NO313806B1 - Forsterkningsanordning for birekonstruksjoner, og fremgangsmÕte for forsterkning av slike birekonstruksjoner - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en forsterkningsanordning ifølge innledningen til patentkrav 1, så vel som en fremgangsmåte for forsterkning av bærekonstruksjoner ifølge innledningen til patentkrav 11.

Ved sanering av bærestrukturer i bestående bygninger oppstår ofte det problem at bærestrukturen skal tilpasses for nye belastningstilfeller som overstiger den tidligere dimensjonering. For ikke i slike tilfeller å erstatte bærestrukturen full-stendig er det funnet metoder og anordninger for forsterkning av slike bestående bærestrukturer. Slike bærestrukturer kan være vanlig oppbygde vegger av tegl-stein eller f.eks. stålbetongvegger eller - bærekonstruksjoner, eller bærekonstruksjoner av tre, plast eller stål.

Forsterkningen av slike bærestrukturer med senere påførte stålplater er kjent fra lenge siden. Stålplatene, dvs. båndformede stålblikk, henholdsvis stållameller påklebes derved på den ene eller to sider av bærekonstruksjonen, for-trinnsvis på de strekkbelastede sider av bærekonstruksjonen. Fordelen ved denne metode består deri av at den kan gjennomføres forholdsvis hurtig, men at den stil-ler høye krav til klebingen, dvs. prepareringen av delene og gjennomføringen av klebingen må finne sted under nøyaktig definerte forhold for å oppnå den ønskede virkning. Problemer ved denne metode opptrer særlig i korrosjonsområdet, dvs. når bærekonstruksjoner i det fri skal forsterkes på denne måte, som f.eks. brobærekonstruksjoner. På grunn av den forholdsvis høye vekt og fremstillingen av slike stållameller er den maksimale lengde som kan komme til innsats begrenset. Likeledes kan innsats i lukkede rom være problematisk av plassgrunner når de stive stållameller ikke kan transporteres i det tilsvarende rom. Videre må stållamellene ved påføringer «overhodet» for utherding av klebestoffet presses mot den bærestruktur som skal forsterkes og dette betyr også en stor omkostning.

Fra FR 2 590 608 er det kjent å anvende spennmidler i form av bånd av metall eller fiberforsterket plastmateriale over endeforankringer. Ved denne utfø-relsesform oppnås imidlertid ingen flateforbindelse av spennmidlet med bærekonstruksjonen, idet det bare i de to endeforankringspunkter for spennmidlet til-veiebringes en forbindelse med bærekonstruksjonen. Slike spennmidler kan tradi-sjonelt allerede tas i betraktning ved planleggingen av bærekonstruksjonen, idet en etterfølgende utrusting ikke eller bare med meget høye omkostninger kan rea-liseres, idet det for spennmidlet i bærekonstruksjonen må tildannes tilsvarende kanaler.

I nyere tid blir nå også karbonlameller (CFK-lameller) påklebet på strekksi-dene av bærekonstruksjonen og dermed forbedres i etterhånd bæreevnen for slike konstruksjoner ved forhøyelse av bæremotstanden og duktiliteten. Fordelaktig er ved dette den enkle og omkostningsgunstige påføring av slike lameller som fremviser en høyere styrke enn stållamellene med langt lavere vekt og er enklere å lagre. Likeledes er korrosjonsbestandigheten bedre, slik at slike forsterkninger også er egnet for forsterkning av bærekonstruksjoner i det fri. Imidlertid har særlig endeforankringen av lamellene vist seg problematisk. Nettopp i dette området er faren for løsning av lamellene særlig stor og problemet med innføring av kreftene fra lamellenden i bærekonstruksjonen består.

En løsning som gjelder dette er kjent fra W096/21785, hvor det i bærekonstruksjonen anbringes en i butt vinkel forløpende boring henholdsvis kileformet utsparing, hvori endene av CFK-lamellene innføres og eventuelt presses mot bærekonstruksjonen ved hjelp av bøyler, sløyfer, etc. Dette fører nå allerede til en forbedring av løsneforholdene og bedre kraftinnføring fra bærekonstruksjonen i lamellen. Selvfølgelig klebes slike CFK-lameller på bærekonstruksjonen uten forspenning, dvs. i slakk form. Derved utnyttes imidlertid ikke en større del av for-sterkningspotensialet for disse lameller, da disse først etter overskriding av grunn-belastningen, dvs. under påkjenning fra den egentlige nyttelast, begynner å bære.

For å utnytte lamellene bedre er nå den tanke dukket opp at disse påklebes forspent på bærekonstruksjonen. En kjent løsning går ut på at det på endene av

CFK-lamellene på begge sider pålimes korte stålplater, stålplatene forspennes så bort fra hverandre og dermed forspennes CFK-lamellene og denne forspente anordning sammenlimes med den bærekonstruksjon som skal forsterkes. Etter tør-kingen av limingen blir lamellene på endene ved hjelp av plater, sløyfer etc. pres-set mot bærekonstruksjonen og deretter fraskilles endene med stålplatene. Denne metode er imidlertid meget omstendelig og kan heller ikke anvendes i alle tilfeller. Den ovenfor beskrevne forankringstype for lamellendene egner seg da heller ikke for forspenning på byggesteder.

Den oppgave som ligger til grunn for den foreliggende oppfinnelse bestod nå i å finne en CFK-forsterkningslamell hvor kraftinnledningen fra bærekonstruksjonen i endene skjer på en slik måte at en løsning praktisk unngås og som også egner seg for forspenning.

Denne oppgave løses ifølge oppfinnelsen ved hjelp av en CFK-lamell med de trekk som er angitt i patentkrav 1 henholdsvis ved hjelp av fremgangsmåten ifølge patentkrav 11. Foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen fremgår av de underordnede patentkrav 2 til 10 henholdsvis 12 til 14.

Ved oppspalting av endene av en CFK-lamell i minst to, fortrukket tre eller flere endefjærer blir overflaten for forbindelse med et avslutningselement vesentlig forstørret. Derved skjer nå en god kraftinnføring i endene av CFK-lamellen som da ved hjelp av et slikt avslutningselement også enkelt kan forspennes. Det i blokk-form tildannede avslutningselement kan nå enten innsettes i en fordypning i bærekonstruksjonen eller i den foretrukne utførelsesform med kileformet oppspalting med plan eller ru bunn også enkelt påklebes flatt på bærekonstruksjonen og/eller tappes henholdsvis skrues fast. Nettopp denne utførelsesform egner seg fortreffe-lig for forspenningen, som da skjer foretrukket direkte over bærekonstruksjons-elementet. F.eks. kan dette skje ved hjelp av strekking i forhold til en i bærekonstruksjonen innsatt beslagdel.

Oppspaltingen av endene av CFK-lamellene kan foretrukket enten skje i over hverandre liggende fjærer eller ved siden av hverandre liggende fjærer, henholdsvis i en kombinasjon av disse to varianter.

Oppspaltingen av endene av CFK-lamellene kan fordelaktig skje på selve byggeplassen i det enkelte tilfelle nødvendige lengder og dimensjoner. Derved er dette system meget universalt for forsterkning av praktisk vilkårlige bærekompo-nenter og kan anvendes med eller også uten forspenning.

Et utførelseseksempel for oppfinnelsen illustreres nærmere i det følgende ved hjelp av figurene i den vedføyde tegning hvori: Fig. 1 viser tverrsnittet gjennom en bærekonstruksjon med på undersiden ifølge oppfinnelsen påført CFK-lamell; Fig. 2 viser tverrsnittet gjennom hodedelen av CFK-lamellen ifølge fig. 1; Fig. 3 viser tverrsnittet gjennom enden av en CFK-lamell ifølge fig. 1 og 2; Fig. 4 viser tverrsnittet gjennom en bærekonstruksjon med på undersiden ifølge oppfinnelsen påført ytterligere CFK-lamell; Fig. 5 viser tverrsnittet gjennom hodedelen av CFK-lamellen ifølge fig. 4; Fig. 6 viser det skjematiske tverrsnitt gjennom en alternativ hodedel av en CFK-lamell ifølge oppfinnelsen; Fig. 7 viser et skjematisk tverrsnitt gjennom en ytterligere alternativ hodedel av en CFK-lamell ifølge oppfinnelsen; Fig. 8 viser et oppriss av en ytterligere alternativ utførelsesform av hodedelen av en CFK-lamell. Fig. 1 viser nå tverrsnittet gjennom en bærekonstruksjon 1 som skal forsterkes. Endene av den for dette anvendte CFK-lamell 2 er ifølge oppfinnelsen innsatt i avslutningselementer, her forankringshoder 3 og 4. Forankringshodene 3, 4 kan innsettes i freste eller spissede utsparinger i bærekonstruksjonen 1, som vist i denne figur. CFK-lamellen 2 forvinnes ved hjelp av et klebersjikt 5 med bærekonstruksjonen 1 over hele eller deler av flaten og likeså blir også forankringshodene 3, 4 forbundet med bærekonstruksjonen. I tillegg kan forankringshodene 3, 4 forbindes med bærekonstruksjonen ved hjelp av en tverrspenneanordning 6, her bare vist rent skjematisk, noe som fører til en bedre kraftinnføring over forankringshodene 3, 4 fra CFK-lamellen 2 i bærekonstruksjonen 1. Denne tverrspenneanordning 6 kan f.eks. skje ved hjelp av gjennom bærekonstruksjonen 1 og forankringshodene 3, 4 gjennomførte gjengestenger eller tapper.

Den av CFK-lamellen 2 og av forankringshodene 3, 4 dannede forsterkningsanordning kan nå også forspennes meget enkelt, som vist skjematisk på den høyre side av fig. 1. For dette kan det f.eks. på undersiden av bærekonstruksjonen 1 festes et vinkelbeslag 7 hvorpå det virker en spennstang 8, som på sin ene ende er forbundet med forankringshodet 4. Det er fordelaktig at begge forankringshoder 3, 4 for en forspenning utrustes med en slik spennanordning. Spenn-anordningen påføres før påklebingen og kan etter utherding av klebeforbindelsen mellom CFK-lamellen 2 henholdsvis forankringshodene 3, 4 og bærekonstruksjonen 1 på nytt fjernes.

Fig. 2 viser nå tverrsnittet gjennom et av forankringshodene 3. I det firkan-tede forankringshodet 3 er det her foretrukket anordnet tre førings-holdeslisser 9 som ligger over hverandre og som kan oppta den i tre vinger 2' oppdelte ende av CFK-lamellen 2, som vist i fig. 3. Holdeslissene 9 er her anordnet spredt ut kileformet oppover og nedover og fremviser på tvers forløpende bomringer 10. Disse boringer 10 gir ytterligere forankringspunkter for klebemassen, hvormed fjærene 2' på CFK-lamellen 2 forbindes med holderslissene 9. Dermed blir innføringen av strekkrefter fra bærekonstruksjonen 1 over forankringshodet 3 inn i CFK-lamellen 2 ytterligere forbedret. Den store fordel ligger selvfølgelig i oppspaltingen av endene av lamellen 2 i fjærene 2'. Denne oppspalting skjer foretrukket i fiberretningen av lamellen, og det oppnås derved fordelaktig en forstørrelse av klebeflaten uten at styrkeegenskapene av CFK-lamellen 2 påvirkes.

I det foreliggende eksempel med tre vinger' blir klebeflaten i forhold til en tidligere lamell, som ved sin ende bare ble klebet på bærekonstruksjonen, seks-doblet i forhold til den kjente løsning med kileformet utsparing i bærekonstruksjonen og heftebroer ytterligere tredoblet.

For i utgangsområdet av CFK-lamellen 2 fra forankringshodet 3 og unngå en oppbøyning eller knekking av forankringshodet på grunn av tverrkrefter, som skriver seg fra den kile- eller bueformede anordning av holdeslissene 9 anbringes foretrukket en tverrforsterkning 11 som i fig. 2 bare er skjematisk antydet. F.eks. kan denne tverrforsterkning 11 oppnås ved i tilsvarende boringer i forankringshodet 3 gjennomførte og ved hjelp av muttere spente gjengestenger. Dermed blir mulige skyvespenningsspisser i utløpsområdet av forankringshodet 3 overvunnet og større skyvespenninger kan tillates i denne sone. Videre er det i forankringshodet 3 f.eks. anbrakt en gjengeboring 12 hvori den kan innskrues en forspen-ningsanordning, som skjematisk vist i fig. 1.

Fig. 3 viser som allerede nevnt en ende av CFK-lamellen 2 med den i tre fjærer 2' oppspaltede lamellende. CFK-lamellen kan ved hjelp av vanlige midler etter avkorting til den ønskede lengde oppspaltes i det ønskede antall omtrent like tykke vinger 2', f.eks. ved hjelp av en høvel eller kniv. Ved dette er det fordelaktig at det til kvaliteten av oppspaltingen stilles forholdsvis lave krav, idet oppdelingen i det tilsvarende antall vinger 2' for oppnåelse av flateforstørrelsen er vesentlig for forbindelsen med forankringshodet 3.

I fig. 4 er videre tverrsnittet gjennom en bærekonstruksjon 1 med på undersiden (strekksiden) anbrakt forsterkningsanordning ifølge oppfinnelsen, bestående av en CFK-lamell 2 med på endene anbrakte forankringshoder 12 og 13. Forankringshodene 12, 13 er nå slik utformet at CFK-lamellen 2 praktisk trer ut fra forankringshodene 12, 13 praktisk i høyden for klebesjiktet 5, slik at disse ikke må anordnes forsenket i undersiden av bærekonstruksjonen 1, men også f.eks. kan klebes også flatemessig på denne underside. Selvfølgelig kan her også de i fig. 1 antydede tverrspennanordninger 6 anbringes for å bevirke et høyere pressetrykk og dermed en høyere strekkstyrke i forbindelsen mellom forankringshodene 12, 13 og bærekonstruksjonsundersiden. Likeledes lar disse forankringshoder 12, 13 enkelt forspenne som ved den allerede i det foregående beskrevne utførelses-form.

Fig. 5 viser nå tverrsnittet gjennom et forankringshode 12 og den tilsvarende anordning av holdeslissen 9. Den nederste sliss 9' er for dette tildannet parallelt til den på bærekonstruksjonen 1 påliggende ytre vegg 12' av forankringshodet 12 og de øvrige slisser 9 er anordnet vifteformet under en spiss vinkel dertil i ret-ning utover. Denne anordning bringer på den ene side ved forstørrelsen av klebe-overflaten til CFK-lamellen 2 de samme fordeler som allerede beskrevet og mulig-gjør på den annen side den plane påføring også av forankringshodene 12, 13 uten ytterligere utsparinger i bærekonstruksjonen 1. Også ved disse forankringshoder 12, 13 er det tverrforsterkningsmidler 11, som vist skjematisk i fig. 2, for å unngå oppbøyningen eller knekkingen av forankringshodene 12, 13 i området for utløpet for CFK-lamellen 2.

Som materiale for forankringshodene 3, 4 henholdsvis 12, 13 egner seg på den ene side metall, som fremviser en høy styrke, enkel bearbeidbarhet og gode kraftinnledningsegenskaper, og på den annen side også plastmateriale, særlig når korrosjonskravene må være høye.

I fig. 6 vises nå det skjematiske oppriss av en ytterligere utførelsesform av forsterkningsanordningen ifølge oppfinnelsen. Enden av CFK-lamellen 2 er her oppspaltet i to over hverandre liggende fjærer 2' som kommer til anlegg mot utsi-den av et kjegleformet utformet forankringshode 14. De kan der forbindes med forankringshodets 14 overflate ved hjelp av en klebeforbindelse.

I en ytterligere utførelsesform ifølge oppfinnelsen holdes de oppspaltede

vinger 2' av enden av CFK-lamellen 2 i et forankringshode dannet av parallelt over hverandre anordnede plater 15, som vist i lengdesnitt i fig. 7. Her kan det fordelaktig i tillegg anvendes en skrueforbindelse 16 for gjensidig sammenpressing av pla-tene 15 henholdsvis vingene 2'.

I fig. 8 vises videre et oppriss av en ytterligere utførelsesform av enden av CFK-lamellen 2. Her er vingene 2' ikke tildannet beliggende over hverandre, men de er tildannet til siden for hverandre. Også her foretas oppspaltingen foretrukket langs fiberretningen i CFK-lamellen 2.

Forsterkningsanordningene ifølge oppfinnelsen egner seg spesielt for sanering av bestående betongbærekonstruksjoner, som f.eks. tak eller brobærekonstruksjoner. Selvfølgelig kan de også anvendes for alle kjente anvendelser av vanlige CFK-lameller, f.eks. murverk og trebæreverk. Den enkle forspennbarhet muliggjør den høyere utnyttelse av styrkeegenskapene i CFK-lamellene enn ved hittil kjente metoder. Ytterligere bevirker forspenningen at det på strekksiden av et bestående bæreelement skjer en forpressing, noe som nettopp er fordelaktig f.eks. for brobærekonstruksjoner.

Claims (1)

1. Forsterkningsanordning for bærekonstruksjoner (1) med CFK-lamell (2), karakterisert ved at minst en ende av CFK-lamellen (2) er oppspaltet i minst to vinger (2') og munner ut i et avslutningselement (3, 4; 12,13).

2. Forsterkningsanordning ifølge krav 1, karakterisert ved at de to ender av CFK-lamellen (2) hver munner ut i et avslutningselement (3, 4; 12; 13).

3. Forsterkningsanordning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at vingene (2') i det minste er innsatt i holdeslisser (9; 9') i avslutningselementet (3, 4; 12, 13), idet holdeslissene (9, 9') foretrukket er anordnet i kileform til hverandre.

4. Forsterkningsanordning ifølge ett av kravene 1 til 3, karakterisert ved at lamellendene (2') er oppspaltet i over hverandre liggende omtrent like tykke vinger.

5. Forsterkningsanordning ifølge ett av kravene 1 til 4, karakterisert ved at holdeslissene (9) i avslutningselementet (3, 4, 12,

13) fremviser en ru eller bølget overflate.

6. Forsterkningsanordning ifølge ett av kravene 1 til 5, karakterisert ved at det i området for holdeslissene (9) er anordnet på tvers av lamelloverflaten anordnede boringer (10) i avslutningselementet (3).

7. Forsterkningsanordning ifølge ett av kravene 1 til 6, karakterisert ved at avslutningselementet (3, 4, 12, 13) er et parallell-epiped av metall eller plastmateriale.

8. Forsterkningsanordning ifølge ett av kravene 1 til 7, karakterisert ved at avslutningselementet (3,4, 12, 13) i området for utgangen for CFK-lamellen (2) er anordnet forsterkningsanordninger (11) på tvers av utgangsretningen, foretrukket gjengebolter.

9. Forsterkningsanordning ifølge ett av kravene 1 til 8, karakterisert ved at avslutningselementet (3, 4, 12, 13) på motsatt side av utgangen fra CFK-lamellen (2) fremviser et kraftinnføringssted, foretrukket en gjengeboring (12).

10. Forsterkningsanordning ifølge ett av kravene 1 til 9, karakterisert ved at holdeslissen (9) er anordnet kileformet i avslut-ningselmentet (3, 4, 12, 13), slik at den nederste holdeslissen (9') er anordnet parallelt med utgangsretningen fra lamellen (2) og de øvrige holdeslisser (9) er anordnet i vifteform fra utgangsåpningen bort fra utgangsåpningen.

11. Fremgangsmåte for forsterkning av bærekonstruksjoner (1) ved hjelp av forsterkningsanordninger ifølge ett av kravene 1 til 10, karakterisert ved at de til den tilsvarende lengde avkortede CFK-lameller (2) på minst en ende hver deles eller oppspaltes i minst to omtrent like tykke henholdsvis brede vinger (2') og bringes i kontakt med et avslutningselement (3, 4; 12, 13), og denne anordning påklebes strekksiden av det bæreelement (1) som skal forsterkes.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert ved at vingene (2') av CFK-lamellen (2) innføres i separa-te, foretrukne i forhold til hverandre vifteformet anordnede holdeslisser (9, 9') i et avslutningselement (3, 4,12, 13) og der klebes henholdsvis sammenstøpes med en klebemasse.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 11 eller 12, karakterisert ved at endene av CFK-lamellen (2) oppdeles henholdsvis oppspaltes i tre vinger (2') og at anordningen før sammenklebingen med bæreelementet (1) forspennes mot seg selv ved hjelp av spennmidler (7, 8) og deretter påklebes på bæreelementet (1) i forspent tilstand.

14. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 11 til 13, karakterisert ved at oppspaltingen av CFK-lamellen (2) gjøres i fiberretningen.