PL199109B1 - Kotwa - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest kotwa, która sk lada si e z trzpienia kotwy (1) kotwionego za pomoc a masy lacz acej w wywierconym otworze (12) w elemencie budowlanym (13), który posiada kilka zwi ekszaj acych si e w kierunku ko nca wtykowego (4) i dzi eki odcinkom walcowym (6a, 6b) znajdu- j acych si e w odst epie od siebie odcinków sto zkowych (3a, 3b, 3c). D lugosc odcinków walcowych (6a, 6b) jest równa od 0,5-krotno sci do 2-krotno sci d lugo sci odcinka sto zkowego (3a, 3b) przylegaj acego do ka zdorazowego odcinka w kierunku ko nca wtykowego (4). Srednica odcinków walcowych (6a, 6b) umieszczonych mi edzy odcinkami sto z- kowymi (3a, 3b, 3c) wychodz ac od ko nca wtykowego (4) zwi eksza si e, a ich d lugosc zmniejsza si e. W ten sposób po utwardzeniu masy lacz acej uzyskuje si e stabiln a tward a pow lok e zaprawy (14), która powoduje wysok a wartosc si ly niezb ednej do wyci agni ecia kotwy wskutek dodatkowego przesuni ecia odcinków sto zkowych (3a, 3b, 3c) w utwar- dzonej twardej pow loce zaprawy (14) po rozszerzeniu wywierconego otworu dzi eki p ekni eciom. Z tego powodu kotwa wed lug wynalazku nadaje si e w szczególno sci do kotwienia w strefie rozci aganej. PL PL PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest kotwa, zwłaszcza do kotwienia w strefie rozciąganej.

Z opisu patentu USA nr US 4 983 083 znana jest kotwa, zw ł aszcza do kotwienia w strefie rozciąganej, składająca się z trzpienia kotwy do kotwienia za pomocą masy łączącej w otworze elementu konstrukcyjnego, posiadająca kilka odcinków stożkowych rozszerzających się w kierunku końca wtykowego i oddzielonych odcinkami walcowymi, przy czym długość odcinków walcowych jest równa od 0,5-krotności do 2-krotności długości odcinka stożkowego przylegającego do każdorazowego odcinka w kierunku końca wtykowego.

Innego rodzaju kotwa zaopatrzona w trzpień kotwy, który posiada kilka odcinków stożkowych rozszerzających się w kierunku końca wtykowego i jest kotwiona za pomocą masy łączącej w otworze wywierconym w elemencie budowlanym jest znana z europejskiego opisu zgł oszeniowego nr EP 0 867 624 B1. Przydatność znanego trzpienia kotwy do kotwienia w strefie rozciąganej przy rezygnacji z powłoki odcinków stożkowych i tulei drucianej do ochrony powłoki uzyskano dzięki temu, że została zmniejszona ilość wypełniaczy, takich jak piasek kwarcowy w masie łączącej, a wynikające stąd zmniejszenie wytrzymałości na przyczepność po utwardzeniu masy łączącej zostało skompensowane w ten sposób, że stosunek powierzchni szczeliny pierścieniowej w wywierconym otworze do przekroju trzpienia został zmniejszony do wartości od 0,3 do 0,5.

Przydatność kotwy w strefie rozciąganej zależy ponadto od tego, czy jest możliwe przesunięcie w kierunku osiowym trzpienia kotwy w utwardzonej powłoce zaprawy i tym samym dodatkowe rozpieranie. Przy tym przesunięciu, odcinki stożkowe dodatkowo przesuwają się w ciaśniejszy obszar twardej powłoki zaprawy, tak że znowu następuje kotwienie zamknięciem kształtowym między trzpieniem kotwy i twardą powłoką zaprawy. W celu przesunięcia trzpienia kotwy w stosunku do twardej powłoki zaprawy jest niezbędne, aby powierzchnia boczna trzpienia kotwy całkowicie została oddzielona od twardej powłoki zaprawy, podczas gdy pozostaje zachowane połączenie między twardą powłoką zaprawy i ścianką wywierconego otworu. W znanym trzpieniu kotwy wartość stosunku powierzchni połączenia do powierzchni stożka wynosi od 3 do 4,5, która zapewnia oddzielenie powierzchni bocznej trzpienia kotwy od twardej powłoki zaprawy.

Uzyskanie wysokich parametrów mocowania w strefie rozciąganej za pomocą znanej kotwy wymaga minimalnej liczby odcinków stożkowych, które nie dopuszczają wcale odstępu lub dopuszczają tylko mały odstęp utworzony przez odcinki walcowe między poszczególnymi odcinkami stożkowymi. Wraz z liczbą odcinków stożkowych wzrasta od razu siła rozpierająca oddziałująca na twardą powłokę zaprawy, także przy sile rozciągającej wywieranej na trzpień kotwy, w wyniku czego uzyskuje się zwiększenie odstępów obrzeży i osi.

Biorąc za punkt wyjścia ten stanu techniki, celem wynalazku jest takie udoskonalenie kotwy wspomnianego na wstępie rodzaju, odpowiedniej dla strefy rozciąganej, że z jednej strony są uzyskiwane wysokie wartości siły niezbędnej do jej wyciągnięcia, z drugiej zaś strony dzięki zmniejszeniu pochodzącej od odcinków stożkowych siły nacisku powodującej rozpieranie jest możliwe zmniejszenie odstępów obrzeży i osi.

Cel ten został zrealizowany za pomocą kotwy, zwłaszcza do kotwienia w strefie rozciąganej, która składa się z trzpienia kotwy kotwionego za pomocą masy łączącej w wywierconym otworze w elemencie budowlanym, który posiada kilka odcinków stoż kowych zwiększających się w kierunku końca wtykowego i, dzięki odcinkom walcowym, znajdujących się w odstępie od siebie, przy czym długość odcinków walcowych jest równa od 0,5-krotności do 2-krotności długości odcinka stożkowego przylegającego do każdorazowego odcinka w kierunku końca wtykowego, która zgodnie z wynalazkiem charakteryzuje się tym, że średnica odcinków walcowych umieszczonych między odcinkami stożkowymi wychodząc od końca wtykowego zwiększa się, a ich długość zmniejsza się.

Korzystnie, średnica odcinków walcowych jest od 0,5 do 0,75 razy mniejsza w porównaniu ze średnicą zewnętrzną trzpienia kotwy.

Korzystnie dalej, trzpień kotwy jest zaopatrzony w co najmniej dwa, korzystnie w trzy odcinki stożkowe, w których kąt rozwarcia stożka a wynosi od 12° do 20°.

Zgodnie z wynalazkiem, powierzchnia stożkowa utworzona na przejściu odcinka stożkowego w odcinek walcowy jest wykonana jako powierzchnia stożkowa tworząca z osią środkową ką t wynoszący od 45° do 85°.

Dalej zgodnie z wynalazkiem, trzpień kotwy ma na swoim końcu wtykowym stożek przejściowy, który jest utworzony przez nachyloną do osi środkowej skośną powierzchnię.

PL 199 109 B1

Zgodnie z dalszą cechą wynalazku, do odcinka stożkowego najbardziej oddalonego od końca wtykowego przylega obszar stożkowy o małym nachyleniu, korzystnie pod kątem 1,5° do 4°, który rozszerza się w kierunku do tylnego końca trzpienia kotwy.

Zgodnie z kolejną cechą wynalazku, trzpień kotwy na swoich powierzchniach bocznych posiadających największy wymiar jest zaopatrzony w zarys wielokątny.

W kotwie według wynalazku, po utwardzeniu masy łączącej, w obszarze odcinka walcowego powstaje dłuższa twarda powłoka zaprawy o grubszej ściance. Przy obciążeniu rozciągającym działającym na trzpień kotwy ten walcowy odcinek twardej powłoki zaprawy jest w stanie przejąć większe siły w kierunku wyciągania odcinka stożkowego. Zwiększona siła wyciągania umożliwia zmniejszenie liczby odcinków stożkowych odniesionej do takiej samej długości kotwienia w stosunku do znanego trzpienia kotwy. Tak więc, na przykład, znany trzpień kotwy wymaga pięciu odcinków stożkowych dla uzyskania w przybliżeniu takiej samej siły niezbędnej do wyciągnięcia kotwy jak w wypadku trzpienia kotwy zaopatrzonego, na przykład w trzy odcinki stożkowe.

Większa liczba odcinków stożkowych wymaga koniecznie także większej siły rozpierającej działającej na utwardzoną powłokę zaprawy przy obciążeniu rozciągającym przyłożonym do trzpienia kotwy. Wskutek mniejszej liczby odcinków stożkowych w przypadku trzpienia kotwy według wynalazku ulega zmniejszeniu siła rozpierająca, co umożliwia stosowanie mniejszych odległości od brzegu części z betonu lub do nastę pnego miejsca zamocowania (odstę p osi).

Dzięki temu, że średnica odcinków walcowych korzystnie jest mniejsza o 0,5 do 0,75 razy w stosunku do średnicy zewnętrznej trzpienia kotwy, odcinek walcowy przyporządkowany odcinkowi stożkowemu umieszczonemu na końcu wtykowym kotwy ma najmniejszą średnicę, tak, że twarda powłoka zaprawy utworzona wokół tego walcowego odcinka posiada największą grubość ścianki i tym samym stawia największy opór przy przeciąganiu odcinka stożkowego przez twardą powłokę zaprawy. Mający największą średnicę odcinek walcowy położony w największej odległości od końca wtykowego kotwy określa dopuszczalne obciążenie stalowego trzpienia kotwy za pomocą swojego przekroju. Dzięki temu korzystnemu udoskonaleniu uzyskuje się dalsze zwiększenie wartości siły niezbędnej do wyciągnięcia kotwy według wynalazku.

Za pomocą takiego ukształtowania unika się z jednej strony działania karbu na trzpieniu kotwy, z drugiej zaś strony ułatwione jest oddzielenie twardej powłoki zaprawy od powierzchni bocznej trzpienia kotwy dzięki pęknięciom przy rozszerzaniu wywierconego otworu.

Temu samemu celowi służy także ukształtowanie, w którym do odcinka stożkowego najbardziej oddalonego od końca wtykowego kotwy przylega obszar stożkowy o małym nachyleniu, korzystnie pod kątem 1,5° do 4°, który rozszerza się w kierunku do tylnego końca trzpienia kotwy. Dzięki temu wystarczy już małe przesunięcie w kierunku osiowym trzpienia kotwy względem twardej powłoki zaprawy, aby uzyskać oddzielenie warstwy przyczepnej do trzpienia kotwy. Po drugie, dzięki temu stożkowemu obszarowi, przy wbijaniu trzpienia kotwy w wywiercony otwór duże ziarna wypełniacza stopniowo ulegają rozdrobnieniu, a zatem zapobiega się temu, że duże ziarna lub segmenty wypełniacza są wciskane w ciasną szczelinę pierścieniową. Takie wykonanie jest korzystne przede wszystkim wtedy, gdy kotwa jest stosowana w połączeniu z nabojem ze szkła.

Do zastosowania w połączeniu z nabojem ze szkła korzystnie jest, gdy trzpień kotwy na swoim końcu wtykowym ma stożek przejściowy, który jest utworzony przez nachyloną do osi środkowej skośną powierzchnię. Z jednej strony za pomocą tego stożka przejściowego jest niszczony nabój ze szkła, z drugiej zaś strony zostają zmieszane ze sobą obydwa komponenty układu żywicznego.

Dzięki krawędziom narożnym zarysu wielokątnego twarda powłoka zaprawy jest nacinana w kierunku podłużnym, tak, że występujące na krawędziach narożnych osłabienie przekroju twardej powłoki zaprawy ułatwia pękanie i tym samym dodatkowe rozpieranie.

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia trzpień kotwy według wynalazku w widoku z boku, fig. 2 - trzpień kotwy według fig. 1 obsadzony w zaprawie w otworze wywierconym w elemencie budowlanym, fig. 3 - drugi wariant wykonania trzpienia kotwy w widoku z boku i fig. 4 - przekrój A-A wskazany na fig. 3.

Kotwa przedstawiona na fig. 1 i fig. 2 składa się z trzpienia kotwy 1, który na swoim tylnym końcu posiada gwint zewnętrzny 2 do zamocowania jakiegoś przedmiotu. Obszar kotwienia jest utworzony za pomocą kilku, w przykładzie wykonania za pomocą trzech, odcinków stożkowych 3a, 3b i 3c, które posiadają powierzchnię stożkową 5 rozszerzającą się w kierunku końca wtykowego 4. Między poszczególnymi odcinkami stożkowymi 3a, 3b i 3c są umieszczone odcinki walcowe 6a, 6b o mniej4

PL 199 109 B1 szej średnicy niż odcinki stożkowe, powiększające się w kierunku gwintu zewnętrznego 2 trzpienia kotwy 1.

Odcinki walcowe 6a, 6b mają długość, która może odpowiadać od 0,5-krotności lub 2-krotności długości odcinka stożkowego przylegającego do każdorazowego odcinka w kierunku końca wtykowego 4. Ponadto, wychodząc od końca wtykowego 4, średnica odcinków walcowych 6a, 6b zwiększa się w kierunku gwintu zewnętrznego 2 trzpienia kotwy 1, podczas gdy ich długość zmniejsza się. Wskutek tego odcinek walcowy 6a posiada mniejszą średnicę i większą długość niż odcinek walcowy 6b. Ponieważ większa średnica odcinków stożkowych jest jednakowa, dzięki temu uzyskuje się bezwzględnie także większą długość powierzchni stożkowej 5 odcinka stożkowego 3a w stosunku do umieszczonych przed nim odcinków stożkowych 3b i 3c. Kąt rozwarcia stożka a korzystnie wynosi od 12° do 20°.

Powierzchnia czołowa 1 utworzona na przejściu odcinków stożkowych 3a, 3b w walcowe odcinki 6a, 6b jest wykonana jako powierzchnia stożkowa tworząca kąt z osią środkową wynoszący od 45° do 85°. Na końcu wtykowym 4 trzpień kotwy 1 jest zaopatrzony w stożek przejściowy, który jest utworzony przez nachyloną do osi środkowej 8 skośną powierzchnię 9.

Do odcinka stożkowego 3c przylega stożkowy obszar 10, o małym nachyleniu, korzystnie pod kątem 1,5° do 4°, który rozszerza się w kierunku do gwintu zewnętrznego 2.

Na fig. 2 przedstawione jest zakotwienie trzpienia kotwy 1 w wywierconym otworze 12 w elemencie budowlanym 13 za pomocą masy łączącej utwardzonej w powłokę zaprawy 14. Masa łącząca może być dostarczona do wywierconego otworu 12 w postaci naboju ze szkła lub kartusza ze statycznym mieszalnikiem do cieczy. W obydwóch przypadkach zwykle stosowana jest masa łącząca, przy czym komponenty żywicy bazują na nienasyconych żywicach poliestrowych i/lub żywicach uretanowowinylowych i/lub żywicach epoksydowych i/lub żywicach poliuretanowych i/lub żywicach estrowowinylowych i/lub spoiwach mineralnych. Jako składnik utwardzacza jest stosowany nadtlenek benzolu, który jest flegmatyzowany w gipsie.

Po dostarczeniu masy łączącej do wywierconego otworu 12 trzpień kotwy 1 jest wbijany w wywiercony otwór maszynowo za pomocą młotka wiertniczego lub za pomocą uderzeń młotka. Jeśli masa łącząca jest dostarczona przy użyciu naboju, jest on rozbijany podczas wprowadzania trzpienia kotwy 1 i jednocześnie składniki masy łączącej ulegają zmieszaniu. Po utwardzeniu masy łączącej tworzy ona twardą powłokę zaprawy 14 o zarysie wewnętrznym odpowiadającym powierzchni bocznej trzpienia kotwy 1.

Jeśli po zamocowaniu przedmiotu w elemencie budowlanym 13 dzięki pęknięciom występuje rozszerzenie wywierconego otworu, z uwagi na wysokie naprężenie w wiązaniu między ścianką wywierconego otworu i twardą powłoką zaprawy 14 w stosunku do naprężenia w wiązaniu między powierzchnią boczną trzpienia kotwy 1 i twardą powłoką zaprawy, co najmniej w obszarach częściowych powierzchni bocznej trzpienia następuje oddzielenie, które pod wpływem obciążenia rozciągającego działającego na trzpień kotwy 1 prowadzi do niewielkiego przesunięcia w kierunku osiowym trzpienia kotwy 1 w stosunku do twardej powłoki zaprawy 14. Przesunięcie występuje tak długo, aż powierzchnie stożkowe 5 odcinków stożkowych 3a, 3b i 3c znowu zaczną przylegać do wewnętrznych powierzchni stożkowych twardej powłoki zaprawy uformowanych podczas utwardzania i przy tym, w nastę pstwie nowego połączenia kształ towego i tworzą cego się nacisku powodują cego rozpieranie, umożliwiają uzyskanie maksymalnych parametrów mocowania. Podczas gdy powierzchnie stożkowe 5 odcinków stożkowych 3a, 3b i 3c w wyniku przesunięcia w kierunku osiowym są na nowo kotwione, dzięki usytuowanym w przeciwnym kierunku powierzchniom stożkowym powierzchni czołowej 7, na przejściu odcinka stożkowego w odcinek walcowy i stożkowego obszaru 10 bezpośrednio po odcinku stożkowym 3c tworzą się swobodne przestrzenie, które ułatwiają efekt ponownego rozpierania.

Dzięki różnym średnicom odcinków walcowych 6a, 6b leżący najbliżej końca wtykanego 4 odcinek twardej powłoki zaprawy posiada grubszą ściankę i większą długość. W wyniku tego uzyskuje się dla odcinka stożkowego 3 wraz z większą głębokością kotwienia największą siłę niezbędną do wyciągnięcia kotwy.

Przykład wykonania trzpienia kotwy 1 przedstawiony na fig. 3 i fig. 4, na swoich powierzchniach bocznych posiadających największy wymiar jest zaopatrzony w zarys wielokątny 15, korzystnie w zarys sześ cioką tny. Dzię ki temu po utwardzeniu pow łoki zaprawy 14 na kraw ędziach naroż nych 16 powstają przebiegające w kierunku podłużnym osłabienia przekroju, które ułatwiają pękanie twardej powłoki zaprawy przy przesunięciu w kierunku osiowym trzpienia kotwy 1 w stosunku do twardej powłoki zaprawy, w szczególności w obszarze odcinków stożkowych 3a, 3b i 3c w wyniku pękania powstają poszczególne segmenty w obszarze powierzchni stożkowych 5 odcinków stożkowych 3a, 3b

PL 199 109 B1 i 3c, które stwarzają korzystne warunki do wytwarzania nacisku powodującego rozpieranie i tym samym efektu ponownego rozpierania.

Claims (7)

1. Kotwa, zwłaszcza do kotwienia w strefie rozciąganej, która składa się z trzpienia kotwy kotwionego za pomocą masy łączącej w wywierconym otworze w elemencie budowlanym, który posiada kilka odcinków stożkowych zwiększających się w kierunku końca wtykowego i, dzięki odcinkom walcowym, znajdujących się w odstępie od siebie, przy czym długość odcinków walcowych jest równa od 0,5-krotności do 2-krotności długości odcinka stożkowego przylegającego do każdorazowego odcinka w kierunku końca wtykowego, znamienna tym, że ś rednica odcinków walcowych (6a, 6b) umieszczonych między odcinkami stożkowymi (3a, 3b, 3c) wychodząc od końca wtykowego (4) zwiększa się, a ich dł ugość zmniejsza się .

2. Kotwa według zastrz. 1, znamienna tym, że średnica odcinków walcowych (6a, 6b) jest od 0,5 do 0,75 razy mniejsza w porównaniu ze średnicą zewnętrzną trzpienia kotwy (1).

3. Kotwa według zastrz. 1, znamienna tym, że trzpień kotwy (1) jest zaopatrzony w co najmniej dwa, korzystnie w trzy odcinki stożkowe (3a, 3b, 3c), w których kąt rozwarcia stożka (α) wynosi od 12° do 20°.

4. Kotwa według zastrz. 1, znamienna tym, że powierzchnia stożkowa (7) utworzona na przejściu odcinka stożkowego (3a, 3b, 3c) w odcinek walcowy (6a, 6b) jest wykonana jako powierzchnia stożkowa tworząca z osią środkową (8) kąt wynoszący od 45° do 85°.

5. Kotwa według zastrz. 1, znamienna tym, że trzpień kotwy (1) ma na swoim końcu wtykowym (4) stożek przejściowy, który jest utworzony przez nachyloną do osi środkowej (8) skośną powierzchnię (9).

6. Kotwa według zastrz. 1, znamienna tym, że do odcinka stożkowego (3c) najbardziej oddalonego od końca wtykowego (4) przylega obszar stożkowy (10) o małym nachyleniu, korzystnie pod kątem 1,5° do 4°, który rozszerza się w kierunku do tylnego końca trzpienia kotwy (1).

7. Kotwa według zastrz. 1, znamienna tym, że trzpień kotwy (1) na swoich powierzchniach bocznych posiadających największy wymiar jest zaopatrzony w zarys wielokątny (15).