WO2001065023A1 - Verankerung für ein vorgespanntes und/oder belastetes zugelement und ankerbüchse - Google Patents

Verankerung für ein vorgespanntes und/oder belastetes zugelement und ankerbüchse Download PDF

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WO2001065023A1
WO2001065023A1 PCT/AT2001/000043 AT0100043W WO0165023A1 WO 2001065023 A1 WO2001065023 A1 WO 2001065023A1 AT 0100043 W AT0100043 W AT 0100043W WO 0165023 A1 WO0165023 A1 WO 0165023A1
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bushing
anchoring
load
anchor body
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Johann Kollegger
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Johann Kollegger
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    • 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
    • E04C5/12—Anchoring devices
    • E04C5/127—The tensile members being made of fiber reinforced plastics
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    • E04C5/08—Members specially adapted to be used in prestressed constructions
    • E04C5/12—Anchoring devices
    • E04C5/122—Anchoring devices the tensile members are anchored by wedge-action

Definitions

  • the subject of the invention is an anchoring for a prestressed or loaded tensile element made of fiber composite material and an anchor bushing
  • tensile elements made of fiber composite materials have superior corrosion resistance to weather-related stresses and a lower weight
  • Tension elements made of fiber composite material generally consist of fibers that are arranged parallel to each other along the length of the tension elements and are, for example, embedded in a reaction resin matrix. Common fibers are built up with carbon, inorganic glass or aramid. Epoxy resins, unsaturated polyester resins, vinyl ester resins are used for the matrix , but also polymers with or without fillers are used
  • the fibers have both an elastic and brittle material behavior.
  • the matrix of the fiber composite causes the forces to be compared and the transfer of force from broken to intact fibers. In addition, the matrix reduces the lateral pressure of the fibers
  • Tension elements made of fiber composite material are made by pultrusion. Mainly circular wires and rods as well as strands of individual fibers are produced in cross-section.
  • a tension element can consist of several tension elements and a hollow tube to protect against water ingress and UV radiation
  • Tension elements made of non-metallic fiber composite material are mechanically anisotropic. Excellent material properties, such as high tensile strength and rigidity in the longitudinal direction, are opposed to many times lower strengths in the transverse direction
  • the tensile force is transmitted from the tension element to the clamping plates via frictional composite stresses.
  • the contact pressure of the clamping plates can be taken into account, taking into account the transverse pressure sensitivity of the tension elements.
  • Te made of non-metallic fiber composite material are set so that the contact pressure in the part of the anchor near the load is lower than in the part away from the load Failure of the anchoring under dynamic loading Due to the complex anchoring technology and the risk of premature failure under dynamic loading, it can be expected that anchoring anchors will no longer be used
  • a cylindrical casting anchor as a clamping sleeve anchor is described by Rostasy in the journal Bauingenieur, volume 73, page 301.
  • this anchor the tensile element made of fiber composite material is anchored in a steel sleeve with a casting material by adhesive bond and wedges.
  • This anchor causes a strong decrease in the Tractive force in the area of the wedge anchoring, since higher shear stresses are transmitted by the transverse pressure. Even transmission of the tractive force from the traction element into the anchoring is not possible with the clamping sleeve anchoring despite its elaborate design
  • the lateral pressure in conical encapsulation anchors in which the smallest cross-sectional area of the cavity is close to the load and thus the imaginary tip of the cone is arranged close to the load, increases the absorbable shear stress between the tension element and anchor body, but can also lead to early destruction of the tension element in the anchorage, as fiber composite materials are sensitive to lateral pressure
  • WO 95/29308 describes a conical casting anchor for non-metallic tensile elements made of fiber composite material, which has an anchor bushing with a conical cavity, the smallest cross-sectional area near the load and the largest cross-sectional area near the load, and an intermediate Anchor sleeve and tension elements arranged from an encapsulation body comprises a casting compound.
  • the encapsulation compound of the anchor body has different modulus of elasticity along its longitudinal extension. When the tension element enters the anchorage, the modulus of elasticity of the encapsulation compound is low and increases continuously to the part of the anchorage away from the load. With this graded design of the anchor body a more even power transmission from the tension element to the anchor bushing is to be achieved.
  • the production of a potting material in several layers is a complex process
  • the object of the present invention is to provide an anchoring for one or more tension elements made of non-metallic fiber composite material, which is simple to manufacture and allows a more uniform transmission of force along the tension element to the anchor bushing and enables a high level of durability under dynamic loads
  • the anchoring according to the invention for a prestressed and / or loaded tensile element made of a, in particular non-metallic, fiber composite material the tensile force of the tensile element via an anchor body made of hardened, in particular hardened, potting material onto an anchor bushing, which has different cross-sectional areas normal to the axis of the tension element, can be transferred, consists essentially in the fact that the inner wall of the anchor bush has a profile, and that the cross-sectional area of the anchor body is normal to the axis of the tension element in the near-load direction
  • Part of the armature bush is larger, in particular has a maximum value, and is smaller in the part remote from the load
  • Fiber composite materials usually consist of non-metal 1- see fibers, such as glass, carbon, aramid or others
  • Plastics that have a particularly high level of corrosion resistance to atmospheric stress. This allows tensile members with anchoring of the type used for structures such as bridges, high-rise structures, but also earth or rock anchors
  • the non-metallic fiber composite materials can have a particularly high tensile strength, but the strength is particularly low in the case of transverse loads. To take this into account, the tensile elements are fixed in an anchor bush with a
  • the anchor bush has at least two anchor bodies for receiving the tension elements, a particularly high mechanical anchoring of the tension elements in the anchor bush can be achieved
  • the end of the anchor bushing remote from the load consists of a plate and has the same at least one load-absorbing element which is oriented parallel, in particular parallel, to the tension element (s), an anchor bushing which is particularly capable of absorbing force can be obtained
  • the tensile strength of the solidified, in particular hardened, potting material of the anchor body is, in particular considerably, lower than the compressive strength, it can be achieved that cracks occur in the anchor body which lead to
  • the wall thickness in the part of the anchor bush close to the load is lower than in the part remote from the load, and the anchor bush is graded in such a way that when the tensile force is transmitted from the tension element via the anchor body to the anchor bush, the stress on the tension element upon entry into the anchor body due to the resilience in part of the anchor bush close to the load is reduced, so there is a particularly favorable balancing of the forces between the anchor bush and the anchor body and thus the
  • the anchor body is cylindrical in shape in the part of the anchor bushing remote from the load, a particularly long anchor body can be obtained, which is particularly favorable for the adjustability
  • the hardened, in particular hardened, potting material can be loaded by a, in particular variable, tensile force in such a way that it creeps, a more uniform transmission of force from the tensile element via the potting material to the anchor bushing can be achieved by the permanent deformation of the potting material
  • the hardened, in particular hardened, potting material can be loaded at elevated temperature by a tensile force that acts, in particular variable, over a longer period of time, then a more uniform transmission of the forces from the tensile element can be achieved can be reached on the anchor bushing via the casting compound, which has been subjected to permanent deformation
  • the anchor bushing according to the invention with at least one cavity with wall, which is open at at least one end, the cross-sectional area of the cavity varying normal to the longitudinal direction of the same, consists essentially in that the wall has a profile that is transverse, in particular normal , stretched to the longitudinal direction of the cavity
  • the wall has a profile that extends transversely, in particular normally, to the longitudinal direction of the cavity, it can be achieved that this profile provides a mechanical anchoring of the tension elements via the casting compound
  • the cavity can be filled particularly easily with the flowable mass, which solidifies or hardens
  • the anchor bush is closed at one end, this end having reduced cross-sectional areas of the cavity, then particularly high strengths for the anchor bush are ensures, whereby a smaller dimensioning of the same is possible with the same force absorption
  • Anchor body and the anchor bush allows
  • FIG. 3 shows a longitudinal section of a second embodiment of the anchoring according to the invention
  • FIG. 4 shows a longitudinal section of a third embodiment of the anchoring according to the invention
  • FIG. 5 shows a longitudinal section of a fourth embodiment of the anchoring according to the invention
  • FIG. 6 shows a longitudinal section of a fifth embodiment of the anchoring according to the invention
  • 7 shows a cross section along the line VII-VII in FIG. 6,
  • FIG. 8 shows a longitudinal section of a sixth embodiment of the anchoring according to the invention
  • FIG. 10 shows a longitudinal section of a seventh embodiment of the anchoring according to the invention.
  • FIG. 11 shows a cross section along the line XI-XI in FIG. 10
  • FIG. 1 A longitudinal section through a first embodiment of an anchoring according to the invention is shown in FIG. 1
  • the anchor bushing 4 is made of steel and was produced using milling tools. However, those made of fiber composite materials can also be used.
  • the anchoring shown in FIG. 1 is threaded on the outside
  • the anchor body 6 consists of a hardened potting material 3
  • the potting material are epoxy resins, Dywipox (registered trademark of Dyckerhoff Systems
  • Tension element 2 and the anchor body 6 is required in order to transmit the tensile force from the tension member 1 to the anchor body 6 with only one tension element 2.
  • the tension member is made of carbon fibers with a diameter of 10 ⁇ m, which is made of epoxy resins
  • the anchor body 6 of the anchoring shown in FIG. 1 has the shape of a truncated cone. In a cross section through the part 41 of the anchor near to the load according to FIG. 2, the anchor body 6 has a larger cross-sectional area than in a cross section in the part 42 away from the load Shape of the anchor body 6 is achieved that the composite stresses between the tension element 2 and anchor body 6 are distributed more evenly than in a cylindrical or conical casting anchor of conventional type
  • the anchor bushing 4 serves as a form for the manufacture of the anchor body 6.
  • the inner wall 44 of the anchor bushing 4 must be such that the anchor body 6 is not pulled out of the anchor bushing 4 when the tension element 2 is loaded. A suitable machining of the inner wall 44 of the anchor bushing
  • FIG. 3 shows a longitudinal section of the anchoring according to the invention according to FIG. 1 in a modified embodiment.
  • the inner wall 44 of the anchor bushing 4 is also shown
  • Steps 46 are provided, on which the anchor body 6 is supported when the tension element 2 is loaded.
  • a suitable shaping of the steps 46 with respect to the distance and inclination to the tension element 2 can influence the shear stress curve along the tension element 2.
  • several truncated cone-shaped configurations can also be achieved. close to the load have a smaller cross section than remote from the load, so that em mechanical clamping of the tension member in the anchor body is achieved
  • FIG. 4 shows a longitudinal section of the anchoring according to the invention according to FIG. 1 in a modified embodiment.
  • the area of the anchor body 6 normal to the tension element 2 increases steadily in the part of the anchor 41 near the load and is constant in the part 42 remote from the load.
  • This anchoring thus represents an extension of the known cylindrical casting anchors.
  • Anchoring shown has a profile 45 of the inner wall 44 and releases the force on an anchor plate 60
  • FIG. 5 shows a longitudinal section of the anchoring according to the invention according to FIG. 1 in a modified embodiment.
  • the inner wall 44 of the anchor bushing 4 has only one step 46, which absorbs a substantial part of the force. The remaining part of the force is transmitted via the anchor body 6 on the profiling 45 of the inner wall 44 of the
  • FIG. 6 a longitudinal section of the anchoring according to the invention according to FIG. 1 is shown in a modified form.
  • the tension member 1 consists of three tension elements 2
  • the tension member 1 consists of three tension elements 2 made of fiber composite material. Each tension element 2 is embedded in a conical anchor body 6.
  • the anchor bodies 6 are 8 parallel to the axis of the tension member 1 A section along the line IX-IX through the anchoring is shown in Fig. 9
  • the tension member 1 consists of six tension elements 2 made of fiber composite material.
  • the anchor bushing 4 has a plate 70 at the end remote from the load, to which a load-bearing element 80 has the tension elements 2 the force via composite stresses to the anchor body 6 widened in the part 41 close to the load.
  • the anchor body 6 transmits the tensile force to the inner wall 44 and the load-bearing element 80, which protrudes into the anchor body 6 like a mandrel.
  • E section along the line XI-XI through the Anchoring is shown in Fig
  • the wall can be provided with a separating agent, for example silicone oil, before pouring the liquid potting material into the anchor socket, so that no adhesive bond occurs
  • a separating agent for example silicone oil
  • the shape of the anchor body 6 is not limited to the shapes shown in FIGS. 1 to 11 Cross-sectionally non-circular anchoring bodies 6 are formed, which allow transmission of the tensile force with shear stresses uniformly distributed along the tensile element 2

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Abstract

Verankerung für ein vorgespanntes und/oder belastetes Zugelement (1, 2) aus einem, insbesondere nichtmetallischen, Faserverbundwerkstoff, wobei die Zugkraft des Zugelementes über einen Ankerkörper (6) aus verfestigtem, insbesondere ausgehärtetem, Vergussmaterial (3) auf eine Ankerbüchse (4), die normal zur Achse des Zugelementes unterschiedliche Querschnittsflächen aufweist, übertragbar ist, wobei die innere Wandung (44) der Ankerbüchse (4) eine Profilierung (45) aufweist, und dass die Querschnittsfläche des Ankerkörpers (6) normal zur Achse des Zugelementes (2) im lastnahen Teil (41) der Ankerbüchse (4) grösser ist, insbesondere einen maximalen Wert aufweist, und im lastfernen Teil (42) kleiner ist.

Description

Verankerung für ein vorgespanntes und/oder belastetes Zugelement und Ankerbuchse
Die Erfindung hat eine Verankerung für ein vorgespanntes oder belastetes Zugelement aus Faserverbundwerkstoff sowie eine Ankerbuchse zum Gegenstand
Die weltweite Entwicklung zeigt die zunehmende Bedeutung von hochfesten, unidirektionalen Faser\ erbundwerksto ffen für nicht- metallische, vorgespannte Zugelemente (z B Schragseile, Spanngl teder, Verpreßanker) und belastete Zugelemente (z B Abhangungen, Zugstutzen) im Bauwesen an
Im Vergleich zu metallischen Zugelementen weisen Zugelemente aus Faserverbundwerkstoffen einen überlegenen Korrosionswiderstand gegenüber witterungsmaßigen Beanspruchungen und ein geringeres Gewicht auf
Zugelemente aus Faserverbundwerkstoff bestehen in der Regel aus in der Lange der Zugelemente entsprechenden parallel zueinander angeordneten Fasern, die z B in eine Reaktionsharzmatrix eingebettet sind Übliche Fasern sind mit Kohlenstoff, anorganischem Glas oder Aramid aufgebaut Für die Matrix werden Epoxidharze, ungesättigte Polyesterharze, Vinyl- esterharze, aber auch Polymere mit oder ohne Füllstoffe verwendet
Die Fasern weisen sowohl ein elastisches als auch sprödes Werkstoffverhalten auf Die Matrix des Faserverbundes bewirkt die Vergle ichmaßigung der Kräfte und die Kraftuberleitung von gebrochenen zu intakten Fasern Darüber hinaus reduziert die Matrix die Querdrucke mpfmdlichkeit der Fasern Die Herstellung von Zugelementen aus Faserverbundwerkstoff erfolgt durch Pultrusion Hauptsachlich werden im Querschnitt kreisrunde Drahte und Stabe sowie Litzen aus Einzelfasern erzeugt Ein Zugglied kann aus mehreren Zugelementen und einem Hullrohr zum Schutz vor Wasserzutritt und UV-Strahlung bestehen
Zugelemente aus nichtmetallischem Faserverbundwerkstoff sind mechanisch anisotrop Hervorragenden Mateπaleigenschaften , wie hoher Zugfestigkeit und Steifigkeit in Längsrichtung, stehen um ein Vielfaches geringere Festigkeiten in Querrichtung gegenüber
In der Verankerung für ein Zugelement aus Faserverbund- werkstoff tritt im Zugelement eine mehrfache Beanspruchung auf Die Kraftuberleitung vom Zugelement über den Ankerkorper zur Ankerbuchse erfolgt über Schub- und Querdruckspannungen Wegen der Querdruckempfindl ichkei t des Zugelements tritt in der Verankerung eine Reduktion der Tragfähigkeit im Vergleich zur freien Strecke außerhalb der Verankerung auf Das Verhältnis von Tragfähigkeit des Zugelements in der Verankerung zur Tragfähigkeit des Zugelements auf der freien Strecke wird als Wirkungsgrad der Verankerung bezeichnet
Unterschiedliche Verankerungen für Zugelemente aus nicht- metallischem Faserverbundwerkstoff wurden in der Vergangenheit entwickelt Es kann zwischen Klemmplattenverankerungen, zylindrischen und konischen Vergußverankerungen unterschieden werden
In Klemmplattenverankerungen wird die Zugkraft über Reibungsverbundspannungen vom Zugelement auf die Klemmplatten übertragen Der Anpreßdruck der Klemmplatten kann unter Berücksichtigung der Querdruckemp fmdl ichkei t der Zugelemen- te aus ni chtmetall 1 schem Faserverbundwerkstoff so eingestellt werden, daß der Anpreßdruck im lastnahen Teil der Verankerung kleiner ist als im lastfernen Teil Dadurch wird eine gleichmaßige Kraftübertragung und damit ein hoher Wirkungsgrad der Verankerung erreicht Relati vverschi ebungen zwischen Zugelement und Klemmplatten können bei Klemmplattenverankerungen zu einem Versagen der Verankerung unter dynamischer Beanspruchung fuhren Wegen der aufwendigen Verankerungstechnik und der Gefahr eines frühzeitigen Versagens unter dynamischer Belastung ist zu erwarten, daß Klemmverankerungen keinen weiteren Einsatz finden werden
In zylindrischen Verguß Verankerungen treten im lastnahen Teil der Verankerung höhere Schubspannungen zwischen Zugelement und Vergußmasse auf als im lastfernen Teil
Die Ausfuhrung einer zylindrischen Vergußverankerung als Klemmhulsenverankerung wird von Rostasy in der Zeitschrift Bauingenieur, Band 73, Seite 301, beschrieben Bei dieser Ver- ankerung wird das Zugelement aus Faserverbundwerkstoff in einer Stahlhulse mit einem Vergußmateπal durch Klebeverbund und Keile verankert Diese Verankerung bewirkt eine starke Abnahme der Zugkraft im Bereich der Keil Verankerung, da durch den Querdruck höhere Schubspannungen übertragen werden Eine gleichmäßige Übertragung der Zugkraft vom Zugelement in die Verankerung ist jedoch mit der Klemmhulsenverankerung trotz ihrer au wendigen Bauweise nicht ermöglicht
Der Querdruck in konischen Verguß Verankerungen, bei welchen die kleinste Querschnitts flache des Hohlraumes lastnah ist und somit die imaginäre Spitze des Konus lastnah angeordnet ist, erhöht die aufnehmbare Schubspannung zwischen Zugelement und Ankerkorper, kann aber auch zur frühzeitigen Zerstörung des Zugelements in der Verankerung fuhren, da Faserverbundwerkstoffe querdruckempfindlich sind
In der WO 95/29308, von welchem Stand der Technik die vorliegende Erfindung ausgeht, ist eine konische Vergußverankerung für nichtmetallische Zugelemente aus Faserverbundwerkstoff beschrieben, die eine Ankerbuchse mit einem konischen Hohlraum, dessen geringste Querschnittsflache lastnah und die größte Querschnittsflache lastfern ist, und einen zwischen Ankerbuchse und Zugelementen angeordneten Ankerkorper aus einer Vergußmasse aufweist Die Vergußmasse des Ankerkorpers weist entlang seiner Langserstreckung unterschiedlichen Elastizitätsmodul auf Beim Eintritt des Zugelements in die Verankerung ist der Elastizitätsmodul der Ver- gußmasse gering und nimmt zum lastfernen Teil der Verankerung kontinuierlich zu Mit dieser abgestuften Ausfuhrung des Ankerkorpers soll eine gleichmäßigere Kraftübertragung vom Zugelement auf die Ankerbuchse erreicht werden Das Herstellen eines Vergußmaterials in mehreren Schichten ist ein aufwendiger Prozeß
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Verankerung für ein oder mehrere Zugelemente aus nicht- metallischem Faserverbundwerkstoff zu schaffen, die einfach herzustellen ist und eine gleichmäßigere Kraftübertragung entlang des Zugelementes auf die Ankerbuchse erlaubt sowie ein hohes Standvermögen unter dynamischen Beanspruchungen ermöglicht
Die erfmdungsgemaße Verankerung für em vorgespanntes und/ oder belastetes Zugelement aus einem, insbesondere nicht- metalli schem, Faserverbundwerkstoff, wobei die Zugkraft des Zugelementes über einen Ankerkorper aus verfestigtem, insbesondere ausgehärtetem, Vergußmaterial auf eine Ankerbuchse, die normal zur Achse des Zugelementes unterschiedliche Querschnittsflachen aufweist, übertragbar ist, besteht im wesentlichen darin, daß die innere Wandung der Ankerbuchse eine Profilierung aufweist, und daß die Querschnittsflache des Ankerkorpers normal zur Achse des Zugelementes im lastnahen
Teil der Ankerbuchse großer ist, insbesondere einen maximalen Wert aufweist, und im lastfernen Teil kleiner ist
Faserverbundwerkstoffe bestehen in der Regel aus nichtmetall 1- sehen Fasern, wie Glas, Kohlenstoff, Aramid oder anderen
Kunststoffen, die gegenüber der atmosphärischen Beanspruchung eine besonders hohe Korrosionsfestigkeit aufweisen Damit können Zugglieder mit einer derartigen Verankerung, wie sie für Bauwerke, wie beispielsweise Brücken, Hochbauten, aber auch Erd- oder Felsanker, eingesetzt werden, eine besonders hohe
Beständigkeit aufweisen Die nichtmetallischen Faserverbundwerkstoffe können zwar eine besonders hohe Zugfestigkeit aufweisen, jedoch ist die Festigkeit bei Querbeanspruchungen besonders gering Um dem Rechnung zu tragen, erfolgt eine Festlegung der Zugelemente in einer Ankerbuchse mit einem
Material, das in die Ankerbuchse fließfahig eingebracht werden kann, durch die keine Kräfte quer zur Langserstreckung der Zugelemente aufgebracht werden Ist die Querschnittsflache des Ankerkorpers normal zur Achse des Zugelementes im lastnahen Teil der Ankerbuchse großer, und weist sie insbesondere einen
Maximalwert auf und im lastfernen Teil kleiner, so erweitert sich der Ankerkorper in Zugrichtung Eine geometrische Verankerung des Ankerkorpers mit glatten Wanden in der Ankerbuchse konnte dadurch nicht eintreten Um zu vermeiden, daß der Ankerkorper aus der Ankerbuchse herausgezogen wird, ist die innere Wandung der Ankerbuchse mit einer Profilierung ausgebildet Somit sind die Kräfte, die vom Zugglied auf die Ankerbuchse ausgeübt werden, gleichmäßiger verteilt Insbesondere ist im Bereich der größten Beanspruchung des Zug- ghedes eine größere Masse des Ankerkorpers gegeben, so daß die Kräfte, die auf diesen ausgeübt werden, besser verteilt werden können
Sind die Profi h erungen durch Rippen, Wulste, Einzüge, Abtreppungen, Vertiefungen oder Ausbuchtungen gebildet, so kann durch unterschiedliche Ausbildungen der Profilierung eine sichere Verankerung erreicht sein, wobei eine mechanische Verankerung des Ankerkorpers in der Ankerbuchse gewährleistet
Sind zumindest zwei Zugelemente im Ankerkorper verankert, so kann eine besonders große Oberflache zur Festlegung der Zugelemente im Ankerkorper vorliegen
Weist die Ankerbuchse zumindest zwei Ankerkorper zur Aufnahme der Zugelemente auf, so kann eine besonders hohe mechanische Verankerung der Zugelemente in der Ankerbuchse erreicht werden
Besteht das lastferne Ende der Ankerbuchse aus einer Platte und weist dieselbe zumindest ein lastaufnehmendes Element auf, das parallel, insbesondere parallel orientiert, zu dem/den Zug- element(en) ist, so kann eine besonders kraftaufnahmefahige Ankerbuchse erhalten werden
Ist die Zugfestigkeit des verfestigten, insbesondere erhärteten Vergußmaterials des Ankerkorpers, insbesondere erheblich, geringer als die Druckfestigkeit, so kann dadurch erreicht werden, daß Rißbildungen im Ankerkorper auftreten, die zu
Druckstreben fuhren, welche die Kräfte auf die Ankerbuchse übertragen Weist die innere Wandung der Ankerbuchse eine Beschichtung auf, die eine Verbindung mit dem Ankerkorper vermeidet, wodurch ein Gleiten des Ankerkorpers in der Ankerbuchse erreicht werden kann, und die Ankerbuchse keine Zugspannungen auf den Ankerkorper ausübt, so daß sich erneut Druckstreben ausbilden können
Ist die Wandstarke im lastnahen Teil der Ankerbuchse geringer als im lastfernen Teil, und ist die Ankerbuchse derartig ab- gestuft, daß bei der Übertragung der Zugkraft vom Zugelement über den Ankerkorper auf die Ankerbuchse die Beanspruchung des Zugelementes beim Eintritt in den Ankerkorper durch die Nachgiebigkeit im lastnahen Teil der Ankerbuchse reduziert wird, so ist ein besonders gunstiger Ausgleich der Kräfte zwischen der Ankerbuchse und dem Ankerkorper und damit der
Beanspruchung der Zugelemente gegeben
Ist der Ankerkorper im lastfernen Teil der Ankerbuchse zy linderformig ausgebildet, so kann ein besonders langer Ankerkorper erhalten werden, welcher für die Nachstellbarkeit besonders gunstig ist
Ist das verfestigte, insbesondere erhärtete, Vergußmaterial durch eine, insbesondere variable, Zugkraft derartig belastbar, daß es kriecht, so kann eine gleichmaßigere Kraftübertragung vom Zugelement über das Vergußmaterial auf die Ankerbuchse durch die bleibende Verformung des Vergußmaterial s erreicht werden
Ist das verfestigte, insbesondere erhärtete, Vergußmaterial bei erhöhter Temperatur durch eine über längere Zeit einwirkende, insbesondere variable, Zugkraft belastbar, so kann eine gleichmaßigere Übertragung der Kräfte von dem Zugelement über die Vergußmasse, welche einer bleibenden Verformung unterworfen wurde, auf die Ankerbuchse erreicht werden
Die erf dungsgemaße Ankerbuchse mit zumindest einem Hohl- räum mit Wandung, welcher an zumindest einem Ende offen ist, wobei die Querschnittsflache des Hohlraumes normal zur Längsrichtung desselben variiert, besteht im wesentlichen darin, daß die Wandung eine Profilierung aufweist, die sich quer, insbesondere normal, zur Längsrichtung des Hohlraumes er- streckt Durch die unterschiedlichen Querschnitts flachen des
Hohlraumes ist es ermöglicht, daß Ankerbuchsen mit einer konischen Flache derartig angeordnet werden können, daß der größte Querschnitt lastnah liegt, womit eine besonders gunstige Aufnahme der Kräfte ermöglicht ist, da die größte Kraft- aufn hme am Beginn der Ankerbuchse, also am lastnahen Teil liegt, wohingegen die geringsten Kräfte am lastfernen Teil der Ankerbuchse übertragen werden Gegen eine derartige Anordnung des Hohlraumes besteht offensichtlich ein Vorurteil, da das Bestreben vorherrscht, eine großflächige mechanische Ver- ankerung eines Vergußkorpers in der Ankerbuchse zu erlangen
Weist die Wandung eine Profilierung auf, die sich quer, insbesondere normal, zur Längsrichtung des Hohlraumes erstreckt, so kann damit erreicht werden, daß durch diese Profilierung eine mechanische Verankerung der Zugelemente über die Vergußmasse vorliegt
Erstrecken sich die Profili erungen der Wandung in den Hohlraum, so kann der Hohlraum besonders einfach mit der fließ- fahigen Masse, die sich verfestigt bzw erhärtet, erfüllt werden
Ist die Ankerbuchse an einem Ende abgeschlossen, wobei dieses Ende verringerte Querschnittsflachen des Hohlraumes aufweist, so sind besonders hohe Festigkeiten für die Ankerbuchse ge- wahrleistet, wodurch eine geringere Dimensionierung derselben bei gleicher Kraftaufnahme ermöglicht ist
Sind mehrere Hohlräume, insbesondere mit zueinander parallel angeordneten Achsen, vorgesehen, so können besonders große
Flachen zur Kraftübertragung zwischen dem Ankerkorper und der Ankerbuchse erreicht werden
Sind die Hohlräume rotationssymmetrisch ausgebildet, so ist eine besonders symmetrische Kraftübertragung zwischen dem
Ankerkorper und der Ankerbuchse ermöglicht
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen naher erläutert
Es zeigen
Fig 1 einen Längsschnitt einer erfmdungsgemaßen Verankerung,
Fig 2 einen Querschnitt längs der Linie II-II in Fig 1,
Fig 3 einen Längsschnitt einer zweiten Ausfuhrungsform der erfmdungsgemaßen Verankerung,
Fig 4 einen Längsschnitt einer dritten Ausfuhrungsform der erfmdungsgemaßen Verankerung,
Fig 5 einen Längsschnitt einer vierten Ausfuhrungsform der erfmdungsgemaßen Verankerung,
Fig 6 einen Längsschnitt einer fünften Aus fuhrungs form der erfmdungsgemaßen Verankerung, Fig 7 einen Querschnitt längs der Linie VII-VII in Fig 6,
Fig 8 einen Längsschnitt einer sechsten Ausfuhrungsform der erfmdungsgemaßen Verankerung,
Fig 9 einen Querschnitt längs der Linie IX-IX in Fig 8,
Fig 10 einen Längsschnitt einer siebenten Ausfuhrungsform der erfmdungsgemaßen Verankerung und
10
Fig 11 einen Querschnitt längs der Linie XI-XI in Fig 10
Ein Längsschnitt durch eine erste Ausfuhrungsform einer erfmdungsgemaßen Verankerung ist in Fig 1 dargestellt
15
Die Ankerbuchse 4 besteht aus Stahl und wurde mittels Fras- werkzeugen hergestellt Es können jedoch auch solche aus Faserverbundwerkstoffen eingesetzt werden Die in Fig 1 dargestellte Verankerung ist an der Außenseite über ein Gewinde
20 49 mit einer Ringmutter 50 verbunden
Der Ankerkorper 6 besteht aus einem ausgeharteten Vergußmaterial 3 Beispiele für das Vergußmaterial sind Epoxidharze, Dywipox (eingetragene Marke der Firma Dyckerhoff Systems
2. International, München) Gutes Verbundverhalten zwischen dem
Zugelement 2 und dem Ankerkorper 6 ist erforderlich, um die Zugkraft vom Zugglied 1 mit nur einem Zugelement 2 auf den Ankerkorper 6 zu übertragen Das Zugglied ist mit Kohlefasern mit einem Durchmesser von 10 μm, die über Epoxidharze
30 verbunden sind, aufgebaut Als Fasern können auch solche aus anorganischem Glas, Aramid od dgl eingesetzt werden Derartige Zugelemente können beispielsweise von den Firmen Stesalit AG (Schweiz), Nedπ Spanstaal BV (Niederlande) und Toray Industries Ine (Japan) bezogen werden Der Ankerkorper 6 der in Fig 1 dargestellten Verankerung weist die Form eines Kegel stumpfes auf In einem Querschnitt durch den lastnahen Teil 41 der Verankerung gemäß Fig 2 weist der Ankerkorper 6 eine größere Querschnittsflache auf als in einem Querschnitt im lastfernen Teil 42 der Verankerung Durch diese geometrische Formgebung des Ankerkorpers 6 wird erreicht, daß die Verbundspannungen zwischen Zugelement 2 und Ankerkorper 6 gleichmäßiger verteilt sind als in einer zylindrischen oder konischen Vergußverankerung herkömmlicher Art
Die Ankerbuchse 4 dient als Form für die Fertigung des Ankerkorpers 6 Die innere Wandung 44 der Ankerbuchse 4 muß so beschaffen sein, daß der Ankerkorper 6 bei Belastung des Zugelements 2 nicht aus der Ankerbuchse 4 gezogen wird Eine geeignete Bearbeitung der inneren Wandung 44 der Ankerbuchse
4 weist eine Profilierung 45 der Oberflache auf
In Fig 3 ist em Längsschnitt der erfmdungsgemaßen Verankerung gemäß Fig 1 in einer abgewandelten Ausfuhrungsform dargestellt Die innere Wandung 44 der Ankerbuchse 4 ist mit
Abtreppungen 46 versehen, auf die sich der Ankerkorper 6 bei Belastung des Zugelementes 2 abstutzt Durch eine geeignete Formgebung der Abtreppungen 46 bezüglich Abstand und Neigung zum Zugelement 2 kann der Schubspannungsverlauf entlang des Zugelementes 2 beeinflußt werden Es können damit auch mehrere kegelstumpfformi ge Ausbildungen erreicht werden, die lastnah einen kleineren Querschnitt als lastfern aufweisen, so daß em mechanisches Festklemmen des Zuggliedes im Ankerkorper erreicht wird
In Fig 4 ist em Längsschnitt der erfmdungsgemaßen Verankerung gemäß Fig 1 in einer abgewandelten Ausfuhrungsform dargestellt Die Flache des Ankerkorpers 6 normal zum Zugelement 2 nimmt im lastnahen Teil der Verankerung 41 stetig zu und ist im lastfernen Teil 42 konstant Diese Verankerung stellt somit eine Erweiterung der bekannten zylindrischen Vergußverankerungen dar Die bei zylindrischen Verankerungen auftretende Erhöhung der Schubspannung im lastnahen Teil 41 der Verankerung wird durch die Aufweitung des Ankerkorpers 6 gemäß Fig 4 abgebaut Die Ankerbuchse 4 der in Fig 4 dargestellten Verankerung weist eine Profilierung 45 der inneren Wandung 44 auf und gibt die Kraft auf eine Ankerplatte 60 ab
In Fig 5 ist e Längsschnitt der erfmdungsgemaßen Verankerung gemäß Fig 1 in einer abgewandelten Ausfuhrungsform dargestellt Die innere Wandung 44 der Ankerbuchse 4 weist nur eine Abtreppung 46 auf, die einen wesentlichen Teil der Kraft aufnimmt Der verbleibende Teil der Kraft wird über den Anker- korper 6 auf die Profilierung 45 der inneren Wandung 44 der
Ankerbuchse 4 abgegeben
In Fig 6 ist em Längsschnitt der erfmdungsgemaßen Verankerung gemäß Fig 1 in einer abgewandelten Aus fuhrungs form dargestellt Das Zugglied 1 besteht aus drei Zugelementen 2 aus
Faserverbundwerkstoff, die in einem konischen Ankerkorper 6 eingebettet sind Die Wanddicke d im lastnahen Teil 41 der Ankerbuchse 4 ist bei dieser Verankerung so dünn ausgebildet, daß durch die Nachgiebigkeit der Ankerbuchse 4 eine Beein- flussung des S chubspannungs Verlaufes zwischen Zugelement 2 und Ankerkorper 6 erreicht wird Ein Schnitt längs der Linie VII-VII durch den lastnahen Teil 41 der Verankerung ist in Fig 7 dargestellt
In Fig 8 ist em Längsschnitt der erfmdungsgemaßen Verankerung gemäß Fig 1 in einer abgewandelten Ausfuhrungsform dargestellt Das Zugglied 1 besteht aus drei Zugelementen 2 aus Faserverbundwerkstoff Jedes Zugelement 2 ist in jeweils einem konischen Ankerkorper 6 eingebettet Die Ankerkorper 6 sind bei dem Ausfuhrungsbeispiel gemäß Fig 8 parallel zur Achse des Zuggliedes 1 angeordnet Ein Schnitt längs der Linie IX-IX durch die Verankerung ist in Fig 9 dargestellt
In Fig 10 ist em Längsschnitt der erfmdungsgemaßen Verankerung gemäß Fig 1 in einer abgewandelten Ausfuhrungsform dargestellt Das Zugglied 1 besteht aus sechs Zugelementen 2 aus Faserverbundwerkstoff Die Ankerbuchse 4 weist am lastfernen Ende eine Platte 70 auf, an die em lastaufnehmendes Element 80 aufweist Die Zugelemente 2 geben die Kraft über Verbundspannungen an den im lastnahen Teil 41 aufgeweiteten Ankerkorper 6 ab Der Ankerkorper 6 übertragt die Zugkraft auf die innere Wandung 44 und das lastaufnehmende Element 80, welches wie em Dorn in den Ankerkorper 6 hineinragt E Schnitt längs der Linie XI-XI durch die Verankerung ist in Fig
11 dargestel lt
Durch die Ausnutzung nichtlinearer Effekte, wie z B des Kriechverhaltens des Vergußmaterials 3, insbesondere unter erhöhter Temperatur gegenüber der Raumtemperatur, kann eine weitere Vergleichmaßigung der Schubspannungen längs des Zugelementes 2 erreicht werden Durch die Formgebung des Ankerkorpers 6 in Kombination mit dem Vergußmaterial 3, das unterschiedliche Festigkeiten bei Druck- und Zugbeanspruchung aufweist, kann der Spannungszustand in der Verankerung gezielt beeinflußt werden
Um eine ausschließlich mechanische Verankerung zu erreichen, kann die Wandung mit einem Trennmittel, z B Silikonol, vor dem Eingießen des flussigen Vergußmaterials in die Ankerbuchse versehen werden, so daß keine adhasive Bindung eintritt
Die Form des Ankerkorpers 6 ist nicht beschrankt auf die in Fig 1 bis 11 dargestellten Formen Insbesondere konnten auch im Querschnitt nicht kreisförmige Verankerungskorper 6 ausgebildet werden, die eine Übertragung der Zugkraft mit längs des Zugelementes 2 gleichförmig verteilten Schubspannungen ermogl ichen
Patentansprüche

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Verankerung für em vorgespanntes und/oder belastetes Zugelement (1,
2) aus einem, insbesondere nichtmetallischem, Faserverbundwerkstoff, wobei die Zugkraft des Zugelementes über einen Ankerkorper (6) aus verfestigtem, insbesondere ausgehärtetem, Vergußmaterial
(3) auf eine Ankerbuchse (4), die normal zur Achse des Zugelementes unterschiedliche Querschnittsflachen aufweist, übertragbar ist, dadurch ge- kennzeichnet, daß die innere Wandung (44) der Ankerbuchse
(4) eine Profilierung (45) aufweist, und daß die Querschnittsflache des Ankerkorpers (6) normal zur Achse des Zugelementes (2) im lastnahen Teil (41) der Ankerbuchse (4) großer ist, insbesondere einen maximalen Wert aufweist, und im lastfernen Teil (42) kleiner ist
Verankerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilierung (45) durch Rippen, Wulste, Einzüge, Abtreppungen (46), Vertiefungen oder Ausbuchtungen gebildet
Verankerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Zugelemente (2) im Ankerkorper (6) verankert sind
Verankerung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerbuchse (4) zumindest zwei Ankerkorper (6) zur Aufnahme der Zugelemente (2) aufweist
Verankerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das lastferne Ende (42) der Ankerbuchse (4) aus einer Platte (70) besteht, und daß diese Platte (70) zumindest ein lastaufnehmendes Element (80) parallel, insbesondere parallel orientiert, zu dem/den Zugelement(en) (2) aufweist
Verankerung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugfestigkeit des verfestigten, insbesondere ausgeharteten, Vergußmaterials (3) des Ankerkorpers (6), insbesondere erheblich, geringer ist als die Druckfestigkeit
Verankerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Wandung (44) der Ankerbuchse (4) eine Beschichtung aufweist, die eine adhasive Verbindung des Ankerkorpers (6) mit der Ankerbuchse (4) vermeidet
Verankerung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstarke im lastnahen Teil (41) der Ankerbuchse (4) geringer ist als im lastfernen Teil (42), und daß die Ankerbuchse (4) darartig abgestuft ist, daß bei der Übertragung der Zugkraft vom Zugelement (2) über den
Ankerkorper (6) auf die Ankerbuchse (4) die Beanspruchung des Zugelementes (2) beim Eintritt in den Ankerkorper (6) durch die Nachgiebigkeit im lastnahen Teil (41) der Ankerbuchse (4) reduziert ist
Verankerung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ankerkorper (6) im lastfernen Teil (42) der Ankerbuchse (4) zy lmderformig ausgebildet ist
Verankerung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das verfestigte, insbesondere erhärtete, Vergußmaterial (3) durch eine, insbesondere variable, Zugkraft derart belastbar ist, daß es kriecht Verankerung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das verfestigte, insbesondere erhärtete, Vergußmaterial (3) bei erhöhter Temperatur durch eine über längere Zeit einwirkende, insbesondere variable, Zugkraft derart belastbar ist, daß es kriecht
Ankerbuchse (4), insbesondere für eine Verankerung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, mit zumindest einem Hohlraum mit Wandung (44), welcher an zumindest einem Ende offen ist, wobei die Querschnittsflache des Hohlraumes normal zur Längsrichtung desselben variiert, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Wandung (44) eine Profilierung (45) aufweist, die sich quer, insbesondere normal, zur Längsrichtung des Hohlraumes erstreckt
Ankerbuchse (4) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Profilierung (45) der inneren Wandung (44) in den Hohlraum erstreckt
Ankerbuchse (4) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerbuchse (4) an einem Ende abgeschlossen ist, wobei dieses Ende verringerte Querschnittsflachen des Hohlraumes aufweist
Ankerbuchse (4) nach Anspruch 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Hohlräume, insbesondere mit parallel zueinander angeordneten Achsen vorgesehen sind
Ankerbuchse (4) nach einem der Ansprüche 12 bis 15, da- durch gekennzeichnet, daß der/die Hohlraum(raume) rotationssymmetrisch ausgebildet ist/sind
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