WO1995002099A1 - Armierung für zugbelastete bauteile und damit versehene anlagen - Google Patents

Armierung für zugbelastete bauteile und damit versehene anlagen Download PDF

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Herbert Bousack
Klaus Menzel
Gottfried Sawade
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Forschungszentrum Jülich GmbH
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    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C5/00—Reinforcing elements, e.g. for concrete; Auxiliary elements therefor
    • E04C5/01—Reinforcing elements of metal, e.g. with non-structural coatings
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C5/00—Reinforcing elements, e.g. for concrete; Auxiliary elements therefor
    • E04C5/08—Members specially adapted to be used in prestressed constructions
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04G—SCAFFOLDING; FORMS; SHUTTERING; BUILDING IMPLEMENTS OR AIDS, OR THEIR USE; HANDLING BUILDING MATERIALS ON THE SITE; REPAIRING, BREAKING-UP OR OTHER WORK ON EXISTING BUILDINGS
    • E04G21/00—Preparing, conveying, or working-up building materials or building elements in situ; Other devices or measures for constructional work
    • E04G21/12—Mounting of reinforcing inserts; Prestressing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/82—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws

Definitions

  • the invention relates to reinforcements for tensile-stressed components or system parts, which are characterized by magnetization, in particular saturation magnetization (remanent magnetization). 5
  • Such reinforcements can be used for any tensile systems such as bridges, tunnels, concrete ceilings, conveyor belts or the like. from any building materials such as plastic, concrete, etc.
  • prestressed concrete buildings with prestressing steel are seen as a particularly important application, which is why the following description largely refers to them.
  • Magnetized reinforcements of this type permit low-interference monitoring of the integrity of buildings, systems, etc., which are equipped with them, by means of non-destructive test methods based on magnetic field measurements.
  • the magnetization of the prestressing steel together with or 0 without the cladding tube takes place before the installation in the structures or system parts to be reinforced and can already be carried out by the manufacturer of the prestressing steel or can be brought about on site at the construction site immediately before the installation. 5
  • the magnetization is carried out in a manner known per se with the aid of appropriately dimensioned and wound coils with a power supply unit for controllable power supply and
  • prestressed concrete structures The stability of prestressed concrete structures is largely determined by the integrity of the prestressing reinforcement.
  • High-strength steels which are used as prestressing steels, can break due to stress corrosion cracking without notice.
  • Spare sheet is imprinted, which may be followed by a demagnetization of the slack reinforcement (DE-OS 40 37 992 and 40 37 993).
  • the monitoring of the integrity of the prestressing elements of prestressed concrete structures is now made considerably easier and improved by magnetizing the prestressing elements before they are installed, since in this way there is no fear of magnetization being impeded by areas which are difficult to access (even a preference for particularly important reinforcement elements being provided could).
  • the pre-magnetization of the prestressing steels appears appropriate - regardless of the type of use - in an immediate bond or with a cladding tube. In the latter case, magnetization can take place together with the cladding tube (in particular depending on the cladding material), but preference is given to magnetizing the prestressing steel before it is drawn into the cladding tube.
  • the subsequent monitoring of the prestressing steels within the prestressed concrete buildings or systems in the sense of the detection of individual fractures is also carried out in a known manner by means of recurrent magnetic field scanning when using pre-magnetized steels according to the invention.
  • the pre-magnetization in the longitudinal direction can be achieved in a simple manner by passing the prestressing steels through a coil supplied with direct current.
  • the inspection is carried out by measuring the magnetic field on the surface of the component. Fractures within the tension bundle are noticeable as an anomaly in the external field and can thus be corrected by magnetic field sensors.
  • ER S ATZBLATT be tested.
  • various magnetic field sensors sorted according to increasing sensitivity, for example Hall probes, forester probes, stationary SQUID with pickup coils, movable SQUID
  • the magnetic field sensor is moved on the component surface with the aid of a suitable traversing and positioning device, and the signals are recorded and processed with data processing.
  • FIG. 1 shows a measurement on a prestressing steel bundle with an outer diameter of 75 mm and 40 steels, whereby in the first case there is no fracture in the central steel and in the second case a broken and premagnetized steel with a distance the breakage area of 0.2 mm was inserted.
  • the measurement was carried out using a stationary SQUID and movable pickup coils (distance between pickup coil and prestressing steel collar 300 mm).
  • E RSA TZBLATT ferromagnetic elements eg stirrups
  • stirrups E RSA TZBLATT ferromagnetic elements

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Abstract

Die zerstörungsfreie Überprüfung der Integrität von Armierungen in Bau- und Anlageteilen wie Brücken, Tunnel, Betondecken, Förderbänder etc. durch Magnetfeldmessungen wird erheblich verbessert, wenn die Armierungen bereits vor ihrem Einbau magnetisiert werden bzw. vorliegen. Besonders zweckmäßig ist eine bis zur Sättigung gefahrene Magnetisierung, von der nach Entfernung des magnetisierenden Feldes die remantente Magnetisierung verbleibt. Vorzugsweise erfolgt die Magnetisierung 'vor Ort' auf der Baustelle mit Hilfe einer Vorrichtung, die eine Magnetisierungsspule mit Netzteil zur regelbaren Stromversorgung und Halte- bzw. Führungselemente für die Spannelementpassage durch die Spule umfaßt.

Description

B e s c h r e i b u n g
Armierung für zugbelastete Bauteile und damit versehene Anlagen
Gegenstand der Erfindung sind Armierungen für zugbela¬ stete Bau- oder Anlageteile, die gekennzeichnet sind - durch eine Magnetisierung, insbesondere Sättigungs¬ magnetisierung (remanente Magnetisierung). 5
Solche Armierungen können für beliebige zugbelastete Anlagen wie Brücken, Tunnel, Betondecken, Förderbänder o.dgl. aus beliebigen Baumaterialien wie Kunststoff, Beton etc. vorgesehen werden. Als besonders bedeutsame 0 Anwendung werden jedoch Spannbetonbauten mit Spannstäh¬ len gesehen, weshalb sich die nachfolgende Beschreibung weitgehend darauf bezieht.
Solche magnetisierten Armierungen gestatten eine stö- 5 rungsarme Überwachung der Integrität von damit be¬ stückten Bauten, Anlagen etc. durch zerstörungsfreie Prüfverfahren auf der Basis von Magnetfeldmessungen.
Die Magnetisierung der Spannstähle zusammen mit oder 0 noch ohne Hüllrohr erfolgt vor dem Einbau in die zu armierenden Bauten oder Anlageteile und kann bereits beim Hersteller der Spannstähle vorgenommen oder auch schließlich vor Ort auf der Baustelle unmittelbar vor dem Einbau derselben herbeigeführt werden. 5
Die Magnetisierung erfolgt in an sich bekannter Weise mit Hilfe entsprechend dimensionierter und gewickelter Spulen mit Netzteil für regelbare Stromversorung und
PT 1.1170 G PCT nö/ni
Ersatzblatt entsprechender Halte- und Führungselemente, die eine Passage der zu magnetisierenden Elemente durch die Spule ermöglichen.
Anhand der nachfolgenden Angaben wird die vorliegende Erfindung noch klarer verständlich werden:
Die Standfestigkeit von Spannbetonbauwerken wird wesentlich von der Integrität der Spannbewehrung bestimmt. Hochfeste Stähle, die als Spannstähle einge¬ setzt werden, können aufgrund von Spannungsrißkorrosion ohne Vorankündigung brechen.
Schadensfälle aus neuester Zeit belegen, daß selbst in ordnungsgemäß verpreßten Hüllrohren und ohne nachweis¬ liche Einwirkung korrosiver Substanzen, Jahrzehnte nach Herstellung Brüche auftreten können. Angesichts der daraus resultierenden Unsicherheit bei der Beurteilung der Standsicherheit von Spannbetonbauten erscheint es dringend geboten, Brüche einzelner Drähte rechtzeitig erkennen zu können.
Bekannt ist die zerstörungsfreie Prüfung der Integrität der Spannstähle von Spannbetonbauteilen durch Magnet- feldabtastung, bei der sich Brüche in Bauteilen mit sofortigem Verbund (d.h. mit Spanndrähten, die nicht von einem metallischen Hüllrohr umgeben werden) mittels zerstörungsfreier Verfahren (magnetischer Streufeld¬ messung) nachweisen lassen. Für Bauteile mit nachträg- lichem Verbund, bei denen die abschirmende Wirkung des Hüllrohres und benachbarter intakter Stähle zu berück¬ sichtigen ist, wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem den eingebauten Stählen zunächst z.B. durch Ein¬ wirkung eines längs der Oberfläche des Spannbeton- bauteils bewegten Permanentmagneten eine Magnetisierung
Ersatzblatt aufgeprägt wird, an die sich ggf. eine Entmagnetisie¬ rung der schlaffen Bewehrung anschließen soll (DE-OS 40 37 992 und 40 37 993) .
Gemäß der Erfindung wird nun die Integritätsüberwachung der Spannelemente von Spannbetonbauten wesentlich durch Magnetisierung der Spannelemente vor ihrem Einbau er¬ leichtert und verbessert, da auf diese Weise keinerlei Behinderung der Magnetisierung durch schwer zugängliche Bereiche zu befürchten ist (wobei sogar eine Präferenz besonders wichtiger Bewehrungselemente vorgesehen werden könnte) .
Die Vorab-Magnetiεierung der Spannstähle erscheint zweckmäßig - unabhängig von der Art ihrer Verwendung - im sofortigen Verbund oder mit Hüllrohr. Im letzteren Falle kann (insb. je nach Hüllmaterial) eine Magneti¬ sierung zusammen mit dem Hüllrohr erfolgen, bevorzugt wird jedoch die Magnetisierung der Spannstähle vor ihrem Einzug in das Hüllrohr.
Die nachträgliche Überwachung der Spannstähle innerhalb der Spannbetonbauten oder Anlagen im Sinne der Detek- tion von einzelnen Brüchen erfolgt auch bei der erfin- dungsgemäßen Verwendung vormagnetisierter Stähle in bekannter Weise durch wiederkehrende Magnetfeldabta¬ stung. Die Vorab-Magnetisierung in Längsrichtung kann in einfacher Weise erreicht werden, indem die Spann¬ stähle durch eine mit Gleichstrom versorgte Spule ge- führt werden.
Die Inspektion erfolgt durch Vermessen des Magnetfeldes an der Oberfläche des Bauteils. Brüche innerhalb des Spannbündels machen sich im äußeren Feld als Anomalie bemerkbar und können durch Magnetfeldsensoren so geor-
ERSATZBLATT tet werden. Hierzu können je nach Stärke der Signale, die z.B. von der Lage der Spannstähle abhängen, ver¬ schiedene Magnetfeldsensoren (nach größer werdender Empfindlichkeit geordnet z.B. Hallsonden, Försterson- den, stationärer SQUID mit Pickupspulen, verfahrbarer SQUID) zum Einsatz kommen. Dabei wird der Magnetfeld¬ sensor mit Hilfe einer geeigneten Verfahr- und Posi- tioniexeinrichtung an der Bauteiloberfläche verfahren und die Signale mit einer Datenverarbeitung aufgenommen und weiterverarbeitet.
Befindet sich ein gebrochener Spannstahl in einem Bün¬ del, d.h. er ist von weiteren Spannstählen und einem Hüllrohr umgeben, dann zeichnet sich die Bruchstelle hierbei durch ein lokales Maximum aus. In Abb. 1 ist eine Messung an einem Spannstahlbündel mit einem äuße¬ ren Durchmesser von 75 mm und 40 Stählen dargestellt, wobei im ersten Fall kein Bruch im zentralen Stahl vor¬ liegt und im zweiten Fall ein gebrochener und vormagne- tisierter Stahl mit einem Abstand der Bruchflächen von 0,2 mm eingelegt wurde.
Die Messsung wurde mit einem stationären SQUID und ver¬ fahrbaren Pickupspulen (Abstand Pickupspulen-Spann- stahlbündet 300 mm) durchgeführt.
Wird hingegen gemäß den üblichen Meßverfahren zur Fest¬ stellung von Spannstahlbrüchen ein äußeres Magnetfeld mittels eines Joch- oder eines Permanentmagneten appliziert, so überwiegen die Magnetisierungseffekte der Abschirmung, so daß das Streufeld der Bruchstelle nicht mehr nachweisbar ist. Bei ungerissenem Stahl sind keine Feldanomalitäten erkennbar (Nullmessung). Da während der Inspektion keine Beaufschlagung des Trägers mit einem Magnetfeld erforderlich ist, werden zusätz-
ERSATZBLATT liehe ferromagnetische Elemente (z.B. Bügel) nicht magnetisiert, und produzieren somit keine weiteren magnetischen Feldsignale.
Es kann davon ausgegangen werden, daß üblicherweise keine (insb. keine lokal unterschiedliche) wesentliche Abnahme der Magnetisierung der eingebauten Spannstähle über die Standzeit hinweg auftritt. Die Festigkeits¬ bzw, mechanischen Eigenschaften der Spannstähle werden durch die Magnetisierung nicht verändert. Eine Beein¬ trächtigung von umgebenden Komponenten im Bauteil ist nicht zu erwarten.
Ersatz iatt

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Armierung für zugbelastete Bau- oder Anlageteile, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Magnetisierung derselben, insbesondere Sät¬ tigungsmagnetisierung (remanente Magnetisierung) .
2. Armierung nach Anspruch 1 in Form von Spannstäh¬ len für Spannbetonbauten.
3. Armierung nach Anspruch 1 oder 2, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Hüllrohr-Ummantelung.
4. Armierte Bauteile, insbesondere Spannbetonbau¬ teile oder -anordnungen, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h vor dem Einbau magnetisierte Spannelemente, ins¬ besondere Spannstähle,nach einem der vorangehen¬ den Ansprüche.
5. Vor Ort einzusetzende Vorrichtung zur Vormagneti¬ sierung einzubauender Spannelemente für zugbela¬ stete Bauten oder Anlagen, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Magnetisierungsspule mit Netzteil zur regel- baren Stromversorgung und Halte- bzw. Führungs¬ elemente für die Spannelementpassage durch die Spule. Verfahren zur zerstörungsfreien Überwachung von armierten Bauteilen, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h Vermessung des Magnetfeldes an der Oberfläche des mit vormagnetisierten Spannelementen versehenen Bauteils.
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