NL9500227A - Verbindingsconstructie. - Google Patents

Description

Verbindinesconstructie

De uitvinding betreft een verbindingsconstructie tussen bouwelementen uit steenachtig materiaal of steenachtig materiaal en staal, welke constructie in elkaar grijpende verhoogde en verdiepte verbindingsgebieden van de bouwelementen omvat. Een dergelijke verbindingsconstructie is bij voorbeeld bekend uit FUNDERINGSTECHNIEK, juni 199*1, blz. 165-170.

Deze bekende verbindingsconstructie wordt toegepast als verankering van een onderwaterbetonvloer met een aantal funderingspalen. Na het storten en verharden van het beton wordt het water verwijderd van de vloer, ten gevolge waarvan op de vloer opwaartse drukkrachten optreden. De verbindingsconstructie tussen de palen, welke een ribbelvormig karakter uiteinde hebben, en de vloer kan dermate grote schuifkrachten overbrengen dat genoemde opwaartse krachten opgenomen kunnen worden door de funderingspalen.

Een verder voorbeeld van de verbindingsconstructie waarop de uitvinding betrekking heeft betreft groutankers, waarbij een staafvormig metalen element dat een geribbeld oppervlak heeft, is opgenomen in een verharde groutmassa. Dergelijke groutankers worden gebruikt bij het verankeren van een wand aan een achterliggend grondmassief.

Dergelijke verbindingsconstructies, waarin telkens tenminste een bouwdeel voorkomt dat uit (kunstmatige) steenachtige materialen bestaat, zoal cementmortel, grout, beton, eventueel vermengd met kunststoffen, hebben de bijzonderheid dat de treksterkte en afschuifsterkte van die materialen slechts een fractie, bij voorbeeld een tiende, bedraagt van de druksterkte. Door de hierboven beschreven ribbelvormige oppervlakteprofielen toe te passen kan niettemin de afschuifkracht belangrijk vergroot worden.

Deze bekende geribbelde profielvormen hebben een regelmatig karakter, dat wil zeggen dat de hoogte en de steekafstand der ribbels of tanden constant is, zie bij voorbeeld de Duitse norm DIN 4227, Teil 3. alsmede het genoemde artikel. Deze bekende uitvoeringen blijken het nadeel te hebben dat telkens slechts een zeer beperkt aantal ribbels, soms zelfs slechts een enkele ribbel, het grootste gedeelte van de belasting opneemt. Aangezien de verbindingsconstructie zeer stijf is, heeft deze namelijk niet de mogelijkheid om door rekvers chili en de belasting te spreiden over meerdere ribbels.

Gevolg daarvan is dat die enkele, zwaar belaste ribbel afbreekt, waarna de volgende ribbel zwaar wordt belast en vervolgens eveneens afbreekt. Het is ook mogelijk dat in het begin niet de eerste ribbel afbreekt doch een gedeelte van de constructie uitbreekt, waardoor de eerste ribbel ontlast wordt. Daarna kunnen de volgende ribbels afbreken of verbrijzelen of gedeelten van de constructie, etc.. In de praktijk wordt hiermee rekening gehouden door de verbindingsconstructies slechts tot ver onder de maximaal toelaatbare last te belasten.

Doel van de uitvinding is een verbindingsconstructie van het hiervoor genoemde soort te verschaffen die beter belastbaar is. Dat wordt bereikt doordat, gezien in de richting waarin krachtsoverdracht plaatsvindt tussen de bouwelementen, de afmeting van de verhogingen en/of verdiepingen, en/of de onderlinge afstand daarvan niet constant is ter verkrijging van een gelijkmatige verloop van de krachtsoverdracht.

Volgens een eerste mogelijkheid kunnen de verbindingsgebieden der bouwelementen een golfkarakter hebben, bij voorbeeld ongeveer sinusvormig, blokvormig of trapeziumvormig. Bij een dergelijke uitvoering kan het niet-constante verloop verkregen worden doordat bij voorbeeld de amplitude van de golfvorm toeneemt naar het eind van een der bouwelementen; ook kan de amplitude van de golfvorm eerst toenemen en vervolgens afnemen naar het eind van een der bouwelementen.

Volgens verdere alternatieven kan de amplitude van de golfvorm na het gedeelte van de toenemende en/of voor het gedeelte van de afnemende amplitude constant zijn, en de omtreksvorm van het verbindingsgebied naar het eind van het bouwelement toe groter worden; evenzo kan het verbindingsgebied naar het eind van het bouwelement toe kleiner worden; verder kan de amplitude van de golfvorm na het gedeelte van de toenemende en/of voor het gedeelte van de afnemende amplitude constant zijn, waarbij de omtreksvorm van het verbindingsgebied naar het eind van het bouwelement zowel een groter wordend als een kleiner wordend deel bezit.

Volgens een tweede mogelijkheid kunnen de verbindingsgebieden der bouwelementen geïsoleerde in elkaar grijpende verhogingen en verdiepingen bezitten. Zo kunnen in de richting naar het eind van een der bouwelementen meerdere verhogingen of verdiepingen achter elkaar liggen, waarbij het oppervlaktegebied van die verhogingen of verdiepingen afneemt in de richting naar dat eind.

Dwars op de richting naar het eind van een der bouwelementen kunnen meerdere verhogingen of verdiepingen naast elkaar liggen; daarbij kan in de richting naar het eind van een der bouwelementen het aantal naast elkaar liggende verhogingen of verdiepingen toenemen.

Tevens kan tussen de verbindingsgebieden der bouwelementen een meegevende laag, bij voorbeeld van bitumen, zijn voorzien. Bij deze uitvoering wordt de relatieve verplaatsing van de bouwdelen vergemakkelijkt, waardoor lokale overbelasting van een of enkele verhogingen of verdiepingen verregaand kan worden vermeden.

Vervolgens zal de uitvinding nader worden toegelicht aan de hand van enkele in de figuren 1-7, weergegeven uitvoeringsvoorbeelden.

Algemene profielen zijn vloeiende profielen, zoals golfprofielen en trapeziumvormige profielen.

Figuur la toont een regelmatig golfvormig profiel bijvoorbeeld volgens een sinusfunctie. Zoals figuur lb toont kan de golfhoogte (verschil tussen top en dal van de golf) van nul tot de waarde e verlopen. De golflengte kan variëren, bijvoorbeeld beginnend met een bepaalde grootte afnemend en vervolgens naar de golflengte 1.

In de figuren la en lb verlopen de profielen tussen de vlakken 1 en 3. Vlak 2 is het vlak wat in figuur la is op gelijke afstand ligt van de toppen van het golfprofiel. In figuur lb beweegt het golfprofiel zich al slingerend om vlak 2 heen.

Het is mogelijk dat het buitenoppervlak (van bijvoorbeeld een ankerelement) zonder ribbels samenvalt met de vlakken 1 of 3 of samenvalt met een vlak welke tussen de vlakken 1 en 3 inligt.

Figuur 2a en 2b tonen een trapeziumprofiel dat zich bevindt tussen de vlakken 1 en 3·

In de figuur 2a is een regelmatig profiel getoond met een golfhoogte ter grootte van e. Indien de grootte van b, b', b" etc. en van d, d', d" etc. tot nul gereduceerd worden, verandert het trapeziumvormige profiel in een driehoekig profiel.

Indien vlak 3 samenvalt met één van de zijvlakken van het ongeribbelde gedeelte van het ankerelement, spreekt men van uitwendige ribbels. Bij het samenvallen met vlak 1 spreekt men van inwendige ribbels.

Ook kan één van de zijvlakken van het ongeribbelde gedeelte van het ankerelement samenvallen met een vlak dat tussen de vlakken 1 en 3 ligt.

De beschouwingen van in- en uitwendige ribbels gelden ook voor figuur 2b waarin de golfhoogte van een kleine waarde toeneemt tot de golfhoogte e. In dit geval slingert het profiel evenals in figuur lb om het vlak 2.

Tevens toont figuur 2b dat de vermelde grootte van a, b, c, d en h/2 kunnen veranderen over de afstand x langs het ribbelprofiel. De grootte van die waarden over de afstand x kunnen volgens wiskundige betrekkingen afhankelijk zijn van de afstand x.

In figuur 2b is duidelijk te zien dat de golflengte 1, waarbij 1 de som is van a, b, c en d, met een bepaalde grote waarde begint en over de afstand x afneemt, bijvoorbeeld volgens een van x afhankelijke exponentiële functie.

Figuur 3 geeft een verdere detaillering van het ribbelprofiel in vergelijking met figuur 2. Hierbij zijn de hoeken α en β niet gelijk en de lengte a is groter dan de lengte b, indien op trek wordt belast. Bij drukbelasting is dit laatste andersom.

In figuur 3b is daarbij het gedeelte met de lengte b niet evenwijdig aan de lijnen 1, 2 of 3 doch maakt dit een helling die kleiner is dan de helling over de lengte a met de hoek a. Evenzo kan de lengte d een helling hebben. Deze is dan ook kleiner dan de helling over lengte a.

Figuur 4 laat een aantal varianten van de ligging en de vorm van de vlakken 1, 2 en 3 uit de figuur 1 en 2 zien.

Tevens zijn verschillende verlopen van de hoogte van het profiel weergegeven met hun respectievelijke overgangen van het ongeprofileerde naar het geprofileerde oppervlak.

De figuren ^d, e, f, g, h en i geven varianten van het verloop van de vlakken 1, 2 en 3 ten opzichte van het schijnbare doorlopende ongeprofileerde oppervlak van de verbindingsovergang.

In de figuren ^d, e en f lopen de vlakken ] , 2 en 3 vanaf het begin van het geprofileerde vlak onder een hoek verder. Bij de figuren 4g, h en i vertonen de vlakken twee hoekveranderingen. Meerdere hoekveranderingen zijn ook mogelijk. De vlakken 1, 2 en 3 behoeven geen platte vlakken te zijn. Enkele of meervoudig gekromde vlakken voldoen ook.

Afhankelijk van de grootte van de maximum korrelgrootte van de beton, waarin het ankerelement wordt verankerd, en ook van het ankerelement zelf, ligt de maximum hoogte van de ribbel tussen 2 en 50 mm. Bij een in hoogte verlopende ribbel kan de hoogte van het ribbel variëren tussen 0 en 50 mm.

De in de figuur 2a aangegeven hoeken α en β kunnen variëren tussen 0 en 60 graden. De getoonde vlakken 1, 2 en 3 in de figuren 4d t/m i kunnen hoekrotaties hebben, welke inliggen tussen 0 en 30 graden.

Figuur 5 geeft twee voorbeelden van een eenvoudig driehoekig profiel, waarbij a + b de golflengte 1 van het profiel is. In figuur 5a blijft de golflengte constant en is het profiel weergegeven van de ribbels 1 en 10.

Figuur 5b heeft geen constante golflengte. Bij een lage ribbelhoogte behoort een grote golflengte. Bij toenemende ribbelhoogte neemt de golflengte af. In deze figuur zijn de vormen van de ribbels 1, 3 en 10 weergegeven. Ook kan de golflengte lineair afhankelijk van de ribbelhoogte zijn. Complexere wiskundige relaties zijn ook mogelijk.

Als alternatief kan het vlak van de verbindingsovergang van het ankerelement, dat op trek of druk belast wordt, voorzien zijn van de nopvormige verhogingen of van putvormige verdiepingen met gelijksoortige contravormen die overeenkomen met de nopvormige verhogingen zijn uitgevoerd.

Figuur 6 toont speciale profielen en verdelingen met in de richting naar het einde van het ankerelementen toenemende nophoogte (c.q. putdiepte).

Zowel een aanzicht op het vlak van de verbindingsovergang als een doorsnede zijn weergegeven.

Figuur 6a toont wigvormige of driehoekige profielvormen, figuur 6b bolsegmenten, figuur 6c segmenten van ellipsoïden en figuur 6d tetraëders.

In figuur 6a zijn wigvormen weergegeven die vanaf onderaf met een kleine wighoek beginnen, waarna naar boven toe de wighoek toeneemt. Deze wighoek kan bijvoorbeeld lineair of volgens een exponentiële functie of een andere wiskundige functie toenemen.

Figuur 6b heeft bolsegmenten als profielvorm waarbij het onderste bolsegment een grote bolstraal heeft, waarna naar boven toe de bolstraal afneemt en tevens de profielhoogte bijvoorbeeld volgens een lineaire, exponentiële of andere wiskundige functie, toeneemt.

Figuur 6c laat iets dergelijks zien als in figuur 6a wordt weergegeven, doch nu met tetraëders.

Figuur 6d is vergelijkbaar met figuur 6b doch nu is het profiel een segment van een ellipsoïde in plaats van een bol.

Figuur 7 laat verschillende verbindingen zien van verbindingselementen .

Figuur 7a laat schematisch een voegconstructie zien, figuur 7b een funderingselement dat door een vloerelement steekt, figuur 7c een betonanker en figuur 7d een stalen buis van een constructie verbonden met een andere stalen buis van een andere constructie.

Claims (19)

1. Verbindingsconstructie tussen bouwelementen uit steenachtig materiaal of steenachtig materiaal en staal, welke constructie in elkaar grijpende verhoogde en verdiepte verbindingsgebieden van de bouwelementen omvat met het kenmerk dat, gezien in de richting waarin krachtsoverdracht plaatsvindt tussen de bouwelementen, de afmeting van de verhogingen en/of verdiepingen, en/of de onderlinge afstand daarvan niet constant is ter verkrijging vein een gelijkmatige verloop van de krachtsoverdracht.

2. Constructie volgens conclusie 1, waarbij de verbindingsgebieden der bouwelementen een golfkarakter hebben, bij voorbeeld ongeveer sinusvormig, blokvormig, driehoekig of trapeziumvormig.

3· Constructie volgens conclusie 2, waarbij de amplitude van de golfvorm toeneemt naar het eind van een der bouwelementen.

4. Constructie volgens conclusie 2, waarbij de amplitude van de golfvorm eerst toeneemt en vervolgens afneemt naar het eind van een der bouwelementen.

5. Constructie volgens conclusie 3 of 4, waarbij de amplitude van de golfvorm na het gedeelte van' de toenemende en/of voor het gedeelte van de afnemende amplitude constant is, en de omtreksvorm van het verbindingsgebied naar het eind van het bouwelement toe groter wordt.

6. Constructie volgens conclusie 3 of 4, waarbij de amplitude van de golfvorm na het gedeelte van de toenemende en/of voor het gedeelte van de afnemende amplitude constant is, en de omtreksvorm van het verbindingsgebied naar het eind van het bouwelement toe kleiner wordt.

7. Constructie volgens conclusie 3 of k, waarbij de amplitude van de golfvorm na het gedeelte van de toenemende en/of voor het gedeelte van de afnemende amplitude constant is, en de omtreksvorm van het verbindingsgebied naar het eind van het bouwelement zowel een groter wordend als een kleiner wordend deel bezit.

8. Constructie volgens een der conclusies 2-7, waarbij de golflengte van de golfvorm varieert.

9. Constructie volgens conclusie 8, waarbij de golflengte en de amplitude omgekeerd evenredig variëren.

10. Constructie volgens een der conclusies 2-9, waarbij de hellingshoek der flanken van de verhogingen of verdiepingen varieert.

11. Constructie volgens conclusie 10, waarbij de hellingshoek der flanken toeneemt in de richting naar het eind van een der bouwelementen.

12. Constructie volgens conclusie 1, waarbij de verbindingsgebieden der bouwelementen geïsoleerde in elkaar grijpende verhogingen en verdiepingen bezitten.

13. Constructie volgens conclusie 12, waarbij in de richting naar het eind van een der bouwelementen meerdere verhogingen of verdiepingen achter elkaar liggen, en het oppervlaktegebied van die verhogingen of verdiepingen afneemt in de richting naar dat eind.

14. Constructie volgens conclusie 13, waarbij dwars op de richting naar het eind van een der bouwelementen meerdere verhogingen of verdiepingen naast elkaar liggen.

15. Constructie volgens conclusie 1^, waarbij in de richting naar het eind van een der bouwelementen het aantal naast elkaar liggende verhogingen of verdiepingen toeneemt.

16. Constructie volgens een der conclusies 12-15, waarbij de hoogte respectievelijk diepte van de verhogingen of verdiepingen constant is.

17. Constructie volgens een der conclusies 12-15, waarbij de hoogte respectievelijk diepte van de verhogingen of verdiepingen toeneemt in de richting naar het eind van een der bouwelementen.

18. Constructie volgens een der voorgaande conclusies, waarbij tussen de verbindingsgebieden der bouwelementen een meegevende laag, bij voorbeeld van bitumen, is voorzien.

19. Verbindingselement uitgevoerd met verhogingen en verdiepingen volgens conclusies 2 t/m 18.