EP2685019B1 - Verbindungselement zwischen zwei Betonbauteilen - Google Patents

Verbindungselement zwischen zwei Betonbauteilen Download PDF

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EP2685019B1
EP2685019B1 EP12005159.4A EP12005159A EP2685019B1 EP 2685019 B1 EP2685019 B1 EP 2685019B1 EP 12005159 A EP12005159 A EP 12005159A EP 2685019 B1 EP2685019 B1 EP 2685019B1
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base plate
bolt
steel
concrete
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/18—Structures comprising elongated load-supporting parts, e.g. columns, girders, skeletons
    • E04B1/20—Structures comprising elongated load-supporting parts, e.g. columns, girders, skeletons the supporting parts consisting of concrete, e.g. reinforced concrete, or other stonelike material
    • E04B1/21—Connections specially adapted therefor
    • E04B1/215—Connections specially adapted therefor comprising metallic plates or parts

Definitions

  • the invention relates to a connecting element between two concrete components, for. B. between a concrete foundation and a support arranged on the foundation, wherein the connecting element comprises a base plate, wherein on the base plate cohesively at least one anchor rod is arranged.
  • a column shoe is used for example Connection of a concrete foundation with a support placed on the foundation.
  • the concrete support in this case has at its foot on a plurality of support shoes, the support shoes show on its side facing the concrete support several tie rods, which are connected to the reinforcement of the support, and may be several meters long.
  • Such a column shoe also has at least one bore for receiving a bolt arranged in the concrete foundation in order to connect the support with the concrete foundation through the column shoes.
  • the tie rods are connected to the base plate usually by a welded connection cohesively.
  • the base plate of a column shoe is several millimeters and in particular up to 20 millimeters thick, and it can therefore come at an increased heat input to strong deformation of the base plate, in which case after the welding of the anchor rods on the base plate , the base plate must be redone. That is, the connection of the anchor rod to the base plate with conventional welding, in particular manual welding or MAG welding is possible, but has the disadvantage, as already stated, that warped by the heat input, the base plate.
  • an upsetting anchor known with an upper shaft part made of black steel and a lower shaft part made of white steel, which are welded together.
  • the lower shaft part has a Foot, which is connectable by upsetting with the bore of an anchor rail.
  • stud welding is known as welding.
  • an arc is thus generated between the end face of a bolt and the component surface of a workpiece, for example between the bolt and the base plate.
  • the two parts are melted by, and can be combined under low joining force and connected together.
  • the advantage of bolt welding is that the heat input into the base plate is very low, and so far the delay is minimal.
  • the connection of the bolt with the base plate is also characterized by the full-surface connection by a high strength.
  • the production of bolt-welded workpieces is highly automated and further characterized by a very short welding time, which allows a high cycle rate.
  • connection between these two concrete components to be connected must be designed absolutely rust-free.
  • hitherto highly alloyed steels are used, in particular chromium-nickel steels.
  • the anchor rods can be several meters long, sometimes up to 3 meters and longer. Assuming that, for example, in a connection between a support and a foundation each requires at least four such support shoes, each of such support shoes has at least three anchor rods, which have such a length of up to 3 meters, it is easy to imagine the length of the anchor rods, if made of high alloy steel, make such a column shoe extremely expensive.
  • a base plate of a chromium-nickel steel thus of a so-called white steel with an anchor rod a black steel, so z. B. reinforcing steel to connect.
  • a connection can be provided only by a conventional weld, so z. B. by way of E-hand welding or MAG welding.
  • E-hand welding or MAG welding The disadvantages associated with such welding are evident;
  • due to the high heat input with a strong distortion of the base plate to be expected and it is also at least 10 to 15 minutes for the welding of an anchor rod to the base plate to estimate, as to avoid distortion of the base plate, are often paused during welding got to.
  • the object underlying the invention is now to provide a connecting element of the type mentioned comprising a base plate and at least one arranged on the base plate anchor rod, wherein the connecting element is produced quickly and inexpensively, and beyond the risk of rust formation in the region of the compound between anchor rod and base plate. In addition to be minimized in the cohesive connection between the base plate on the one hand and anchor rod on the other hand, the delay of the base plate.
  • the anchor rod comprises a bolt and an adapter, wherein the bolt formed of black steel is connected by a white steel adapter to the white steel base plate by stud welding.
  • the bolt of black steel z. B. a S235 or S395 connected to an adapter to form the anchor rod.
  • the adapter can be designed as a bolt with the same diameter as the bolt made of black steel.
  • the adapter is made of white steel, preferably of the same material as the base plate.
  • the adapter which is connected to the bolt cohesively, positively or non-positively, is then through the adapter with the base plate connected by stud welding.
  • connection between the bolt and the adapter is cohesive, positive or non-positive.
  • conventional welding methods can be used, in particular E-welding, friction welding or MAG welding.
  • a positive connection between the adapter on the one hand and the bolt made of black steel on the other hand can be done by a collar, wherein a non-positive connection can be designed as a screw, that is, for example, the adapter has an internal thread into which the bolt is screwed with an external thread. Then the bolt is welded to the base plate, in particular by Hubzündungs-stud welding.
  • the adapter has a certain length, wherein the length is such that the region of the transition from the adapter to the bolt extends a few centimeters into the concrete material. This is to prevent rusting due to moisture ingress.
  • the in Fig. 1 1 designated support shoe comprises the base plate 2, wherein on the base plate 2, a housing cover 3 is provided, which covers the bore 4 in the region of the housing cover during the production of the concrete support. In the area of the housing cover 3, three anchor rods 10 are provided, which are connected to the base plate by stud welding frontally.
  • the anchor rod 10 may according to the FIGS. 2a to 2c be educated.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verbindungselement zwischen zwei Betonbauteilen, z. B. zwischen einem Betonfundament und einer auf dem Fundament angeordneten Stütze, wobei das Verbindungselement eine Grundplatte umfasst, wobei auf der Grundplatte stoffschlüssig mindestens ein Ankerstab angeordnet ist.
  • Verbindungselemente der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Bekannt sind in diesem Zusammenhang insbesondere Stützenschuhe, Wandschuhe und auch Durchstandsbewehrungen. Ein Stützenschuh dient beispielsweise der Verbindung eines Betonfundamentes mit einer auf dem Fundament aufgestellten Stütze. Die Betonstütze weist hierbei an ihrem Fußende mehrere Stützenschuhe auf, wobei die Stützenschuhe auf ihrer der Betonstütze zugewandten Seite mehrere Ankerstäbe zeigen, die mit der Bewehrung der Stütze verbunden sind, und teilweise mehrere Meter lang sein können. Ein solcher Stützenschuh zeigt darüber hinaus mindestens eine Bohrung zur Aufnahme eines in dem Betonfundament angeordneten Schraubbolzens, um insofern durch die Stützenschuhe die Stütze mit dem Betonfundament zu verbinden. Die Ankerstäbe sind mit der Grundplatte üblicherweise durch eine Schweißverbindung stoffschlüssig verbunden. Hierbei ist darauf zu achten, dass der Wärmeeintrag möglichst gering gehalten wird, um einen Verzug der Grundplatte nach Möglichkeit zu vermeiden. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass die Grundplatte eines Stützenschuhs mehrere Millimeter und insbesondere bis zu 20 Millimeter stark ist, und es insofern bei einem erhöhten Wärmeeintrag zu starken Verformungen der Grundplatte kommen kann, wobei in diesem Fall nach der Verschweißung der Ankerstäbe auf der Grundplatte, die Grundplatte wieder gerichtet werden muss. Das heißt, die Verbindung des Ankerstabes mit der Grundplatte mit herkömmlichen Schweißverfahren, insbesondere Elektrohandschweißen oder auch MAG-Schweißen ist möglich, hat aber den Nachteil, wie bereits ausgeführt, dass sich durch den Wärmeeintrag die Grundplatte verzieht.
  • In diesem Zusammenhang ist aus der EP 1 057 950 A2 ein Stützenschuh gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt, bei dem auf einer Grundplatte mehrere Schraubhülsen zur Aufnahme von Ankerstäben mit entsprechenden Außengewinden aufgeschweißt sind.
  • Aus der EP 0 400 588 A1 ist ein Stauchanker bekannt mit einem oberen Schaftteil aus schwarzem Stahl und einem unteren Schaftteil aus weißem Stahl, die miteinander verschweißt sind. Der untere Schaftteil besitzt einen Fuß, der durch Stauchen mit der Bohrung einer Ankerschiene verbindbar ist.
  • Nun ist als Verschweißverfahren auch das sogenannte Bolzenschweißen bekannt. Beim Bolzenschweißen wird zwischen der Stirnfläche eines Bolzens und der Bauteiloberfläche eines Werkstückes also beispielsweise zwischen dem Bolzen und der Grundplatte ein Lichtbogen erzeugt. Die beiden Teile werden dadurch angeschmolzen, und können unter geringer Fügekraft zusammengeführt und miteinander verbunden werden. Der Vorteil des Bolzensschweißens besteht darin, dass der Wärmeeintrag in die Grundplatte sehr gering ist, und insofern der Verzug minimal ist. Die Verbindung des Bolzens mit der Grundplatte ist darüber hinaus durch die vollflächige Verbindung durch eine hohe Festigkeit gekennzeichnet. Darüber hinaus ist die Herstellung bolzenverschweißter Werkstücke hochgradig automatisierbar und weiterhin durch eine sehr kurze Schweißzeit gekennzeichnet, was eine hohe Taktfolge ermöglicht.
  • Grundsätzlich gilt für die Verbindung von zwei Betonbauteilen, dass die Verbindung zwischen diesen beiden zu verbindenden Betonbauteilen absolut rostfrei ausgestaltet sein muss. Insofern werden bislang hoch legierte Stähle eingesetzt, insbesondere Chromnickelstähle. Es wurde weiterhin darauf hingewiesen, dass die Ankerstäbe mehrere Meter lang sein können, teilweise bis zu 3 Meter und länger. Geht man davon aus, dass man beispielsweise bei einer Verbindung zwischen einer Stütze und einem Fundament jeweils mindestens vier solcher Stützenschuhe benötigt, wobei ein jeder solcher Stützenschuhe mindestens drei Ankerstäbe aufweist, die eine solche Länge von bis zu 3 Metern aufweisen, ist leicht vorstellbar, dass die Länge der Ankerstäbe, wenn diese aus hoch legiertem Stahl hergestellt sind, einen solchen Stützenschuh extrem teuer machen. Insofern wäre denkbar, eine Grundplatte aus einem Chromnickelstahl, mithin aus einem sogenannten weißen Stahl mit einem Ankerstab aus einem schwarzen Stahl, also z. B. Betonstahl zu verbinden. Eine solche Verbindung lässt sich aber nur durch eine herkömmliche Schweißung bereitstellen, also z. B. im Wege der E-Hand-Schweißung oder auch des MAG-Schweißens. Die Nachteile, die eine solche Verschweißung mit sich bringt, sind evident; so ist aufgrund des hohen Wärmeeintrages mit einem starken Verzug der Grundplatte zu rechnen, und es sind darüber hinaus mindestens 10 bis 15 Minuten für die Verschweißung eines Ankerstabes mit der Grundplatte zu veranschlagen, da um einen Verzug der Grundplatte zu vermeiden, beim Schweißen häufig pausiert werden muss.
  • Abhilfe könnte hierbei nun dadurch geschaffen werden, dass der schwarze Stahl auf der Grundplatte aus weißem Material im Wege des Bolzenschweißens aufgebracht wird. Eine solche Verbindung ist zwar durchaus haltbar, jedoch hat sie den Nachteil, dass die Verbindung extrem starker Rostbildung ausgesetzt ist. Der Grund hierfür liegt darin, dass die Grundplatte im Bereich der Schweißverbindung an Chrom und Nickel verarmt, was die besagte Rostbildung begünstigt. Insofern ist erforderlich, dass derart hergestellte Stützenschuhe nachbehandelt werden, beispielsweise verzinkt werden.
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nunmehr darin, ein Verbindungselement der eingangs genannten Art umfassend eine Grundplatte und mindestens einen auf der Grundplatte angeordneten Ankerstab bereitzustellen, wobei das Verbindungselement schnell und preiswert herstellbar ist, und darüber hinaus nicht die Gefahr der Rostbildung im Bereich der Verbindung zwischen Ankerstab und Grundplatte besteht. Darüber hinaus soll bei der stoffschlüssigen Verbindung zwischen Grundplatte einerseits und Ankerstab andererseits der Verzug der Grundplatte minimiert sein.
  • Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Ankerstab einen Bolzen und einen Adapter umfasst, wobei der aus schwarzem Stahl ausgebildete Bolzen durch einen Adapter aus weißem Stahl mit der Grundplatte aus weißem Stahl durch Bolzenschweißen verbunden ist. Hieraus wird Folgendes deutlich. Zunächst wird der Bolzen aus schwarzem Stahl, z. B. einem S235 oder S395 mit einem Adapter zur Bildung des Ankerstabes verbunden. Der Adapter kann als Bolzen ausgebildet sein mit dem gleichen Durchmesser, wie der Bolzen aus schwarzem Stahl. Der Adapter besteht allerdings aus weißem Stahl, vorzugsweise aus dem gleichen Material, wie die Grundplatte. Der Adapter, der mit dem Bolzen stoffschlüssig, formschlüssig oder auch kraftschlüssig verbunden ist, wird dann durch den Adapter mit der Grundplatte durch Bolzenschweißen verbunden. Es wurde bereits darauf hingewiesen, dass die Verbindung zwischen Bolzen und Adapter stoffschlüssig, formschlüssig oder auch kraftschlüssig ist. Insbesondere bei einer stoffschlüssigen Verbindung durch Schweißen können herkömmliche Schweißverfahren zum Einsatz gelangen, so insbesondere E-Schweißen, Reibschweißen oder auch MAG-Schweißen. Eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Adapter einerseits und dem Bolzen aus schwarzem Stahl andererseits kann durch eine Manschette erfolgen, wobei eine kraftschlüssige Verbindung als Schraubverbindung ausgebildet sein kann, d. h., dass der Adapter beispielsweise ein Innengewinde aufweist, in das der Bolzen mit einem Außengewinde eingedreht wird. Alsdann erfolgt die Bolzenverschweißung mit der Grundplatte, insbesondere durch Hubzündungs-Bolzenschweißen.
  • Vorteilhaft ist, wenn der Adapter eine bestimmte Länge aufweist, wobei die Länge derart ist, dass der Bereich des Übergangs vom Adapter zum Bolzen einige Zentimeter in den Betonwerkstoff hineinreicht. Dies deshalb, um eine Rostbildung durch Eindringen von Feuchtigkeit zu vermeiden.
  • Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.
    • Fig. 1
    zeigt als Verbindungselement beispielhaft einen Stützenschuh in einer perspektivischen Darstellung;
    Fig. 1a
    zeigt eine Draufsicht auf den Stützenschuh gemäß Fig. 1;
    Fig. 2a
    zeigt die Verbindung zwischen dem Adapter aus weißem Stahl einerseits und dem Bolzen aus schwarzem Stahl andererseits als Schweißverbindung;
    Fig. 2b
    zeigt eine Verbindung zwischen Bolzen einerseits und Adapter andererseits durch eine Schraubverbindung;
    Fig. 4
    zeigt eine Verbindung zwischen Adapter und Bolzen durch eine Schraubmuffe.
  • Der in Fig. 1 mit 1 bezeichnete Stützenschuh umfasst die Grundplatte 2, wobei auf der Grundplatte 2 eine Gehäuseabdeckung 3 vorgesehen ist, die die Bohrung 4 im Bereich der Gehäuseabdeckung während der Herstellung der Betonstütze abdeckt. Im Bereich der Gehäuseabdeckung 3 sind drei Ankerstäbe 10 vorgesehen, die mit der Grundplatte durch Bolzenschweißen stirnseitig verbunden sind.
  • Der Ankerstab 10 kann gemäß den Figuren 2a bis 2c ausgebildet sein. Bei der Ausbildung des Ankerstabes 10 gemäß der Fig. 2a ist der Adapter 11 aus z. B. weißem Stahl, also insbesondere einem Chrom-Nickelstahl mit dem Bolzen 12 aus schwarzem Stahl MAG verschweißt.
  • Bei der Ausführung gemäß Fig. 2b ist erkennbar der Bolzen 12 aus schwarzem Stahl endseitig mit einem Gewinde 12a versehen, sodass der Bolzen 12 mit seinem Außengewinde 12a in das Gewindesackloch 11 a des Adapters 11 eindrehbar ist.
  • Bei der Ausbildung des Bolzens 10 gemäß der Fig. 2c sind Adapter und Bolzen zur Bildung des Ankerstabes von gleichem Durchmesser und weisen auf ihren einander zugewandten Enden jeweils ein Gewinde auf, wobei die Gewinde gegenläufig sind, sodass bei Aufdrehen einer Mutter oder einer Gewindemuffe 14 mit Innengewinde der Bolzen 12 und der Adapter 11 stirnseitig aufeinander gepresst werden.
  • Bei der Herstellung einer Betonstütze, die an ihrem unteren Ende mit einem Betonfundament verbunden werden soll, wird nun derart vorgegangen, dass beispielsweise vier der Stützenschuhe gemäß Fig. 1 auf der unteren Stirnseite der Stütze angeordnet werden, und zwar derart, dass die Bohrung 4 durch das Abdeckgehäuse 3 frei gehalten wird. Das heißt, beim Vergießen mit Beton entsteht hierbei eine Aussparung im Beton, die es ermöglicht auf den im Betonfundament einsetzenden Gewindebolzen eine Mutter aufzuschrauben. Der Adapter 11 soll hierbei derart weit in den Beton der Betonstütze hineinragen, dass der Verbindungsbereich zwischen dem Adapter 11 und dem Bolzen 12 in jedem Fall innerhalb des Betons der Stütze liegt, und somit vor Feuchtigkeit geschützt ist.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1
    Stützenschuh
    2
    Grundplatte
    3
    Gehäuseabdeckung
    10
    Ankerstab
    11
    Adapter
    11 a
    Gewindesackloch
    12
    Bolzen
    12a
    Gewinde
    14
    Gewindemuffe

Claims (7)

  1. Verbindungselement zwischen zwei Betonbauteilen, z. B. zwischen einem Betonfundament und einer auf dem Fundament angeordneten Stütze, wobei das Verbindungselement eine Grundplatte (2) umfasst, wobei auf der Grundplatte (2) stoffschlüssig mindestens ein Ankerstab (10) angeordnet ist,
    wobei der Ankerstab einen aus schwarzen Stahl ausgebildeten Bolzen (12) und einen Adapter (11) umfasst und wobei der Bolzen (12) durch den Adapter (11) mit der Grundplatte durch Schweißen verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (11) aus weißen Stahl mit der Grundplatte (2) aus weißen Stahl durch Bolzenschweißen verbunden ist.
  2. Verbindungselement nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Bolzen (12) länger ist als der Adapter (11).
  3. Verbindungselement nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Bolzen (12) mit dem Adapter (11) stoffschlüssig, formschlüssig oder kraftschlüssig verbunden ist.
  4. Verbindungselement nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Länge des Adapters (11) so gewählt ist, dass der Übergang des Adapters zum Bolzen (12) vollständig vom Beton des Betonbauteils umgeben ist.
  5. Verbindungselement nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Grundplatte (2) aus einem CR-NI-Stahl ausgebildet ist.
  6. Verbindungselement nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Adapter (11) aus einem CR-NI-Stahl ausgebildet ist.
  7. Verbindungselement nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Bolzen (12) aus einem Betonstahl, z. B. einem S235 oder S295 ausgebildet ist.
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