EP2885439B1 - Verankerungssystem für einen traggrund im bauwesen, sowie verfahren zur anwendung desselben - Google Patents

Verankerungssystem für einen traggrund im bauwesen, sowie verfahren zur anwendung desselben Download PDF

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EP2885439B1
EP2885439B1 EP13758714.3A EP13758714A EP2885439B1 EP 2885439 B1 EP2885439 B1 EP 2885439B1 EP 13758714 A EP13758714 A EP 13758714A EP 2885439 B1 EP2885439 B1 EP 2885439B1
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EP
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anchor
anchor rod
rod
anchoring system
shape memory
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Josef Scherer
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S&P Clever Reinforcement Co AG
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S&P Clever Reinforcement Co AG
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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
    • E04B1/38—Connections for building structures in general
    • E04B1/41—Connecting devices specially adapted for embedding in concrete or masonry
    • E04B1/4157—Longitudinally-externally threaded elements extending from the concrete or masonry, e.g. anchoring bolt with embedded head
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2201/00—Treatment for obtaining particular effects
    • C21D2201/01—Shape memory effect

Definitions

  • This invention relates to an anchoring system for use in any base, no matter what type of base.
  • the anchoring system is also suitable for setting rock and concrete anchors, as are essential for many projects in the construction industry, and the invention also relates to the method for applying this system.
  • the base can be of any shape, such as a natural base such as rock or ice, or an artificially created base made of concrete, reinforced concrete, wood or another material.
  • Gluing the steel rods is prone to errors. Larger or smaller air pockets in the anchoring mass cannot be excluded with certainty.
  • Another disadvantage of this anchoring is that the anchor-reinforced area of the cover largely rigidly opposes a heat-induced deformation, so there is a risk that stress cracks and corresponding cover breaks will shift from the pillar areas into the cantilevered cover areas when subjected to high heat loads. Due to the anchoring bond distributed along the anchor rod, the anchor rod is tensioned, for example by tightening a rear-mounted nut an end thread of the anchor rod after curing of the adhesive is no longer possible.
  • Reinforcements made of a shape memory alloy are known, which are glued to the building material, for example with an epoxy resin.
  • plates made of shape memory alloys are glued externally to a building structure to be reinforced.
  • a further embodiment consists in the internal reinforcement of building structures, in that anchor rods are completely enclosed by the building structure, for example in order to internally reinforce the adhesion of two building material layers.
  • the anchor rods form hooks in their end regions in order to grip and contract a building structure which is delimited on both sides at their opposite interfaces.
  • Alternative anchoring systems work with an end anchor.
  • the WO 2009/027543 such an anchoring system.
  • a cavity is cleared, into which an epoxy resin is pumped under pressure as anchoring medium after the anchor has been set.
  • a remaining space between the wall of the blind bore and the anchor rod ensures the ventilation of the filling space of the expansion cavity.
  • the anchor rod can be tensioned or re-tensioned at any time, because hardly any shear forces arise between the anchoring and the wall of the expansion cavity, while if the shaft of the anchor rod is glued to the blind hole in a conventional manner, the tension is caused by shear forces between anchor rod and wall of the blind hole and thus must be absorbed by the anchoring medium.
  • anchoring medium on the anchor rod In order to ensure optimal clawing of the anchoring medium on the anchor rod, its end section is formed with a correspondingly structured surface, for example with a thread or with circumferential grooves for a particularly good claw.
  • Anchors with mechanical barbs are also known in their end region. All end anchors, however, have the disadvantage that the length of the anchor rod is not used for power transmission to the concrete, but the anchor only transmits power in its end region.
  • the object of the present invention is therefore to specify an anchoring system and a method for its application, in which the force transmission of the steel anchor into the supporting base takes place over the entire anchoring length.
  • the method of application is intended to enable the anchor to be linearly prestressed over its entire length after the filling compound has hardened.
  • Shape Memory Alloy can be understood. They are alloys that have a certain structure that can be changed depending on the heat. Like other metals and alloys, SMAs contain more than one crystal structure, so they are polymorphic and polycrystalline metals. The dominant crystal structure of the SMAs depends on the one hand on their temperature, and on the other hand on the external tension - be it tension or pressure. The phase at high temperature is called austenite, the phase at low temperature is called martensite. The special thing about these SMAs is that they return to their initial structure and shape after increasing the temperature in the high temperature phase, even if they were previously deformed in the low temperature phase. This effect can be used to apply prestressing forces in building structures.
  • the SMAs are stable within a species-specific temperature range, i.e. their structure does not change within certain limits of the mechanical load. For applications in the construction industry outdoors, the fluctuation range of the ambient temperature from -20 ° C to + 60 ° C is required. An SMA used here should not change its structure within this temperature range.
  • the transformation temperatures at which the structure of the SMA changes can vary considerably depending on the composition of the SMAs. The transformation temperatures are also load-dependent. With increasing mechanical stress on the SMA, its transformation temperatures also increase. If the SMA is to remain stable within certain load limits, great attention should be paid to these limits.
  • SMAs are used for building reinforcements, not only the corrosion resistance and relaxation effects, but also the fatigue quality of the SMAs must be taken into account, especially if the loads vary over time.
  • structural fatigue affects the accumulation of microstructural defects as well as the formation and spread of surface cracks until the material ultimately breaks.
  • Functional fatigue is the result of the gradual degradation of either Shape memory effect or the damping capacity due to microstructural changes in the SMA. The latter is associated with the modification of the stress-strain curve under cyclic loading. The transformation temperatures are also changed.
  • SMAs based on iron Fe, manganese Mn and silicon Si are suitable for absorbing permanent loads in the construction sector, with the addition of up to 10% chromium Cr and nickel Ni causing the SMA to behave similarly to stainless steel. It is found in the literature that the addition of carbon C, cobalt Co, copper Cu, nitrogen N, niobium Nb, niobium carbide NbC, vanadium nitrogen VN and zirconium carbide ZrC can improve the shape memory properties in various ways.
  • An SMA made of Fe-Ni-Co-Ti shows particularly good properties, which can take loads of up to 1000 MPa, is highly resistant to corrosion, and its upper temperature for converting to the austenitic state is approx. 100 ° C.
  • the present anchoring system takes advantage of the properties of SMAs.
  • the anchors in the form of round steels with rough surfaces, for example with threaded surfaces, are inserted into the anchor holes and the anchor holes are filled with a heat-resistant polymer compound, which anchors them.
  • the anchor rods consist of a shape memory alloy (SMA), which is designed in such a way that the alloy returns to its original state through heat input, that is, in a contracted state. If the anchor rods are heated to the temperature for the austenitic state, they take on their original shape and maintain it, even under load.
  • SMA shape memory alloy
  • the anchor rods cast into the heat-resistant filling compound generate a prestress after heating due to the reshaping of their shape memory alloy (SMA) prevented by the concreting in, this prestress extending uniformly or linearly over the entire length of the anchor.
  • SMA shape memory alloy
  • an anchor hole 3 is made in the concrete 2 or rock from the outer wall 1 of the structure, as in FIG Figure 1 shown.
  • An anchor 4 in the form of a steel rod made of a shape memory alloy (SMA) with a rough surface structure is then inserted into the anchor hole 3, so that it runs as coaxially as possible in the hole, as in FIG Figure 2 is shown.
  • a threaded rod is particularly suitable because of its specific surface structure as an anchor rod, but the surface of an anchor rod can also have any other shaped knobs or ribs.
  • the space between this anchor rod 4 and the wall of the anchor hole 3 is completely filled with a heat-resistant filler 5, advantageously with a heat-resistant polymer matrix.
  • FIG. 3 This state is in Figure 3 shown.
  • the anchor rod is now firmly mortared with the hardened filling compound, ie it is non-positively connected to the filling compound.
  • the anchor rod 4 is heated to a temperature between 150 ° C. and 300 ° C. by introducing heat from its outer stub protruding from the anchor hole.
  • this can be done by means of a gas burner, in that the flame is directed at the stub of the anchor rod 4 protruding from the anchor hole 3.
  • an electrically or gas-operated heater 7 is placed outside around the anchor rod 4 protruding from the building structure, and heat H is introduced into the anchor rod 4 in a controlled manner.
  • the arrows in the heater 7 indicate the heat flow from the device into the anchor rod 4.
  • the required temperature should be 150 ° to 300 ° C, depending on the shape memory alloy (SMA) of the anchor rod 4.
  • the heater 7 with electrical cable 8 can have a temperature sensor for this purpose, which rests on the protruding anchor rod 4 and measures its temperature , The temperature must simply ensure that the austenite state of the anchor rod 4 is safely reached over its entire length. It will take a while until the heat H has flowed into the end of the anchor rod 4.
  • the anchor rod 4 also heats the adjacent filling compound, which is why it must be heat-resistant and at least be able to withstand the temperatures of between 150 ° and 300 ° C. without damage, without changing its structure.

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Description

  • Diese Erfindung betrifft ein Verankerungssystem zum Einsatz in irgendeinem Traggrund, egal welcher Art der Traggrund ist. Das Verankerungssystem ist auch dazu geeignet, Fels- und Betonanker zu setzen, wie solche in der Bauindustrie für viele Vorhaben unabdingbar sind, und ausserdem betrifft die Erfindung das Verfahren zur Applikation dieses Systems.
  • Beim Erstellen eines Bauwerkes oder beim Sanieren eines bereits erstellten Bauwerks werden oftmals Anker zur Stabilisierung und Sicherung in einen bestehenden Traggrund gesetzt. Der Traggrund kann von beliebiger Gestalt sein, etwa ein natürlicher Traggrund wie zum Beispiel Fels oder Eis, oder ein künstlich erstellter Traggrund aus Beton, Stahlbeton, Holz oder einem anderen Material.
  • Bisher werden für die Sanierung von Baustrukturen, deren Lastaufnahme-Kapazitäten sich erniedrigten, oder solchen, die dem Risiko einer wesentlichen Deformation infolge von unvermittelt steigenden Lasten ausgesetzt sind, vor allem äussere mechanische Spannungselemente eingesetzt, die mechanisch oder hydraulisch vorgespannt werden. Im Zusammenhang mit dem Anbringen solcher Spannungselemente spielen die Anker eine grosse Rolle. Sollen Ankerstäbe in einem in das Bauwerk eingebrachten Loch hohe Lasten aufnehmen, so ist die Kraftübertragung vom Bauwerk auf den Ankerstab von entscheidender Bedeutung. Gebräuchliche Systeme setzen Stahlstangen mit unterschiedlichen Oberflächenstrukturen wie beispielsweise Gewinde, gerippte oder andere Strukturen als Ankerstäbe ein, und diese werden mittels einer Füllmasse im Ankerloch mit dem Traggrund kraftschlüssig verklebt. Die Füllmasse besteht vorzugsweise aus Polymerverbindungen auf Zweikomponenten-Basis oder solchen auf zementöser Basis. Die Füllmasse wird injiziert oder als Zweikomponenten-Patrone in das Bohrloch eingelegt. Nach Aushärtung der Füllmasse ist der Anker belastbar.
  • Bei vielen Bauwerken mit weit auskragenden Betondecken werden dieselben randständig und auch durch Säulen abgestützt, etwa bei Tiefgaragen. Die Ansatzstellen bei den Säulen sind besonders belastet und es droht dort ein "Durchstanzeffekt" bei Überbelastung. Zur Verhinderung dieses Effektes werden Durchstanzbewehrungen in die Betonabdeckung eingebaut. Bei einigen Bauwerken sind diese Durchstanzbewehrungen zu wenig stark ausgeführt oder fehlen überhaupt und sie sollten entsprechend saniert werden. Hierzu werden ebenfalls Anker im Bereich der Säulenabstützungen nachträglich eingebaut, wozu zylindrische Bohrungen in den Beton eingebracht werden. Die eingelassenen Anker in Form von Stahlstangen werden hernach mittels eines Injektionsmörtels oder Klebstoffes, zum Beispiel mittels eines Epoxyharzes, im Loch verklebt und mittels einer Gewindemutter und Widerlagerplatte von der Abdeckungsseite her vorgespannt.
  • Das Einkleben der Stahlstangen ist allerdings anfällig für Fehler. Grössere oder kleinere Lufteinschlüsse in der verankernden Masse können nicht mit Sicherheit ausgeschlossen werden. Ein weiterer Nachteil dieses Verankerns liegt darin, dass der Anker-verstärkte Bereich der Abdeckung sich weitgehend einer wärmebedingten Verformung starr widersetzt, womit bei hoher Wärmebelastung die Gefahr besteht, dass Spannungsrisse und entsprechende Abdeckungsbrüche sich von den Säulenbereichen in die freitragenden Abdeckungsbereiche verlagern. Aufgrund der entlang des Ankerstabes verteilten Verankerungsverklebung ist ein Spannen des Ankerstabes, etwa durch Anziehen einer widergelagerten Mutter an einem Endgewinde des Ankerstabes nach dem Aushärten der Klebemasse nicht mehr möglich. Aus WO 96/12588 sind Bewehrungen aus einer Formgedächtnis-Legierung bekannt, welche mit dem Baumaterial verklebt werden, etwa mit einem Epoxyharz. In einer Ausführung werden Platten aus Formgedächtnis-Legierungen äusserlich an eine zu bewehrende Baustruktur geklebt. Eine weitere Ausführung besteht in der inneren Verstärkung von Baustrukturen, indem Ankerstäbe komplett von der Baustruktur eingeschlossen werden, etwa um die Haftung zweier Baumaterial-Schichten inwendig zu verstärken. In einer noch weiteren Ausführung bilden die Ankerstäbe in ihren Endbereichen Haken, um damit eine beidseits begrenzte Baustruktur an ihren gegenüberliegenden Grenzflächen zu greifen und zusammenzuziehen.
  • Alternative Verankerungssysteme arbeiten mit einer Endverankerung. Zum Beispiel zeigt die WO 2009/027543 ein solches Endverankerungssystem. Am Ende des erstellten Sackloches wird eine Kavität ausgeräumt, in welche nach dem Setzen des Ankers ein Epoxyharz als Verankerungsmedium unter Druck eingepumpt wird. Dabei sichert ein verbleibender Zwischenraum zwischen der Wandung der Sackbohrung und dem Ankerstab die Entlüftung des sich füllenden Raumes der Aufweitungskavität. Zudem wird dadurch sichergestellt, dass der Ankerstab jederzeit verspannt oder nachverspannt werden kann, weil dadurch kaum Scherkräfte zwischen Verankerung und Wandung der Aufweitungskavität entstehen, während dann, wenn in herkömmlicher Art und Weise der Schaft des Ankerstabes mit der Sackbohrung verklebt ist, die Verspannung durch Scherkräfte zwischen Ankerstab und Wandung der Sackbohrung und damit durch das Verankerungsmedium aufgenommen werden müssen. Damit eine optimale Verkrallung des Verankerungsmediums am Ankerstab gewährleistet ist, wird dessen Endabschnitt mit entsprechend strukturierter Oberfläche ausgebildet, etwa mit einem Gewinde oder mit umlaufenden Rillen für eine besonders gute Verkrallung. Des Weiteren sind Anker mit mechanischen Widerhaken in ihrem Endbereich bekannt. Alle Endverankerungen aber weisen den Nachteil auf, dass die Länge des Ankerstabes nicht für eine Kraftübertragung auf den Beton genutzt wird, sondern der Anker eben nur in seinem Endbereich Kraft überträgt.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verankerungssystem und ein Verfahren zu dessen Applikation anzugeben, bei welchem die Kraftübertragung des Stahlankers in den Traggrund über die gesamte Verankerungslänge erfolgt. Das Verfahren zur Applikation soll nach Aushärtung der Füllmasse eine lineare Vorspannung des Ankers über seine gesamte Länge ermöglichen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst von einem Verankerungssystem mit seinen Merkmalen gemäss dem Anspruch 1.
  • Die Aufgabe wird weiter gelöst durch das Verfahren zur Applikation dieses Verankerungssystems mit den Merkmalen gemäss Anspruch 6.
  • Anhand der Zeichnungen wird das Verankerungssystem vorgestellt und in der nachfolgenden Beschreibung beschrieben und seine Funktion und Wirkung wird erklärt. Ausserdem wird das Verfahren zum Applizieren dieses Verankerungssystems beschrieben und erklärt.
  • Es zeigt:
    • Figur 1:
    Ein vorbereitetes Ankerloch;
    Figur 2:
    Ein Ankerloch mit eingesetztem Ankerstab vor der Verfüllung des Ankerlochs;
    Figur 3:
    Ein Ankerloch mit eingesetztem Ankerstab nach Verfüllen des freibleibenden Raumes mit dem Verankerungsmedium, beim Einbringen von Wärme in den Gewindestab;
    Figur 4:
    Den fertig gesetzten und vorgespannten Anker.
  • Zunächst muss das Wesen von Formgedächtnis-Legierungen [engl. Shape Memory Alloy (SMA)] verstanden werden. Es handelt sich um Legierungen, die eine bestimmte Struktur aufweisen, die wärmeabhängig veränderbar ist. Wie andere Metalle und Legierungen, enthalten SMAs mehr als eine Kristallstruktur, sind also polymorph und polykristalline Metalle. Die dominierende Kristallstruktur der SMAs hängt einerseits von ihrer Temperatur ab, andrerseits von der von aussen wirkenden Spannung - sei es Zug oder Druck. Die Phase auf hoher Temperatur heisst Austenit, jene auf der tiefen Temperatur Martensit. Das Besondere an diesen SMAs ist, dass sie ihre initiale Struktur und Form nach Erhöhen der Temperatur in die hohe Temperaturphase wieder annehmen, auch wenn sie zuvor in der tiefen Temperaturphase deformiert wurden. Dieser Effekt kann ausgenutzt werden, um Vorspannkräfte in Baustrukturen zu applizieren.
  • Wenn keine Wärme künstlich in das SMA eingebracht oder aus ihm abgeführt wird, so befindet es sich auf der Umgebungstemperatur. Die SMAs sind innerhalb eines artspezifischen Temperaturbereichs stabil, das heisst ihre Struktur ändert sich innerhalb von gewissen Grenzen der mechanischen Belastung nicht. Für Anwendungen in der Baubranche im Aussenbereich wird der Schwankungsbereich der Umgebungstemperatur von -20°C bis +60°C vorausgesetzt. Innerhalb dieses Temperaturbandes sollte also ein SMA, das hier zum Einsatz kommt, seine Struktur nicht verändern. Die Transformations-Temperaturen, bei denen sich die Struktur des SMAs ändert, kann je nach Zusammensetzung der SMAs beträchtlich variieren. Die Transformationstemperaturen sind auch lastabhängig. Mit steigender mechanischer Belastung der SMA steigen auch seine Transformationstemperaturen. Wenn das SMA innerhalb gewisser Belastungsgrenzen stabil bleiben soll, so ist diesen Grenzen grosse Beachtung zu schenken. Werden SMAs für Bauverstärkungen eingesetzt, so muss nebst der Korrosionsbeständigkeit und Relaxationseffekte auch die Ermüdungsqualität der SMAs berücksichtigt werden, besonders wenn die Lasten über die Zeit variieren. Dabei unterscheidet man zwischen der strukturellen Ermüdung und der funktionellen Ermüdung. Die strukturelle Ermüdung betrifft die Akkumulation von mikrostrukturellen Defekten wie auch die Formation und die Ausbreitung von Oberflächen-Rissen, bis das Material letztendlich bricht. Die funktionelle Ermüdung hingegen ist die Folge der graduellen Degradation entweder des Formgedächtnis-Effektes oder der Dämpfungskapazität durch auftretende mikrostrukturelle Veränderungen im SMA. Das Letztere ist verbunden mit der Modifikation der Spannungs-Dehnungskurve unter zyklischer Belastung. Die Transformations-Temperaturen werden dabei ebenfalls verändert.
  • Für das Aufnehmen von dauerhaften Lasten im Bausektor eignen sich SMAs auf der Basis von Eisen Fe, Mangan Mn und Silizium Si, wobei die Zugabe von bis zu 10% Chrom Cr und Nickel Ni das SMA zu einem ähnlichen Korrosionsverhalten bringt wie rostfreier Stahl. In der Literatur findet man, dass die Zugabe von Kohlenstoff C, Kobalt Co, Kupfer Cu, Stickstoff N, Niobium Nb, Niobium-Karbid NbC, Vanadium-Stickstoff VN und Zirkonium-Karbid ZrC die Formgedächtnis-Eigenschaften in verschiedener Weise zu verbessern vermögen. Besonders gute Eigenschaften zeigt ein SMA aus Fe-Ni-Co-Ti, welches Lasten bis zu 1000 MPa aufnimmt, hoch resistent gegen Korrosion ist, und dessen obere Temperatur zur Überführung in den austenitischen Zustand ca. 100 °C, beträgt.
  • Das vorliegende Verankerungssystem macht sich die Eigenschaften von SMAs zunutze. Die Anker in Form von Rundstählen mit rauen Oberflächen, zum Beispiel mit Gewindeoberflächen, werden in die Ankerbohrungen eingesetzt und die Ankerbohrungen mit einer hitzebeständige Polymermasse verfüllt, wodurch die Anker darin verankert werden. Als Besonderheit bestehen die Ankerstäbe aus einer Formgedächtnis-Legierung (SMA), welche so ausgelegt ist, dass durch Wärmeintrag die Legierung in ihren Ursprungszustand zurückkehrt, das heisst in einen kontrahierten Zustand. Werden die Ankerstäbe also auf die Temperatur für den austenitischen Zustand erhitzt, so nehmen sie ihre ursprüngliche Form an und behalten diese bei, auch unter Last. Der erzielte Effekt ist, dass die in die hitzebeständige Füllmasse eingegossenen Ankerstäbe nach Erhitzung infolge der durch die Einbetonierung verhinderten Rückformung ihrer Formgedächtnis-Legierung (SMA) eine Vorspannung erzeugen, wobei sich diese Vorspannung gleichmässig bzw. linear über die gesamte Länge der Anker erstreckt. Die ausgehärtete Füllmasse gewährleistet, dass Anker in der Ankerbohrung mit sehr hohen dauerhaften Klebkräften verankert ist.
  • Für das praktische Setzen eines solchen Ankers wird daher wie folgt vorgegangen: Zunächst wird von der Aussenwand 1 der Baustruktur aus eine Ankerbohrung 3 im Beton 2 oder Fels erstellt, wie in Figur 1 dargestellt. Dann wird ein Anker 4 in Form einer Stahlstange aus einer Formgedächtnis-Legierung (SMA) mit rauer Oberflächenstruktur in die Ankerbohrung 3 eingesetzt, sodass diese in der Bohrung möglichst koaxial verläuft, wie das in Figur 2 gezeigt ist. Eine Gewindestange eignet sich besonders wegen ihrer spezifischen Oberflächenstruktur als Ankerstab, wobei die Oberfläche eines Ankerstabes aber auch irgendwelche anders geformten Noppen oder Rippen aufweisen kann. Dann wird der Raum zwischen diesem Ankerstab 4 und der Wandung der Ankerbohrung 3 vollständig mit einer hitzebeständigen Füllmasse 5 verfüllt, vorteilhaft mit einer hitzebeständigen Polymermatrix. Dieser Zustand ist in Figur 3 gezeigt. Der Ankerstab ist jetzt fest mit der ausgehärteten Füllmasse vermörtelt, d.h. dieser ist mit der Füllmasse kraftschlüssig verbunden. Im nächsten Schritt wird der Ankerstab 4 durch Wärmeeinbringung von seinem äusseren, aus der Ankerbohrung herausragenden Stummel her auf eine Temperatur zwischen 150°C und 300°C erhitzt. Das kann im einfachsten Fall mittels eines Gasbrenners erfolgen, indem dessen Flamme auf den aus der Ankerbohrung 3 herausragenden Stummel der Ankerstange 4 gerichtet wird. Vorteilhafter aber wird ein elektrisch oder mittels Gas betriebenes Heizgerät 7 aussen um den aus der Gebäudestruktur herausragenden Ankerstab 4 angelegt, und Wärme H wird von demselben kontrolliert in den Ankerstab 4 eingeleitet. Die Pfeile im Heizgerät 7 deuten den Wärmefluss vom Gerät in den Ankerstab 4 an. Die nötige Temperatur soll 150° bis 300°C betragen, je nach der eingesetzten Formgedächtnis-Legierung (SMA) des Ankerstabs 4. Das Heizgerät 7 mit elektrischem Kabel 8 kann hierzu einen Temperaturfühler aufweisen, welcher auf dem herausragenden Ankerstab 4 anliegt und dessen Temperatur misst. Die Temperatur muss einfach sicherstellen, dass der Austenit-Zustand des Ankerstabs 4 über seine ganze Länge sicher erreicht wird. Es wird eine Zeitlang dauern, bis die Wärme H bis zuhinderst in das Ende des Ankerstabs 4 geflossen ist. Der Ankerstab 4 erwärmt auch die anliegende Füllmasse, weswegen diese hitzebeständig sein muss und wenigstens die erreichten Temperaturen von zwischen 150° bis 300° C unbeschadet aushalten können muss, ohne ihre Struktur zu verändern.
  • Nach Abkühlung der Füllmasse 5 auf die Aussentemperatur bleibt der nun innerhalb seiner Verankerung vorgespannte Ankerstab 4 dank seiner Materialeigenschaft dauerhaft weiter vorgespannt, auf einem Zug von 200 bis 500 Mega-Pascal (1 MPa = 106 N/m2). Er kann mittels einer Gewindemutter 9 und einer Widerlagerplatte 10, welche auf die Aussenwand 1 um die Ankerbohrung 3 gelegt wird, auf dieselbe einwirken. Solchermassen befestigte Ankerstäbe 4 sind aber in jedem Fall über ihre gesamte Länge gleichmässig gespannt.

Claims (6)

  1. Verankerungssystem für feste Traggründe aller Art, mit einer Ankerbohrung (3) im Traggrund und in der Ankerbohrung (3) eingesetztem Ankerstab (4) aus einer Formgedächtnis-Legierung (SMA) von polymorpher und polykristalliner Struktur, welche durch Erhöhung ihrer Temperatur aus ihrem martensitischen Zustand auf ihren austenitischen Zustand bringbar ist, wobei der Raum zwischen Ankerstab (4) und der Wandung der Ankerbohrung (3) vollständig mit einer hitzebeständigen, aushärtbaren Füllmasse (5) verfüllt ist, wobei das eine Ende des Ankerstabes (4) vom Traggrund eingeschlossen ist, und sein anderes Ende aus der Ankerbohrung (3) herausragt, wobei am herausragenden Ende Wärme einbringbar ist zum Überführen der Formgedächtnis-Legierung in den austenitischen Zustand, womit der Ankerstab (4) über seine gesamte eingeschlossene Länge innerhalb der ausgehärteten Füllmasse (5) linear vorspannbar ist, wobei mittels einer Gewindemutter (9) und einer Widerlagerplatte (10), welche auf die Aussenwand (1) um die Ankerbohrung (3) gelegt wird, die Vorspannung des Ankerstabes auf die Aussenwand einwirkbar ist.
  2. Verankerungssystem für feste Traggründe aller Art nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ankerstab (4) aus einer Formgedächtnis-Legierung (SMA) aus Eisen Fe, Mangan Mn und Silizium Si, mit einer Zugabe von bis zu 10% Chrom Cr und Nickel Ni besteht.
  3. Verankerungssystem für feste Traggründe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ankerstab (4) aus einer Formgedächtnis-Legierung besteht, die zusätzlich versetzt ist mit einem oder mehreren der folgenden Elemente: Kohlenstoff C, Kobalt Co, Kupfer Cu, Stickstoff N, Niobium Nb, Niobium-Karbid NbC, Vanadium-Stickstoff VN und Zirkonium-Karbid ZrC.
  4. Verankerungssystem für feste Traggründe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ankerstab (4) aussen die Form eines Gewindestabes aufweist.
  5. Verankerungssystem für feste Traggründe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Ankerstabs (4) mit unterschiedlich ausgerichteten Rippen nach Art von Armierungsstäben geformt ist.
  6. Verfahren zur Applikation dieses Verankerungssystems gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, wobei
    a) eine Ankerbohrung (3) im zu verstärkenden Traggrund (2) erstellt wird,
    b) ein Ankerstab (4) aus einer Formgedächtnis-Legierung (SMA) in Form einer Stange mit rauer Oberflächenstruktur in die Ankerbohrung (3 gesetzt wird,
    c) der Raum zwischen Ankerstab (4) und Wandung der Ankerbohrung (3) vollständig mit einer hitzebeständigen, aushärtbaren Füllmasse (5) verfüllt wird,
    d) der Ankerstab (4) aus Formgedächtnis-Legierung (SMA) nach Aushärtung der Füllmasse (5) von seinem aus der Füllmasse herausragenden Stummel her durch Wärmeeinbringung auf die Temperatur seiner austenitischen Phase erhitzt wird, sodass er infolge der verhinderten Kontraktion eine lineare Vorspannung innerhalb der Füllmasse (5) erzeugt,
    wobei eine Widerlagerplatte(10) auf die Aussenwand (1) um die Ankerbohrung (3) gelegt und mittels einer Gewindemutter (9) mit dem Ankerstab (4) verspannt wird.
EP13758714.3A 2012-08-14 2013-08-07 Verankerungssystem für einen traggrund im bauwesen, sowie verfahren zur anwendung desselben Active EP2885439B1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH01358/12A CH706824B1 (de) 2012-08-14 2012-08-14 Verankerungssystem für einen Traggrund im Bauwesen, sowie Verfahren zum Anbringen und Vorspannen eines Ankerstabes.
PCT/CH2013/000137 WO2014026299A1 (de) 2012-08-14 2013-08-07 Verankerungssystem für einen traggrund im bauwesen, sowie verfahren zur anwendung desselben

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP2885439A1 EP2885439A1 (de) 2015-06-24
EP2885439B1 true EP2885439B1 (de) 2020-01-15

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ID=49117596

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