WO2013113442A1 - Verstärkungssystem für bauwerke - Google Patents

Verstärkungssystem für bauwerke Download PDF

Info

Publication number
WO2013113442A1
WO2013113442A1 PCT/EP2012/075515 EP2012075515W WO2013113442A1 WO 2013113442 A1 WO2013113442 A1 WO 2013113442A1 EP 2012075515 W EP2012075515 W EP 2012075515W WO 2013113442 A1 WO2013113442 A1 WO 2013113442A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
anchoring
reinforced plastic
section
fiber reinforced
angle
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/075515
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ralf Goller
Bernhard Plaggenborg
Horst Peters
Josef Paula
Jürgen Klinger
Original Assignee
Sgl Carbon Se
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sgl Carbon Se filed Critical Sgl Carbon Se
Publication of WO2013113442A1 publication Critical patent/WO2013113442A1/de

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • E04G2023/0251—Increasing or restoring the load-bearing capacity of building construction elements by using fiber reinforced plastic elements

Definitions

  • the present invention relates to a reinforcing system, in particular for structures, which comprises at least one tension-absorbing tension section and at least two anchoring sections for anchoring the at least one tension section to a structure to be reinforced.
  • Such reinforcement systems are used in various fields, especially in construction, such as to increase the carrying capacity of structures, in particular for the subsequent increase in the carrying capacity of buildings, or to restore the original carrying capacity of buildings as part of a renovation.
  • An exemplary application is the use of such a reinforcement system as a jig in bridges.
  • the tension section of such a reinforcement system can be designed, in particular, as an elongate band or lamella or as a cable for receiving tensile forces along its longitudinal axis.
  • the tensile portion is fixed by means of the anchoring portions at corresponding points of the structure, such as corresponding concrete surfaces of the building, preferably under a bias.
  • anchoring to the respective concrete surface dowel anchors or anchored steel or attached to another fastener.
  • a strong and secure connection between the tension portion and the two anchoring portions of the reinforcement system and optionally between the anchoring portions of the reinforcement system and the respective fasteners attached to the structure is essential.
  • steel anchors are problematic for the aforementioned applications because of their relatively high weight and susceptibility to corrosion.
  • connection process must be carried out under predetermined conditions that are often not to comply with the necessary accuracy on a construction site. For example, bonds must often be performed at a defined and constant humidity.
  • Particularly difficult may be a gluing of the tension section with the anchoring sections, if they are made of dissimilar materials, such as the anchoring sections made of steel and the pulling section made of plastic.
  • this object is achieved in that in a reinforcement system described above, which comprises at least one tensile element receiving tensile section and at least two anchoring sections for anchoring the at least one tensile section to a structure to be reinforced, the at least one tensile section and the at least two anchoring sections are permanently connected to each other , and in that each of the at least one tensile portion and the at least two anchoring portions is at least partially composed of at least one glass fiber reinforced plastic and / or at least one carbon fiber reinforced plastic.
  • a permanent connection of two or more sections is understood in the context of the present invention, a compound having such a high strength that the interconnected sections can not be separated from each other without destroying each other.
  • the anchoring sections and preferably at the manufacturer, are connected to the tension section under standardized and monitored process conditions, with the reinforcing system produced in such a way being delivered to the sections which are not detachably connected to each other - as a single component, so that a uniform and high Quality of the amplification system is ensured.
  • the installation of the amplification system is facilitated since only one component is to be handled on the construction site. Error in the gluing or jamming of anchor bodies on the associated drawstring, wel may be particularly critical in the reinforcement of structures are excluded from the outset in a system designed according to the invention.
  • both the traction section and the anchoring sections of the composite reinforcement system are based on glass fiber reinforced and / or carbon fiber reinforced plastic, both corrosion problems of the reinforcement system and tension in the reinforcement system, for example, due to different expansion coefficients of the individual sections avoided or at least considerable loan reduced. Also, the weight of the amplification system is reduced so cheaper way.
  • Fiber-reinforced composites are distinguished not only by a high rigidity, but also by a very high strength, in particular in the fiber direction, a low density compared to steel and a low thermal expansion.
  • the pulling section and the anchoring sections can be composed of the same fiber composite material or fiber composites different from each other.
  • At least one of the at least one tensile section and the at least two anchoring sections and more preferably each of the at least one tensile section and the at least two anchoring sections is completely composed of a glass fiber reinforced plastic and / or a carbon fiber reinforced plastic.
  • a glass fiber reinforced plastic and / or a carbon fiber reinforced plastic Such a design ensures a particularly low weight and the avoidance of any corrosion problems.
  • At least one of the at least two anchoring sections has a recess for receiving a fastening element, in particular a bore extending perpendicularly to the longitudinal axis of the pulling section, wherein the at least one anchoring section is at least in the region of the recess and preferably completely made of at least a glass fiber reinforced plastic and / or at least one carbon fiber reinforced plastic is composed.
  • the recess enables a positive connection between the reinforcing system and an associated fastening element, such as an anchor bolt.
  • two opposite notches may be provided as positive locking means. Due to the provided at least at the recess fiber reinforced composite is the critical area in which a force introduction line from the outside into the reinforcement system, given a high hardness and strength without a heavy steel component must be provided.
  • a sleeve member which is at least partially and preferably completely composed of at least one glass fiber reinforced plastic and / or at least one carbon fiber reinforced plastic.
  • a sleeve member causes a more even distribution of the forces transmitted from a fastener to the reinforcement system.
  • a sleeve element can be used to cover open fibers present on the wall of the recess and thus additionally reinforce the recess.
  • a sleeve member may be provided, for example, a wound tube of glass fiber reinforced plastic and / or carbon fiber reinforced plastic.
  • Said recess and any suitable shape of the anchoring portion for receiving a fastener can be generated by a shaping processing of the reinforcing system according to the invention, for example by already mentioned holes.
  • a preferred embodiment of the reinforcing system according to the invention has an anchoring section which has no damage to the fiber structure caused by shaping processing and nevertheless recesses or having other suitable shapes for receiving a fastener. This can be achieved by integrating the shape design in the production of the anchoring section, for example by inserting the still shapeable fiber structure of the anchoring section into a (press) mold which provides suitable recesses.
  • dry fiber structures may be placed in the mold and subsequently infused with the matrix material of the composite.
  • a subsequent shaping of the anchoring portion is unnecessary and damage to the fibers of the anchoring portion thereby can be avoided.
  • the fiber structures at the recesses, which are predetermined by the (press) form can be targeted. This causes an increase in the stability of the anchoring portion
  • the pulling section is already connected to it in the shaping production method of the anchoring section.
  • the pulling section can, with one of its ends, protrude into the mold at a designated point of the (press) mold and thus be laminated with the fiber structure of the anchoring section.
  • At least a part of the fibers of the glass fiber reinforced plastic and / or carbon fiber reinforced plastic from which the at least one tensile portion is at least partially assembled is oriented at least substantially parallel to each other and at least one part the fibers of the glass fiber reinforced plastic and / or carbon fiber reinforced plastic in which the at least two anchoring sections are at least partially assembled, oriented at least substantially parallel to one another and have a fiber direction which is at least partially composed of the direction of the fibers of the glass-fiber reinforced plastic and / or carbon fiber reinforced plastic from which the at least one tensile section is composed; differs.
  • the expression "substantially parallel to one another” means that the directions of these fibers to a reference axis are each less than 10 °, preferably less than 5 °, particularly preferably less than 2 °, very particularly preferably differ by less than 1 °, and most preferably by less than 0.5 °.
  • the fibers of the tensile portion are preferably oriented in the direction of the tensile forces encountered, for example in the longitudinal direction of the drawstring or hauling rope, such uniform longitudinal orientation of the fibers at the anchoring portions may be problematic.
  • transverse forces also occur during use of the reinforcement system.
  • the deviation of the fiber directions is at least 10 °, preferably at least 25 °, particularly preferably at least 45 °, particularly preferably at least 70 °, very particularly preferably at least 80 ° and most preferably about 90 °.
  • At least one of the at least two anchoring sections and preferably each of the at least two anchoring sections is composed of at least two superimposed layers, wherein at least two and preferably all of the at least two layers of at least one glass fiber reinforced plastic and / or at least one carbon fiber reinforced plastic are composed. Furthermore, in this embodiment, it is preferably provided that in at least two and preferably in each of the at least two layers at least a part of the fibers is oriented substantially parallel to one another and the fibers of at least one of the layers have a direction which depends on the direction of the Fibers deviates at least one other of the layers.
  • Such a layer structure has a compensatory effect with regard to the thermal expansion and the modulus of elasticity, so that undesired material strains are avoided.
  • the deviation of the fiber directions in the above-mentioned embodiment is at least 10 °, preferably at least 25 °, particularly preferably at least 45 °, more preferably at least 70 °, most preferably at least 80 ° and most preferably about 90 °.
  • a combination of these different angles for the deviation of the fiber directions is particularly preferred. This is particularly helpful in avoiding cracks.
  • the reinforcement system may comprise a tensile portion in which at least a portion of the fibers therein are oriented at least substantially parallel to the longitudinal axis of the tensile portion, the fibers of the layer adjacent to the tensile portion at least one anchoring portion and preferably each of the at least two anchoring portions at least in the Are oriented substantially parallel to each other and have a direction which deviates from the direction of the fibers of the Zugabitess.
  • the deviation of the fiber directions is again in particular at least 10 °, preferably at least 25 °, particularly preferably at least 45 °, particularly preferably at least 70 °, very particularly preferably at least 80 ° and most preferably about 90 °.
  • the fibers of the tensile and connecting portions of the reinforcement system may be present in any conceivable fiber structure.
  • good results are achieved particularly in the embodiments in which the fibers are at least partially aligned in parallel and with a specific fiber direction when the fibers are present in at least one and preferably in each of the at least two layers in a fiber structure selected from the group which consists of unidirectional layers, woven, knitted, knitted and braided.
  • the fiber direction is defined by the longitudinal axis of the fibers, while in the case of woven, knitted, knitted and braided fabrics, the fiber direction is defined along a preferred longitudinal axis, such as in a fabric through the direction of the warp.
  • Particularly good can be a formation and transmission of cracks, in particular in the areas of anchoring sections, which are in contact with the fasteners and the Zugabites (s) are counteracted, if the fiber directions of the at least two superimposed layers at least one and preferably each of the at least two anchoring sections are arranged alternately at at least a first angle and a second angle with respect to a longitudinal axis of the tensile section, wherein the first angle is preferably -15 ° to + 15 °, more preferably -5 ° to + 5 ° and most preferably 0 ° is, and wherein the second angle is preferably 60 ° to 120 °, more preferably 80 ° to 90 ° and most preferably 90 °.
  • the fiber structure is a scrim, ie a biaxial scrim is used in which the sequence of the angles in adjacent layers is particularly preferably 0 90 °.
  • An alternative embodiment provides that the fiber directions of the at least two superimposed layers of at least one and preferably each of the at least two anchoring sections are arranged alternately at at least a first angle and a second angle relative to a longitudinal axis of the traction section, wherein the first angle preferably 30 ° to 60 °, more preferably 40 ° to 50 ° and most preferably 45 °, and wherein the second angle is preferably -30 ° to -60 °, more preferably -40 ° to -50 °, and most preferably 45 °.
  • the fiber structure is a scrim, i. a biaxial scrim is used in which the sequence of angles in adjacent layers is more preferably -457 + 45 °.
  • At least one and preferably each of the at least two anchoring sections is composed of at least three layers arranged one above the other, wherein the directions of the fibers are at least three superimposed layers are arranged alternately at at least a first angle, a second angle and a third angle with respect to a longitudinal axis of the Zugabitess, wherein one of the three angles preferably -15 ° to 15 °, more preferably -5 ° to 5 ° and most preferably 0 °, a second of the three angles is preferably 30 ° to 60 °, more preferably 40 ° to 50 ° and most preferably 45 °, and the third of the three angles is preferably -30 ° to -60 °, especially preferably -40 ° to -50 ° and most preferably -45 °.
  • a particularly good derivative of the forces is achieved by a configuration with exactly three different angles and a scrim as a fiber structure.
  • Such a clutch is also referred to as a triaxial clutch.
  • the sequence of the first, second and third angles is preferably 0-45 + 45 ° or 07 + 457-45 °.
  • At least one and preferably each of the at least two anchoring sections can be composed of at least four layers arranged one above the other, the fiber directions of the at least four layers arranged one above the other being alternately at least at a first angle, a second angle, a third angle and a fourth angle are arranged on a longitudinal axis of the tensile section, wherein one of the four angles is preferably 30 ° to 60 °, more preferably 40 ° to 50 ° and most preferably 45 °, a second of the four angles preferably -30 ° to -60 ° , more preferably -40 ° to -50 ° and most preferably -45 °, a third of the four angles is preferably 60 ° to 120 °, more preferably 80 ° to 100 ° and most preferably 90 ° and the fourth of the four Angle is preferably -15 ° to 15 °, more preferably -5 ° to 5 ° and most preferably 0 °.
  • the fiber structure is a scrim.
  • a clutch is also referred to as a quadrangular clutch.
  • the sequence of the first, second, third and fourth angles is 07-457 + 45790 °, 07 + 457-45790 °,
  • the at least two layers may be interconnected by any method. It is particularly preferred if the at least two layers are hot-pressed together, because this results in a particularly good layer composite.
  • RTM res / n transfer molding
  • vacuum infusion method a compound of the layers using an RTM (“res / n transfer molding”) method or a vacuum infusion method.
  • an adhesive tape can be arranged in each case between adjacent layers of the at least two layers.
  • the fiber-reinforced plastics of the at least two layers preferably have the same matrix material. This is contrary to a simple and inexpensive production. In addition, tensions due to different thermal expansions of the materials are avoided.
  • the layers of fiber reinforced plastics are arranged to form a symmetrical structure with respect to the center axis of the reinforcement system. This also prevents deformation and internal stresses
  • the fiber composites used according to the invention may contain as matrix material any material known to the person skilled in the art for this purpose.
  • the matrices of the fiber reinforced plastics of the at least one tensile section and the at least two anchoring sections are independently composed of a material selected from the group consisting of epoxy resins, phenolic resins, vinyl ester resins, polyester resins, benzoxazine resins. zen, novolacs, cyanate ester resins, bismaleimide resins, bisoxazolines and any mixtures of two or more of the above compounds.
  • the at least two anchoring sections are adhesively bonded to the tensile section, preferably with an adhesive based on epoxy resin or polyurethane. This results in an increased strength compared to a separation of the anchoring sections of the tension section compared to a clamping.
  • the at least one pulling section is preferably designed in the form of a band, wherein each anchoring section is formed by two anchoring units which are provided on opposite flat sides of the at least one pulling section. This results in a particularly large-area connection between the tension section and anchoring section and consequently an increased resistance to separation of the anchoring sections from the tension section. Ribbon-shaped tensile sections of reinforcement systems are also referred to as "slats".
  • the ends of the at least one pulling section are each connected to one of the at least two anchoring sections. The ends can be fixed by means of anchoring sections reliably on a building or on different parts of a building.
  • the fiber-reinforced plastic of the at least one tensile section and the fiber-reinforced plastic of the at least two anchoring sections preferably have the same matrix material. Furthermore, it is provided according to a further embodiment, that the at least one tensile section is composed exclusively of a carbon fiber reinforced plastic and the at least two anchoring sections are composed exclusively of a carbon fiber reinforced plastic or at least one layer of carbon fiber reinforced plastic and at least one layer of glass fiber reinforced plastic. By providing at least one layer of fiberglass reinforced plastic, the rigidity of the anchoring sections can be adjusted, if required by the application requirements.
  • a layer of fiberglass-reinforced plastic is used on the surface of the anchoring section. This is for electrical insulation, whereby the electrochemical corrosion between anchoring portion and, for example, a steel bolt to which the anchoring portion is attached or suspended, can be prevented, but at least delayed.
  • the at least two anchoring sections are each made of fiber-reinforced plastic with a fiber volume content between 20 vol .-% and 95 vol .-%, preferably between 50 vol .-% and 70 vol .-% and particularly preferably between 55 vol. -% and 65 vol .-% are composed. This achieves particularly good results in terms of strength and durability.
  • At least one and preferably each of the at least two anchoring sections is widened from a first, smaller thickness to a second, larger thickness to form a flange.
  • the flange causes a stepped voltage transmission from the anchoring portion to the pulling portion. This counteracts voltage overshoots and cracks. A particularly smooth voltage transition is achieved in this embodiment, when the flange is inclined with respect to the longitudinal axis of the tensile section.
  • the flange is inclined with respect to a longitudinal plane defined by the band-shaped pulling section by 3 ° to 45 °, preferably between 7 ° and 30 ° and particularly preferably between 10 ° and 20 ° is.
  • the length of the flange in the direction of the longitudinal axis of the Zugabitess seen at least 5%, more preferably between 10% and 70% and most preferably between 20% and 40% of the length of the anchoring portion in question. This avoids a tension increasing edge between the thinner and thicker portions of the anchoring portion and increases the tensile strength of the reinforcement system.
  • a further embodiment of the invention provides that the thickness of at least one and preferably each of the at least two anchoring sections, viewed in a direction perpendicular to the longitudinal axis of the tension section, is at least three times, preferably four times to six times, the thickness of the at least one tensile section.
  • the reinforcing system is at least partially encased with an elastomeric and / or thermoplastic and / or thermosetting plastic system.
  • This coating not only protects the matrix material against environmental influences, such as sunshine, "acid” rain or wind with dust particles, but also makes the handling of the amplification system much easier.
  • the preferred flat trained train section is without such a jacket at its edge particularly sensitive, especially shock-sensitive, which requires increased care in transport and installation of the amplification system. The sheathing prevents or at least reduces the lowering of the strength due to edge injuries.
  • Another advantage of this embodiment is the possibility of using less expensive matrix systems, such as e.g. non-alkali-resistant resin systems. Because without encapsulation, preference is given to using alkali-resistant resin systems, since the load-bearing structure of the tensile section or of the tension element is exposed directly to external influences. By means of a plastic sheath according to the preferred embodiment of the present invention, it is no longer necessary, or only to a lesser extent, for the resin system of the matrix of the fiber composite material to be equipped with additives or foreign substances which protect it from environmental influences.
  • the translation factor describes what proportion of the theoretical fiber strength is transferred into the component. With a theoretical breaking force of, for example, 100 kN and a measured breaking force of 80 kN, the translation factor is 80%. In comparison measurements of identical tensile sections, wherein one of the tensile sections additionally had a shell of TPU, a thermoplastic polyurethane, while the other had no shell, the translational factor without sheathing was 87%, but with sheathing 94%.
  • a casing which is fire-resistant, in particular meets the fire protection standard UL94 with a rating V-0, such as TPU with a flame retardant.
  • UL94 fire protection standard
  • V-0 rating
  • a high proportion of flame retardant must be incorporated into the matrix material as an impurity. This high level of impurity, in turn, reduces the strength of the matrix material and thus of the overall reinforcement system and also causes problems in the production process of the material traction section.
  • the proportion of flame retardant in the matrix material of the tensile section or also of the anchoring section can be reduced, whereby at the same time the mechanical properties of the matrix material are also improved.
  • plastic materials for the sheath are thermoplastic elastomers based on polyurethane, polyamide and / or polyester, natural and synthetic rubbers and thermoplastics such as polyamide, polyethylene, polypropylene and polyethersulfone.
  • thermoplastic polymers polyamide is particularly preferred.
  • the casing is produced in a continuous process immediately after the production of the tensile section by means of extrusion.
  • the anchoring section can subsequently be connected either directly to the sheathed tension section or, before the anchoring section is connected to the sheathed tension section, to be sheathed at the tension section in the region of the anchoring sections to be attached be removed again, for example by means of a suitable solvent or by thermal and / or mechanical methods.
  • the advantage of the variant in which the anchoring section is laminated directly onto the exposed fiber composite structure is an increase in the load capacity of the overall system, since the stress peak in the region of the laminated anchoring section is reduced.
  • the anchoring portion is glued directly to the Ummante- ment.
  • the plastic of the sheath is preferably melted and glued the anchoring portion with the molten plastic directly.
  • a crucial parameter here is the bond strength between the materials of the sheathing on the one hand and the matrix of the composite material of the anchoring section and the tensile section on the other hand.
  • Particularly preferred in this regard is a combination of polyurethane elastomer-based material of the sheath and epoxy resin-based matrix material of the composite material in the anchoring section and the tensile section.
  • the anchoring section is sheathed, in particular with a suitable plastic of the sheath, such as a reactive polyurethane elastomer is surrounded.
  • the anchoring portion can be encased by shrinking with a plastic tube. The hose is pulled over the anchoring section and heated. As a result of the heating, the plastic material of the hose contracts and thus tightly encloses the anchoring section.
  • the plastics suitable for the shrink-wrap technique are known to those skilled in the art and their selection is not particularly limited. However, it is also possible to subsequently encase a finished reinforcement system according to the invention, preferably by encapsulating the complete reinforcement system with a suitable plastic of the jacket, such as, for example, a reactive polyurethane elastomer.
  • An alternative, preferred method to subsequently encase the finished reinforcement system according to the invention consists in shrinking with a plastic hose.
  • the hose is pulled over the reinforcement system and heated.
  • the plastics suitable for the shrink-wrap technique are known to those skilled in the art and their selection is not particularly limited.
  • the present invention also relates to the use of a reinforcing system as described above for reinforcing structures, such as for reinforcing bridges.
  • FIG. 1 is a partial perspective view of an amplification system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view of the reinforcement system of FIG. 1.
  • FIG. 1 is a partial perspective view of an amplification system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view of the reinforcement system of FIG. 1.
  • FIG. 1 is a partial perspective view of an amplification system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view of the reinforcement system of FIG. 1.
  • FIG. 3 shows a longitudinal section through the reinforcement system according to FIG.
  • FIG. 1. 4 is an enlarged partial view of an anchoring portion of FIG.
  • the reinforcing system 10 shown in FIGS. 1 and 2 serves to reinforce structures, in particular for bracing bridges, and has a band-shaped tension section 12, which is also referred to as a "lamella".
  • the tensile portion 12 only partially shown is formed by a single sheet of carbon fiber reinforced plastic (CFRP) and serves to absorb tensile forces in the direction of its longitudinal axis L.
  • CFRP carbon fiber reinforced plastic
  • UD layer unidirectional layer
  • each anchoring portion 14 At the two axial ends of the pulling portion 12 each have an anchoring portion 14 are provided, of which in Figs. 1 and 2 only one is shown.
  • the pulling section 12 can be fixed under prestress to a structure to be reinforced or to the relevant building parts.
  • Each anchoring section 14 is composed of two similar anchor bodies 16A, 16B, which are glued onto opposite flat sides of the pulling section 12 in such a way that in each case there is a non-detachable connection between the pulling section 2 and the corresponding anchoring section 14.
  • each anchor body 16A, 16B In the direction of the longitudinal axis L and viewed from the center of the pulling section 12, each anchor body 16A, 16B is divided into an output section 18, a transition section 19 and an end section 20.
  • the end portion 20 has a greater thickness than the output portion 18, so that with respect to the longitudinal axis L obliquely extending transition portion 19 forms a flange 21.
  • a through hole 22 running at right angles to the longitudinal axis L extends through both anchor bodies 16A, 16B and through the pulling section 12.
  • the through hole 22 is used the inclusion of a fastener, such as an anchor bolt, so as to allow a positive connection between the reinforcement system 10 and, for example, a concrete surface of a building.
  • a fastener such as an anchor bolt
  • the anchor bodies 16A, 16B of the anchoring sections 14 in this embodiment are composed of a mixture of carbon fiber reinforced plastic (CFRP) and glass fiber reinforced plastic (GRP).
  • CFRP carbon fiber reinforced plastic
  • GRP glass fiber reinforced plastic
  • the rigidity of the anchoring section 14 can be adapted to the application by adding glass-fiber-reinforced plastic.
  • each of the anchor bodies 16A, 16B is not formed by a single planar layer of fiber-reinforced plastic, but rather by a stacked arrangement of a plurality of planar layers 24, 24 ', 24 "made of fiber-reinforced plastic. , 24 "are hot pressed together and in turn connected by means of an adhesive layer 26 shown in FIG. 4 with the surface of the pulling portion 12.
  • the fibers of the fiber reinforced plastic of the anchor bodies 16A, 16B are not all aligned in the direction of the longitudinal axis L in order to reduce the risk of splicing of the anchoring portion 14 and the associated tearing of a fastener received in the through bore 22.
  • all the layers 24, 24 ', 24 "have a unidirectional fiber structure, wherein the fibers of the layers 24, 24', 24", viewed from the adhesive layer 26 to the outside, are each at an angle of 90 °, 45 ° to the longitudinal axis °, -45 ° and 0 ° are aligned.
  • the anchoring portions 14 can thus also absorb transverse forces effectively and cause a favorable force distribution.
  • the flange 21 causes a gradual, ie not abrupt transmission of the force on the Zugab- section 12 and thereby reduces unwanted voltage increases.
  • one of the anchoring sections 14 is fastened to the concrete surface of a structural part by means of a bolt guided through the through-hole 22 and not shown in the figures.
  • This anchoring portion 14 forms a fixed anchor of the reinforcement system 10.
  • a tensile stress is exerted on the second anchoring portion 14, so as to set the tensile portion 12 in a prestressed state.
  • the second anchoring section 14 forming a tension anchor is then likewise fastened to the concrete surface of a building part.
  • the pulling section 12 and the two anchoring sections 14 are made of the same type of material - namely carbon fiber reinforced and / or glass fiber reinforced plastic - avoids corrosion and tension problems and reduces the weight of the reinforcement system.
  • the reinforcement system 10 consists of non-releasably connected sections 12, 14, ie is present as a one-piece component, installation on site is particularly easy.
  • the bonding of the layers 24, 24 ', 24 "with each other and with the pulling section 12 at the manufacturer can be carried out under controlled conditions and is later no longer to be affected, so that as a result, a high quality assurance standard can be achieved.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Working Measures On Existing Buildindgs (AREA)
  • Bridges Or Land Bridges (AREA)

Abstract

Ein Verstärkungssystem für Bauwerke umfasst wenigstens einen Zugkräfte aufnehmenden Zugabschnitt undwenigstens zwei Verankerungsabschnitte zum Verankern des wenigstens einen Zugabschnitts an einem zu verstärkenden Bauwerk. Der wenigstens eine Zugabschnitt und die wenigstens zwei Verankerungsabschnittesind unlösbar miteinander verbunden. Weiterhin ist jeder des wenigstens einen Zugabschnitts und der wenigstens zwei Verankerungsabschnitte zumindest teilweise aus wenigstens einem glasfaserverstärkten Kunststoff und/oder wenigstens einem carbonfaserverstärkten Kunststoff zusammengesetzt.

Description

Verstärkunqssvstem für Bauwerke
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verstärkungssystem insbesondere für Bauwerke, welches wenigstens einen Zugkräfte aufnehmenden Zugabschnitt und wenigstens zwei Verankerungsabschnitte zum Verankern des wenigstens einen Zugabschnitts an einem zu verstärkenden Bauwerk umfasst. Derartige Verstärkungssysteme kommen in verschiedenen Bereichen insbesondere des Bauwesens zum Einsatz, wie beispielsweise zur Erhöhung der Tragfähigkeit von Bauwerken, insbesondere auch zur nachträglichen Erhöhung der Tragfähigkeit von Bauwerken, oder zur Wiederherstellung der ursprünglichen Tragfähigkeit von Bauwerken im Rahmen einer Sanierung. Eine beispielhafte Anwendung ist die Verwendung eines solchen Verstärkungssystems als Spannvorrichtung bei Brücken. Der Zugabschnitt eines solchen Verstärkungssystems kann insbesondere als längliches Band bzw. Lamelle oder auch als Seil zur Aufnahme von Zugkräften entlang seiner Längsachse ausgebildet sein. Dabei wird der Zugabschnitt mittels der Verankerungsabschnitte an entsprechenden Stellen des Bauwerks, wie entsprechenden Betonoberflächen des Bauwerks, befestigt, und zwar vorzugsweise unter einer Vorspannung. Beispielsweise können zur Verankerung an der jeweiligen Betonoberfläche Fest- oder Spannanker aus Stahl angedübelt oder mit einem anderen Befestigungselement angebracht werden. Damit das Verstärkungssystem dessen Aufgabe zufriedenstellend erfüllen kann, ist eine feste und sichere Verbindung zwischen dem Zugabschnitt und den beiden Verankerungsabschnitten des Verstärkungssystems sowie gegebenenfalls zwischen den Verankerungsabschnitten des Verstärkungssystems und den jeweiligen an dem Bauwerk angebrachten Befestigungselementen wesentlich. Dabei kann der Zugabschnitt mit den Verankerungsabschnitten des Verstärkungssystems durch einen Klebstoff oder durch Klemmen verbunden sein, wie dies beispielsweise in der
EP 1 397 569 B1 offenbart ist.
Allerdings sind Stahlanker für die vorstehend genannten Anwendungen aufgrund ihres vergleichsweise hohen Gewichts und ihrer Korrosionsanfälligkeit problematisch. Außerdem kann es beim Anbringen der Anker am Zugabschnitt vor Ort, also beispielsweise auf einer Baustelle, zu kritischen Qualitätseinbußen des Verstärkungssystems kommen, da der Verbindungsprozess unter vorgegebenen Bedingungen erfolgen muss, die auf einer Baustelle oft nicht mit der nötigen Exaktheit einzuhalten sind. Beispielsweise müssen Verklebungen häufig bei einer definierten und konstanten Luftfeuchtigkeit durchgeführt werden. Besonders schwierig kann ein Verkleben des Zugabschnitts mit den Verankerungsabschnitten sein, wenn diese aus artfremden Materialien bestehen, beispielsweise die Verankerungsabschnitte aus Stahl und der Zugabschnitt aus Kunststoff. Ein weiteres Prob- lern besteht darin, dass auf Baustellen oft kein geschultes Personal zur zuverlässigen Durchführung des Befestigungsvorgangs zur Verfügung steht, so dass der Zusammenbau in der Praxis oftmals nicht vorschriftsmäßig durchgeführt wird, infolge dessen das Verstärkungssystem seine Funktion nur unzureichend erfüllt. Die Verankerungsabschnitte aus Stahl werden auch teilweise bereits im Werk mit dem Zugabschnitt verbunden und das Verstärkungssystem vorkonfektioniert ausgeliefert. Neben den Nachteilen bedingt durch den unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizient bei artfremden Materialien in Verankerungsabschnitt und Zugabschnitt, die Korrosion des Stahls und dem hohen Gewicht des Stahls (was unter anderem das Handling des Verstärkungssystems erschwert: Das Anbringen der Anker z.B. an einer Brückenunterseite erfordert meist spezielle Hebevorrichtungen) kommt hier ein weiterer Nachteil hinzu, nämlich, dass die Gefahr der Beschädigung des Verstärkungssystems während des Transports erhöht wird.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verstärkungssystem insbesondere für Bauwerke bereitzustellen, dass sich durch eine erhöhte Festig- keit und Beständigkeit auszeichnet und gleichzeitig einen einfachen Aufbau aufweist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass bei einem eingangs beschriebenen Verstärkungssystem, welches wenigstens einen Zugkräfte aufnehmenden Zugabschnitt und wenigstens zwei Verankerungsabschnitte zum Verankern des wenigstens einen Zugabschnitts an einem zu verstärkenden Bauwerk umfasst, der wenigstens eine Zugabschnitt und die wenigstens zwei Verankerungsabschnitte unlösbar miteinander verbunden sind, und dadurch, dass jeder des wenigstens einen Zugabschnitts und der wenigstens zwei Verankerungsabschnitte zumindest teilweise aus wenigstens einem glasfaserverstärkten Kunststoff und/oder wenigstens einem carbonfaserverstärkten Kunststoff zusammengesetzt ist. Unter einer unlösbaren Verbindung von zwei oder mehr Abschnitten wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Verbindung verstanden, die eine derart hohe Festigkeit aufweist, dass die miteinander verbundenen Abschnitte nicht zerstörungsfrei voneinander getrennt werden können. Dies ist unter anderem deshalb vorteilhaft, weil dadurch ein Lösen und ein anschließendes erneutes Verbinden der Abschnitte unter unkontrollierten Bedingungen, wie beispielsweise auf einer Baustelle, nicht erforderlich und sogar ausgeschlossen sind. Vielmehr werden die Verankerungsabschnitte, und zwar vorzugsweise bei dem Hersteller, unter standardisierten und überwachten Prozessbedingungen mit dem Zugabschnitt verbunden, wobei das so hergestellte Verstärkungssystem anschließend mit den unlös- bar miteinander verbundenen Abschnitten - quasi als Einzelbauteil - ausgeliefert wird, so dass eine einheitliche und hohe Qualität des Verstärkungssystems sichergestellt ist. Weiterhin ist auch der Einbau des Verstärkungssystems erleichtert, da auf der Baustelle lediglich ein Bauteil handzuhaben ist. Fehler bei der Verklebung oder Verklemmung von Ankerkörpern am zugehörigen Zugband, wel- che bei der Verstärkung von Bauwerken besonders kritisch sein können, sind bei einem erfindungsgemäß gestalteten System von vornherein ausgeschlossen.
Dadurch, dass sowohl der Zugabschnitt als auch die Verankerungsabschnitte des Verstärkungssystems aus Verbundwerkstoff auf Basis von glasfaserverstärktem und/oder carbonfaserverstärktem Kunststoffs zusammengesetzt sind, werden sowohl Korrosionsprobleme des Verstärkungssystems als auch Verspannungen in dem Verstärkungssystem beispielsweise aufgrund unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten der einzelnen Abschnitte vermieden oder zumindest beträcht- lieh verringert. Auch das Gewicht des Verstärkungssystems ist so günstiger Weise reduziert. Faserverstärkte Verbundwerkstoffe zeichnen sich nämlich nicht nur durch eine hohe Steifigkeit, sondern auch durch eine insbesondere in Faserrichtung sehr hohe Festigkeit, eine im Vergleich zu Stahl geringe Dichte sowie eine geringe Wärmeausdehnung aus. Je nach Anwendung können der Zugabschnitt und die Verankerungsabschnitte aus dem gleichen Faserverbundwerkstoff oder aus voneinander verschiedenen Faserverbundwerkstoffen zusammengesetzt sein. Vorzugsweise ist wenigstens einer des wenigstens einen Zugabschnitts und der wenigstens zwei Verankerungsabschnitte und besonders bevorzugt ist jeder des wenigstens einen Zugabschnitts und der wenigstens zwei Verankerungsabschnitte vollständig aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff und/oder einem carbonfaserverstärkten Kunststoff zusammengesetzt. Eine derartige Ausgestaltung gewährleistet ein besonders geringes Gewicht sowie die Vermeidung jeglicher Korrosionsprobleme. In Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird es vorgeschlagen, dass wenigstens einer der wenigstens zwei Verankerungsabschnitte eine Ausnehmung zur Aufnahme eines Befestigungselements aufweist, insbesondere eine sich senkrecht zu der Längsachse des Zugabschnitts erstreckende Bohrung, wobei der wenigstens eine Verankerungsabschnitt zumindest im Bereich der Ausnehmung und bevorzugt vollständig aus wenigstens einem glasfaserverstärkten Kunststoff und/oder wenigstens einem carbonfaserverstärkten Kunststoff zusammengesetzt ist. Unter der Ausnehmung ist jede zur Aufnahme eines Befestigungselements geeignete Formgestaltung des Verankerungsabschnitts zu verstehen. Die Ausnehmung ermöglicht eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Verstär- kungssystem und einem zugehörigen Befestigungselement, wie einem Ankerbolzen. Anstelle einer Durchgangsbohrung oder Sackbohrung können auch beispielsweise zwei gegenüberliegende Kerben als Formschlussmittel vorgesehen sein. Durch den zumindest an der Ausnehmung vorgesehenen faserverstärkten Verbundstoff wird dem kritischen Bereich, in welchem eine Kraftein leitung von außen in das Verstärkungssystem erfolgt, eine hohe Härte und Festigkeit verliehen, ohne dass ein schweres Stahlbauteil vorgesehen werden muss.
In der Ausnehmung kann ferner ein Hülsenelement vorgesehen sein, welches zumindest teilweise und bevorzugt vollständig aus wenigstens einem glasfaser- verstärkten Kunststoff und/oder wenigstens einem carbonfaserverstärkten Kunststoff zusammengesetzt ist. Ein derartiges Hülsenelement bewirkt eine gleichmäßigere Verteilung der von einem Befestigungselement auf das Verstärkungssystem übertragenen Kräfte. Außerdem kann ein derartiges Hülsenelement dazu eingesetzt werden, an der Wand der Ausnehmung vorhandene offene Fasern abzude- cken und so die Ausnehmung zusätzlich zu verstärken. Als Hülsenelement kann beispielsweise ein gewickeltes Rohr aus glasfaserverstärktem Kunststoff und/oder carbonfaserverstärktem Kunststoff vorgesehen sein.
Die genannte Ausnehmung sowie jede geeignete Formgestaltung des Veranke- rungsabschnitts zur Aufnahme eines Befestigungselements kann durch eine formgebende Bearbeitung des erfindungsgemäßen Verstärkungssystems erzeugt werden, beispielsweise durch bereits genannte Bohrungen. Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verstärkungssystems weist jedoch einen Verankerungsabschnitt auf, der keinerlei, durch formgebende Bearbeitung erzeug- te Beschädigungen der Faserstruktur aufweist und dennoch Ausnehmungen oder andere geeignete Formgestaltungen zur Aufnahme eines Befestigungselements aufweist. Dies kann dadurch erreicht werden, dass bei der Herstellung des Verankerungsabschnitts die Formgestaltung bereits integriert ist, beispielsweise durch das Einlegen der noch formbaren Faserstruktur des Verankerungsabschnitts in eine (Press-)Form, welche geeignete Ausnehmungen vorsieht.
Gemäß dieser Ausführungsform können beispielweise trockene Faserstrukturen in die Form eingelegt werden und anschließend mit dem Matrixmaterial des Verbundwerkstoffs infusioniert werden. Es ist jedoch auch möglich, bereits vorim- prägnierte Faserstrukturen in der Form auszulegen und anschließend auszuhärten. Durch diese Ausführungsform wird eine nachträgliche Formgebung des Verankerungsabschnitts überflüssig und Beschädigungen der Fasern des Verankerungsabschnitts dadurch können vermieden werden. Zudem können die Faserstrukturen an den Ausnehmungen, die durch die (Press-)Form vorgegeben sind, gezielt orientiert werden. Dies bewirkt eine Erhöhung der Stabilität des Verankerungsabschnitts
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der oben genannten Ausführungsform wird der Zugabschnitt bereits in dem formgebenden Herstellungsver- fahren des Verankerungsabschnitts mit diesem verbunden. Der Zugabschnitt kann hierzu, mit einem seiner Enden, an einer dafür vorgesehenen Stelle der (Press-) Form, in die Form hineinragen und so mit der Faserstruktur des Verankerungsabschnitt laminiert werden. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass zumindest ein Teil der Fasern des glasfaserverstärkten Kunststoffs und/oder carbonfaserverstärkten Kunststoffs, aus dem/denen der wenigstens eine Zugabschnitt zumindest teilweise zusammengesetzt ist, zumindest im Wesentlichen parallel zueinander orientiert ist und zumindest ein Teil der Fasern des glas- faserverstärkten Kunststoffs und/oder carbonfaserverstärkten Kunststoffs, aus dem/denen die wenigstens zwei Verankerungsabschnitte zumindest teilweise zusammengesetzt sind, zumindest im Wesentlichen parallel zueinander orientiert ist und eine Faserrichtung aufweist, die von der Richtung der Fasern des glasfaserverstärkten Kunststoffs und/oder carbonfaserverstärkten Kunststoffs, aus dem der wenigstens eine Zugabschnitt zumindest teilweise zusammengesetzt ist, abweicht. Der Ausdruck "im Wesentlichen parallel zueinander orientiert" bedeutet dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass die Richtungen dieser Fasern zu einer Referenzachse jeweils um weniger als 10°, bevorzugt um weniger als 5°, besonders bevorzugt um weniger als 2°, ganz besonders bevorzugt um weniger als 1 ° und höchst bevorzugt um weniger als 0,5° voneinander abweichen. Während nämlich die Fasern des Zugabschnitts zum Erzielen einer hohen Zugfestigkeit vorzugsweise in der Richtung der auftretenden Zugkräfte ausgerichtet sind, also beispielsweise in der Längsrichtung des Zugbands oder Zugseils, kann eine derartige einheitliche Längsausrichtung der Fasern an den Verankerungsabschnit- ten problematisch sein. An den Verankerungspunkten, d.h. den Stellen, an denen die Verankerungsabschnitte beispielsweise über Befestigungselemente mit dem Bauwerk verbunden sind, treten nämlich während des Gebrauchs des Verstärkungssystems auch Querkräfte auf. Insbesondere besteht daher während des Gebrauchs des Verstärkungssystems die Gefahr, dass ein durch den Veranke- rungsabschnitt hindurchreichender Ankerbolzen unter einem Aufspleißen des Faserverbunds in Zugrichtung ausreißt. Diese Gefahr wird durch die bei dieser Ausführungsform vorgesehene Abweichung der Faserrichtungen zwischen dem Zugabschnitt und den Verankerungsabschnitten verringert. Mit anderen Worten erfolgt die Ableitung der Kräfte nicht in einer einzigen Richtung, sondern diese wird durch die Faserrichtung des faserverstärkten Kunststoffs in den Verankerungsabschnitten gesteuert.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel beträgt die Abweichung der Faserrichtungen wenigstens 10°, bevorzugt wenigstens 25°, insbesondere bevorzugt wenigstens 45°, besonders bevorzugt wenigstens 70°, ganz besonders bevorzugt wenigstens 80° und höchst bevorzugt etwa 90°. Durch eine, in Bezug auf die Längsrichtung des Zugabschnitts, Querstellung der Fasern in einem oder beiden Verankerungsabschnitten kann ein Ausreißen eines zugehörigen Ankerbolzens besonders gut vermieden werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens einer der wenigstens zwei Verankerungsabschnitte und ist bevorzugt jeder der wenigstens zwei Verankerungsabschnitte aus wenigstens zwei übereinander angeordneten Lagen zusammengesetzt, wobei wenigstens zwei und bevorzugt alle der wenigstens zwei Lagen aus wenigstens einem glasfaserverstärkten Kunststoff und/oder wenigstens einem carbonfaserverstärkten Kunststoff zusammengesetzt sind. Ferner ist es bei dieser Ausführungsform vorzugsweise vorgesehen, dass in wenigstens zwei und bevorzugt in jeder der wenigstens zwei Lagen jeweils zumindest ein Teil der Fasern im Wesentlichen parallel zueinander orientiert ist und die Fasern von wenigstens einer der Lagen eine Richtung aufweisen, welche von der Richtung der Fasern wenigstens einer anderen der Lagen abweicht. Ein solcher Lagenaufbau wirkt hinsichtlich der Wärmeausdehnung und des Elastizitätsmoduls ausgleichend, so dass unerwünschte Materialverspannungen vermieden werden. Dadurch, dass die Fasern der einzelnen Lagen winklig zueinander versetzt sind, weist der entsprechende Verankerungsabschnitt eine besonders hohe Festigkeit auf und kann unterschiedliche Querkräfte sicher aufnehmen. Insbesondere kann die Entstehung und Weiterbildung von Rissen in dem Material vermieden werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel beträgt die Abweichung der Faserrichtungen in der oben genannten Ausführungsform wenigstens 10°, bevorzugt wenigstens 25°, insbesondere bevorzugt wenigstens 45°, besonders bevorzugt wenigstens 70°, ganz besonders bevorzugt wenigstens 80° und höchst bevorzugt etwa 90°. Eine Kombination dieser unterschiedlichen Winkel für die Abweichung der Faserrichtungen ist besonders bevorzugt. Dies kommt einer Vermeidung von Rissen besonders entgegen. Das Verstärkungssystem kann einen Zugabschnitt umfassen, in dem zumindest ein Teil der darin vorliegenden Fasern zumindest im Wesentlichen parallel zu der Längsachse des Zugabschnitts orientiert ist, wobei die Fasern der direkt an den Zugabschnitt angrenzenden Lage wenigstens eines Verankerungsabschnitts und bevorzugt jedes der wenigstens zwei Verankerungsabschnitte zumindest im Wesentlichen parallel zueinander orientiert sind sowie eine Richtung aufweisen, welche von der Richtung der Fasern des Zugabschnitts abweicht. Die Abweichung der Faserrichtungen beträgt hierbei wiederum insbesondere wenigstens 10°, be- vorzugt wenigstens 25°, insbesondere bevorzugt wenigstens 45°, besonders bevorzugt wenigstens 70°, ganz besonders bevorzugt wenigstens 80° und höchst bevorzugt etwa 90°. Hierdurch wird ein Ausreißen eines Befestigungselements im Bereich des Verankerungsabschnitts und insbesondere auch ein Reißen der Fasern in den Bereichen, in denen die Verankerungsabschnitte mit dem Zugab- schnitt verbunden sind, besonders zuverlässig vermieden.
Grundsätzlich können die Fasern der Zug- und Verbindungsabschnitte des Verstärkungssystems in jeder denkbaren Faserstruktur vorliegen. Gute Ergebnisse werden jedoch insbesondere bei den Ausführungsformen, in denen die Fasern zumindest teilweise parallel und mit eine spezifischen Faserrichtung ausgerichtet sind, erreicht, wenn die Fasern in wenigstens einer und bevorzugt in jeder der wenigstens zwei Lagen in einer Faserstruktur vorliegen, welche aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus unidirektionalen Gelegen, Geweben, Gewirken, Gestricken und Geflechten besteht. Bei einem Gelege ist hierbei die Faserrichtung durch die Längsachse der Fasern definiert, während in dem Fall von Geweben, Gewirken, Gestricken und Geflechten die Faserrichtung entlang einer bevorzugten Längsachse definiert ist, wie beispielsweise bei einem Gewebe durch die Richtung des Kettfadens. Durch derartige Faserstrukturen werden besonders gute Ergebnisse in Bezug auf die Festigkeit des Verstärkungssystems erreicht. Besonders gut kann einer Entstehung und Weiterleitung von Rissen insbesondere in den Bereichen der Verankerungsabschnitte, die mit den Befestigungselementen und den Zugabschnitt(en) in Kontakt stehen, entgegengewirkt werden, wenn die Faserrichtungen der wenigstens zwei übereinander angeordneten Lagen wenigs- tens eines und bevorzugt jedes der wenigstens zwei Verankerungsabschnitte alternierend in wenigstens einem ersten Winkel und einem zweiten Winkel bezogen auf eine Längsachse des Zugabschnitts angeordnet sind, wobei der erste Winkel vorzugsweise -15° bis +15°, besonders bevorzugt -5° bis +5° und ganz besonders bevorzugt 0° beträgt, und wobei der zweite Winkel vorzugsweise 60° bis 120°, besonders bevorzugt 80° bis 90° und ganz besonders bevorzugt 90° beträgt. Vorzugsweise liegen genau zwei verschiedene Winkel vor und die Faserstruktur ist ein Gelege, d.h. es kommt ein biaxiales Gelege zur Anwendung, bei dem die Abfolge der Winkel in benachbarten Lagen besonders bevorzugt 0 90° beträgt.
Ein dazu alternatives Ausführungsbeispiel sieht vor, dass die Faserrichtungen der wenigstens zwei übereinander angeordneten Lagen wenigstens eines und bevorzugt jedes der wenigstens zwei Verankerungsabschnitte alternierend in wenigstens einem ersten Winkel und einem zweiten Winkel bezogen auf eine Längsach- se des Zugabschnitts angeordnet sind, wobei der erste Winkel vorzugsweise 30° bis 60°, besonders bevorzugt 40° bis 50° und ganz besonders bevorzugt 45° beträgt, und wobei der zweite Winkel vorzugsweise -30° bis -60°, besonders bevorzugt -40° bis -50° und ganz besonders bevorzugt -45° beträgt. Vorzugsweise liegen genau zwei verschiedene Winkel vor und die Faserstruktur ist ein Gelege, d.h. es kommt ein biaxiales Gelege zur Anwendung, bei dem die Abfolge der Winkel in benachbarten Lagen besonders bevorzugt -457+45° beträgt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist wenigstens einer und bevorzugt jeder der wenigstens zwei Verankerungsabschnitte aus wenigstens drei überein- ander angeordneten Lagen zusammengesetzt, wobei die Faserrichtungen der wenigstens drei übereinander angeordneten Lagen alternierend in wenigstens einem ersten Winkel, einem zweiten Winkel und einem dritten Winkel bezogen auf eine Längsachse des Zugabschnitts angeordnet sind, wobei einer der drei Winkel vorzugsweise -15° bis 15°, besonders bevorzugt -5° bis 5° und ganz besonders bevorzugt 0° beträgt, ein zweiter der drei Winkel vorzugsweise 30° bis 60°, besonders bevorzugt 40° bis 50° und ganz besonders bevorzugt 45° beträgt, und der dritte der drei Winkel vorzugsweise -30° bis -60°, besonders bevorzugt -40° bis -50° und ganz besonders bevorzugt -45° beträgt. Eine besonders gute Ableitung der Kräfte wird durch eine Konfiguration mit genau drei verschiedenen Winkeln und einem Gelege als Faserstruktur erzielt. Ein derartiges Gelege wird auch als triaxiales Gelege bezeichnet. Bevorzugt beträgt dabei die Abfolge des ersten, zweiten und dritten Winkels 0 -45 +45° oder 07+457-45°.
Weiterhin kann wenigstens einer und bevorzugt jeder der wenigstens zwei Veran- kerungsabschnitte aus wenigstens vier übereinander angeordneten Lagen zusammengesetzt sein, wobei die Faserrichtungen der wenigstens vier übereinander angeordneten Lagen alternierend in wenigstens einem ersten Winkel, einem zweiten Winkel, einem dritten Winkel und einem vierten Winkel bezogen auf eine Längsachse des Zugabschnitts angeordnet sind, wobei einer der vier Winkel vor- zugsweise 30° bis 60°, besonders bevorzugt 40° bis 50° und ganz besonders bevorzugt 45° beträgt, ein zweiter der vier Winkel vorzugsweise -30° bis -60°, besonders bevorzugt -40° bis -50° und ganz besonders bevorzugt -45° beträgt, ein dritter der vier Winkel vorzugsweise 60° bis 120°, besonders bevorzugt 80° bis 100° und ganz besonders bevorzugt 90° beträgt und der vierte der vier Winkel vorzugsweise -15° bis 15°, besonders bevorzugt -5° bis 5° und ganz besonders bevorzugt 0° beträgt. Vorzugsweise liegen genau vier verschiedene Winkel vor und die Faserstruktur ist ein Gelege. Ein derartiges Gelege wird auch als quadra- xiales Gelege bezeichnet. Besonders bevorzugt beträgt die Abfolge des ersten, zweiten, dritten und vierten Winkels 07-457+45790°, 07+457-45790°,
07-457907+45° oder 07+457907-45°. Grundsätzlich können bei den vorstehenden Ausführungsformen die wenigstens zwei Lagen durch jedes beliebige Verfahren miteinander verbunden sein. Dabei ist es insbesondere bevorzugt, wenn die wenigstens zwei Lagen miteinander heiß- verpresst sind, weil sich dadurch ein besonders guter Schichtverbund ergibt.
Ebenfalls bevorzugt ist eine Verbindung der Lagen unter Einsatz eines RTM- ("res/n transfer moulding") Verfahrens oder eines Vakuum-Infusions-Verfahrens.
Um eine besonders zuverlässige Verbindung der Lagen untereinander zu gewähr- leisten, kann jeweils zwischen benachbarten Lagen der wenigstens zwei Lagen ein Klebeband ("adhesive tape") angeordnet sein.
Vorzugsweise weisen die faserverstärkten Kunststoffe der wenigstens zwei Lagen das gleiche Matrixmaterial auf. Dies kommt einer einfachen und kostengünstigen Herstellung entgegen. Außerdem werden Verspannungen aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungen der Materialien vermieden.
Vorzugsweise werden die Lagen von faserverstärkten Kunststoffe so angeordnet, dass ein symmetrischer Aufbau im Bezug auf die Mittelachse des Verstärkungs- Systems entsteht. Hierdurch werden ebenfalls Deformation und interne Spannungen vermieden
Grundsätzlich können die erfindungsgemäß eingesetzten Faserverbundwerkstoffe als Matrixmaterial jedes dem Fachmann zu diesem Zweck bekannte Material ent- halten. Gute Ergebnisse werden insbesondere erhalten, wenn die Matrizes der faserverstärkten Kunststoffe des wenigstens einen Zugabschnitts sowie der wenigstens zwei Verankerungsabschnitte, unabhängig voneinander, aus einem Material zusammengesetzt sind, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Epoxidharzen, Phenolharzen, Vinylesterharzen, Polyesterharzen, Benzoxazinhar- zen, Novolaken, Cyanatesterharzen, Bismaleimidharzen, Bisoxazolinen und beliebigen Mischungen aus zwei oder mehr der vorstehenden Verbindungen besteht.
In Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird es vorgeschlagen, dass die we- nigstens zwei Verankerungsabschnitte mit dem Zugabschnitt jeweils verklebt sind, und zwar vorzugsweise mit einem auf Epoxidharz oder Polyurethan basierenden Klebstoff. Hierdurch ergibt sich im Vergleich zu einer Klemmung eine erhöhte Festigkeit gegenüber einem Trennen der Verankerungsabschnitte vom Zugabschnitt.
Der wenigstens eine Zugabschnitt ist vorzugsweise bandförmig ausgestaltet, wobei jeder Verankerungsabschnitt durch zwei Verankerungseinheiten gebildet ist, welche an entgegengesetzten Flachseiten des wenigstens einen Zugabschnitts vorgesehen sind. Hierdurch ergibt sich eine besonders großflächige Verbindung zwischen Zugabschnitt und Verankerungsabschnitt und folglich eine erhöhte Festigkeit gegenüber einem Trennen der Verankerungsabschnitte vom Zugabschnitt. Bandförmige Zugabschnitte von Verstärkungssystemen werden auch als "Lamellen" bezeichnet. Bevorzugt sind die Enden des wenigstens einen Zugabschnitts jeweils mit einem der wenigstens zwei Verankerungsabschnitte verbunden. Die Enden können so mittels der Verankerungsabschnitte zuverlässig an einem Bauwerk oder an verschiedenen Teilen eines Bauwerks befestigt werden. Um einerseits einen einfachen Aufbau zu gewährleisten und andererseits Probleme durch unterschiedliche Materialverformungen zu vermeiden, weisen der faserverstärkte Kunststoff des wenigstens einen Zugabschnitts und der faserverstärkte Kunststoff der wenigstens zwei Verankerungsabschnitte vorzugsweise das gleiche Matrixmaterial auf. Ferner ist es gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass der wenigstens eine Zugabschnitt ausschließlich aus einem carbonfaserverstärkten Kunststoff zusammengesetzt ist und die wenigstens zwei Verankerungsabschnitte ausschließlich aus einem carbonfaserverstärkten Kunststoff oder aus wenigstens einer Lage aus carbonfaserverstärktem Kunststoff und wenigstens einer Lage aus glasfaserverstärktem Kunststoff zusammengesetzt sind. Durch das Vorsehen wenigstens einer Lage aus glasfaserverstärktem Kunststoff kann die Steifigkeit der Verankerungsabschnitte angepasst werden, falls dies aufgrund der Anwendungsvorgaben nötig ist. Besonders bevorzugt wird eine Lage aus glasfaservestärktem Kunststoff an der Oberfläche des Verankerungsabschnitts eingesetzt. Dies dient der elektrischen Isolierung, wodurch die elektrochemische Korrosion zwischen Verankerungsabschnitt und beispielsweise einem Stahlbolzen, an dem der Verankerungsabschnitt befestigt, bzw. aufgehängt wird, verhindert, zumindest jedoch verzögert werden kann.
Insbesondere ist es bevorzugt, dass die wenigstens zwei Verankerungsabschnitte jeweils aus faserverstärktem Kunststoff mit einem Faservolumengehalt zwischen 20 Vol.-% und 95 Vol.-%, vorzugsweise zwischen 50 Vol.-% und 70 Vol.-% und besonders bevorzugt zwischen 55 Vol.-% und 65 Vol.-% zusammengesetzt sind. Hierdurch werden besonders gute Ergebnisse hinsichtlich der Festigkeit und der Beständigkeit erzielt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens einer und bevorzugt jeder der wenigstens zwei Verankerungsabschnitte unter Ausbildung eines Flansches von einer ersten, geringeren Dicke zu einer zweiten, größeren Dicke erweitert. Der Flansch bewirkt eine stufenförmige Spannungsübertragung von dem Verankerungsabschnitt auf den Zugabschnitt. Dadurch wird Spannungsüberhöhungen und Rissen entgegengewirkt. Ein besonders sanfter Spannungsübergang wird bei dieser Ausführungsform erzielt, wenn der Flansch bezüglich der Längsachse des Zugabschnitts schräg verläuft. Besonders gute Ergebnisse hinsichtlich der Vermeidung von Spannungsüberhöhungen werden darüber bei dieser Ausführungsform erreicht, wenn der Flansch bezüglich einer durch den bandförmigen Zugabschnitt definierten Längsebene um 3° bis 45°, bevorzugt zwischen 7° und 30° und besonders bevorzugt zwischen 10° und 20° geneigt ist.
Vorzugsweise beträgt die Länge des Flansches in Richtung der Längsachse des Zugabschnitts gesehen wenigstens 5%, besonders bevorzugt zwischen 10% und 70% und ganz besonders bevorzugt zwischen 20% und 40% der Länge des betreffenden Verankerungsabschnitts. Hierdurch wird eine Spannungserhöhende Kante zwischen dem dünneren und dem dickeren Bereich des Verankerungsabschnitts vermieden und die Zugfestigkeit des Verstärkungssystems erhöht.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Dicke wenigstens eines und bevorzugt jedes der wenigstens zwei Verankerungsabschnitte, in einer senkrecht zu der Längsachse des Zugabschnitts verlaufenden Richtung gesehen, zumindest das Dreifache, vorzugsweise das Vierfache bis Sechsfache der Dicke des wenigstens einen Zugabschnitts beträgt. Dies hat sich hinsichtlich der Festigkeit des Verstärkungssystems als besonders vorteilhaft erwiesen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Verstärkungssystem zumindest teilweise mit einem elastomeren und/oder thermoplastischen und/oder duroplastischen Kunststoffsystem zu ummanteln. Diese Ummantelung bietet nicht nur den Schutz des Matrixmaterials vor Umwelteinflüssen, wie z.B. Sonneneinstrahlung, "saurer" Regen oder Wind mit Staubanteilen, sondern er- leichtert zudem die Handhabung des Verstärkungssystems enorm. Der bevorzugt flach ausgebildete Zugabschnitt ist ohne eine solche Ummantelung am seinem Rand besonders empfindlich, insbesondere schlagempfindlich, was eine erhöhte Vorsicht bei Transport und Einbau des Verstärkungssystems erfordert. Durch die Ummantelung wird ein Herabsetzen der Festigkeit durch Randverletzungen ver- hindert oder zumindest abgemindert.
Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform besteht in der Möglichkeit des Einsatzes von kostengünstigeren Matrixsystemen, wie z.B. nicht alkalibeständigen Harzsystemen. Denn ohne Ummantelung werden bevorzugt alkalibeständige Harzsys- teme verwendet, da die tragende Struktur des Zugabschnitts, bzw. des Zugelements unmittelbar äußeren Einflüssen ausgesetzt ist. Durch eine Kunstoffumman- telung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, ist es nicht mehr, oder nur noch in geringerem Maße notwendig, das Harzsystem der Matrix des Faserverbundmaterials mit Zusatzstoffen, bzw. Fremdstoffen auszurüs- ten, die es vor Umwelteinflüssen schützt.
Darüber hinaus wurde überraschend gefunden, dass eine Ummantelung zu einer überproportionalen Steigerung der Festigkeit führt. Dies bedeutet, dass nicht nur die Festigkeit des Kunststoffes der Ummantelung in die Gesamtfestig keitsbetrach- tung mit eingeht, sondern dass die Gesamtfestigkeit deutlich höher als die Summe der Einzelfestigkeiten ist. Ein maßgeblicher Parameter hierfür ist der Translationsfaktor. Der Translationsfaktor beschreibt, welcher Anteil der theoretischen Faserfestigkeit in das Bauteil übertragen wird. Bei einer theoretischen Bruchkraft von beispielsweise 100kN und einer gemessenen Bruchkraft von 80 kN, beträgt der Translationsfaktor 80%. Bei Vergleichsmessungen von baugleichen Zugabschnitten, wobei einer der Zugabschnitte zusätzlich eine Ummantelung aus TPU, ein thermoplastisches Polyurethan, aufwies, während der andere keine Ummantelung aufwies, betrug der Translationsfaktor ohne Ummantelung 87%, mit Ummantelung jedoch 94%. Ohne an die Richtigkeit der Theorie gebunden sein zu wollen, wird vermutet, dass eine solche Ummantelung kleine Oberflächenfehler kaschiert, wodurch die Fortpflanzung kleiner Risse verzögert wird und keine schädlichen Spannungsspitzen auftreten. Dies bewirkt eine bessere Krafteinleitung in das Verstärkungssystem und die darin enthaltene Carbonfaser kann nahezu Ihr volles Potential ausschöpfen.
Besonders bevorzugt ist eine Ummantelung die feuerfest ist, insbesondere die Feuerschutznorm UL94 mit einem Rating V-0 erfüllt, wie beispielsweise TPU mit einer Flammschutzausrüstung. Häufig muss, um gültige nationale und internationale Feuerschutzrichtlinien zu erfüllen, ein hoher Anteil Flammschutzmittel, als ein Fremdstoff in das Matrixmaterial eingebracht werden, dieser hohe Anteil Fremdstoff wiederum verringert die Festigkeit des Matrixmaterials und damit des gesamten Verstärkungssystems und führt auch zu Problemen hinsichtlich des Produktionsprozesses des Zugabschnitts. Durch die Verwendung einer Ummantelung gemäß dieser Ausführungsform, kann der Anteil von Flammschutzmittel im Mat- rixmaterial des Zugabschnitts oder auch des Verankerungsabschnitts verringert werden, womit gleichzeitig auch die mechanischen Eigenschaften des Matrixmaterials verbessert werden.
Bevorzugte Kunststoffmaterialien für die Ummantelung sind thermoplastische Elastomere, basierend auf Polyurethan, Polyamid und/oder Polyester, natürliche und synthetische Kautschuke und thermoplastische Kunststoffe wie Polyamid, Polyethylen, Polypropylen und Polyethersulfon. Bei den thermoplastischen Kunststoffen ist Polyamid besonders bevorzugt. Vorzugsweise wird die Ummantelung in einem kontinuierlichen Prozess unmittelbar nach der Herstellung des Zugabschnitts mittels Extrusion erzeugt. In dieser Ausführungsform kann der Verankerungsabschnitt im Anschluss entweder direkt mit dem ummantelten Zugabschnitt verbunden werden oder, bevor der Verankerungsabschnitt mit dem ummantelten Zugabschnitt verbunden wird, die Ummante- lung am Zugabschnitt im Bereich der anzubringenden Verankerungsabschnitte wieder entfernt werden, beispielsweise mit Hilfe eines geeigneten Lösungsmittels oder durch thermische und/oder mechanische Methoden.
Der Vorteil der Variante, in der der Verankerungsabschnitt direkt auf die freigeleg- te Faserverbundstruktur laminiert wird, ist eine Steigerung der Lasteinleistungsfähigkeit des Gesamtsystems, da die Spannungsspitze im Bereich des laminierten Verankerungsabschnitts verringert wird.
Die andere Variante, in der der Verankerungsabschnitt direkt auf die Ummante- lung geklebt wird ist ebenfalls vorteilhaft. Dabei wird der Kunststoff der Ummantelung bevorzugt angeschmolzen und der Verankerungsabschnitt mit dem angeschmolzenen Kunststoff direkt verklebt. Ein entscheidender Parameter ist hierbei die Klebkraft zwischen den Materialien der Ummantelung einerseits und der Matrix des Verbundwerkstoffs des Verankerungsabschnitts und des Zugabschnitts ande- rerseits. Diesbezüglich besonders bevorzugt ist hier eine Kombination aus auf Polyurethan-Elastomer basierendem Material der Ummantelung und auf Epoxidharz basierendem Matrixmaterial des Verbundwerkstoffs in Verankerungsabschnitt und Zugabschnitt. Bei beiden vorstehenden Varianten ist es weiter bevorzugt, dass zusätzlich der Verankerungsabschnitt ummantelt, insbesondere mit einem geeigneten Kunststoff der Ummantelung, wie zum Beispiel einem reaktiven Polyurethan-Elastomer umgössen wird. Alternativ dazu kann der Verankerungsabschnitt mittels Umschrumpfen mit einem Kunststoffschlauch ummantelt werden. Der Schlauch wird hierbei über den Verankerungsabschnitt gezogen und erhitzt. Durch das Erhitzen zieht sich das Kunststoffmaterial des Schlauchs zusammen und umschließt so fest den Verankerungsabschnitt. Die für die Technik des Umschrumpfens geeigneten Kunststoffe sind dem Fachmann bekannt und deren Auswahl ist nicht besonders eingeschränkt. Es ist jedoch auch möglich ein erfindungsgemäßes, fertiges Verstärkungssystem nachträglich zu ummanteln, bevorzugt durch Umgießen des kompletten Verstärkungssystems mit einem dafür geeigneten Kunststoff der Ummantelung wie zum Beispiel einem reaktiven Polyurethan-Elastomer.
Eine alternative, bevorzugte Methode das erfindungsgemäße, fertige Verstärkungssystem nachträglich zu ummanteln, besteht im Umschrumpfen mit einem Kunstoffschlauch. Der Schlauch wird hierbei über das Verstärkungssystem gezogen und erhitzt. Durch das Erhitzen zieht sich das Kunststoffmaterial des
Schlauchs zusammen und umschliesst so fest das Verstärkungssystem. Die für die Technik des Umschrumpfens geeigneten Kunststoffe sind dem Fachmann bekannt und deren Auswahl ist nicht besonders eingeschränkt.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung eines wie vorstehend beschriebenen Verstärkungssystems zum Verstärken von Bauwerken, wie beispielsweise zum Verstärken von Brücken.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von diese erläuternden, diese aber nicht einschränkenden Beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter be- schrieben.
Fig. 1 ist eine perspektivische Teilansicht eines Verstärkungssystems gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Fig. 2 ist eine Draufsicht auf das Verstärkungssystem gemäß der Fig. 1 .
Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch das Verstärkungssystem gemäß der
Fig. 1 . Fig. 4 ist eine vergrößerte Teilansicht eines Verankerungsabschnitts des
Verstärkungssystems gemäß der Fig. 3.
Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Verstärkungssystem 10 dient zur Verstärkung von Bauwerken, insbesondere zum Verspannen von Brücken, und weist einen bandförmigen Zugabschnitt 12 auf, der auch als "Lamelle" bezeichnet wird. Der nur teilweise dargestellte Zugabschnitt 12 ist durch eine einzelne flächige Lage eines carbonfaserverstärkten Kunststoffs (CFK) gebildet und dient dem Aufnehmen von Zugkräften in Richtung seiner Längsachse L. Um eine hohe Zugfestigkeit in Richtung der Längsachse L zu erzielen, handelt es sich bei dem Zugabschnitt 12 um eine unidirektionale Lage (UD-Lage), wobei die Fasern des carbonfaserverstärkten Kunststoffs im Wesentlichen parallel zueinander und in Richtung der Längsachse L ausgerichtet sind. An den beiden axialen Enden des Zugabschnitts 12 sind jeweils ein Verankerungsabschnitt 14 vorgesehen, von denen in den Fig. 1 und 2 lediglich einer dargestellt ist. Mittels der Verankerungsabschnitte 14 kann der Zugabschnitt 12 unter Vorspannung an einem zu verstärkenden Bauwerk oder an den betreffenden Bauwerksteilen befestigt werden. Jeder Verankerungsabschnitt 14 setzt sich aus zwei gleichartigen Ankerkörpern 16A, 16B zusammen, welche derart auf entgegengesetzte Flachseiten des Zugabschnitts 12 aufgeklebt sind, dass sich jeweils eine unlösbare Verbindung zwischen dem Zugabschnitt 2 und dem entsprechenden Verankerungsabschnitt 14 ergibt. In Richtung der Längsachse L und von der Mitte des Zugabschnitts 12 aus gesehen ist jeder Ankerkörper 16A, 16B in einen Ausgangsabschnitt 18, einen Übergangsabschnitt 19 und einen Endabschnitt 20 unterteilt. Der Endabschnitt 20 weist eine größere Dicke auf als der Ausgangsabschnitt 18, so dass der bezüglich der Längsachse L schräg verlaufende Übergangsabschnitt 19 einen Flansch 21 bildet. Eine rechtwinklig zur Längsachse L verlaufende Durchgangsbohrung 22 erstreckt sich durch beide Ankerkörper 16A, 16B sowie durch den Zugabschnitt 12 hindurch. Die Durchgangsbohrung 22 dient der Aufnahme eines Befestigungselements, wie eines Ankerbolzens, um so eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Verstärkungssystem 10 und beispielsweise einer Betonoberfläche eines Bauwerks zu ermöglichen. In den Fig. 3 und 4 ist der Aufbau eines der Verankerungsabschnitte 14 genauer dargestellt. Wie der Zugabschnitt 12 ist auch der Verankerungsabschnitt 14 vollständig aus einem faserverstärkten Kunststoff aufgebaut. Im Gegensatz zu dem Zugabschnitt 12 sind die Ankerkörper 16A, 16B der Verankerungsabschnitte 14 bei diesem Ausführungsbeispiel jedoch aus einem Gemisch aus carbonfaser- verstärktem Kunststoff (CFK) und glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) zusammengesetzt. Durch den Zusatz von glasfaserverstärktem Kunststoff kann insbesondere die Steifigkeit des Verankerungsabschnitts 14 an die Anwendung ange- passt werden. Weiterhin ist jeder der Ankerkörper 16A, 16B im Gegensatz zu dem Zugabschnitt 12 nicht durch eine einzelne flächige Lage aus faserverstärktem Kunststoff gebildet, sondern aus einer gestapelten Anordnung mehrerer flächiger Lagen 24, 24', 24" aus faserverstärktem Kunststoff. Die Lagen 24, 24', 24" sind miteinander heißverpresst und ihrerseits mittels einer in der Fig. 4 dargestellten Klebeschicht 26 mit der Oberfläche des Zugabschnitts 12 verbunden. Die Fasern des faserverstärktem Kunststoffs der Ankerkörper 16A, 16B sind nicht sämtlich in Richtung der Längsachse L ausgerichtet, um die Gefahr des Aufspleißens des Verankerungsabschnitts 14 und des damit verbundenen Ausreißens eines in der Durchgangsbohrung 22 aufgenommenen Befestigungselements zu verringern. Konkret weisen alle Lagen 24, 24', 24" eine unidirektionale Faserstruk- tur auf, wobei die Fasern der Lagen 24, 24', 24", von der Klebeschicht 26 nach außen gesehen, zur Längsachse jeweils in einem Winkel von 90°, 45°, -45° und 0° ausgerichtet sind. Die Verankerungsabschnitte 14 können somit auch Querkräfte wirksam aufnehmen und bewirken eine günstige Kraftverteilung. Der Flansch 21 bewirkt eine allmähliche, d.h. nicht abrupte Übertragung der Kraft auf den Zugab- schnitt 12 und verringert dadurch unerwünschte Spannungsüberhöhungen. Zum Verstärken eines Bauwerkes wird einer der Verankerungsabschnitte 14 mittels eines durch die Durchgangsbohrung 22 geführten, in den Figuren nicht dargestellten Ankerbolzens an der Betonoberfläche eines Bauwerksteiles befestigt. Dieser Verankerungsabschnitt 14 bildet einen Festanker des Verstärkungssystems 10. Anschließend wird mittels einer hydraulischen Spannvorrichtung eine Zugspannung auf den zweiten Verankerungsabschnitt 14 ausgeübt, um so den Zugabschnitt 12 in einen vorgespannten Zustand zu versetzen. In diesem vorgespannten Zustand des Zugabschnitts 12 wird der einen Spannanker bildende zweite Verankerungsabschnitt 14 dann ebenfalls an der Betonoberfläche eines Bauwerkteiles befestigt.
Dadurch, dass der Zugabschnitt 12 und die beiden Verankerungsabschnitte 14 aus der gleichen Materialart - nämlich carbonfaserverstärktem und/oder glasfaser- verstärktem Kunststoff - hergestellt sind, können Korrosions- und Verspannungs- probleme vermieden und das Gewicht des Verstärkungssystems verringert werden. Da das Verstärkungssystem 10 aus unlösbar verbundenen Abschnitten 12, 14 besteht, also als einstückiges Bauteil vorliegt, ist der Einbau vor Ort besonders leicht. Weiterhin kann das Verbinden der Lagen 24, 24', 24" untereinander sowie mit dem Zugabschnitt 12 beim Hersteller unter kontrollierten Bedingungen erfolgen und ist später nicht mehr zu beeinträchtigen, so dass im Ergebnis ein hoher Qualitätssicherungs-Standard erzielt werden kann.
Bezugszeichenliste:
Verstärkungssystenn
Zugabschnitt
Verankerungsabschnitt
A oberer Ankerkörper
B unterer Ankerkörper
Ausgangsabschnitt
Übergangsabschnitt
Endabschnitt
Flansch
Durchgangsbohrung
, 24', 24" Lage
Klebeschicht
Längsachse

Claims

Patentansprüche
Verstärkungssystem (10) für Bauwerke, umfassend:
wenigstens einen Zugkräfte aufnehmenden Zugabschnitt ( 2) und wenigstens zwei Verankerungsabschnitte (14) zum Verankern des wenigstens einen Zugabschnitts (12) an einem zu verstärkenden Bauwerk,
wobei der wenigstens eine Zugabschnitt (12) und die wenigstens zwei Verankerungsabschnitte (14) unlösbar miteinander verbunden sind, und wobei jeder des wenigstens einen Zugabschnitts (12) und der wenigstens zwei Verankerungsabschnitte (14) zumindest teilweise aus wenigstens einem glasfaserverstärkten Kunststoff und/oder wenigstens einem carbonfaserverstärkten Kunststoff zusammengesetzt ist.
Verstärkungssystem nach Anspruch 1 ,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
wenigstens einer der wenigstens zwei Verankerungsabschnitte (14) eine Ausnehmung (22) zur Aufnahme eines Befestigungselements aufweist, insbesondere eine sich senkrecht zu der Längsachse (L) des Zugabschnitts (12) erstreckende Bohrung, wobei der wenigstens eine Verankerungsabschnitt (14) zumindest im Bereich der Ausnehmung (22) aus wenigstens einem glasfaserverstärkten Kunststoff und/oder wenigstens einem carbonfaserverstärkten Kunststoff zusammengesetzt ist.
Verstärkungssystem nach Anspruch 2,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
der eine Ausnehmung (22) zur Aufnahme eines Befestigungselements aufweisende Verankerungsabschnitt keine durch die Erzeugung der Aus- nehmung hervorgerufene Beschädigungen der Faserstruktur im Verankerungsabschnitt aufweist.
Verstärkungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
zumindest ein Teil der Fasern des glasfaserverstärkten Kunststoffs und/oder carbonfaserverstärkten Kunststoffs, aus dem/denen der wenigstens eine Zugabschnitt (12) zumindest teilweise zusammengesetzt ist, zumindest im Wesentlichen parallel zueinander orientiert ist und zumindest ein Teil der Fasern des glasfaserverstärkten Kunststoffs und/oder carbonfaserverstärkten Kunststoffs, aus dem/denen die wenigstens zwei Verankerungsabschnitte (14) zumindest teilweise zusammengesetzt sind, zumindest im Wesentlichen parallel zueinander orientiert ist und eine Faserrichtung aufweist, die von der Richtung der Fasern des glasfaserverstärkten
Kunststoffs und/oder carbonfaserverstärkten Kunststoffs, aus dem der we nigstens eine Zugabschnitt (12) zumindest teilweise zusammengesetzt ist abweicht.
Verstärkungssystem nach Anspruch 4,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Abweichung der Faserrichtungen wenigstens 10°, bevorzugt wenigstens 25°, insbesondere bevorzugt wenigstens 45°, besonders bevorzugt wenigstens 70°, ganz besonders bevorzugt wenigstens 80° und höchst bevorzugt 90° beträgt.
Verstärkungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
wenigstens einer der wenigstens zwei Verankerungsabschnitte (14) aus wenigstens zwei übereinander angeordneten Lagen (24, 24', 24") zusammengesetzt ist, wobei wenigstens zwei und bevorzugt alle der wenigstens zwei Lagen (24, 24', 24") aus wenigstens einem glasfaserverstärkten Kunststoff und/oder wenigstens einem carbonfaserverstärkten Kunststoff zusammengesetzt sind.
Verstärkungssystem nach Anspruch 6,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
in wenigstens zwei und bevorzugt in jeder der wenigstens zwei Lagen (24, 24', 24") jeweils zumindest ein Teil der Fasern im Wesentlichen parallel zueinander orientiert ist und die Fasern von wenigstens einer der Lagen (24, 24', 24") eine Richtung aufweisen, welche von der Richtung der Fasern wenigstens einer anderen der Lagen (24, 24', 24") abweicht.
Verstärkungssystem nach Anspruch 7,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Abweichung der Faserrichtungen wenigstens 10°, bevorzugt wenigstens 25°, insbesondere bevorzugt wenigstens 45°, besonders bevorzugt wenigstens 70°, ganz besonders bevorzugt wenigstens 80° und höchst bevorzugt 90° beträgt.
Verstärkungssystem nach zumindest einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
dieses einen Zugabschnitt (12) umfasst, in dem zumindest ein Teil der darin vorliegenden Fasern zumindest im Wesentlichen parallel zu der Längsachse des Zugabschnitts ( 2) orientiert ist, und die Fasern der direkt an den Zugabschnitt (12) angrenzenden Lage (24) wenigstens eines Verankerungsabschnitts (14) und bevorzugt jedes der wenigstens zwei Verankerungsabschnitte (14) zumindest im Wesentlichen parallel zueinander orientiert sind sowie eine Richtung aufweisen, welche von der Richtung der Fasern des Zugabschnitts (12) abweicht. Verstärkungssystem nach zumindest einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Fasern in wenigstens einer und bevorzugt in jeder der wenigstens zwei Lagen (24, 24', 24") in einer Faserstruktur vorliegen, welche aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus unidirektionalen Gelegen, Geweben, Gewirken, Gestricken und Geflechten besteht.
Verstärkungssystem nach Anspruch 10,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Faserrichtungen der wenigstens zwei übereinander angeordneten Lagen (24, 24', 24") wenigstens eines der wenigstens zwei Verankerungsabschnitte (14) alternierend in wenigstens einem ersten Winkel und einem zweiten Winkel bezogen auf eine Längsachse (L) des Zugabschnitts (12) angeordnet sind, wobei der erste Winkel vorzugsweise -15° bis +15°, besonders bevorzugt -5° bis +5° und ganz besonders bevorzugt 0° beträgt, und wobei der zweite Winkel vorzugsweise 60° bis 120°, besonders bevorzugt 80° bis 90° und ganz besonders bevorzugt 90° beträgt.
Verstärkungssystem nach Anspruch 10,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Faserrichtungen der wenigstens zwei übereinander angeordneten Lagen (24, 24', 24") wenigstens eines der wenigstens zwei Verankerungsabschnitte (14) alternierend in wenigstens einem ersten Winkel und einem zweiten Winkel bezogen auf eine Längsachse (L) des Zugabschnitts (12) angeordnet sind, wobei der erste Winkel vorzugsweise 30° bis 60°, besonders bevorzugt 40° bis 50° und ganz besonders bevorzugt 45° beträgt, und wobei der zweite Winkel vorzugsweise -30° bis -60°, besonders bevorzugt -40° bis -50° und ganz besonders bevorzugt -45° beträgt.
Verstärkungssystem nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
wenigstens einer der wenigstens zwei Verankerungsabschnitte (14) aus wenigstens vier übereinander angeordneten Lagen (24, 24', 24") zusammengesetzt ist, wobei die Faserrichtungen der wenigstens vier übereinander angeordneten Lagen (24, 24', 24") alternierend in wenigstens einem ersten Winkel, einem zweiten Winkel, einem dritten Winkel und einem vierten Winkel bezogen auf eine Längsachse (L) des Zugabschnitts (12) angeordnet sind, wobei einer der vier Winkel vorzugsweise 30° bis 60°, besonders bevorzugt 40° bis 50° und ganz besonders bevorzugt 45° beträgt, ein zweiter der vier Winkel vorzugsweise -30° bis -60°, besonders bevorzugt -40° bis -50° und ganz besonders bevorzugt -45° beträgt, ein dritter der vier Winkel vorzugsweise 60° bis 120°, besonders bevorzugt 80° bis 100° und ganz besonders bevorzugt 90° beträgt und der vierte der vier Winkel vorzugsweise -15° bis 15°, besonders bevorzugt -5° bis 5° und ganz besonders bevorzugt 0° beträgt.
14. Verstärkungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der wenigstens eine Zugabschnitt (12) ausschließlich aus einem carbonfaserverstärkten Kunststoff zusammengesetzt ist und die wenigstens zwei Verankerungsabschnitte (14) ausschließlich aus einem carbonfaserverstärkten Kunststoff oder aus wenigstens einer Lage aus carbonfaserverstärktem Kunststoff und wenigstens einer Lage aus glasfaserverstärktem Kunststoff zusammengesetzt sind.
15. Verstärkungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
die wenigstens zwei Verankerungsabschnitte (14) jeweils aus faserverstärktem Kunststoff mit einem Faservolumengehalt zwischen 20 Vol.-% und 95 Vol.-%, vorzugsweise zwischen 50 Vol.-% und 70 Vol.-% und besonders bevorzugt zwischen 55 Vol.-% und 65 Vol.-% zusammengesetzt sind.
Verstärkungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
wenigstens einer der wenigstens zwei Verankerungsabschnitte (14) unter Ausbildung eines Flansches (21) von einer ersten, geringeren Dicke zu einer zweiten, größeren Dicke erweitert ist.
Verstärkungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
das Verstärkungssystem zumindest teilweise mit einem elastomeren und/oder thermoplastischen und/oder duroplastischen Kunststoffsystem ummantelt ist.
PCT/EP2012/075515 2012-02-02 2012-12-14 Verstärkungssystem für bauwerke WO2013113442A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012201518.3 2012-02-02
DE102012201518A DE102012201518A1 (de) 2012-02-02 2012-02-02 Verstärkungssystem für Bauwerke

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013113442A1 true WO2013113442A1 (de) 2013-08-08

Family

ID=47504891

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2012/075515 WO2013113442A1 (de) 2012-02-02 2012-12-14 Verstärkungssystem für bauwerke

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102012201518A1 (de)
WO (1) WO2013113442A1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3418465A1 (de) * 2017-06-23 2018-12-26 Groz-Beckert KG Verfahren zur herstellung eines textilbewehrten baustoff-bauteils und spannvorrichtung hierfür
EP3617424A4 (de) * 2017-04-25 2021-01-27 Toray Industries, Inc. Struktur-frp materialbindungskonstruktion und bindungsverfahren
US20220186759A1 (en) * 2020-10-21 2022-06-16 Kulstoff Composite Products, LLC Fiber-Reinforced Polymer Anchors and Connectors For Repair and Strengthening of Structures Configured for Field Testing, and Assemblies for Field Testing the Same

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112376803A (zh) * 2020-11-18 2021-02-19 南通装配式建筑与智能结构研究院 一种frp钢绞线复合筋锚具及锚固方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6418684B1 (en) * 1999-02-16 2002-07-16 Engineered Composite Systems, Inc. Wall reinforcement apparatus and method using composite materials
WO2004038129A1 (ja) * 2002-10-24 2004-05-06 Abe Kogyosho Co., Ltd. 緊張接着技術における構造物の補強方法及び分散化定着方法
EP1397569B1 (de) 2001-06-19 2006-01-11 Leonhardt, Andrä und Partner Beratende Ingenieure VBI GmbH Spannanker für bandförmige zugglieder im bauwesen

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2301755C (en) * 1997-08-26 2007-11-13 Stresshead Ag Reinforcement device for supporting structures
DE19753318A1 (de) * 1997-12-02 1999-06-10 Sika Ag Verstärkungselement für lastaufnehmende oder lastübertragende Bauteile sowie Verfahren zu dessen Befestigung an einer Bauteiloberfläche
EP1331327A1 (de) * 2002-01-29 2003-07-30 Sika Schweiz AG Verstärkungsvorrichtung
JP4020805B2 (ja) * 2002-03-11 2007-12-12 前田工繊株式会社 強化繊維シート扇形アンカー
FR2948712B1 (fr) * 2009-08-03 2015-03-06 Soletanche Freyssinet Procede de renforcement d'une structure de construction, et ouvrage ainsi renforce

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6418684B1 (en) * 1999-02-16 2002-07-16 Engineered Composite Systems, Inc. Wall reinforcement apparatus and method using composite materials
EP1397569B1 (de) 2001-06-19 2006-01-11 Leonhardt, Andrä und Partner Beratende Ingenieure VBI GmbH Spannanker für bandförmige zugglieder im bauwesen
WO2004038129A1 (ja) * 2002-10-24 2004-05-06 Abe Kogyosho Co., Ltd. 緊張接着技術における構造物の補強方法及び分散化定着方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3617424A4 (de) * 2017-04-25 2021-01-27 Toray Industries, Inc. Struktur-frp materialbindungskonstruktion und bindungsverfahren
EP3418465A1 (de) * 2017-06-23 2018-12-26 Groz-Beckert KG Verfahren zur herstellung eines textilbewehrten baustoff-bauteils und spannvorrichtung hierfür
US11358305B2 (en) 2017-06-23 2022-06-14 Solidian Gmbh Method for producing a textile-reinforced construction material component, and tensioning device for same
US20220186759A1 (en) * 2020-10-21 2022-06-16 Kulstoff Composite Products, LLC Fiber-Reinforced Polymer Anchors and Connectors For Repair and Strengthening of Structures Configured for Field Testing, and Assemblies for Field Testing the Same

Also Published As

Publication number Publication date
DE102012201518A1 (de) 2013-08-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1924751B1 (de) Bewehrungskörper aus faserverstärktem kunststoff
EP1186730B1 (de) Verstärkungselement für lastaufnehmende oder lastübertragende Bauteile sowie Verfahren zu dessen Befestigung an einer Bauteiloberfläche
WO1993020296A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur schubverstärkung an einem bauwerkteil
EP3418465B1 (de) Verfahren zur herstellung eines textilbewehrten baustoff-bauteils und verwendung einer spannvorrichtung hierfür
EP3004490B1 (de) Anordnung und verfahren zur verstärkung von tragstrukturen
DE102013220209B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer Knotenstruktur sowie Knotenstruktur
EP2434143B1 (de) Rotorblatt oder Rotorblattsegment für eine Windenergieanlage
WO2013113442A1 (de) Verstärkungssystem für bauwerke
EP1663625B1 (de) Krafteinleitungsstelle in kernverbunden und verfahren zu ihrer herstellung mit in dickenrichtung des kernverbundes durchsetzenden armierungselementen
EP3079975A1 (de) Trägerkonstruktion in fachwerkbauweise und verfahren zu deren herstellung
DE102013220718A1 (de) Bauteil mit einem Befestigungsbereich für eine Schraubverbindung sowie Formteil und Befestigungsteil
EP2953843A1 (de) Faserverstärkte versteifungsstrebe, herstellverfahren und kraftfahrzeugkarosserie
EP1259679B1 (de) Verankerung für ein vorgespanntes und/oder belastetes zugelement und ankerbüchse
EP3162546B1 (de) Zugelement aus faserverstärktem kunststoff und verfahren
DE102018102317A1 (de) Endverankerung von Bewehrungsfasern
DE102012001055B4 (de) Bauteil
DE2705483C2 (de)
DE102016211176B4 (de) Verfahren und Verwendung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung von Betonbauteilen
EP0408989A2 (de) Bauelement zur Wärmedämmung bei Gebäuden
CH664803A5 (de) Anordnung zur uebertragung einer kraft und verfahren zur herstellung eines ankerstabes.
EP2988984B1 (de) Faserverstärkte versteifungsstrebe und kraftfahrzeugkarosserie
EP3556960B1 (de) Bewehrungsanordnung und verfahren zur herstellung eines baustoffkörpers unter verwendung der bewehrungsanordnung
DE29900172U1 (de) Hochzugfester und korrosionsbeständiger Kunststoff-Zuganker mit integriertem Gewinde und seine Verwendung
DE3313907C2 (de)
DE102016202744A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe aus einem Trägerteil und einem Gewindeelement sowie Baugruppe aus einem Trägerteil und einem Gewindeelement

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12810182

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12810182

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1