction of the tensile force during assembly. In this case, the tension member and the load introduction element is pivoted in the manner of a ball joint relative to the filling body. Due to this fine alignment, the anchoring device only has to remove normal forces of the tension member. An undesired torque or shear force stress is thereby prevented.
  • the load introduction side of the filling body extends in the axial direction over the Retaining ring out.
  • the force of the tendon is thus initially conducted radially outwardly and then only in the load-transferring component with minimal material cost, which can reduce splitting tensile forces occurring in the load-bearing component.
  • the load forwarding side of the filling body bears directly against a load-bearing component. This means that the tensile force of the tension member is transferred substantially completely from the filler directly to the load-bearing component. Any effect of the retaining ring that contributes to the bond between the steel ring and the filler is generally negligible and is usually not taken into account in the calculation.
  • connection sleeve for receiving the tension member may be mounted on the Lastweiter effetsseite of the filler.
  • This connection sleeve is cast, for example, in the production of the filler in the filler, so that the retaining ring, the filler and the connecting sleeve form a preassembled module.
  • a Verpresskanal for subsequent filling of the annular space between the tension member and packing is provided in the packing.
  • a cement suspension is used to fill the annular space, whereby this cement suspension does not develop any appreciable contributory effect, but mainly serves to protect the tension members against corrosion.
  • a bond between the tension member and the filler is not necessary, which is why the filler can also be easily prefabricated.
  • the injection channel preferably extends from the load introduction side to the tension member channel of the packing.
  • an explosive chamber is formed in the filling body.
  • This blasting chamber is preferably filled with an explosive which communicates via an ignition means with the load introduction side. In this way, a simple dismantling of the structure by blowing up the anchoring device is possible.
  • the load introduction side and the opposite load transmission side are substantially planar surfaces which enclose an angle ⁇ of 0 ° ⁇ ⁇ ⁇ 60 °, in particular 0 ° ⁇ ⁇ 30 °.
  • ⁇ 0 °
  • an angle of ⁇ ⁇ 0 ° can also be advantageous.
  • the FIG. 1 shows the first embodiment of a device 10 for anchoring tension members 12, in particular for use as an anchor element in the foundation, prestressed concrete, tunneling or mining, etc., when installed.
  • the device 10 in this case comprises a circumferentially closed retaining ring 14 for receiving stresses, in particular Ringzug brieflyen, and a the interior of the retaining ring 14 filling filling body 16 which is captively fixed to the retaining ring 14, wherein the filler 16 is an end load introduction side 18 and an opposite, frontal Lastweiter Arthursseite 20 and for receiving a tension member 12 has a prefabricated, axially continuous Switzerlandgliedkanal 22.
  • the retaining ring 14 is in the present case a cylindrical tube section, which along a ring axis A has a substantially constant cross-section.
  • the Switzerlandgliedkanal 22 is assigned to the tension member 12 fixed load introduction element 24 on the load introduction side 18, which projects laterally opposite the tension member 12 and is supported directly on the packing 16. A traction F of the tension member 12 is thus transferred by means of the load introduction element 24 to the packing 16.
  • At least one axial end of the tension member 12 is provided with a thread 25 and the load introduction element 24 designed as a ball collar nut 27, which can be screwed onto the thread 25 of the tension member 12.
  • the ball nut 27 is slightly thickened on its side facing the filler body 16 and has a spherical contact surface 26 to the load introduction side 18 out.
  • the Switzerlandgliedkanal 22 of the packing 16 has on the load introduction side 18 a the shape of the load introduction element 24 adapted, designed as a contact surface 28 channel edge (see also Figures 2 and 13 ).
  • the tension member 12 engages according to FIG. 1 essentially by means of its associated load introduction element 24, ie its ball collar nut 27, exclusively on the filling body 16 in order to support itself.
  • the tensile force F introduced via the contact surface 26 of the load introduction element 24 is taken up by the filling body 16 via the channel edge of the load introduction side 18 and introduced into a load-transferring component 30 via the load transfer side 20.
  • the load-bearing component 30 is not an anchor plate made of steel, but in particular a concrete component of the prestressed concrete structure.
  • the load passing side 20 is applied to the load-removing component 30, so that almost the entire tensile force F of the tension member 12 is transferred directly from the packing 16 to the load-bearing component 30. Due to the bond between the filling body 16 and the retaining ring 14, a small proportion of the tensile force F can also be introduced into the load-bearing component 30 via the retaining ring 14.
  • the composite between retaining ring 14 and packing 16 is not designed for load transfer, so that, for example, a load-bearing function of the retaining ring 14 on the safe side can be neglected for a static calculation.
  • the bond strength between retaining ring 14 and packing 16 is in any case so great that the retaining ring 14 and the filler 16 are captively connected to each other and form a prefabricated assembly.
  • FIG. 2 shows this trained as a prefabricated assembly device 10 for anchoring tension members 12 in longitudinal section.
  • the filler 16 is formed by pouring the retaining ring 14 with a filler 16 ', which then hardens.
  • a filler 16 ' which then hardens.
  • corresponding formwork elements are provided in the retaining ring 14 already the Switzerlandgliedkanal, which are removed after curing of the filling material 16 '.
  • the filler 16 a mineral filler 16 ', which is cement-bonded and thus made in particular synthetic resin.
  • the packing 16 is preferably made of high-strength mortar or high-strength concrete. Mortar or concrete in this context is referred to as "high-strength" if a compressive strength of more than 100 N / mm 2 is achieved.
  • the packing 16 closes according to the Figures 1 and 2 both on the load introduction side 18 and on the load transfer side 20 substantially flush with the retaining ring 14 from. This is not only advantageous in terms of formwork, but also enables the problem-free absorption of the transverse pull occurring during load introduction in the packing 16 by the retaining ring 14. Without the absorption of these tensile stresses by the retaining ring 14, an expensive tensile reinforcement would have to be provided in the packing 16 in order to destroy the packing 16 when initiating the tensile force F to avoid.
  • the retaining ring 14 is formed in the illustrated embodiments as a metal ring, in particular as a steel ring. Particularly suitable are the standard structural steels St37 or St52 proven, as they withstand the loads and are available at low cost due to their widespread use in construction. Of course, however, the use of other suitable metals is conceivable.
  • the retaining ring 14 may also be a plastic ring, in particular a fiber-reinforced plastic ring, which offer as reinforcing material, in particular glass fibers or carbon fibers.
  • FIG. 3 shows a plan view of the device 10 according to FIG. 2 .
  • the retaining ring 14 has a circular cylindrical cross-section and is closed in the circumferential direction.
  • the retaining ring 14 is formed in this embodiment without weld, in particular without longitudinal weld, to avoid discontinuities and weakening in the ring material and to ensure safe recording of the Ringzugêten.
  • the retaining ring 14 is a suitably cut to length pipe section, which terminates flush with the filler 16 at its axial ends, wherein a complex formation of flange sections at the axial ends is not necessary.
  • FIG. 4 shows the longitudinal section of the device 10 according to FIG. 2 in an embodiment variant in which a connection sleeve 32 for receiving the tension member 12 is mounted on the load forwarding side 20 of the filling body 16.
  • This connection sleeve 32 is cast in the filler 16 'during the production of the filler 16, so that the retaining ring 14, the filler 16 and the connecting sleeve 32 form a preassembled module.
  • annular space 34 between tension member 12 and packing 16 or between tension member 12 and load-bearing member 30, for example, filled with a cement suspension (see also FIG. 14 ).
  • the connecting sleeve 32 in this case allows easy backfilling of the annular space 34, without cement suspension penetrates into the joint between the packing 16 and the load-bearing member 30.
  • the cement suspension or another suitable filling compound serves mainly as corrosion protection and provides no or only negligible contribution to the load transfer.
  • FIG. 5 shows a longitudinal section of the device 10 for anchoring tension members 12 in the installed state according to a second embodiment.
  • This second embodiment differs from the first embodiment according to FIG. 1 only by the load application elements 24 used, so to avoid repetition explicitly to the description of FIGS. 1 to 4 referred to and only differences are discussed.
  • a ball nut 27 is in the second embodiment according to FIG. 5 a "standard nut", such as a hex nut 35 used as a load introduction element 24. So that the surface pressures on the load introduction side 18 of the packing 16 do not exceed a predetermined level, Furthermore, a washer 36 is provided, which enlarges the contact surface 26 to the filling body 16.
  • the washer 36 may already be at least partially embedded in the filling material 16 'in the production of the filler 16, so that a preassembled assembly of retaining ring 14, filler 16, washer 36 and possibly the connecting sleeve 32 is formed. This reduces the number of individual parts and accordingly simplifies the method for anchoring the tension members 12.
  • FIG. 6 shows, analogous to the FIGS. 1 and 5 , The schematic sectional detail of a structure, wherein the device 10 for anchoring tension members 12, however, according to a third embodiment is formed.
  • the third embodiment again differs only by the load introduction elements 24 used, so that to avoid repetition explicitly to the description of FIGS. 1 to 5 referred only to relevant differences.
  • the tension members 12 are formed in the third embodiment without thread 25, which is why the load introduction elements 24 are not designed as ball nut 27 or standard nut 35 with washer 36, but as clamping wedges 38.
  • the channel edge 28 according to FIG. 6 is analogous to FIG. 1 adapted to the shape of the load introduction elements 24 and formed as complementary to the clamping wedges 38 wedge cone 40, as in the longitudinal section detail of FIG. 7 easy to recognize.
  • the tensile force F of the tension members 12 is introduced in this embodiment via static friction in the clamping wedges 38, which are pressed axially into the wedge cones 40 of the load introduction side 18 of the packing 16 and initiate the tensile force F via its lateral surface in the packing 16.
  • tension members 12 are shown, which are anchored by the device 10 according to the third embodiment.
  • the invention is not limited to a specific number of tension members 12, which are anchored in a single device 10. This only affects the static calculation on parameters such as the diameter, the height or the material thickness of the retaining ring 14 and the choice of the filling material 16 'from.
  • FIG. 9 shows, analogous to the FIGS. 1 . 5 and 6 , The schematic sectional detail of a structure, wherein the device 10 for anchoring tension members 12, however, is formed according to a fourth embodiment.
  • the fourth embodiment differs only by the type of load application, so that to avoid repetition of the description of the FIGS. 1 to 8 referred only to relevant differences.
  • Wedge cones 40 for the clamping wedges 38 are not formed in the packing 16, but in a load distribution plate 41, which is preferably made of steel.
  • the load distribution plate 41 is supported analogous to the washer 36 in FIG. 5 exclusively at the load introduction side 18 of the filling body 16, in order to introduce the tensile force F into the filling body 16 and via the filling body 16 into the load-bearing component 30.
  • FIG. 10 shows a fifth embodiment of the device 10 for anchoring tension members 12, in which the load introduction side 18 and the opposite load forwarding side 20 of the packing 16 are each substantially flat surfaces having an angle ⁇ of 0 ° ⁇ 60 °, in particular of 0 ° Include ⁇ 30 °.
  • a special design with ⁇ ⁇ 0 ° is according to FIG. 10 illustrated by the example of an obliquely anchored sheet pile wall 42.
  • FIGS. 11 and 12 show a longitudinal section and a plan view of the device 10 for anchoring tension members 12 according to a sixth embodiment. Starting from the first embodiment (see. FIG. 2 ) Special constructions are shown here, which, however, can also be present in the other embodiments.
  • a Verpresskanal 43 for subsequent filling of the annular space 34 (see, eg FIG. 1 ) between tension member 12 and packing 16 is provided.
  • a Verpressschlauch be inserted in the production of the packing 16, which extends from the load input side 18 to Switzerlandgliedkanal 22. Accordingly, after the anchoring of the tension member 12 or the tension members 12, a cement suspension or another suitable filling compound can be introduced from the outside via a schematically indicated filling device 44 into the annular space 34.
  • an explosive chamber 46 is formed.
  • this blasting chamber 46 is filled with an explosive material, which is already poured into the filling material 16 'during the production of the filling body 16 while forming the blasting chamber 46.
  • the blasting chamber 46 is associated with an ignition device, for example a detonating cord 48, wherein the explosive material can be exploded by a connectable trigger 50 by means of the ignition device.
  • This explosion destroys at least the filler 16 of the device 10 and thus the abutment of the load introduction element 24. This makes it very easy to dismantle the prestressed structure with little effort.
  • FIGS. 13 to 17 illustrated slightly modified variants in which the load introduction element 24 at least initially, ie during assembly of the tension member 12, with low frictional resistance relative to the packing 16 is pivotable.
  • the pivotability of the load introduction element 24 is generally realized in that the contact surface 26 of the load introduction element 24 and the contact surface 28 of the filling body 16 are curved differently in a section along the ring axis A. In most cases, the contact surfaces 26, 28 have different degrees of curvature, ie they differ in their adjacent radii of curvature.
  • FIG. 13 Starting from the first embodiment according to FIG. 1 are in FIG. 13 four possible variants for the formation of the contact surfaces 26, 28 shown.
  • FIG. 13a is an enlargement of the contact area XIII FIG. 1 and represents a preferred variant in which the convex contact surface 26 of the load introduction element 24 is curved more along the axis of the axis A than the concave contact surface 28 of the filling body 16.
  • the Ball collar nut 27 in the contact region XIII a smaller radius of curvature than the packing 16.
  • the contact surface 28 describes the lateral surface of a cone, ie in longitudinal section as a straight line (radius of curvature infinity) is visible (see. FIG. 13b ).
  • FIG. 13c shows a variant in which in longitudinal section both the load introduction element 24 and the filler. 16 are convexly curved in the contact area XIII. This also includes the special case that both contact surfaces 26, 28 have the same radius of curvature.
  • FIG. 13d another variant is shown, in which in the contact region XIII of the filler 16 is convex curved and the load introduction element 24 describes the lateral surface of a cone, ie in longitudinal section as a straight line (radius of curvature infinity) is visible.
  • the load introduction element 24 and the filling body 16 during assembly initially substantially a concentric to the ring axis A, continuous line contact and after a load introduction essentially form a concentric to the ring axis A, circumferential surface contact. Due to the low frictional resistance of the line contact, an advantageous, exact fine alignment of the tension member 12 (and the associated load introduction element 24) can thus be realized in the direction of the tensile force F during assembly. In this case, the tension member 12 and the load introduction element 24 is pivoted in the manner of a ball joint relative to the packing 16.
  • the surface pressures at the contact surface 28 are greater than the material strength of the packing 16.
  • the packing 16 is thus “locally destroyed” in its overloaded surface portions, resulting in the contact surface 26 of the Load introduction element 24 adjacent contact surface 28 of the packing 16 increases.
  • the "local destruction” of the packing 16 takes place until the contact surface 28 has reached a size at which the surface pressures are below the material strength of the packing 16.
  • the contact surface 28 of the filler 16 is formed complementary to the contact surface 26 of the load introduction element 24.
  • the contact surface 28 is already so large from the outset that the material strength of the Packing 16 is not exceeded and, accordingly, no "local destruction” takes place. Due to the increased frictional resistance between the contact surfaces 26, 28, however, the pivotability or fine alignment of the anchoring device 10 is undesirably impaired.
  • FIG. 14 shows the second embodiment according to FIG. 5 with slightly modified washer 36.
  • the contact surface 26 of the washer 36 in FIG. 14 is in the form of the lateral surface of a truncated cone and the contact surface 28 of the packing 16 convex (see. FIG. 13d ). Consequently, in this variant of the second embodiment, a pivotability of the anchoring device 10 is given.
  • FIG. 15 shows a particular variant of the third embodiment according to FIG. 6 in which the contact surface 28 of the filling body 16 is not complementary to the clamping wedges 38, but is convex (cf. FIG. 13d ) to allow pivotability of the anchoring device 10.
  • a washer 36 according to FIG. 14 completed and the contact surface 28 of the packing 16 convex (see. FIG. 13d ).
  • the filling body 16 facing side of the load distribution plate 41 may be formed in the form of the lateral surface of a truncated cone and be dispensed with the additional washer 36.
  • a pivotability of the anchoring device 10 is in any case also given here.
  • FIG. 17 the load introduction side 18 of the packing 16 in the axial direction beyond the retaining ring 14 addition.
  • the force of the tension member 12 is thus initially conducted radially outwardly and then only in the load-transferring member 30 with minimal material cost, which can be reduced in the load-transferring component 30 occurring splitting tensile forces.
  • a conical recess 52 is provided on the load transfer side 20 so that the load introduction into the load-transferring component 30 takes place radially further outward with respect to the ring axis A, which further reduces the splitting tensile forces in the component 30.
  • the prefabricated assembly of retaining ring 14 and packing 16 then has according to FIG. 17 the shape of a thick-walled truncated cone with steel ring lacing or a bell-like shape.
  • the inventive, simple and inexpensive anchoring device 10 are in accordance with the FIGS. 1 and 13 to 17 in each case a fine alignment, a secure load transfer and a reliable Switzerlandgliedverank für shimoto's trademark for a fine alignment, a secure load transfer and a reliable Switzerlandgliedverank für shimoto's trademark for a fine alignment, a secure load transfer and a reliable Switzerlandgliedverank für shimoto's trademark for a fine alignment, a secure load transfer and a reliable Switzerlandgliedverank für .

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verankerung von Zuggliedern, insbesondere zur Verwendung als Ankerelement im Grundbau, Spannbetonbau oder dergleichen, mit den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Im Bauwesen sind hochbeanspruchte Zugglieder insbesondere im Spannbetonbau oder in der Geotechnik zu finden, wobei die in den entsprechenden Zuggliedern konzentrierten, hohen Zugkräfte durch eine Verankerung in das umgebende (Spannbeton-)Tragwerk oder den Baugrund abgetragen werden müssen.
  • Aus dem Stand der Technik ist eine derzeit übliche Verankerung von Zuggliedern mittels Gewindestabanker und stählerner Ankerplatte bekannt. Die Ankerplatte sorgt dabei für die Einleitung und Verteilung der konzentrierten Zugkräfte der Zugglieder auf das die Zugglieder abstützende Tragwerk. In der Regel ist die Ankerplatte ein äußerst massives sowie individuell und aufwendig zu fertigendes Stahlbauteil, welches dementsprechend schwer und teuer ist sowie zumeist besonderer Schutzmaßnahmen gegen korrosive Einflüsse bedarf.
  • In der DE 1 659 131 A1 wird aufgrund dieser Nachteile eine Verankerung für Spannbetonbewehrungen beschrieben, bei der auf eine massive und aufwendige Ankerplatte verzichtet werden kann. Die Verankerung umfasst dabei einen Hohlkörper, der das Ende eines mit Kunststoff überzogenen Zugglieds enthält und mit diesem kraftschlüssig durch eine an der Oberfläche des Zugglieds festhaftende, erstarrte und mechanisch widerstandsfähige Masse verbunden ist, wobei als Füllmasse insbesondere ein Kunstharz verwendet wird, welches mit Füllstoffen angereichert ist. Problematisch ist bei dieser Verankerung die Kraftübertragung zwischen Zugglied und Füllmasse. Dabei sind bei hohen Zugkräften große Verankerungslängen sowie besondere Maßnahmen zur Verbesserung des Verbunds notwendig (beispielsweise ein Kunststoffüberzug der Spanngliedenden, bekieste Oberflächen etc.). Da die Zuggliedenden in die Füllmasse eingegossen werden, muss die beschriebene Verankerung außerdem vor Ort, d.h. auf der Baustelle hergestellt werden. Dies ist sowohl verfahrenstechnisch aufwendig als auch mit einem erheblichen Zeitaufwand verbunden, da die Füllmasse zunächst erhärten und eine notwendige Mindesttragfähigkeit erreichen muss.
  • Eine in der DE 100 10 564 C1 offenbarte Verankerung für ein vorgespanntes oder belastetes Zugelement aus Faserverbundwerkstoff besteht aus einer Ankerbüchse und einem Ankerkörper, welcher aus einem aushärtbaren Vergussmaterial hergestellt wird. Bei dieser Verankerung ist ein gutes Verbundverhalten zwischen dem Zugelement und dem Ankerkörper erforderlich, um die Zugkraft vom Zugelement auf den Ankerkörper zu übertragen. Eine gleichmäßige Verteilung der Schubspannungen entlang des Zugelements wird durch die Aufweitung des Ankerkörpers im lastnahen Teil der Verankerung erreicht. Gleichzeitig wird dadurch die Querdruckbeanspruchung des Zugelements im lastnahen Teil der Verankerung im Vergleich zu zylindrischen und konischen Vergussverankerungen reduziert und damit der Wirkungsgrad der Verankerung gesteigert.
  • Die JP 2003-278314 A zeigt eine Vorrichtung zur Verankerung von Zuggliedern, wobei zwischen einem Zugglied und einem inneren Metallring der Verankerungsvorrichtung Keile zur Lastübertragung vorgesehen sind.
  • In der gattungsgemäßen CH 609 121 A5 ist eine Endverankerung eines Spannelements oder Spannelementstrangs aus Verbundwerkstoffen beschrieben, wobei sich ein Gehäuse der Endverankerung an einem Widerlager abstützt und einen Innenraum aufweist, welcher sich in Längsrichtung des Gehäuses erstreckt. Jedes Spannelement ist in den Innenraum eingeführt und dort mit einem Füllkörper verankert, der den restlichen Innenraum vollständig ausfüllt. Der Füllkörper ist dabei durch einen Satz druckfester Prismen gebildet, von denen zwei eine Keilform aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Gehäuse einen sich in Längsrichtung erstreckenden Rohrmantel sowie von diesem umschlossene, druckfeste Formteile zur Abgrenzung des keilförmig ausgebildeten Innenraums. Diese Formteile können aus bearbeitetem Stahl oder Stahlguss oder aus druckfestem, faserverstärktem, dampf-gehärtetem Zement- oder Kunststoff-Beton bestehen.
  • Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer Vorrichtung zur Verankerung von Zuggliedern, welche besonders einfach und preiswert herstellbar ist.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ein großer Vorteil dieser Vorrichtung ist, dass sie sich werkseitig qualitativ hochwertig sowie preiswert vorfertigen lässt und als Fertigteil auf die Baustelle kommt. Ferner ist der konstruktive Aufbau aus einem Haltering, einem darin aufgenommenen Füllkörper sowie im Füllkörper vorgefertigten Kanälen verfahrenstechnisch sehr einfach realisierbar.
  • Der Füllkörper weist ein mineralisches, insbesondere zementgebundenes Füllmaterial auf.
  • Jedem Zuggliedkanal des Füllkörpers ist auf der Lasteinleitungsseite ein am jeweiligen Zugglied befestigtes Lasteinleitungselement zugeordnet, welches seitlich gegenüber dem Zugglied vorsteht und sich am Füllkörper abstützt. Somit wird die Zugkraft des Zugglieds durch die Lasteinleitungselemente unmittelbar oder mittelbar (z.B. über Zwischenelemente wie eine Beilagscheibe) auf den Füllkörper übertragen.
  • Das Lasteinleitungselement und der Füllkörper weisen jeweils eine Kontaktfläche zur Ausbildung eines Flächenkontakts auf, wobei die Kontaktflächen, in einem Schnitt längs der Ringachse gesehen, unterschiedlich gekrümmt sind. Zumeist weisen die Kontaktflächen eine unterschiedlich starke Krümmung auf, unterscheiden sich also durch ihre aneinander angrenzenden Krümmungsradien.
  • Vorzugsweise ist der Haltering ein zylindrischer Rohrabschnitt, welcher längs der Ringachse einen im wesentlichen konstanten Querschnitt aufweist. Dieser im wesentlichen konstante Querschnitt bedeutet insbesondere, dass keine Flanschabschnitte an den axialen Enden des Halterings vorgesehen sind. Darüber hinaus ist der zylindrische Rohrabschnitt insbesondere kreiszylindrisch und weist bevorzugt keine Längsschweißnaht, d.h. keine Schweißnaht in axialer Richtung auf. Dadurch lässt sich der Haltering aus einfachen "Standardrohren" mit geeignetem Durchmesser fertigen, die lediglich auf ein passendes axiales Maß abgelängt werden müssen.
  • In einer Ausführungsform ist der Haltering ein Metallring, insbesondere ein Stahlring. Da der Haltering beim Verankern der Zugglieder beachtlichen Ringzugspannungen ausgesetzt ist, muss das Ringmaterial eine ausreichende Zugfestigkeit haben. Viele Metalle erfüllen diese Anforderungen an die Zugfestigkeit, wobei sich gängige Baustähle wie z.B. St37 oder St52 als besonders geeignet und kostengünstig erwiesen haben.
  • In einer alternativen Ausführungsform ist der Haltering ein Kunststoffring, insbesondere ein faserverstärkter Kunststoffring. Als Faserverstärkung eignen sich dabei insbesondere Glas- und Kohlefasern. Verglichen mit einem Metallring bietet der Kunststoffring üblicherweise deutliche Vorteile in Bezug auf Gewicht und Materialkosten. Ferner ermöglicht der Kunststoff einen vereinfachten Rückbau, das heißt z.B. eine Zerstörung des Halterings durch Fräsen oder Schneiden.
  • Der Füllkörper der Vorrichtung zur Verankerung von Zuggliedern ist vorzugsweise durch Ausgießen des Halterings und anschließendes Aushärten gebildet. Das zunächst fließfähige Füllmaterial des Füllkörpers ermöglicht in diesem Fall eine besonders einfache Ausformung der Zuggliedkanäle und Befüllung des Halterings.
  • Bevorzugt ist der Füllkörper aus einem hochfesten Mörtel oder einem hochfesten Beton hergestellt. Hochfeste Mörtel und Betone sind zementgebundene Füllkörper, die mittlerweile enorme Druckfestigkeiten in der Größenordnung von etwa 200 N/mm2 erreichen und als Bindemittel keine Kunststoffe benötigen, also insbesondere kunstharzlos ausgebildet sind.
  • In einer Ausführungsform schließt der Füllkörper sowohl auf der Lasteinleitungsseite als auch auf der Lastweiterleitungsseite im Wesentlichen bündig mit dem Haltering ab. Auf diese Weise kann der Haltering problemlos die in Umfangsrichtung auftretenden Ringzugspannungen aufnehmen, wohingegen der Haltering beim axialen Lastabtrag keine besondere Rolle spielt, da dieser im Wesentlichen durch den Füllkörper erfolgt. Dementsprechend wird durch die Zuggliedverankerung der Haltering im Wesentlichen nur auf Zug und der Füllkörper im Wesentlichen nur auf Druck beansprucht, was die Wahl geeigneter, preiswerter Materialien erleichtert. Beispielsweise ist infolge dieser Spannungsverteilung keine Zugbewehrung im Füllkörper nötig, so dass der Füllkörper mit geringem Aufwand hergestellt werden kann, insbesondere als unbewehrter Betonkörper.
  • Das Lasteinleitungselement kann insbesondere eine Schraubenmutter und/oder einen Klemmkeil aufweisen.
  • Bevorzugt weist der Zuggliedkanal des Füllkörpers auf der Lasteinleitungsseite einen der Form des Lasteinleitungselements angepassten, insbesondere komplementären Kanalrand auf. Infolge einer solchen Formgebung lassen sich die Flächenpressungen zwischen dem Lasteinleitungselement und dem Füllkörper mit geringem Aufwand soweit reduzieren, dass sie problemlos vom Lasteinleitungselement, insbesondere aber auch vom Füllkörper aufgenommen werden können.
  • Vorzugsweise stützt sich das Zugglied im Wesentlichen mittels seines zugeordneten Lasteinleitungselements ausschließlich am Füllkörper ab. Entsprechend wird die im Zugglied konzentrierte Zugkraft nahezu vollständig durch den Kontakt zwischen Lasteinleitungselement und Füllkörper übertragen.
  • Das Lasteinleitungselement und der Füllkörper können bei der Montage zunächst im Wesentlichen einen zur Ringachse konzentrischen, umlaufenden Linienkontakt und nach einer Lasteinleitung im Wesentlichen einen zur Ringachse konzentrischen, umlaufenden Flächenkontakt ausbilden. Aufgrund des geringen Reibwiderstands des Linienkontakts lässt sich somit bei der Montage zunächst eine vorteilhafte, exakte Feinausrichtung des Zugglieds (und des damit verbundenen Lasteinleitungselements) in Richtung der Zugkraft realisieren. Dabei wird das Zugglied und das Lasteinleitungselement nach Art eines Kugelgelenks relativ zum Füllkörper verschwenkt. Aufgrund dieser Feinausrichtung muss die Verankerungsvorrichtung lediglich Normalkräfte des Zugglieds abtragen. Eine unerwünschte Momenten- oder Querkraftbeanspruchung wird dadurch verhindert.
  • In einer Ausführungsform der Vorrichtung zur Verankerung von Zuggliedern erstreckt sich die Lasteinleitungsseite des Füllkörpers in axialer Richtung über den Haltering hinaus. Die Kraft des Spannglieds wird somit bei minimalem Materialaufwand zunächst radial nach außen und dann erst in das lastabtragende Bauteil geleitet, wodurch sich im lastabtragenden Bauteil auftretende Spaltzugkräfte verringern lassen.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung zur Verankerung von Zuggliedern liegt die Lastweiterleitungsseite des Füllkörpers unmittelbar an einem lastabtragenden Bauteil an. Dies bedeutet, dass die Zugkraft des Zugglieds im Wesentlichen komplett vom Füllkörper unmittelbar auf das lastabtragende Bauteil übertragen wird. Eine eventuell über den Verbund zwischen Stahlring und Füllkörper mittragende Wirkung des Halterings ist in der Regel vernachlässigbar und wird bei der Berechnung üblicherweise nicht berücksichtigt.
  • Ferner kann auf der Lastweiterleitungsseite des Füllkörpers eine Anschlusshülse zur Aufnahme des Zugglieds angebracht sein. Diese Anschlusshülse wird beispielsweise bei der Herstellung des Füllkörpers in das Füllmaterial eingegossen, so dass der Haltering, der Füllkörper und die Anschlusshülse eine vormontierte Baugruppe bilden.
  • Vorzugsweise ist im Füllkörper ein Verpresskanal zum nachträglichen Verfüllen des Ringraums zwischen Zugglied und Füllkörper vorgesehen. Zum Verfüllen des Ringraums wird beispielsweise eine Zementsuspension verwendet, wobei diese Zementsuspension keine nennenswerte mittragende Wirkung entfaltet, sondern hauptsächlich dem Korrosionsschutz der Zugglieder dient. Für die Funktion des Ankerelements ist ein Verbund zwischen dem Zugglied und dem Füllkörper nicht notwendig, weshalb sich der Füllkörper auch problemlos vorfertigen lässt.
  • Der Verpresskanal erstreckt sich bevorzugt von der Lasteinleitungsseite zum Zuggliedkanal des Füllkörpers. Somit ist der Zuggliedkanal auch nach einer Montage zur Vorrichtung der Verankerung von Zuggliedern noch gut zugänglich und kann mit geringem Aufwand durch eine Zementsuspension o.ä. verfüllt bzw. verpresst werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist im Füllkörper eine Sprengkammer ausgebildet. Diese Sprengkammer ist vorzugsweise mit einem Sprengstoff gefüllt, der über ein Zündmittel mit der Lasteinleitungsseite in Verbindung steht. Auf diese Weise ist ein einfacher Rückbau des Bauwerks durch eine Sprengung der Verankerungsvorrichtung möglich.
  • In einer weiteren Ausführungsform sind die Lasteinleitungsseite und die entgegengesetzte Lastweiterleitungsseite im Wesentlichen ebene Flächen, die einen Winkel α von 0° ≤ α ≤ 60° insbesondere von 0° ≤ α 30° einschließen. In den meisten Anwendungsfällen wird die Verankerungsvorrichtung mit einer Lasteinleitungsseite und einer dazu parallelen Lastweiterleitungsseite (α=0°) eingesetzt. In einigen Sonderbauformen wie zum Beispiel schrägverankerten Spundwänden kann aber auch ein Winkel von α≠0° vorteilhaft sein.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In diesen zeigen:
    • Figur 1 ein schematisches Schnittdetail eines Tragwerks im Bereich einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verankerung von Zuggliedern gemäß einer ersten Ausführungsform;
    • Figur 2 ein Längsschnittdetail der Vorrichtung zur Verankerung von Zuggliedern gemäß Figur 1;
    • Figur 3 eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß Figur 2;
    • Figur 4 ein Längsschnittdetail der Vorrichtung zur Verankerung von Zuggliedern gemäß Figur 2 in einer Ausführungsvariante;
    • Figur 5 ein schematisches Schnittdetail eines Tragwerks im Bereich einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verankerung von Zuggliedern gemäß einer zweiten Ausführungsform;
    • Figur 6 ein schematisches Schnittdetail eines Tragwerks im Bereich einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verankerung von Zuggliedern gemäß einer dritten Ausführungsform;
    • Figur 7 ein Längsschnittdetail der Vorrichtung zur Verankerung von Zuggliedern gemäß Figur 6;
    • Figur 8 eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß Figur 7;
    • Figur 9 ein schematisches Schnittdetail eines Tragwerks im Bereich einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verankerung von Zuggliedern gemäß einer vierten Ausführungsform;
    • Figur 10 ein schematisches Schnittdetail eines Tragwerks im Bereich einer erfindungsgemäße Vorrichtung zur Verankerung von Zuggliedern gemäß einer fünften Ausführungsform;
    • Figur 11 ein Längsschnittdetail der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verankerung von Zuggliedern gemäß einer sechsten Ausführungsform;
    • Figur 12 eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß Figur 11;
    • Figur 13 vier alternative Ausführungsdetails für die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Figur 1;
    • Figur 14 das schematische Schnittdetail gemäß Figur 5 in einer alternativen Ausführungsvariante;
    • Figur 15 das schematische Schnittdetail gemäß Figur 6 in einer alternativen Ausführungsvariante;
    • Figur 16 das schematische Schnittdetail gemäß Figur 9 in einer alternativen Ausführungsvariante; und
    • Figur 17 das schematische Schnittdetail gemäß Figur 9 in einer weiteren alternativen Ausführungsvariante.
  • Die Figur 1 zeigt die erste Ausführungsform einer Vorrichtung 10 zur Verankerung von Zuggliedern 12, insbesondere zur Verwendung als Ankerelement im Grundbau, Spannbetonbau, Tunnelbau oder Bergbau etc., im eingebauten Zustand. Die Vorrichtung 10 umfasst dabei einen umfangsmäßig geschlossenen Haltering 14 zur Aufnahme von Spannungen, insbesondere Ringzugspannungen, sowie einen das Innere des Halterings 14 ausfüllenden Füllkörper 16, der unverlierbar am Haltering 14 befestigt ist, wobei der Füllkörper 16 eine stirnseitige Lasteinleitungsseite 18 und eine entgegengesetzte, stirnseitige Lastweiterleitungsseite 20 sowie zur Aufnahme eines Zugglieds 12 einen vorgefertigten, axial durchgehenden Zuggliedkanal 22 aufweist. Der Haltering 14 ist im vorliegenden Fall ein zylindrischer Rohrabschnitt, welcher längs einer Ringachse A einen im Wesentlichen konstanten Querschnitt aufweist.
  • Dem Zuggliedkanal 22 ist auf der Lasteinleitungsseite 18 ein am Zugglied 12 befestigtes Lasteinleitungselement 24 zugeordnet, welches seitlich gegenüber dem Zugglied 12 vorsteht und sich unmittelbar am Füllkörper 16 abstützt. Eine Zugkraft F des Zugglieds 12 wird somit mittels des Lasteinleitungselements 24 auf den Füllkörper 16 übertragen.
  • In der ersten Ausführungsform der Vorrichtung 10 zur Verankerung von Zuggliedern 12 ist zumindest ein axiales Ende des Zugglieds 12 mit einem Gewinde 25 versehen und das Lasteinleitungselement 24 als Kugelbundmutter 27 ausgeführt, welche sich auf das Gewinde 25 des Zugglieds 12 aufschrauben lässt. Um die Kraft F des Zugglieds 12 besser auf den Füllkörper 16 übertragen zu können, ist die Kugelbundmutter 27 auf ihrer dem Füllkörper 16 zugewandten Seite etwas verdickt und weist eine sphärische Kontaktfläche 26 zur Lasteinleitungsseite 18 hin auf.
  • Der Zuggliedkanal 22 des Füllkörpers 16 weist auf der Lasteinleitungsseite 18 einen der Form des Lasteinleitungselements 24 angepassten, als Kontaktfläche 28 ausgebildeten Kanalrand auf (vgl. auch Figuren 2 und 13).
  • Somit greift das Zugglied 12 gemäß Figur 1 im Wesentlichen mittels seines zugeordneten Lasteinleitungselements 24, d.h. seiner Kugelbundmutter 27, ausschließlich am Füllkörper 16 an, um sich abzustützen. Die über die Kontaktfläche 26 des Lasteinleitungselements 24 eingeleitete Zugkraft F wird über den Kanalrand der Lasteinleitungsseite 18 vom Füllkörper 16 aufgenommen und über die Lastweiterleitungsseite 20 in ein lastabtragendes Bauteil 30 eingeleitet. Das lastabtragende Bauteil 30 ist dabei keine Ankerplatte aus Stahl, sondern insbesondere ein Betonbauteil des Spannbeton-Bauwerks.
  • Gemäß Figur 1 liegt die Lastweiterleitungsseite 20 am lastabtragenden Bauteil 30 an, so dass nahezu die gesamte Zugkraft F des Zugglieds 12 unmittelbar vom Füllkörper 16 auf das lastabtragende Bauteil 30 übertragen wird. Aufgrund des Verbunds zwischen dem Füllkörper 16 und dem Haltering 14 kann auch über den Haltering 14 ein geringer Anteil der Zugkraft F in das lastabtragende Bauteil 30 eingeleitet werden. Üblicherweise ist jedoch der Verbund zwischen Haltering 14 und Füllkörper 16 nicht auf eine Lastübertragung ausgelegt, so dass z.B. für eine statische Berechnung eine lastabtragende Funktion des Halterings 14 auf der sicheren Seite liegend vernachlässigt werden kann. Die Verbundkraft zwischen Haltering 14 und Füllkörper 16 ist jedoch in jedem Fall so groß, dass der Haltering 14 und der Füllkörper 16 unverlierbar miteinander verbunden sind und eine vorgefertigte Baugruppe bilden.
  • Die Figur 2 zeigt diese als vorgefertigte Baugruppe ausgebildete Vorrichtung 10 zur Verankerung von Zuggliedern 12 im Längsschnitt. Der Füllkörper 16 ist dabei durch Ausgießen des Halterings 14 mit einem Füllmaterial 16' gebildet, welches anschließend aushärtet. Beim Ausgießen des Halterings 14 sind dabei im Haltering 14 bereits dem Zuggliedkanal 22 entsprechende Schalungselemente vorgesehen, welche nach dem Aushärten des Füllmaterials 16' entnommen werden.
  • In den dargestellten Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 1-12 weist der Füllkörper 16 ein mineralisches Füllmaterial 16' auf, welches zementgebunden und damit insbesondere kunstharzlos hergestellt ist. Um die Zugkraft F problemlos von der Lasteinleitungsseite 18 zur Lastweiterleitungsseite 20 übertragen zu können, ist der Füllkörper 16 vorzugsweise aus hochfestem Mörtel oder hochfestem Beton hergestellt. Als "hochfest" wird Mörtel oder Beton in diesem Zusammenhang dann bezeichnet, wenn eine Druckfestigkeit von über 100 N/mm2 erreicht wird.
  • Der Füllkörper 16 schließt gemäß den Figuren 1 und 2 sowohl auf der Lasteinleitungsseite 18 als auch auf der Lastweiterleitungsseite 20 im Wesentlichen bündig mit dem Haltering 14 ab. Dies ist nicht nur schalungstechnisch vorteilhaft, sondern ermöglicht auch die problemlose Aufnahme des bei Lasteinleitung im Füllkörper 16 auftretenden Querzugs durch den Haltering 14. Ohne die Aufnahme dieser Zugspannungen durch den Haltering 14 müsste im Füllkörper 16 eine aufwendige Zugbewehrung vorgesehen werden, um eine Zerstörung des Füllkörpers 16 beim Einleiten der Zugkraft F zu vermeiden.
  • Der im Füllkörper 16 auftretende Querzug führt im Haltering 14 zu sogenannten Ringzugspannungen, das heißt einer Zugbelastung des Halterings 14 in Umfangsrichtung. Um diese mitunter recht hohen Zugspannungen aufnehmen zu können, ist der Haltering 14 in den dargestellten Ausführungsbeispielen als Metallring, insbesondere als Stahlring ausgebildet. Als besonders geeignet haben sich dabei die gängigen Baustähle St37 oder St52 erwiesen, da sie den Belastungen standhalten und aufgrund ihrer großen Verbreitung im Bauwesen sehr kostengünstig erhältlich sind. Selbstverständlich ist jedoch auch der Einsatz anderer geeigneter Metalle vorstellbar. In einer sehr kostengünstigen, alternativen Ausführungsvariante kann der Haltering 14 auch ein Kunststoffring, insbesondere ein faserverstärkter Kunststoffring sein, wobei sich als Verstärkungsmaterial insbesondere Glasfasern oder Kohlefasern anbieten.
  • Die Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf die Vorrichtung 10 gemäß Figur 2. Dabei wird deutlich, dass der Haltering 14 einen kreiszylindrischen Querschnitt aufweist und in Umfangsrichtung geschlossen ist. Der Haltering 14 ist in diesem Ausführungsbeispiel ohne Schweißnaht, insbesondere ohne Längsschweißnaht ausgebildet, um Unstetigkeiten und Schwächungen im Ringmaterial zu vermeiden und eine sichere Aufnahme der Ringzugspannungen zu gewährleisten. In einer äußerst preisgünstigen Ausführungsvariante ist der Haltering 14 ein passend abgelängter Rohrabschnitt, der an seinen axialen Enden bündig mit dem Füllkörper 16 abschließt, wobei eine aufwendige Ausbildung von Flanschabschnitten an den axialen Enden nicht notwendig ist.
  • Die Figur 4 zeigt den Längsschnitt der Vorrichtung 10 gemäß Figur 2 in einer Ausführungsvariante, bei welcher auf der Lastweiterleitungsseite 20 des Füllkörpers 16 eine Anschlusshülse 32 zur Aufnahme des Zugglieds 12 angebracht ist. Diese Anschlusshülse 32 wird bereits bei der Herstellung des Füllkörpers 16 in das Füllmaterial 16' mit eingegossen, so dass der Haltering 14, der Füllkörper 16 und die Anschlusshülse 32 eine vormontierte Baugruppe bilden.
  • Üblicherweise wird nach der Verankerung des Zugglieds 12 gemäß Figur 1 ein Ringraum 34 zwischen Zugglied 12 und Füllkörper 16 beziehungsweise zwischen Zugglied 12 und lastabtragendem Bauteil 30 zum Beispiel mit einer Zementsuspension verfüllt (vgl. auch Figur 14). Die Anschlusshülse 32 ermöglicht hierbei eine problemlose Verfüllung des Ringraums 34, ohne dass Zementsuspension in die Fuge zwischen dem Füllkörper 16 und dem lastabtragenden Bauteil 30 eindringt. Es wird an dieser Stelle explizit darauf hingewiesen, dass die Zementsuspension oder eine andere geeignete Verfüllmasse hauptsächlich als Korrosionsschutz dient und hinsichtlich der Lastabtragung keinen oder lediglich einen vernachlässigbaren Beitrag liefert.
  • Die Figur 5 zeigt einen Längsschnitt der Vorrichtung 10 zur Verankerung von Zuggliedern 12 im eingebauten Zustand gemäß einer zweiten Ausführungsform. Diese zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform gemäß Figur 1 lediglich durch die verwendeten Lasteinleitungselemente 24, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen explizit auf die Beschreibung der Figuren 1 bis 4 verwiesen und lediglich auf Unterschiede eingegangen wird.
  • Anstatt einer Kugelbundmutter 27 wird in der zweiten Ausführungsform gemäß Figur 5 eine "Standardmutter", beispielsweise eine Sechskantmutter 35 als Lasteinleitungselement 24 verwendet. Damit die Flächenpressungen auf der Lasteinleitungsseite 18 des Füllkörpers 16 ein vorgegebenes Maß nicht überschreiten, ist ferner eine Beilagscheibe 36 vorgesehen, welche die Kontaktfläche 26 zum Füllkörper 16 vergrößert.
  • Die Beilagscheibe 36 kann bei der Herstellung des Füllkörpers 16 bereits zumindest teilweise in das Füllmaterial 16' mit eingegossen werden, so dass eine vormontierte Baugruppe aus Haltering 14, Füllkörper 16, Beilagscheibe 36 und gegebenenfalls der Anschlusshülse 32 entsteht. Dies reduziert die Anzahl der Einzelteile und vereinfacht dementsprechend das Verfahren zur Verankerung der Zugglieder 12.
  • Die Figur 6 zeigt, analog zu den Figuren 1 und 5, das schematische Schnittdetail eines Tragwerks, wobei die Vorrichtung 10 zur Verankerung von Zuggliedern 12 jedoch gemäß einer dritten Ausführungsform ausgebildet ist.
  • Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich wiederum nur durch die verwendeten Lasteinleitungselemente 24, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen explizit auf die Beschreibung der Figuren 1 bis 5 verwiesen und lediglich auf relevante Unterschiede eingegangen wird.
  • Die Zugglieder 12 sind in der dritten Ausführungsform ohne Gewinde 25 ausgebildet, weshalb die Lasteinleitungselemente 24 auch nicht als Kugelbundmutter 27 oder Standardmutter 35 mit Beilagscheibe 36 ausgeführt sind, sondern als Klemmkeile 38. Der Kanalrand 28 gemäß Figur 6 ist analog zur Figur 1 an die Form der Lasteinleitungselemente 24 angepasst und als zu den Klemmkeilen 38 komplementärer Keilkonus 40 ausgebildet, wie im Längsschnittdetail der Figur 7 gut zu erkennen ist.
  • Die Zugkraft F der Zugglieder 12 wird in dieser Ausführungsform über Haftreibung in die Klemmkeile 38 eingeleitet, welche axial in die Keilkonen 40 der Lasteinleitungsseite 18 des Füllkörpers 16 gepresst werden und die Zugkraft F über ihre Mantelfläche in den Füllkörper 16 einleiten.
  • In der Draufsicht gemäß Figur 8 sind beispielhaft vier Zugglieder 12 dargestellt, welche durch die Vorrichtung 10 gemäß der dritten Ausführungsform verankert werden. Prinzipiell ist die Erfindung jedoch nicht auf eine bestimmte Anzahl von Zuggliedern 12 beschränkt, welche in einer einzigen Vorrichtung 10 verankert werden. Dies wirkt sich lediglich bei der statischen Berechnung auf Parameter wie z.B. den Durchmesser, die Höhe oder die Materialstärke des Halterings 14 sowie die Wahl des Füllmaterials 16' aus.
  • Die Figur 9 zeigt, analog zu den Figuren 1, 5 und 6, das schematische Schnittdetail eines Tragwerks, wobei die Vorrichtung 10 zur Verankerung von Zuggliedern 12 jedoch gemäß einer vierten Ausführungsform ausgebildet ist.
  • Auch die vierte Ausführungsform unterscheidet sich lediglich durch die Art der Lasteinleitung, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Beschreibung zu den Figuren 1 bis 8 verwiesen und lediglich auf relevante Unterschiede eingegangen wird.
  • Im Unterschied zu Figur 6 sind Keilkonen 40 für die Klemmkeile 38 nicht im Füllkörper 16, sondern in einer Lastverteilungsplatte 41 ausgebildet, die vorzugsweise aus Stahl hergestellt ist. Die Lastverteilungsplatte 41 stützt sich analog zur Beilagscheibe 36 in Figur 5 ausschließlich an der Lasteinleitungsseite 18 des Füllkörpers 16 ab, um die Zugkraft F in den Füllkörper 16 und über den Füllkörper 16 in das lastabtragende Bauteil 30 einzuleiten.
  • Die Figur 10 zeigt eine fünfte Ausführungsform der Vorrichtung 10 zur Verankerung von Zuggliedern 12, bei der die Lasteinleitungsseite 18 und die entgegengesetzte Lastweiterleitungsseite 20 des Füllkörpers 16 jeweils im Wesentlichen ebene Flächen sind, die einen Winkel α von 0°≤α≤60°, insbesondere von 0°≤α≤30° einschließen. Eine Sonderbauform mit α≠0° ist gemäß Figur 10 am Beispiel einer schräg verankerten Spundwand 42 dargestellt.
  • Die Figuren 11 und 12 zeigen einen Längsschnitt und eine Draufsicht der Vorrichtung 10 zur Verankerung von Zuggliedern 12 gemäß einer sechsten Ausführungsform. Ausgehend von der ersten Ausführungsform (vgl. Figur 2) sind hier Sondereinbauten dargestellt, welche jedoch auch in den anderen Ausführungsformen vorhanden sein können.
  • Im Füllkörper 16 ist ein Verpresskanal 43 zum nachträglichen Verfüllen des Ringraums 34 (vgl. z.B. Figur 1) zwischen Zugglied 12 und Füllkörper 16 vorgesehen. Zur Ausbildung dieses Verpresskanals 43 kann bei der Herstellung des Füllkörpers 16 beispielsweise ein Verpressschlauch eingelegt werden, der sich von der Lasteinleitungsseite 18 zum Zuggliedkanal 22 erstreckt. Entsprechend kann nach der Verankerung des Zugglieds 12 beziehungsweise der Zugglieder 12 eine Zementsuspension oder eine andere geeignete Verfüllmasse von außen über eine schematisch angedeutete Verfüllvorrichtung 44 in den Ringraum 34 eingeleitet werden.
  • Ferner ist im Füllkörper 16 gemäß den Figuren 11 und 12 eine Sprengkammer 46 ausgebildet. Vorzugsweise ist diese Sprengkammer 46 mit einem explosiven Material gefüllt, welches unter Ausformung der Sprengkammer 46 bereits bei der Herstellung des Füllkörpers 16 in das Füllmaterial 16' eingegossen wird. Ferner ist der Sprengkammer 46 eine Zündeinrichtung, beispielsweise eine Zündschnur 48 zugeordnet, wobei das explosive Material von einem anschließbaren Auslöser 50 mittels der Zündeinrichtung zur Explosion gebracht werden kann. Diese Explosion zerstört zumindest den Füllkörper 16 der Vorrichtung 10 und damit das Widerlager des Lasteinleitungselements 24. Dadurch ist ein Rückbau des vorgespannten Tragwerks mit geringem Aufwand sehr einfach möglich.
  • Um eine möglichst exakte Feinausrichtung des Zugglieds 12 (und des damit verbundenen Lasteinleitungselements 24) in Richtung der Zugkraft F zu ermöglichen, hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das Lasteinleitungselement 24 bei der Montage des Zugglieds 12 zunächst relativ zum Füllkörper 16 verschwenkbar ist. Aufgrund dieser Feinausrichtung muss die Verankerungsvorrichtung 10 lediglich Normalkräfte des Zugglieds 12 abtragen. Eine unerwünschte Momenten- oder Querkraftbeanspruchung wird dadurch verhindert.
  • Unter Bezugnahme auf die oben beschriebenen Ausführungsformen 1 bis 6 sind in den Figuren 13 bis 17 leicht abgewandelte Ausführungsvarianten dargestellt, bei denen das Lasteinleitungselement 24 zumindest anfangs, d.h. bei der Montage des Zugglieds 12, mit geringem Reibwiderstand relativ zum Füllkörper 16 verschwenkbar ist.
  • Die Verschwenkbarkeit des Lasteinleitungselements 24 wird im Allgemeinen dadurch realisiert, dass die Kontaktfläche 26 des Lasteinleitungselements 24 und die Kontaktfläche 28 des Füllkörpers 16 in einem Schnitt längs der Ringachse A unterschiedlich gekrümmt sind. Zumeist sind die Kontaktflächen 26, 28 unterschiedlich stark gekrümmt, unterscheiden sich also durch ihre aneinander angrenzenden Krümmungsradien.
  • Ausgehend von der ersten Ausführungsform gemäß Figur 1 sind in Figur 13 vier mögliche Varianten für die Ausbildung der Kontaktflächen 26, 28 dargestellt.
  • Die Figur 13a ist eine Vergrößerung des Kontaktbereichs XIII aus Figur 1 und stellt eine bevorzugte Variante dar, bei der im Schnitt längs der Ringachse A die konvexe Kontaktfläche 26 des Lasteinleitungselements 24 stärker gekrümmt ist als die konkave Kontaktfläche 28 des Füllkörpers 16. Mit anderen Worten weist die Kugelbundmutter 27 im Kontaktbereich XIII einen kleineren Krümmungsradius auf als der Füllkörper 16. Dies schließt im Grenzfall auch eine Ausführungsvariante ein, bei welcher die Kontaktfläche 28 die Mantelfläche eines Kegels beschreibt, also im Längsschnitt als Gerade (Krümmungsradius unendlich) sichtbar ist (vgl. Figur 13b).
  • Die Figur 13c zeigt eine Ausführungsvariante, bei der im Längsschnitt sowohl das Lasteinleitungselement 24 als auch der Füllkörper. 16 im Kontaktbereich XIII konvex gekrümmt sind. Dies umfasst auch den Sonderfall, dass beide Kontaktflächen 26, 28 den gleichen Krümmungsradius aufweisen.
  • Schließlich ist in Figur 13d noch eine Variante dargestellt, bei der im Kontaktbereich XIII der Füllkörper 16 konvex gekrümmt ist und das Lasteinleitungselement 24 die Mantelfläche eines Kegels beschreibt, also im Längsschnitt als Gerade (Krümmungsradius unendlich) sichtbar ist.
  • In den vorgenannten Fällen können das Lasteinleitungselement 24 und der Füllkörper 16 bei der Montage zunächst im Wesentlichen einen zur Ringachse A konzentrischen, umlaufenden Linienkontakt und nach einer Lasteinleitung im Wesentlichen einen zur Ringachse A konzentrischen, umlaufenden Flächenkontakt ausbilden. Aufgrund des geringen Reibwiderstands des Linienkontakts lässt sich somit bei der Montage zunächst eine vorteilhafte, exakte Feinausrichtung des Zugglieds 12 (und des damit verbundenen Lasteinleitungselements 24) in Richtung der Zugkraft F realisieren. Dabei wird das Zugglied 12 und das Lasteinleitungselement 24 nach Art eines Kugelgelenks relativ zum Füllkörper 16 verschwenkt.
  • Nach der Montage des Zugglieds 12 und der Lasteinleitung sind die Flächenpressungen an der Kontaktfläche 28 (zunächst Linienkontakt) größer als die Materialfestigkeit des Füllkörpers 16. Der Füllkörper 16 wird folglich in seinen überlasteten Oberflächenabschnitten "lokal zerstört", wodurch sich die an der Kontaktfläche 26 des Lasteinleitungselements 24 anliegende Kontaktfläche 28 des Füllkörpers 16 vergrößert. Die "lokale Zerstörung" des Füllkörpers 16 findet so lange statt, bis die Kontaktfläche 28 eine Größe erreicht hat, bei der die Flächenpressungen unterhalb der Materialfestigkeit des Füllkörpers 16 liegen.
  • Selbstverständlich sind auch Ausführungsvarianten denkbar, bei denen die Kontaktfläche 28 des Füllkörpers 16 komplementär zur Kontaktfläche 26 des Lasteinleitungselements 24 ausgebildet ist. In diesem Fall ist die Anlage der Kontaktfläche 28 bereits von Anfang an so groß, dass die Materialfestigkeit des Füllkörpers 16 nicht überschritten wird und dementsprechend keine "lokale Zerstörung" stattfindet. Aufgrund des erhöhten Reibwiderstands zwischen den Kontaktflächen 26, 28 ist jedoch auch die Verschwenkbarkeit bzw. Feinausrichtung der Verankerungsvorrichtung 10 in unerwünschter Weise beeinträchtigt.
  • Die Figur 14 zeigt die zweite Ausführungsform gemäß Figur 5 mit leicht abgewandelter Beilagscheibe 36. Die Kontaktfläche 26 der Beilagscheibe 36 in Figur 14 ist in Form der Mantelfläche eines Kegelstumpfes und die Kontaktfläche 28 des Füllkörpers 16 konvex ausgebildet (vgl. Figur 13d). Folglich ist auch in dieser Variante der zweiten Ausführungsform eine Verschwenkbarkeit der Verankerungsvorrichtung 10 gegeben.
  • Die Figur 15 zeigt eine besondere Variante der dritten Ausführungsform gemäß Figur 6, bei der die Kontaktfläche 28 des Füllkörpers 16 nicht komplementär zu den Klemmkeilen 38, sondern konvex ausgebildet ist (vgl. Figur 13d), um eine Verschwenkbarkeit der Verankerungsvorrichtung 10 zu ermöglichen.
  • Ausgehend von der vierten Ausführungsform gemäß Figur 9 ist in der Variante gemäß Figur 16 eine Beilagscheibe 36 gemäß Figur 14 ergänzt und die Kontaktfläche 28 des Füllkörpers 16 konvex ausgebildet (vgl. Figur 13d). Alternativ kann natürlich auch die dem Füllkörper 16 zugewandte Seite der Lastverteilungsplatte 41 in Form der Mantelfläche eines Kegelstumpfes ausgebildet sein und auf die zusätzliche Beilagscheibe 36 verzichtet werden. Eine Verschwenkbarkeit der Verankerungsvorrichtung 10 ist jedenfalls auch hier gegeben.
  • In einer weiter abgewandelten Variante der vierten Ausführungsform erstreckt sich in Figur 17 die Lasteinleitungsseite 18 des Füllkörpers 16 in axialer Richtung über den Haltering 14 hinaus. Die Kraft des Zugglieds 12 wird somit bei minimalem Materialaufwand zunächst radial nach außen und dann erst in das lastabtragende Bauteil 30 geleitet, wodurch sich im lastabtragenden Bauteil 30 auftretende Spaltzugkräfte verringern lassen. Besonders bevorzugt ist auf der Lastweiterleitungsseite 20 eine z.B. kegelförmige Ausnehmung 52 vorgesehen, so dass die Lasteinleitung in das lastabtragende Bauteil 30 in Bezug auf die Ringachse A radial weiter außen stattfindet, was die Spaltzugkräfte im Bauteil 30 weiter reduziert. Die vorgefertigte Baugruppe aus Haltering 14 und Füllkörper 16 weist dann gemäß Figur 17 die Form eines dickwandigen Kegelstumpfes mit Stahlringumschnürung oder eine glockenähnliche Form auf.
  • Durch die erfindungsgemäße, einfache und preiswerte Verankerungsvorrichtung 10 sind gemäß den Figuren 1 sowie 13 bis 17 in jedem Fall eine Feinausrichtung, ein sicherer Lastabtrag sowie eine zuverlässige Zuggliedverankerung gewährleistet.

Claims (12)

  1. Vorrichtung zur Verankerung von Zuggliedern (12), insbesondere zur Verwendung als Ankerelement im Grundbau, Spannbetonbau oder dergleichen, mit
    einem eine Ringachse (A) aufweisenden, umfangsmäßig geschlossenen Haltering (14) zur Aufnahme von Spannungen sowie
    einem das Innere des Halterings (14) ausfüllenden Füllkörper (16), der ein mineralisches, insbesondere zementgebundenes, Füllmaterial (16') aufweist und vorzugsweise unverlierbar am Haltering (14) befestigt ist, und einem Lasteinleitungselement (24),
    wobei der Füllkörper (16) eine stirnseitige Lasteinleitungsseite (18) und eine entgegengesetzte, stirnseitige Lastweiterleitungsseite (20) sowie zur Aufnahme eines Zugglieds (12) wenigstens einen vorgefertigten, axial durchgehenden Zuggliedkanal (22) aufweist,
    wobei jedem Zuggliedkanal (22) auf der Lasteinleitungsseite (18), das am jeweiligen Zugglied (12) zu befestigende Lasteinleitungselement (24) Zuzuordnen ist, welches seitlich gegenüber dem Zugglied (12) vorsteht und sich am Füllkörper (16) abstützt, und
    wobei das Lasteinleitungselement (24) und der Füllkörper (16) jeweils eine Kontaktfläche (26, 28) zur Ausbildung eines Flächenkontakts aufweisen,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktflächen (26, 28), in einem Schnitt längs der Ringachse (A) gesehen, unterschiedlich gekrümmt, insbesondere unterschiedlich stark gekrümmt sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltering (14) ein zylindrischer Rohrabschnitt ist, welcher längs der Ringachse (A) einen im Wesentlichen konstanten Querschnitt aufweist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltering (14) ein Metallring, insbesondere ein Stahlring ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltering (14) ein Kunststoffring, insbesondere ein faserverstärkter Kunststoffring ist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllkörper (16) auf der Lasteinleitungsseite (18) und/oder auf der Lastweiterleitungsseite (20) im Wesentlichen bündig mit dem Haltering (14) abschließt.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Füllkörper (16) ein Verpresskanal (43) zum nachträglichen Verfüllen des Ringraums zwischen Zugglied (12) und Füllkörper (16) vorgesehen ist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasteinleitungsseite (18) und die entgegengesetzte Lastweiterleitungsseite (20) im Wesentlichen ebene Flächen sind, die einen Winkel (α) von 0° ≤ au 60°, insbesondere von 0° ≤ α ≤ 30° einschließen.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lasteinleitungselement (24) eine Schraubmutter (27, 35) und/oder einen Klemmkeil (38) aufweist.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuggliedkanal (22) des Füllkörpers (16) auf der Lasteinleitungsseite (18) einen der Form des Lasteinleitungselements (24) angepassten Kanalrand (28) aufweist.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Zugglied (12) im Wesentlichen mittels seines zugeordneten Lasteinleitungselements (24) ausschließlich am Füllkörper (16) abstützt.
  11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lasteinleitungselement (24) und der Füllkörper (16) bei der Montage zunächst im Wesentlichen einen zur Ringachse (A) konzentrischen, umlaufenden Linienkontakt und nach einer Lasteinleitung im Wesentlichen einen zur Ringachse (A) konzentrischen, umlaufenden Flächenkontakt ausbilden.
  12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Lasteinleitungsseite (18) des Füllkörpers (16) in axialer Richtung über den Haltering (14) hinaus erstreckt.
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