WO2005021894A1 - Krafteinleitungselement, verlängerungselement sowie verfahren zur erhöhung der zuglast eines bandförmigen werkstoffes - Google Patents

Krafteinleitungselement, verlängerungselement sowie verfahren zur erhöhung der zuglast eines bandförmigen werkstoffes Download PDF

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WO2005021894A1
WO2005021894A1 PCT/EP2004/051792 EP2004051792W WO2005021894A1 WO 2005021894 A1 WO2005021894 A1 WO 2005021894A1 EP 2004051792 W EP2004051792 W EP 2004051792W WO 2005021894 A1 WO2005021894 A1 WO 2005021894A1
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WO
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extension element
composite material
tension anchor
band
shaped
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PCT/EP2004/051792
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph Rüegg
Reto Clénin
Original Assignee
Sika Technology Ag
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Publication date
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    • 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
    • E04G23/00—Working measures on existing buildings
    • E04G23/02—Repairing, e.g. filling cracks; Restoring; Altering; Enlarging
    • E04G23/0218—Increasing or restoring the load-bearing capacity of building construction elements

Definitions

  • the invention is based on a force introduction element comprising a tension anchor for anchoring a band-shaped material to a support structure according to the preamble of the first claim.
  • the invention also relates to an extension element for a tension anchor, a method for increasing the tensile load of a band-shaped material and the use of a force introduction element to reinforce a supporting structure.
  • lamellae made of composite materials have also been used for the subsequent reinforcement of supporting structures. These composite materials are glued to the supporting structure either slackly without longitudinal prestressing or prestressed via end anchorages. End anchorages of this type are known and various fastening methods for transmitting power from a force introduction element to the composite material have already been introduced on the market. With most of the force introductions available today, the transferable forces are smaller than the tensile strength of the composite material, which has the disadvantage that the tensile potential of the b and material can only be used to a limited extent, which leads to uneconomical solutions.
  • the maximum transferable tensile load only reaches about 70 to 75% of the maximum tensile load of the composite material. For this reason, such force transmissions can only be used up to about 50% of the maximum tensile load of the composite material if a safety factor of 1.5 is observed.
  • an extension element is used in a second step to prevent additional tension build-up at the transition to the tension anchor.
  • the band-shaped material is tensioned to the prestressing load via the tension anchor. Stress peaks occur at the transition from the band-shaped material to the tension anchor.
  • an extension element is connected to the band-shaped material in a tensioned state with an adhesive or mechanically.
  • the tension anchor can also be referred to as a clamping head and can be configured essentially as desired.
  • this tension anchor consists of two pressure plates and at least one tension element, for example bolts, which is guided through the composite material.
  • the composite material is held against a bow-shaped yoke with two pressure plates with the help of evenly distributed pressure elements or by means of a hydraulic pressure chamber acting on the entire pressure surface.
  • clamping wedges are used, which are pressed against the composite material via elliptical ring brackets.
  • the advantages of the invention lie in the fact that the inventive solution can be used for any tension anchor available on the market.
  • This means for reducing stress peaks at the transition to the tension anchor can be an extension element which is mechanically anchored and / or glued to the composite material and to the tension anchor or the cross-member in a tensile manner.
  • the cross-beam is connected in the second process step by injecting an adhesive onto the composite material.
  • This tensioning method increases the maximum transferable operational tensile forces while maintaining a safety factor of 1.5 by at least 20-50% in a range from 300 to 400 kN.
  • Fig. 1 is a schematic side view of a first embodiment
  • 3A shows a schematic side view of a further embodiment
  • FIG. 3B A schematic top view of the further embodiment according to FIG. 3A;
  • 3C shows a schematic side view of the further embodiment according to FIG. 3A in a slightly modified embodiment
  • 4A shows a side view of a further embodiment
  • 4B shows a top view of the further embodiment according to FIG. 4A
  • 5A shows a side view of a further embodiment
  • 5B shows a top view of the further embodiment according to FIG. 5A
  • 6A shows a side view of a further embodiment with a wedge-shaped adhesive of the extension element to the composite material
  • FIG. 6B shows a top view of the further embodiment according to FIG. 6A;
  • 6C shows a side view of the further embodiment with a zigzag-shaped gluing of the extension element to the composite material
  • 6D shows a side view of the further embodiment with a wave-shaped gluing of the extension element to the composite material
  • 7 shows a side view of a particularly preferred embodiment of an extension element with a hyperbolic configuration.
  • FIG. 1 shows a force introduction element 1 comprising a conventionally known tension anchor 20 and an extension element 4 according to the invention after a tensioning process.
  • the tensioning anchor 20 is fastened to a band-shaped material 5, in particular composite material, hereinafter also referred to simply as lamella, be it by gluing, clamping, etc. the tension press being temporarily arranged on the tension anchor 20.
  • the tensioning anchor 20 is held, for example, by means of threaded rods in an anchoring tube or shear pin, not shown, which is fastened in a borehole in a support structure 10.
  • adhesive 6 is applied in a second step to the band-shaped composite material 5 and to the adjacent area of the tension anchor 20.
  • the adhesive is particularly pasty to make processing easier.
  • the extension element 4 is placed on the adhesive mass 6 lying on the band-shaped composite material 5 and glued to the tension anchor 20.
  • the extension element 4 must be connected to the tension anchor 20 in a tensile manner.
  • the shape of the extension element 4 depends on the choice of material for the extension element 4 and the thickness of the composite material 5 and is chosen, among other things, such that the extension element 4 tapers away from the tension anchor toward the composite material 5.
  • the extension element 4 can have any shape, but preferably has a tongue-like or wedge-shaped configuration in order to optimally reduce the voltage peaks. Ribs and folds a few centimeters long can also be introduced into the extension element 4 in the pulling direction 11, in order to ensure optimum gluing and optimal stress relief.
  • the extension element 4 preferably has a length, in each case on the top and bottom of the band-shaped composite material 5, of 100 mm, in particular 50 mm. In the middle of the extension element, this preferably has a maximum thickness of 10 mm, in particular a maximum of 5 mm.
  • the extension element 4 and the tension anchor 20 are preferably made of metallic, ductile materials, in particular aluminum, steel or titanium.
  • the adhesive 6, for example a two-component adhesive based on epoxy resins, must have good adhesion not only to the composite material 5 but also to the extension element 4 and should have a high strength. The stresses occurring during this clamping process are shown schematically in FIG. 1, where X represents the path along the force introduction element 1 and Y represents the force at location X.
  • the second diagram X2 to Y2 shows the stresses acting on the force introduction element 1 during the operating load of the support structure. The stresses occurring due to the operating load are mostly absorbed by the extension element 4, so that stresses also occur here.
  • the stresses to be absorbed by the tension anchor remain essentially the same as for the prestressing as shown in diagram X1 Y1.
  • additional stress peaks at the location of the tension anchor 20 are largely prevented.
  • This increases the transferable force while maintaining the safety factor of 1.5 to 20 - 50% compared to conventionally known tension anchors.
  • the available tensile load of the composite material 5 can be utilized to a greater extent and an expected tensile force of 300 to 400 kN can be achieved.
  • the composite material 5 can be designed in the form of a lamella, which consists of fibers and a synthetic resin.
  • the fibers can be designed in one direction, ie unidirectionally, or additional fibers can be constructed in other directions, in particular an angle plus 45 ° and minus 45 °, to the unidirectional main fiber direction.
  • the fibers can preferably be made of aramid, carbon, glass, etc., which are embedded in a synthetic resin.
  • the synthetic resin can be a thermoset such as epoxy, acrylate or a thermoplastic material such as polyamide, epoxy, acrylate.
  • the surface of the composite material 5 is preferably specially embossed, for example roughened by means of grinding or pretreated with an adhesive or treated with a pretreatment system such as primer, plasma etc.
  • FIG. 2 shows another embodiment of a force introduction element 1.
  • the force introduction element 1 consists of plates 12 which form the tension anchor 20 and of tongue-shaped extensions 15 with recesses 14 which form the extension element 4.
  • the plates 12 are connected to the lamella 5 as is known from the prior art.
  • adhesive 6 is applied in a second step to the band-shaped composite material 5 in the area of the tongue-shaped extensions 15.
  • the adhesive should have a consistency such that it can be introduced into the recesses 14 formed by the tongue-shaped extensions. It can be seen from the diagrams X1 Y1 and X2 Y2 that such a force introduction element 1 can perform the same function as that from FIG. 1, the extensions 15 forming the extension element 4.
  • a force introduction element 1 is shown in a further embodiment in FIGS. 3A and 3B.
  • the tensioning process can also take place here first with a tension press, which is temporarily arranged on the tension anchor 20.
  • the tensile load of the composite material 5 is then taken over by a cross-member 2.
  • Threaded rods 9 are attached laterally to the tension anchor 20, these threaded rods 9 leading through the cross-member 2 of the tension anchor 20.
  • the tension anchor 20 is held via the cross-beam 2 and the threaded rod 9 in an anchoring tube or shear pin, not shown, which is fastened in a borehole in a support structure 10.
  • the tension of the composite material 5 can be increased by turning a threaded screw 8 of the threaded rod 9.
  • Adhesive 6 is applied to the band-shaped composite material 5 after the tensioning process of the force introduction element 1 in the pulling direction 11 in a second step and in front of the cross-beam 2 opposite the tension anchor 20.
  • the adhesive is particularly pasty to make processing easier.
  • An extension element 4 is placed on the adhesive mass 6 lying on the band-shaped composite material 5 and glued to the cross-member 2 of the tension anchor 20 and preferably mechanically lateral sliding of the extension element 4 anchored in the cross-beam 2.
  • the cross traverse has clip-like extensions. The extension element 4 is thereby connected to the cross-member 2 in a tensile manner.
  • the shape of the extension element 4 also depends here, as in all examples, on the choice of material for the extension element 4 and the thickness of the composite material 5 and is chosen, among other things, in such a way that the extension element 4 tapers away from the cross-member towards the composite material 5.
  • the extension element 4 can have any shape, but preferably has a tongue-like or wedge-shaped configuration in order to optimally reduce the voltage peaks. Also, a few centimeters long ribs and folds 13 can be introduced into the extension element 4 in the pulling direction 11, in order to ensure optimal gluing and optimal stress relief. From the diagrams X1 Y1 and X2 Y2 it can be seen that such
  • FIG. 3C shows the force introduction system 1, in which, after the tensioning process, an adhesive bond 6 is carried out between the cross-member 2 and the composite material 5 and the extension element 4 is attached. This results in a different voltage profile 12 in the area of the cross-beam 2 than that shown in FIG.
  • FIGS. 4A and 4B show that after the tensioning process of a force introduction element 1 in the pulling direction 11, the cross-member 2 is connected to the composite material 5 by injecting an adhesive 6, the cross-member 2 thus takes over the function of the extension element 4 Since the crossbeam 2 is glued to the composite material 5 in a second step, the voltage peaks when an operating load occurs are both at the location of the crossbeam 2 and the composite material 5 and also at the location of the crossbeam 2 and the force introduction element 1 highest and decrease in the direction of pull 11.
  • the extension element 4 is placed on the adhesive mass 6 on the band-shaped composite material 5 and glued to the cross-member 2 of the force introduction element 1 and fixed with at least one screw 7.
  • the extension element 4 has an extension with holes through which the screws can be guided and connected to the cross-member.
  • the extension element 4 is specially shaped on the lower side towards the composite material 5 in order to guarantee good adhesion and thus a high stress load in the pulling direction 11.
  • the extension element 4 is also placed here on the adhesive 6, which has been applied to the band-shaped composite material 5, and is also glued to the cross-member 2 of the force introduction element 1.
  • the lower side of the extension element 4 towards the composite material 5 is, for example, wedge-shaped according to FIG. 6A, zigzag-shaped according to FIG. 6C or undulated according to FIG. 6D. In the area of the taper, due to the small thickness of the extension element, it may be necessary to dispense with a special shape.
  • FIG. 7 shows a particularly preferred embodiment of the extension element.
  • the extension element 4 can have any shape per se, but preferred are configurations such as tongue-shaped, wedge-shaped or hyperbolic, which optimally reduce the voltage peaks. It has been shown that in particular extension elements which have a wedge-shaped or hyperbolic taper fulfill this function optimally.
  • the hyperbolic taper should preferably be carried out in such a way that the extension element has a maximum thickness of 10 mm, preferably less than 5 mm, at half the distance / length of the extension element.
  • the hyperbolic form can of course also be carried out differently and must be adapted to the expected tension.
  • extension elements 4 are arbitrary per se and combinations or other embodiments of the embodiments shown in FIG. 6 are also possible.
  • the extension element can of course also be used with the extension element to provide other band-shaped materials and lamellae which are used to reinforce support structures and thus increase the load-bearing capacity.
  • the extension element 4 can of course also already be connected to the tension anchor 20, or be connected to the tension anchor 20 and / or the band-shaped material by means of adhesive or mechanical means. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Bei einem Krafteinleitungselement (1) umfassend einen Spannanker (20) zur Verankerung eines bandförmigen Werkstoffes (5) an einer Tragstruktur (10) wird der bandförmige Werkstoff (5) mittels des Spannankers (20) vorgespannt. Im Übergangsbereich vom Spannanker (20) zum bandförmigen Werkstoff (5) ist nach dem Spannvorgang ein Verlängerungselement (2, 4, 15) angeordnet. Das Verlängerungselement steht mit dem bandförmigen Werkstoff (5) und dem Spannanker (20) in Wirkverbindung.

Description

Sika Technology AG Zugerstr. 50 CH-6340 Baar Schweiz
Krafteinleitungselement, Verlängerungselement sowie Verfahren zur Erhöhung der Zuglast eines bandförmigen Werkstoffes
Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einem Krafteinleitungselement umfassend einen Spannanker zur Verankerung eines bandförmigen Werkstoffes an einer Tragstruktur nach dem Oberbegriff des ersten Anspruches. Die Erfindung betrifft auch ein Verlängerungselement für einen Spannanker, ein Verfahren zur Erhöhung der Zuglast eines bandförmigen Werkstoffes sowie die Verwendung eines Krafteinleitungselementes zur Verstärkung einer Tragstruktur.
Stand der Technik
Zum nachträglichen Verstärken von Tragstrukturen werden seit einigen Jahren nebst Stahllamellen auch Lamellen aus Verbundwerkstoffen eingesetzt. Diese Verbundwerkstoffe werden entweder schlaff ohne Längsvorspannung oder über Endverankerungen vorgespannt mit der Tragstruktur verklebt. Derartige Endverankerungen sind bekannt und verschiedene Befestigungsmethoden zur Kraftübertragung von einem Krafteinleitungselement zum Verbundwerkstoff sind bereits im Markt eingeführt. Bei den meisten der heute verfügbaren Krafteinleitungen sind die übertragbaren Kräfte aber kleiner als die Zugfestigkeit des Verbundwerkstoffs, was den Nachteil hat, dass das Zugpotential des Ver- b und Werkstoffs nur zu einem begrenzten Teil ausgenützt werden kann, was zu unwirtschaftlichen Lösungen führt. Bei den meisten der bisher verwendeten Krafteinleitungen werden die bei der Vorspannung auftretenden Zugkräfte über Reibkräfte durch Klemmen oder Kleben von einem Spannanker auf den Verbundwerkstoff übertragen. Das Hauptproblem bei den heute verfügbaren Krafteinleitungen besteht darin, dass Spannungsspitzen am Übergang vom Verbundwerkstoff in den Spannanker entstehen. Die maximal übertragbare Zuglast wird aber dann erreicht, wenn die Schubkraft in den Spannungsspitzen die maximal übertragbare Haftreibung, respektive die maximal übertragbare Klebfestigkeit erreicht. In der WO 02/103131 A1 wurde versucht, den Spannanker in mehrere verschiedene Bereiche, Klemmblöcke, aufzuteilen, welche durch Dehnabschnitte unterschiedlicher Federsteifigkeit miteinander verbunden sind. Diese Klemmblöcke werden vor dem Aufbringen der Vorspannung fest mit dem band- förmigen Zugglied verbunden, sei dies durch Klebung oder mittels Klemmung. Dadurch sollen Schubspannungsspitzen, welche die Bruchspannung in der Klebefuge bzw. im Reibbereich überschreiten, am Übergang zur Verankerungszone vermieden werden. Die Erfahrung hat gezeigt, dass auch bei sorgfältig ausgeführten Kraft- einleitungen, beschrieben zum Beispiel in der oben genannten Schrift, WO
99/10613 A1 und WO 96/21785, die maximal übertragbare Zuglast nur etwa 70 bis 75% der maximalen Zuglast des Verbundwerkstoffs erreicht. Aus diesem Grund können solche Krafteinleitungen bei Einhaltung eines Sicherheitsfaktors von 1.5 nur bis etwa 50% der maximalen Zuglast des Verbundwerkstoffs bean- sprucht werden. Darstellung der Erfindung
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des be- stehenden Standes der Technik zu überwinden und Mittel zur Verfügung zu stellen die eine Erhöhung der maximal übertragbaren Zuglast ermöglichen. Diese Aufgabe wird mit Hilfe eines erfindungsgemässen Krafteinleitungselementes gemäss Anspruch 1 gelöst. Die Lösung der Aufgabe beruht darin, dass nach dem Spannprozess des bandförmigen Werkstoffes in einem zweiten Schritt ein Verlängerungselement zur Verhinderung eines zusätzlichen Spannungsaufbaus am Übergang zum Spannanker eingesetzt wird. In einem ersten Schritt wird der bandförmige Werkstoff über den Spannanker auf die Vorspannlast gespannt. Dabei entstehen Spannungsspit- zen am Übergang vom bandförmigen Werkstoff zum Spannanker. Nach dem Vorspannen und dem Verankern am Bauwerk wird ein Verlängerungselement mit dem bandförmigen Werkstoff in gespanntem Zustand mit einem Klebstoff oder mechanisch verbunden. Die Verbindung zwischen dem Mittel und dem Verbundwerkstoff ist zu diesem Zeitpunkt spannungsfrei. Bei einer Zusatzbe- lastung des Werkstoffes, z.B. aus Betriebslasten, werden die daraus resultierenden Zusatzspannungen zur Hauptsache über das vorgelagerte Mittel direkt in die Tragstruktur und nicht oder nur gering in den Spannanker übertragen. Es resultiert eine Erhöhung der Gesamttraglast unter Beibehaltung des erforderlichen Sicherheitsfaktors. Der Spannanker kann auch als ein Klemmkopf bezeichnet werden und kann im wesentlichen beliebig ausgestaltet sein. Beispielsweise besteht dieser Spannanker aus zwei Anpressplatten und mindestens einem durch den Verbundwerkstoff geführten Zugelement, z.B. Bolzen. Oder der Verbundwerkstoff wird mit zwei Anpressplatten mit Hilfe von gleichmässig verteilten Druckele- menten oder mittels einer auf der gesamten Anpressfläche wirkenden hydraulischen Druckkammer gegen ein bügeiförmiges Joch abgestützt gehalten. Oder anstelle von Bolzen und Platten werden Klemm-Keile verwendet, die über elliptische Ringbügel an den Verbundwerkstoff gedrückt werden. Die Vorteile der Erfindung liegen darin, dass die erfinderische Lösung für jeden auf dem Markt vorhandenen Spannanker eingesetzt werden kann. Dieses Mittel zum Abbau von Spannungsspitzen am Übergang zum Spannanker kann ein Verlängerungselement sein, das an den Verbundwerkstoff und zugfest an den Spannanker oder die Quer-Traverse mechanisch verankert und/oder geklebt wird. Oder die Quer-Traverse wird im zweiten Verfahrensschritt durch Einspritzen eines Klebstoffes an den Verbundwerkstoff verbun- den. Durch dieses Spannverfahren erhöht sich die maximal übertragbaren Betriebszugskräfte bei Einhaltung eines Sicherheitsfaktors von 1.5 um mindestens 20-50% in einen Bereich von 300 bis 400 kN.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung Im folgenden werden anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Gleiche Elemente sind in den verschiedenen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Es zeigen:
Fig. 1 Eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform;
Fig. 2: Eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 3A Eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 3B: Eine schematische Draufsicht der weiteren Ausführungsform nach Fig. 3A;
Fig. 3C Eine schematische Seitenansicht der weiteren Ausführungsform nach Fig. 3A in einer leicht abgewandelten Ausführung; Fig. 4A Eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform; Fig.4B Eine Draufsicht der weiteren Ausführungsform nach Fig. 4A; Fig. 5A Eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform; Fig. 5B Eine Draufsicht der weiteren Ausführungsform nach Fig. 5A; Fig. 6A Eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform mit einer keilförmigen Verklebung des Verlängerungselementes an den Verbundwerkstoff;
Fig. 6B Eine Draufsicht der weiteren Ausführungsform nach Fig. 6A;
Fig. 6C Eine Seitenansicht der weiteren Ausführungsform mit einer zickzack- förmigen Verklebung des Verlängerungselementes an den Verbundwerkstoff;
Fig. 6D Eine Seitenansicht der weiteren Ausführungsform mit einer wellenförmigen Verklebung des Verlängerungselementes an den Verbundwerkstoff; Fig. 7 Eine Seitenansicht einer besonders bevorzugten Ausführungsform eines Verlängerungselementes mit hyperbolischer Ausgestaltung.
Weg zur Ausführung der Erfindung
In der Figur 1 ist ein Krafteinleitungselement 1 umfassend einen herkömmlich bekannten Spannanker 20 und ein erfindungsgemässes Verlängerungselement 4 nach einem Spannprozess dargestellt. Der Spannanker 20 wird wie aus dem Stand der Technik bekannt auf einen bandförmigen Werkstoff 5, insbesondere Verbundwerkstoff, im weiteren auch nur Lamelle genannt, befestigt, sei dies durch Kleben, Klemmen, usw. Der Spannprozess kann zuerst mit einer Zugpresse in Zugrichtung 11 erfolgen, wobei die Zugpresse am Spannanker 20 temporär angeordnet wird. Der Spannanker 20 wird beispielsweise mittels Gewindestangen in einem nicht dargestellten Verankerungsrohr bzw. Schubdorn gehalten, der in einem Bohrloch in einer Tragstruktur 10 befestigt ist. Nach dem Spannprozess wird in einem zweiten Schritt Klebstoff 6 auf den bandförmigen Verbundwerkstoff 5 sowie dem angrenzenden Bereich des Spannankers 20 aufgebracht. Der Klebstoff ist insbesonder pastös, um die Verarbeitung zu erleichtern. Das Verlängerungselement 4 wird auf die auf dem bandförmigen Verbundwerkstoff 5 liegende Klebstoffmasse 6 aufgelegt und an den Spannanker 20 geklebt. Das Verlängerungselement 4 muss zugfest mit dem Spannanker 20 verbunden sein. Die Form des Verlängerungselementes 4 richtet sich nach der Materialwahl des Verlängerungselementes 4 und der Dicke des Verbundwerk- Stoffs 5 und wird unter anderem so gewählt, dass sich das Verlängerungselement 4 zum Verbundwerkstoff 5 hin vom Spannanker weg verjüngt. Das Verlängerungselement 4 kann irgendeine Form einnehmen, bevorzugt jedoch eine zungen- oder keilförmige Ausgestaltung innehaben, um die Spannungsspitzen optimal herabzusetzen. Auch können in das Verlänge- rungselement 4 in der Zugrichtung 11 einige Zentimeter lange Rippen und Falten eingebracht werden, um damit für eine optimale Verklebung und einen optimalen Spannungsabbau zu sorgen. Das Verlängerungselement 4 weist vorzugsweise eine Länge, jeweils auf der Ober- und Unterseite des bandförmigen Verbundwerkstoffs 5, von 100 mm, insbesondere 50 mm auf. In der Mitte des Verlängerungselementes weist dieses vorzugsweise eine Dicke von maximal 10 mm, insbesondere maximal 5 mm auf. Das Verlängerungselement 4 und der Spannanker 20 besteht vorzugsweise aus metallischen, duktile Materialien, insbesondere aus Aluminium, Stahl oder Titan. Der Klebstoff 6, z.B. ein 2K-Klebstoff auf Basis von Epoxidharzen, muss eine gute Haftung nicht nur zum Verbundwerkstoff 5, sondern auch zum Verlängerungselement 4 haben und sollte eine hohe Festigkeit aufweisen. Die bei diesem Spannprozess auftretenden Spannungen sind in der Figur 1 schematisch dargestellt, wobei X den Weg entlang des Krafteinleitungselementes 1 und Y die Kraft am Ort X darstellt. Im ersten Diagramm X1 zu Y1 werden die auf das Krafteinleitungselement 1 wirkenden Spannungen nach der Vorspannung der Lamelle 5 mittels des Spannankers 20 und dem erfolgten Aufkleben des Verlängerungselemen- tes 4 dargestellt. Weil das Verlängerungselement 4 erst nach dem Spannungsvorgang mit der Lamelle und dem Spannanker verbunden wurde, treten in diesem Bereich keine Spannungen auf. Am Übergang von der Lamelle 5 zum Spannanker 20 sind die Spannungsspitzen am höchsten und vermindern sich gegen Null bis zum Ende des Spannankers. Im zweiten Diagramm X2 zu Y2 werden die auf das Krafteinleitungselement 1 wirkenden Spannungen bei der Betriebsbelastung der Tragstruktur dargestellt. Die durch die Betriebslast auftretenden Spannungen werden mehrheitlich durch das Verlängerungselement 4 aufgenommen, so dass auch hier Spannungen auftreten. Die durch den Spannanker aufzunehmenden Spannungen bleiben dadurch aber im wesentlichen gleich, wie bei der Vorspannung entsprechend der Darstellung in Diagramm X1 Y1. Durch das Anbringen des Verlängerungselementes 4 werden zusätzliche Spannungsspitzen am Ort des Spannankers 20 weitgehend verhindert. Dadurch erhöht sich die übertragbare Kraft unter Einhaltung des Sicherungsfaktors von 1.5 bis zu 20 - 50% im Vergleich zu herkömmlich bekannten Spannankern. Die verfügbare Zuglast des Verbundwerkstoffs 5 kann höher ausgenützt und eine erwartete Zugkraft von 300 bis 400 kN erreicht werden. Der Verbundwerkstoff 5 kann in Form einer Lamelle ausgestaltet sein, die aus Fasern und einem Kunstharz besteht. Die Faser können in einer Richtung d.h. unidirektional ausgebildet sein oder zusätzlich Fasern in anderen Richtungen, insbesondere eines Winkels plus 45° und minus 45°, zur unidirek- tionalen Hauptfaserichtung aufgebaut sein. Die Fasern können vorzugsweise aus Aramid, Carbon, Glas etc. sein, die in einem Kunstharz eingebettet sind. Das Kunstharz kann ein Duromer, wie z.B. Epoxy, Acrylate oder ein thermoplastisches Material, wie z.B. Polyamid, Epoxy, Acrylate sein. Für die Erreichung einer optimalen Haftung zur Anpressplatte 3 ist die Oberfläche des Verbundwerkstoffs 5 vorzugsweise speziell geprägt, z.B. mittels Schleifen aufge- raut oder mit einem Klebstoff vorbehandelt oder mit einem Vorbehandlungs- system, wie z.B. Primer, Plasma etc. behandelt. In Figur 2 ist eine weitere Ausführungsform eines Krafteinleitungselementes 1 dargestellt. Das Krafteinleitungselement 1 besteht dabei aus Platten 12, welche den Spannanker 20 bilden und aus zungenförmigen Fortsätzen 15 mit Ausnehmungen 14, welche das Verlängerungselement 4 bilden. Die Plat- ten 12 werden mit der Lamelle 5 wie aus dem Stand der Technik bekannt verbunden. Nach dem Spannprozess wird in einem zweiten Schritt Klebstoff 6 auf den bandförmigen Verbundwerkstoff 5 im Bereich der zungenförmigen Fortsätze 15 aufgetragen. Der Klebstoff sollte dabei eine solche Konsistenz aufweisen, dass er in die durch die zungenförmigen Fortsätze gebildeten Ausneh- mungen 14 eingebracht werden kann. Aus den Diagrammen X1 Y1 und X2 Y2 ist ersichtlich, dass ein solches Krafteinleitungselement 1 die gleiche Funktion übernehmen kann wie dasjenige aus Figur 1 , wobei die Fortsätze 15 das Verlängerungselement 4 bilden. In den Figuren 3A und 3B ist ein Krafteinleitungselementes 1 in einer weiteren Ausführungsform dargestellt. Der Spannprozess kann auch hier zuerst mit einer Zugpresse erfolgen, die am Spannanker 20 temporär angeordnet wird. Darauf wird die Zuglast des Verbundwerkstoffs 5 von einer Quer- Traverse 2 übernommen. Gewindestangen 9 sind seitlich am Spannanker 20 angebracht, wobei diese Gewindestangen 9 durch die Quer-Traverse 2 des Spannankers 20 führen. Der Spannanker 20 wird über die Quer-Traverse 2 und die Gewindestange 9 in einem nicht dargestellten Verankerungsrohr bzw. Schubdorn gehalten, der in einem Bohrloch in einer Tragstruktur 10 befestigt ist. Durch Drehen einer Gewindeschraube 8 der Gewindestange 9 kann die Spannung des Verbundwerkstoff 5 erhöht werden. Klebstoff 6 wird nach dem Spannprozess des Krafteinleitungselementes 1 in Zugrichtung 11 in einem zweiten Schritt an und vor die Quer-Traverse 2 gegenüber dem Spannanker 20 auf den bandförmigen Verbundwerkstoff 5 aufgebracht. Der Klebstoff ist insbesondere pastös, um die Verarbeitung zu er- leichtern. Ein Verlängerungselement 4 wird auf die auf dem bandförmigen Verbundwerkstoff 5 liegende Klebstoffmasse 6 aufgelegt und an die Quer- Traverse 2 des Spannankers 20 geklebt und vorzugsweise mechanisch durch seitliches Schieben des Verlängerungselementes 4 in der Quer-Traverse 2 verankert. Dazu weist die Quer-Traverse klammerartige Fortsätze auf. Das Verlängerungselement 4 wird dadurch zugfest mit der Quer- Traverse 2 verbunden. Die Form des Verlängerungselementes 4 richtet sich auch hier wie in allen Beispielen nach der Materialwahl des Verlängerungselementes 4 und der Dicke des Verbundwerkstoffs 5 und wird unter anderem so gewählt, dass sich das Verlängerungselement 4 zum Verbundwerkstoff 5 hin von der Quer-Traverse weg verjüngt. Das Verlängerungselement 4 kann irgendeine Form einnehmen, bevor- zugt jedoch eine zungen- oder keilförmige Ausgestaltung innehaben, um die Spannungsspitzen optimal herabzusetzen. Auch können in das Verlängerungselement 4 in der Zugrichtung 11 einige Zentimeter lange Rippen und Falten 13 eingebracht werden, um damit für eine optimale Verklebung und einen optimalen Spannungsabbau zu sorgen. Aus den Diagrammen X1 Y1 und X2 Y2 ist ersichtlich, dass ein solches
Krafteinleitungselement 1 die gleiche Funktion übernehmen kann wie dasjenige aus Figur 1. Da die Quer-Traverse 2 nicht an den Verbundwerkstoff 5 verklebt ist, sind die Spannungsspitzen am Übergang von der Quer-Traverse 2 zum Spannanker 20 am höchsten und vermindern sich gegen Null bis zum von der Quer-Traverse 2 abgewendetem Ende der Anpressplatten 3 des Spannankers 20. Durch das Anbringen des Verlängerungselementes 4 werden zusätzliche Spannungsspitzen am Ort der Quer-Traverse 2 und des Krafteinleitungselementes 1 weitgehend verhindert. Figur 3C zeigt das Krafteinleitungssystem 1 , bei dem nach dem Spannprozess eine Verklebung 6 zwischen der Quer-Traverse 2 und dem Verbundwerkstoff 5 ausgeführt und das Verlängerungselement 4 angebracht wird. Das ergibt im Bereich der Quer-Traverse 2 einen anderen Spannungsverlauf 12 als der in der Figur 3A dargestellte, so dass auch die Quer-Traverse durch die Be- triebslast auftretende Spannungen aufnehmen kann. Die Figuren 4A und 4B zeigen, dass nach dem Spannprozess eines Krafteinleitungselementes 1 in Zugrichtung 11 in einem zweiten Schritt die Quer-Traverse 2 durch Einspritzen eines Klebstoffes 6 mit dem Verbundwerkstoff 5 verbunden wird, die Quer-Traverse 2 übernimmt somit die Funktion des Verlängerungselementes 4. Da die Quer-Traverse 2 in einem zweiten Schritt an den Verbundwerkstoff 5 verklebt wird, sind die Spannungsspitzen beim Auftreten einer Betriebslast sowohl am Ort der Quer-Traverse 2 und dem Verbundwerkstoff 5 als auch am Ort der Quer-Traverse 2 und des Krafteinleitungselementes 1 am höchsten und vermindern sich in der Zugrichtung 11.
In den Figuren 5A und 5B wird das Verlängerungselement 4 auf die Klebstoffmasse 6 auf den bandförmigen Verbundwerkstoff 5 aufgelegt und an die Quer-Traverse 2 des Krafteinleitungselementes 1 geklebt und mit mindest einer Schraube 7 fixiert. Dazu weist das Verlängerungselement 4 einen Fortsatz mit Löchern auf, durch die die Schrauben geführt und mit der Quer- Traverse verbunden werden können.
Bei der in den Figuren 6A, 6B, 6C und 6D dargestellten Ausführungs- formen ist das Verlängerungselement 4 auf der unteren Seite zum Verbundwerkstoff 5 hin speziell ausgeformt, um eine gute Verklebung und damit eine hohe Spannungsbelastung in Zugrichtung 11 zu garantieren. Das Verlängerungselement 4 wird auch hier auf den Klebstoff 6, welcher auf den bandförmigen Verbundwerkstoff 5 aufgetragen wurde, aufgelegt und ebenfalls an die Quer-Traverse 2 des Krafteinleitungselementes 1 angeklebt. Die untere Seite des Verlängerungselementes 4 zum Verbundwerkstoff 5 hin ist beispielsweise gemäss Fig. 6A keilförmig, gemäss Fig. 6C zickzack- förmig oder gemäss Fig. 6D wellenförmig. Im Bereich der Verjüngung muss auf Grund der geringen Dicke des Verlängerungselementes gegebenenfalls auf eine spezielle Ausformung verzichtet werden. Diese obigen beschriebenen Formgebungen können auch bei der Quer-Traverse 2 angewendet werden. In der Figur 7 ist eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Verlängerungselementes dargestellt. Wie bereits früher dargelegt, kann das Verlängerungselement 4 an sich irgendeine Form einnehmen, bevorzugt sind jedoch solche Ausgestaltungen wie zungen-, keilförmige oder hyperbolische, welche die Spannungsspitzen optimal herabzusetzen. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere Verlängerungselemente welche eine keilförmige oder hyperbolische Verjüngung aufweisen, diese Funktion optimal erfüllen. Die hyperbolische Verjüngung sollte dabei vorzugsweise so ausgeführt werden, dass das Verlängerungselement bei halber Distanz / Länge des Verlängerungsele- ment eine maximale Dicke von 10 mm, vorzugsweise weniger als 5 mm aufweist. Die hyperbolische Form kann natürlich auch anders ausgeführt werden und muss jeweils den zu erwartenden Spannungsverhältnissen angepasst werden.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. So ist z.B. die spezielle Ausgestaltung der Verlängerungselemente 4 an sich beliebig und es sind auch Kombinationen oder auch andere Ausführungsformen der in der Fig. 6 gezeig- ten Ausführungsformen möglich. Neben den hier gezeigten bandförmigen Verbundwerkstoffen können mit dem Verlängerungselement natürlich auch andere bandförmigen Werkstoffe und Lamellen welche zum Verstärken von Tragstrukturen verwendet werden mit dem Verlängerungselement ausgestattet werden und so die Tragkraft er- höht werden. Das Verlängerungselementes 4 kann natürlich auch bereits mit dem Spannanker 20 verbunden sein, oder mittels Kleben oder mechanischen Mitteln mit dem Spannanker 20 und / oder dem bandförmigen Werkstoff verbunden werden. Bezugszeichenliste
1 Krafteinleitungselement
2 Quer-Traverse
3 Anpressplatte
4 Verlängerungselement
5 Bandförmiger Werkstoff, insbesondere Verbundwerkstoff
6 Klebstoff
7 Schrauben
8 Gewindeschraube
9 Gewindestange
10 Tragstruktur
11 Zugrichtung
12 Anpressplatte
13 Rippen
14 Ausnehmung
15 Fortsatz
20 Spannanker

Claims

Patentansprüche
1. Krafteinleitungselement (1 ) umfassend einen Spannanker (20) zur Verankerung eines bandförmigen Werkstoffs (5), insbesondere eines Ver- bundwerkstoffs, an einer Tragstruktur (10), wobei der bandförmige Werkstoff (5) mittels des Spannankers (20) vorgespannt wird, dadurch gekennzeichnet, dass im Übergangsbereich vom Spannanker (20) zum bandförmigen Werkstoff (5) nach dem Spannvorgang ein Verlängerungselement (2, 4, 15) angeordnet ist, und dass das Verlängerungs- element mit dem bandförmigen Werkstoff (5) und dem Spannanker (20) in Wirkverbindung steht.
2. Krafteinleitungselement (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verlängerungselement (2, 4, 15) mit dem Verbundwerkstoff (5) mechanisch und/oder mit einem Klebstoff (6) verbunden ist.
3. Krafteinleitungselement (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verlängerungselement eine Quer-Traverse (2) und / oder ein Fortsatz (15) des Spannankers ist.
Krafteinleitungselement (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verlängerungselement (4) mit dem Spannanker (20) und / oder einer Quer-Traverse (2) des Spannankers (20) mechanisch und/oder mit einem Klebstoff (6) verbunden ist.
5. Krafteinleitungselement (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verlängerungselement (2, 4, 15) insbesondere eine hyperbolische, zungen- oder keilförmige Form besitzt und sich zum Verbundwerkstoff (5) in Richtung zur Mitte des Werkstof- fes (5) hin verjüngt.
6. Krafteinleitungselement (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verlängerungselement (4) aus einem duktilen Material, insbesondere aus Aluminium, Stahl oder Titan besteht.
7. Krafteinleitungselement (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Verbundwerkstoff (5) gegenüberliegende Seite des Verlängerungselementes (2, 4, 15) eine vergrößerte und strukturierte Oberfläche besitzt und insbesondere keil-, zick- zack- oder wellenförmig ausgeführt ist.
8. Verlängerungselement (2, 4, 6) für einen Spannanker (20), welcher zur Verankerung eines bandförmigen Werkstoffs (5), insbesondere eines Verbundwerkstoffs, an einer Tragstruktur (10) dient, wobei der Ver- bundwerkstoff (5) mittels des Spannankers (20) vorgespannt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verlängerungselement (4) so ausgestaltet ist, dass es mit dem bandförmigen Werkstoff (5) und dem Spannanker (20) in Wirkverbindung bringbar ist und dass es zusätzliche Spannungsspitzen bei Beanspruchungen des bandförmigen Werkstoffes (5) oberhalb der Vorspannlast verhindert.
9. Verlängerungselement (2, 4, 6) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verlängerungselement eine Quer-Traverse (2) und / oder ein Fortsatz (15) des Spannankers ist.
10. Verlängerungselement (2, 4, 6) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verlängerungselement (2, 4, 15) insbesondere eine hyperbolische, zungen- oder keilförmige Form besitzt und sich zum Verbundwerkstoff (5) in Richtung zur Mitte des Werkstoffes (5) hin ver- jungt.
11. Verlängerungselement (2, 4, 6) nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verlängerungselement (4) aus einem duktilen Material, insbesondere aus Aluminium, Stahl oder Titan besteht.
12. Verlängerungselement (2, 4, 6) nach Anspruch 8, 9, 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die dem Verbundwerkstoff (5) gegenüberliegende Seite des Verlängerungselementes (2, 4, 15) eine vergrößerte und strukturierte Oberfläche besitzt und insbesondere keil-, zickzack- oder wellenförmig ausgeführt ist.
13. Verfahren zur Erhöhung der Zuglast eines bandförmigen Werkstoffes (5), insbesondere eines Verbundwerkstoffs, wobei der bandförmige Werkstoff (5) mittels eines Spannankers (20) vorgespannt wird, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Spannprozess im Übergangsbereich vom Spannanker (20) zum bandförmigen Werkstoff (5) ein Verlängerungselement (2, 4, 6) zur Verhinderung von zusätzlichen Spannungsspitzen bei Beanspruchungen des Werkstoffes (5) oberhalb der Vorspannlast mit dem Verbundwerkstoff (5) und dem Spannanker (20) ver- bunden wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verlängerungselement (4) mit dem Verbundwerkstoff (5) mechanisch und/oder mit einem Klebstoff (6) verbunden wird.
15. Verwendung eines Krafteinleitungselements (1 ) nach Ansprüchen 1 bis 7 zur Verstärkung einer Tragstruktur (10), insbesondere einer Betonstruktur.
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