WO2021063453A1 - Tubular reinforcing element, method for producing a reinforcing element, global reinforcement, use of a reinforcing element, concrete structural part and program file - Google Patents

Tubular reinforcing element, method for producing a reinforcing element, global reinforcement, use of a reinforcing element, concrete structural part and program file Download PDF

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WO2021063453A1
WO2021063453A1 PCT/DE2020/100853 DE2020100853W WO2021063453A1 WO 2021063453 A1 WO2021063453 A1 WO 2021063453A1 DE 2020100853 W DE2020100853 W DE 2020100853W WO 2021063453 A1 WO2021063453 A1 WO 2021063453A1
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WO
WIPO (PCT)
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reinforcement
reinforcement element
yarn
matrix material
reinforcing element
Prior art date
Application number
PCT/DE2020/100853
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German (de)
French (fr)
Inventor
Iurii VAKALIUK
Maria Patricia GARIBALDI
Steffen Rittner
Original Assignee
Technische Universität Dresden
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Publication date
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Priority to EP20793562.8A priority patent/EP4022145A1/en
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E04BUILDING
    • E04CSTRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C5/00Reinforcing elements, e.g. for concrete; Auxiliary elements therefor
    • E04C5/07Reinforcing elements of material other than metal, e.g. of glass, of plastics, or not exclusively made of metal
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E04BUILDING
    • E04CSTRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C5/00Reinforcing elements, e.g. for concrete; Auxiliary elements therefor
    • E04C5/07Reinforcing elements of material other than metal, e.g. of glass, of plastics, or not exclusively made of metal
    • E04C5/073Discrete reinforcing elements, e.g. fibres

Definitions

  • the invention relates to a tubular reinforcement element which is lattice-shaped from a continuously arranged, intersecting yarn, the intersecting sections of the at least one yarn being connected to one another by a cross connection and a method for its production.
  • the invention further relates to a global reinforcement for a concrete component, comprising at least one reinforcement element, a use of a reinforcement element and a concrete component.
  • the invention also relates to a program file for executing a method.
  • a reinforcement element which is constructed as a rod and is essentially one-dimensionally effective.
  • the rod has filaments embedded in a matrix material.
  • the filaments are aligned in a pulling direction and are essentially completely surrounded by a mineral matrix material.
  • Fine concrete or a suspension with fine cement is provided as the matrix material.
  • high-performance reinforcement elements of this type in which carbon fibers are used and have strengths in the range of 2000 - 4000 N / mm 2 , results in the need for force transmission between the reinforcement elements and the concrete matrix material.
  • the high forces of the carbon reinforcement must be introduced into the concrete in a targeted manner in order to be able to use the potential of the carbon fibers efficiently.
  • Short anchoring lengths are also possible with the use of carbon elements in order to be able to guarantee economic use.
  • carbon rods are the application of a subsequent one Rib structure, for example made of synthetic resin, the subsequent wrapping of individual fiber strands, shape variation of the carbon rods in the manufacturing process to improve the bond or the subsequent milling to manufacture negative ribs, also known as grooves.
  • a laying device is provided in which a positioning device or a laying robot is arranged to be movable in two dimensions relative to a yarn dispensing device.
  • the laying device is designed to form a tensioning structure from yarn free of polymeric binders within a base frame.
  • the base frame has yarn holding devices in the area of outer edges of the base frame and / or of recesses, the yarn holding devices at the same time forming deflection points of the yarn.
  • Further three-dimensional structures are known from the prior art.
  • the publications DE 10 2014 200 792 B4 and EP 2 530 217 B1 describe flat structures that form a textile reinforcement structure by means of a spacer structure or as a spacer fabric or knitted fabric that has already been manufactured in three dimensions.
  • a lattice girder is also known, the effect of which is also based on a flat textile reinforcement element, which is formed by flocking thread-like or thread-like individual elements that serve as sections of a belt and struts.
  • the large-area structure is not suitable for effectively replacing discrete reinforcement elements such as reinforcing bars or reinforcing cages.
  • the solution from the publication DE 10 2012 101 498 A1 also provides a textile lattice that can easily be penetrated by the matrix material. For this purpose, it is also provided to bring the textile grid, which is initially manufactured as a flat structure, into a U-shape and thus to obtain a discrete reinforcement element.
  • the open U-shape is less rigid than closed cross-sectional shapes.
  • the document WO 98/09042 A1 discloses a tubular reinforcement element which is designed in the form of a grid and in which the intersecting sections are connected to one another.
  • the tubular reinforcement element consists of thermoplastic fiber-reinforced strips that are connected by spot welding at the intersections.
  • tubes made of fiber strands are provided, which are later drawn onto a core mold, laminated and cured.
  • the load is only absorbed via the fiber strands in the tensile direction, provided that there is a load component in this direction; the use of other mechanical effects is not intended.
  • the object of the present invention is therefore to offer a tubular reinforcement element which is designed in a grid-like manner using at least one continuously arranged, intersecting yarn and which enables an improved load reserve in the event of overload.
  • a tubular reinforcing element which is designed in a grid-like manner from a continuously arranged, intersecting yarn, the intersecting sections of the at least one yarn being connected to one another by a cross connection.
  • the diameter of the reinforcement element over the length can be constant or variable.
  • at least one continuously arranged, intersecting yarn is provided from which the lattice is formed.
  • several yarns are used, which are fed from a spool in each case during the production of the reinforcement element and with one yarn in each case forming a “lattice bar” of the grid that forms the outer surface of the tubular reinforcement element.
  • a hardenable material for example a resin, gives the tubular reinforcement element stability after the lattice has been produced.
  • the intersecting sections of the yarn are connected to one another at their intersection point in such a way that the shear elasticity of the cross connection, the elasticity during the opposing rotative pivoting movement of the intersecting sections about their Crossing point in the cross connection, which determines the extensibility of the reinforcement element in the direction of a longitudinal axis, with a higher elasticity being accompanied by a higher extensibility.
  • the cross-connection of the yarn takes place according to the invention by a material means or a mechanical means, the means being the shear elasticity of the
  • Cross connection which adjusts the elasticity in the opposite rotary pivoting movement of the intersecting sections around their intersection point in the cross connection and thus determines the extensibility of the reinforcement element in the direction of a longitudinal axis, with a higher shear elasticity being higher
  • the cross connection has such a shear elasticity that the reinforcement element is equipped for an intended extensibility in the direction of the longitudinal axis and at the same time transversely to the longitudinal axis, in the transverse direction.
  • Shear elasticity describes the elasticity in the opposite rotation or pivoting movement of the intersecting yarns or yarn sections around the
  • the reinforcement element ensures an advantageously ductile behavior of the component due to the defined elasticity, which is associated with a high level of additional safety.
  • the lattice shape is preferably woven, braided, laid or wound, with other influencing factors naturally also leading to the ultimately effective elasticity or rigidity. As a result, concrete structural modules are still held together even in the event of an overload.
  • the influencing factors also include the matrix material in which the reinforcement element is embedded and with which it is filled. The dimensions of the reinforcement element are also important.
  • the intersecting sections of the yarn in the area of the lattice intersections are made by material means, such as B. gluing or welding, or mechanical means, such as. B. by sewing connected.
  • the shear strength is determined by the properties of these connections, in particular their shear strength against torsion or pivoting of the intersecting yarn sections against one another and also fundamentally and significantly determines the ductility or stiffness of the reinforcement element.
  • the stabilization is achieved by means of fixing by means of a curable resin.
  • a curable resin This can be applied after the yarn has been laid down, after the tubular shape has been produced, or the yarn is impregnated with the curable resin before the yarn is laid down.
  • the impregnation can take place immediately before the yarn is laid or the yarn is supplied already impregnated, in which case the resin contained must be protected from undesired, premature hardening.
  • the curable matrix material is preferably reactive resins, such as. B. epoxy resin, or aqueous dispersions, e.g. B. based on acrylate or styrene butadiene into consideration.
  • reactive resins such as. B. epoxy resin
  • aqueous dispersions e.g. B. based on acrylate or styrene butadiene into consideration.
  • the yarn as a hybrid yarn, is provided with thermoplastic and thus thermally activated synthetic fibers in addition to the load-bearing fibers. These can be activated by the action of heat by melting them, and after hardening ensure a connection of the fibers of the yarn that are suitable for load transfer, so that the same effects are achieved as when using a hardenable resin.
  • One embodiment of the reinforcement element according to the invention provides that a matrix material is provided in the interior of the reinforcement element and in this a further longitudinal reinforcement, at least one electrical line, at least one fluid line and / or an empty pipe, in one of the aforementioned lines or the longitudinal reinforcement with or without prestress can be withdrawn subsequently, are embedded.
  • an inner cavity is provided in the reinforcement element, which is kept free of matrix material of a concrete component.
  • the introduction of a tow or other load-bearing element into the interior of the Reinforcement element through the cavity enables global reinforcement that extends beyond the individual reinforced concrete structural elements and can absorb forces as an additional safeguard in the event of failure.
  • a form of use of the tubular reinforcement element is also referred to as global reinforcement, in contrast to local reinforcement.
  • reinforcement structures are used to provide local basic reinforcement with which the loads under the relevant service load conditions, for example for a reinforced concrete structural element, can be safely absorbed.
  • higher-level global reinforcement strands for example tows with a net-like sheathing, which can be wound, braided, woven or laid, ensure high load reserves under extreme conditions. They are designed with a very high elasticity, so that when they are activated, a high component ductility results.
  • the global reinforcement ensures that the cohesion of the entire supporting structure is guaranteed even after a possible failure of the local basic reinforcement due to a possible extreme load.
  • the global reinforcement lies on the load path of the local reinforcement and acts as an additional safety element in the event of overload. Under normal load conditions, the global reinforcements increase the rigidity of the concrete component.
  • the wall of the empty pipe or of the cavity in the tubular reinforcement element is made airtight and watertight so that gases or liquids can be transported or passed through therein. A further sealing of the pipe wall is then unnecessary.
  • Further functional coatings are optionally provided.
  • an inner and / or outer coating can be applied, which controls a connection to a surrounding matrix material or at least partially prevents it or, alternatively, the connection can be improved. This allows the stiffness of the reinforcement and thus that of the component to be adjusted as required. The stiffness is highest when the connection is stronger, especially when the matrix material can enclose the yarn.
  • the reinforcement element in an advantageous embodiment, this is itself, due to the electrical properties of the material used, electrically conductive, such as. B. in the case of carbon fibers, or if that Material is provided with an electrically conductive coating. Electrical energy or electrical signals can then be passed directly through the reinforcement element.
  • electrical heating can also be achieved via the electrical lines formed in this way, especially with an appropriately set resistance.
  • the inside of the reinforcement element can also be filled with a matrix material that has an electrical resistance that is variable as a function of temperature.
  • the interior of the reinforcement element is filled with an electrolyte in order to achieve short-term energy storage by means of a capacitor effect.
  • the electrical properties can also be set, controlled or changed by means of an electrically conductive coating.
  • Another aspect of the present invention relates to a method for producing a reinforcing element as described above.
  • the production takes place by weaving, braiding or winding the lattice structure from one yarn, preferably from several yarns.
  • the intersections of the at least one yarn are fixed by gluing, welding or sewing.
  • the mutually crossing yarns can be restricted in their mobility relative to one another in a defined manner and the mechanical properties, in particular the shear elasticity of the reinforcement element, can be controlled or adjusted as a whole.
  • One embodiment of the method according to the invention provides that a cavity is created in the interior of the reinforcement element embedded in the matrix material.
  • the cavity is created in such a way that an airtight hose is inserted into the interior of the reinforcement element and the hose is expanded by an applied fluid pressure to a diameter which corresponds to the diameter of the cavity to be created.
  • the matrix material in particular concrete, is then applied and, after the matrix material has hardened, the fluid pressure in the hose is released.
  • the method according to the invention is not limited to a hose with a circular cross-section; instead, any cross-sectional shape that corresponds to the desired internal geometry can be used.
  • Another embodiment of the method according to the invention is used to maintain a load reserve.
  • the inside of the reinforcement element is initially filled with a hardened matrix material. If this breaks in the event of overload and the point of break is stretched, a constriction forms and the reinforcement element simultaneously activates a load reserve by developing a ductile load-bearing capacity. The stretching and the associated movement of the structure ensures a structural failure announcement, which is required in the building industry, by exceeding the load-bearing capacity.
  • the object of the invention is also achieved by a global reinforcement for a concrete component, comprising at least one reinforcement element, as described above. According to the invention, the at least one reinforcement element by means of at least one connecting element to a local reinforcement, such as. B. a reinforcement mat, or connected to another reinforcement element as described above directly or at a distance.
  • the connecting element is advantageously designed as a tape loop or in the form of a spiral, an insertion hook preferably being included to facilitate assembly of the spiral connecting element.
  • the global reinforcement is a reinforcement that includes the reinforcement element according to the invention, designed as a reticulated, braided, woven, wound or scrim tube, in particular based on carbon fibers, as well as the integrated longitudinal reinforcement made of carbon rods or tows.
  • the global reinforcement is preferably located on the inside of the concrete layer, thus inside the component.
  • An alternative arrangement of the global reinforcement is a position that changes from the inner to the outer surface and / or vice versa.
  • the reinforcement element is connected to the local reinforcement via connecting elements, for example designed as a tape loop or spiral, and filled with an expandable, flexible and later removable material during concreting, as described above.
  • the hoses are completely encased in concrete during manufacture.
  • the filling material can be removed from the hoses.
  • the carbon rods or tows are pulled through the cavities, making the global reinforcement functional.
  • the remaining cavities can be grouted with grout, which creates a bond between the carbon rod or tow and the concrete base layer and improves the overall load-bearing behavior of the system.
  • the reinforcement element according to the invention designed as a braided, woven, wound or scrim tube, in particular made of carbon fibers, is above all comparatively soft and elastic.
  • the interaction of the two reinforcements, the local reinforcement and the global reinforcement ensures the required ductility of the composite material and ensures the announcement of structural failure, which is required in construction, if the load-bearing capacity is exceeded.
  • the maximum utilization of the load-bearing reserve of the material goes hand in hand with large deformations, which indicate that overloading has occurred and thus already announce the imminent complete structural failure.
  • a particularly advantageous use of the reinforcement element according to the invention thus arises when an element for cross-component force introduction and in particular force transmission, for example a bound or unbound rod, roving, tow or strand, is passed through the empty pipe or the cavity as a global reinforcement.
  • an element for cross-component force introduction and in particular force transmission for example a bound or unbound rod, roving, tow or strand
  • the concrete component can be connected to another concrete component and a global reinforcement, as described above, is created.
  • a reinforcement element as described above, as a guide channel for supplementary reinforcement, in particular the global reinforcement, but also as a prestressing channel, ductility reinforcement, as a fluid line or as a guide channel for a fluid line, a power line or a line for others for electrical functions such as B. a control line.
  • the guide channel serves in particular to accommodate a reinforcement element to be axially loaded lying within. This represents an embodiment of the global reinforcement and is used in the event of failure of the concrete component or the component in question.
  • the reinforcement element can also accommodate reinforcement that is prestressed and permanently loaded. It then serves as a preload channel.
  • the mechanical properties of the reinforcement element itself come into play, as it can develop a load reserve in the event of an overload under a high degree of deformation.
  • the inner cavity is suitable for receiving the various lines over the entire concrete component, over the boundaries of the concrete structural elements.
  • the invention also relates to a program file for executing a method according to one of Claims 8 to 10 for execution in a yarn laying device or in a computer which controls a yarn laying device.
  • the program file also includes a procedure or algorithm for automatic thread lay-up.
  • FIG. 11 a schematic perspective view of an embodiment of a reinforcement element according to the invention when used as global reinforcement;
  • FIG. 16 a schematic perspective view of an embodiment of a reinforcing element according to the invention with a varying diameter
  • 17 a schematic perspective view of a concrete component, comprising an embodiment of reinforcing elements according to the invention
  • FIG. 18 a schematic perspective illustration of an embodiment of a concrete component according to the invention.
  • Fig. 1 shows schematically in a perspective view an embodiment of a reinforcement element 1 according to the invention, which consists of spirally laid yarns 2, for example, intertwined with one another in a fabric-like manner. The spiral-shaped deposition of the individual yarns 2 in different directions results in intersecting sections 3 between the yarns 2.
  • Fig. 2 shows schematically a perspective section of an embodiment of a reinforcement element 1 according to the invention, the yarns 2 intertwined in a fabric-like manner and the formation of the intersecting sections 3, framed in a box (see also Fig. 4 with an enlarged view of this area), more clearly are recognizable.
  • FIG 3 shows schematically in a side and sectional view an embodiment of a reinforcement element 1 according to the invention, comprising yarns 2, and its embedding in a matrix material 4 of a concrete component, which also fills the interior of the reinforcement element 1.
  • FIG. 4 shows schematically and enlarged a section 3 of intersecting yarns 2 of an embodiment of a reinforcement element 1 according to the invention.
  • section 3 the movement of the yarns 2 when the reinforcement element 1 is subjected to tension or compression is indicated by arrows.
  • the reinforcement element 1 opposes a higher or lower resistance to tension or pressure.
  • 5 schematically shows, in perspective and side views, three embodiments of reinforcing elements 1 according to the invention, which differ in the design of the section 3 with the crossing yarns 2.
  • the illustration under letter a) shows, as also shown in FIGS. 1 to 3, a reinforcement element 1 produced in the manner of a woven fabric.
  • the individual yarn 2 lies alternately once above and once below the yarn 2, which is laid in a spiral in the respective other direction.
  • FIG. 6 shows schematically different embodiments of reinforcement elements 1 according to the invention and their embedding in matrix materials 4 or 6.
  • the control of the connection between the reinforcement element 1 and the matrix material 4 surrounding it plays an important role. This control is achieved in particular by a coating 5 (see also FIG. 7) which forms a separating layer between the reinforcement element 1 or the yarn 2 on the one hand and the matrix material 4 or 6 on the other.
  • the matrix material 4 of the concrete component (compare variants c and a) or also a separate matrix material 6 (compare variants d, b and, derived therefrom, variants e, f and g) can be used as the inner matrix material.
  • the coating 5 described above is used in the variants shown under letters c) and d).
  • other effects can also be achieved, for example the electrical conductivity is improved or achieved or aging of the yarns 2 used, caused by contact with the matrix material 4 or 6, can be prevented.
  • the use of the inner matrix material 6 also enables the integration of further functions such as, for example, those shown under letters e) to g) (but not limited to them). This includes the installation of flexible lines for liquids, gases or electricity or data lines.
  • additional elements for introducing forces can be laid in it and thus a global reinforcement can be formed. Rods, rovings, ropes or strands with or without pre-tensioning, bound or unbound, can be considered as additional elements.
  • Fig. 7 shows schematically in a side view and front view an embodiment of a reinforcing element 1 according to the invention with coating 5, with which in particular the connection and power transmission between the Reinforcement element 1 and a matrix material can be controlled.
  • coating 5 with which in particular the connection and power transmission between the Reinforcement element 1 and a matrix material can be controlled.
  • other functions can also be implemented (see explanations for FIG. 6).
  • Fig. 8 shows schematically in a side view an embodiment of a reinforcement element 1 according to the invention and the effect of the global reinforcement.
  • the reinforcement element 1 (letter a) provided with an inner matrix material 6 is overloaded (letter b) and an inner break point 22, which is not visible from the outside in the illustration, is created.
  • a tensile force acting on the reinforcement element 1 causes the area of the breaking point 22 to lengthen and at the same time constrict in the transverse direction (see letters c) and d). If the constriction 23 is strong enough and the fracture point is stretched accordingly, the effect of the global or ductility reinforcement occurs, which has activated a load reserve and at the same time has a high degree of deformation. The deformation indicates impending structural failure.
  • a global reinforcement manages without an additional element, such as a tow arranged in the interior of the reinforcement element 1, and also has a desired high ductility.
  • Fig. 9 shows schematically in a perspective and sectional view two embodiments of a reinforcing element 1 according to the invention and their internally replaceable profiles, the hoses 18, 18 'and the rubber profiles 24, 24', each of which shows the formation of a cavity 17 with a corresponding cross-section (see Fig 10) when introducing a matrix material.
  • the illustration according to letter a) shows the possibilities of producing a profiled cavity in the interior of the reinforcement element 1 according to the invention. This is done either by a rubber profile 24 or by a hose 18 ‘, which can be pressurized inside by means of a fluid (compare also the process sequence as it is described for FIG. 10).
  • FIG. 10 shows schematically the process steps for producing an embodiment of a reinforcement element 1 according to the invention with a cavity 17.
  • the reinforcement element 1 is fastened by means of a tape loop 13 to a local reinforcement 19, for example a flat reinforcement mat.
  • the hose 18 is inserted into the interior of the reinforcement element 1, as shown under letter b). This is, cf. the illustration under letter c), acted upon inside with a pressure, for example air pressure, and the matrix material 4, in particular concrete, is applied directly to it.
  • the internal pressure in the hose 18 ensures that the cavity 17 remains in spite of the stress from the matrix material 4. After the matrix material 4 has hardened, the pressure in the hose 18 is reduced and the hose 18 itself can also be removed from the cavity 17 that has now formed if it is not to be used for other purposes, for example for sealing or use as a fluid line.
  • FIG. 11 shows schematically in a perspective view an embodiment of a reinforcement element 1 according to the invention, in particular when used for global reinforcement.
  • a form of use of the tubular reinforcement element 1 according to the present illustration is referred to as global reinforcement.
  • the reinforcement element 1 is first connected to a local reinforcement 19, here a flat reinforcement mat, by means of a spiral-shaped connecting element 12.
  • the reinforcement mat can also be shaped three-dimensionally in a free form.
  • superordinate global reinforcement strands for example tows with a reticulated sheathing, which can be wound, braided, woven or laid, are introduced into the finished concrete component composed of the concrete structural modules.
  • the continuous cavity in the reinforcement element 1 is used for this purpose.
  • the very high ductility results in a high component ductility during activation.
  • the global reinforcement ensures that even after a possible failure of the local basic reinforcement due to a possible extreme load, the cohesion of the entire supporting structure is guaranteed.
  • the global reinforcement consists of tows, ie very thick carbon fiber strands with fiber strand diameters of, for example, 15 mm 2 (> 3000 kN), which span the entire building structure in accordance with the load path.
  • the local reinforcement or the basic reinforcement the tensile forces to be absorbed are transferred to the global reinforcement (or secondary reinforcement), which then ensures the load-bearing capacity of the overall structure.
  • the reinforcement element itself can also be designed to be continuous via the concrete structure modules and also be concreted in. In this way, too, global reinforcement is achieved.
  • the global reinforcement is surrounded by a textile structure in the form of a tubular, interwoven or otherwise manufactured reinforcement elements according to the invention with axially integrated rovings, hereinafter also referred to as ductility reinforcement, which with a significant increase in deformation absorbs the loads on the supporting structure.
  • ductility reinforcement By utilizing the high energy absorption capacity of the ductility reinforcement in the case of large deformations, high efficiency can be achieved with little use of resources, so that for this purpose significantly smaller yarn cross-sections ( ⁇ 5 mm 2 ) than with the global reinforcement, which also has separate additional elements such as tows introduced into the reinforcement element according to the invention required, are required.
  • Reinforcement elements 1 can run parallel, as shown, or have a different orientation.
  • FIG. 13 shows schematically, in a perspective view and a front view, an embodiment of a spiral-shaped connecting element 12 for the connection of reinforcement elements 1 according to the invention.
  • the dimensions of the spiral-shaped Connection element 12, the length, the spiral diameter or the pitch of the spiral are determined on the basis of the requirements.
  • An insertion hook 14 brings additional advantages, with which an easier insertion of the connecting element 12 into a local reinforcement, such as a reinforcement mat, into another reinforcement element 1 or into another reinforcement element in three-dimensional form is made possible.
  • FIG. 14 shows a schematic perspective view of a further embodiment of a spiral-shaped connecting element 12 'for reinforcing elements 1 according to the invention.
  • a diameter of the spiral-shaped connecting element 12' that varies over the length is provided, which during assembly provides a spacing between reinforcing element 1 and local reinforcement 19 enables.
  • Fig. 15 shows schematically in a perspective view a further embodiment of a reinforcing element 1 according to the invention for use as
  • FIG. 16 shows schematically in a perspective view an embodiment of a reinforcement element 1 according to the invention, in which the yarn 2 is laid, wound or, in the specific case, woven with a diameter varying over the length of the reinforcement element 1.
  • FIG. 17 shows schematically in a perspective view an embodiment of a concrete component 20, comprising an embodiment according to the invention
  • the concrete component 20 is composed of several concrete structure modules 21, whose connection to one another is made possible by an edge connection 40 (cf. FIG. 18), which is not specifically designated here, optionally additionally by the global reinforcement. This can be done, for example, by the reinforcement element 1 with introduced reinforcement, in particular a strand 9 (cf. also Fig. 18).
  • the strand 9 combines several concrete structure modules 21 and ensures additional stability of the concrete component 20.
  • An alternative embodiment of the concrete component 20 according to the invention provides that the reinforcement element 1 itself combines several concrete structure modules 21. For this purpose, it is necessary to concret the individual concrete structure modules 21 together and after they have been joined, with the reinforcement element 1, which runs over several concrete structure modules 21, also being concreted in at the same time. In addition to the edge connections 40, it thus connects the concrete structure modules 21 to one another. An additional backup is still possible.
  • FIG. 18 shows a section of a schematic perspective illustration of an embodiment of a concrete component 20 according to the invention. In the embodiment shown, this is shown as a sandwich element, so that the concrete structure modules 21 of the two shells are each connected to the adjacent concrete structure module 21 by means of a separate edge connection 40.
  • the area of the local reinforcement 19 shown without a concrete cover illustrates the interlocking of the yarn loops 34, which each belong to the local reinforcement 19 of the two adjacent concrete structure modules 21.
  • transverse force reinforcement 36 a box-shaped reinforcement made of a textile lattice-like structure is shown, which both engages in the two shells of the sandwich element and represents the connection and spacing structure between the two shells.
  • tubular reinforcement element 1 is provided, which enables the introduction of high forces in the intended direction and dissipates them.
  • the reinforcement element 1 can also dissipate forces across several concrete structure modules 21.
  • a strand 9 is introduced into the interior of the reinforcement element 1.
  • the strand 9 connects several concrete structure modules 21 with one another and can absorb forces globally across the concrete structure modules 21 or the concrete component 20, for example if the edge connection 40 fails, and thus ensures the function of a global reinforcement.

Abstract

The invention relates to a tubular reinforcing element (1) which is formed in the form of a lattice from a continuously arranged, crossing yarn (2), wherein the crossing portions (3) of the at least one yarn (2) are interconnected by a cross-connection. According to the invention, the cross-connection of the yarn (2) is achieved by a material means or a mechanical means, wherein the means determines the shear elasticity of the cross-connection, the elasticity during the opposed rotative pivoting movement of the crossing portions (3) around their crossing point in the cross-connection, and hence determines the extensibility of the reinforcing element (1) in the direction of a longitudinal axis, wherein a higher shear elasticity is accompanied by a higher extensibility. The invention also relates to a method for producing the tubular reinforcing element (1) by weaving, braiding or winding the lattice structure from a yarn (2). Further aspects of the invention relate to a global reinforcement, to the use of a reinforcing element, to a concrete structural part and to a program file.

Description

ROHRFÖRMIGES BEWEHRUNGSELEMENT, VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES BEWEHRUNGSELEMENTS, GLOBALBEWEHRUNG, VERWENDUNG EINES BEWEHRUNGSELEMENTS, BETONBAUTEIL UND PROGRAMMDATEI TUBULAR REINFORCEMENT ELEMENT, METHOD OF MANUFACTURING A REINFORCEMENT ELEMENT, GLOBAL REINFORCEMENT, USE OF A REINFORCEMENT ELEMENT, CONCRETE COMPONENT AND PROGRAM FILE
Die Erfindung betrifft ein rohrförmiges Bewehrungselement, das gitterförmig aus einem kontinuierlich angeordneten, sich kreuzenden Garn ausgebildet ist, wobei die sich kreuzenden Abschnitte des wenigstens einen Garns durch eine Kreuzverbindung miteinander verbunden sind und Verfahren zu dessen Herstellung. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Globalbewehrung für ein Betonbauteil, umfassend wenigstens ein Bewehrungselement, eine Verwendung eines Bewehrungselements und ein Betonbauteil. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Programmdatei zur Ausführung eines Verfahrens. The invention relates to a tubular reinforcement element which is lattice-shaped from a continuously arranged, intersecting yarn, the intersecting sections of the at least one yarn being connected to one another by a cross connection and a method for its production. The invention further relates to a global reinforcement for a concrete component, comprising at least one reinforcement element, a use of a reinforcement element and a concrete component. The invention also relates to a program file for executing a method.
Aus der Druckschrift DE 10 2015 100 386 A1 ist ein Bewehrungselement bekannt, das als Stab aufgebaut und im Wesentlichen eindimensional wirksam ist. Der Stab weist in ein Matrixmaterial eingebettete Filamente auf. Die Filamente liegen in einer Zugrichtung ausgerichtet vor und sind von einem mineralischen Matrixmaterial im Wesentlichen vollständig umgeben. Als Matrixmaterial ist Feinbeton oder eine Suspension mit Feinzement vorgesehen. From the publication DE 10 2015 100 386 A1 a reinforcement element is known which is constructed as a rod and is essentially one-dimensionally effective. The rod has filaments embedded in a matrix material. The filaments are aligned in a pulling direction and are essentially completely surrounded by a mineral matrix material. Fine concrete or a suspension with fine cement is provided as the matrix material.
Durch die Verwendung von hochleistungsfähigen Bewehrungselementen dieser Art, in denen Carbonfasern zum Einsatz kommen und die Festigkeiten im Bereich von 2000 - 4000 N/mm2 besitzen, ergibt sich die Notwendigkeit der Kraftübertragung zwischen den Bewehrungselementen und dem Matrixmaterial Beton. Die hohen Kräfte der Carbonbewehrung müssen zielgerichtet in den Beton eingeleitet werden, um das Potenzial der Carbonfasern effizient ausnutzen zu können. So werden auch mit der Verwendung von Carbonelementen kurze Verankerungslängen möglich, um einen wirtschaftlichen Einsatz gewährleisten zu können. The use of high-performance reinforcement elements of this type, in which carbon fibers are used and have strengths in the range of 2000 - 4000 N / mm 2 , results in the need for force transmission between the reinforcement elements and the concrete matrix material. The high forces of the carbon reinforcement must be introduced into the concrete in a targeted manner in order to be able to use the potential of the carbon fibers efficiently. Short anchoring lengths are also possible with the use of carbon elements in order to be able to guarantee economic use.
Bei Stäben, beispielsweise Carbonstäben, wird zur Verbesserung des Verbundes analog zum Bewehrungsstahl versucht, durch eine geeignete Oberflächenprofilierung einen ausreichenden Verbund zu gewährleisten. Dabei werden verschiedene Konzepte zur Erzielung einer Verbundtragfähigkeit verfolgt, da eine Rippenstruktur, die bei Bewehrungselementen aus Stahl üblich sind, aufgrund der Anisotropie der Carbonfasern nicht möglich bzw. ineffizient ist. Daher werden Carbonstäbe beispielsweise mit einer zusätzlichen Sandschicht versehen, wodurch der Haft- und Reibverbund im Vergleich zu einem glatten Carbonstab verbessert werden kann. Weitere Varianten bei Carbonstäben sind das Aufbringen einer nachträglichen Rippenstruktur beispielsweise aus Kunstharz, das nachträgliche Umwickeln von einzelnen Fasersträngen, Formvariation der Carbonstäbe im Herstellprozess zur Verbundverbesserung oder die nachträgliche Fräsung zur Herstellung von negativen Rippen, auch als Nuten bezeichnet. In the case of rods, for example carbon rods, in order to improve the bond, analogous to the reinforcement steel, attempts are made to ensure a sufficient bond by means of suitable surface profiling. Various concepts are pursued to achieve a composite load-bearing capacity, since a rib structure, which is common in steel reinforcement elements, is not possible or inefficient due to the anisotropy of the carbon fibers. Carbon rods are therefore provided, for example, with an additional layer of sand, whereby the adhesive and friction bond can be improved compared to a smooth carbon rod. Further variants of carbon rods are the application of a subsequent one Rib structure, for example made of synthetic resin, the subsequent wrapping of individual fiber strands, shape variation of the carbon rods in the manufacturing process to improve the bond or the subsequent milling to manufacture negative ribs, also known as grooves.
Als Bewehrung kommen beim Carbon- bzw. Textilbeton verschiedene Elemente zur Anwendung. Dabei können sowohl Gelege, beispielsweise biaxiale, multiaxiale oder dreidimensionale Gelege, als auch Stäbe zum Einsatz kommen. Ein derartiges Gelege, das eine textile Bewehrung für ein Betonbauteil aus von polymeren Bindemitteln freiem Garn bildet, beschreibt die Druckschrift DE 10 2016 100 455 A1, einschließlich eines Verfahrens und einer Vorrichtung zu seiner Erzeugung. Eine Verlegeeinrichtung ist vorgesehen, bei der eine Positionierreinrichtung oder ein Verlegeroboter zweidimensional relativ zu einer Garnabgabeeinrichtung beweglich angeordnet ist. Die Verlegeeinrichtung ist zur Ausbildung eines Spanngeleges aus von polymeren Bindemitteln freiem Garn innerhalb eines Grundrahmens ausgebildet. Der Grundrahmen weist Garnhaiteeinrichtungen im Bereich von Außenkanten des Grundrahmens und/oder von Aussparungen auf, wobei die Garnhaiteeinrichtungen zugleich Umlenkpunkte des Garns bilden. Weitere dreidimensionale Strukturen sind aus dem Stand der Technik bekannt. So beschreiben die Druckschriften DE 10 2014 200 792 B4 und EP 2 530 217 B1 Flächengebilde, die mittels einer Abstandsstruktur oder als bereits dreidimensional gefertigtes Abstandsgewebe oder -gewirke eine textile Bewehrungsstruktur ausbilden. Aus der Druckschrift DE 10 2016 124 226 A1 ist weiterhin ein Gitterträger bekannt, dessen Wirkung ebenfalls auf einem flächigen textilen Bewehrungselement beruht, das durch Scharen von faden- oder garnförmigen Einzelelementen gebildet wird, die als Abschnitte von einem Gurt und von Streben dienen. Allerdings ist in allen Fällen die großflächige Struktur nicht geeignet, um diskrete Bewehrungselemente wie Bewehrungsstäbe oder Bewehrungskörbe effektiv zu ersetzen. Various elements are used as reinforcement in carbon or textile concrete. Both fabrics, for example biaxial, multiaxial or three-dimensional fabrics, and rods can be used. Such a scrim, which forms a textile reinforcement for a concrete component from yarn free of polymeric binders, is described in the publication DE 10 2016 100 455 A1, including a method and a device for its production. A laying device is provided in which a positioning device or a laying robot is arranged to be movable in two dimensions relative to a yarn dispensing device. The laying device is designed to form a tensioning structure from yarn free of polymeric binders within a base frame. The base frame has yarn holding devices in the area of outer edges of the base frame and / or of recesses, the yarn holding devices at the same time forming deflection points of the yarn. Further three-dimensional structures are known from the prior art. Thus, the publications DE 10 2014 200 792 B4 and EP 2 530 217 B1 describe flat structures that form a textile reinforcement structure by means of a spacer structure or as a spacer fabric or knitted fabric that has already been manufactured in three dimensions. From the publication DE 10 2016 124 226 A1 a lattice girder is also known, the effect of which is also based on a flat textile reinforcement element, which is formed by flocking thread-like or thread-like individual elements that serve as sections of a belt and struts. In all cases, however, the large-area structure is not suitable for effectively replacing discrete reinforcement elements such as reinforcing bars or reinforcing cages.
Die Lösung aus der Druckschrift DE 10 2012 101 498 A1 sieht ebenfalls ein textiles Gitter vor, das leicht vom Matrixmaterial durchdrungen werden kann. Es ist dazu weiterhin vorgesehen, das zunächst als flache Struktur gefertigte textile Gitter in eine U-Form zu bringen und damit ein diskretes Bewehrungselement zu erhalten. Allerdings weist die offene U-Form gegenüber geschlossenen Querschnittsformen eine geringere Steifigkeit auf. Die Druckschrift WO 98/09042 A1 offenbart ein rohrförmiges Bewehrungselement, das gitterförmig ausgebildet ist und bei dem die sich kreuzenden Abschnitte miteinander verbunden sind. Das rohrförmige Bewehrungselement besteht aus thermoplastischen faserverstärkten Bändern, die durch Punktschweißen an den Kreuzungen verbunden werden. Alternativ dazu sind Schläuche aus Fasersträngen vorgesehen, die später auf einen Kernform aufgezogen, laminiert und ausgehärtet werden. Allerdings wird die Last ausschließlich über die Faserstränge in Zugrichtung aufgenommen, soweit eine Lastkomponente in dieser Richtung vorliegt, die Nutzung anderer mechanischer Effekte ist nicht vorgesehen. The solution from the publication DE 10 2012 101 498 A1 also provides a textile lattice that can easily be penetrated by the matrix material. For this purpose, it is also provided to bring the textile grid, which is initially manufactured as a flat structure, into a U-shape and thus to obtain a discrete reinforcement element. However, the open U-shape is less rigid than closed cross-sectional shapes. The document WO 98/09042 A1 discloses a tubular reinforcement element which is designed in the form of a grid and in which the intersecting sections are connected to one another. The tubular reinforcement element consists of thermoplastic fiber-reinforced strips that are connected by spot welding at the intersections. Alternatively, tubes made of fiber strands are provided, which are later drawn onto a core mold, laminated and cured. However, the load is only absorbed via the fiber strands in the tensile direction, provided that there is a load component in this direction; the use of other mechanical effects is not intended.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist somit, ein rohrförmiges Bewehrungselement, das unter Verwendung wenigstens eines kontinuierlich angeordneten, sich kreuzenden Garns gitterförmig ausgebildet ist und eine verbesserte Lastreserve bei Überlast ermöglicht, anzubieten. The object of the present invention is therefore to offer a tubular reinforcement element which is designed in a grid-like manner using at least one continuously arranged, intersecting yarn and which enables an improved load reserve in the event of overload.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein rohrförmiges Bewehrungselement, das gitterförmig aus einem kontinuierlich angeordneten, sich kreuzenden Garn ausgebildet ist, wobei die sich kreuzenden Abschnitte des wenigstens einen Garns durch eine Kreuzverbindung miteinander verbunden sind. Der Durchmesser des Bewehrungselements über die Länge kann konstant oder veränderlich sein. Nach der Erfindung ist wenigstens ein kontinuierlich angeordnetes, sich kreuzendes Garn vorgesehen, aus dem das Gitter ausgebildet ist. Alternativ dazu kommen mehrere Garne zum Einsatz, die bei der Herstellung des Bewehrungselements von jeweils einer Spule zugeführt werden und wobei jeweils ein Garn einen „Gitterstab“ desjenigen Gitters ausbildet, das die Mantelfläche des rohrförmigen Bewehrungselements bildet. Es ist nach einer weiteren Alternative vorgesehen, nur ein Garn von einer einzigen Spule einzusetzen und in der Weise umzulenken und abzulegen, dass ebenfalls die Gitterform gebildet wird. In dem Fall kreuzt sich das Garn mit sich selbst in unterschiedlichen Lagen. Ein aushärtbares Material, beispielsweise ein Harz, verleiht dem rohrförmigen Bewehrungselement nach der Herstellung des Gitters Stabilität nach einer bevorzugten Ausführungsform. The object is achieved by a tubular reinforcing element which is designed in a grid-like manner from a continuously arranged, intersecting yarn, the intersecting sections of the at least one yarn being connected to one another by a cross connection. The diameter of the reinforcement element over the length can be constant or variable. According to the invention, at least one continuously arranged, intersecting yarn is provided from which the lattice is formed. As an alternative to this, several yarns are used, which are fed from a spool in each case during the production of the reinforcement element and with one yarn in each case forming a “lattice bar” of the grid that forms the outer surface of the tubular reinforcement element. According to a further alternative, only one thread from a single bobbin is used and deflected and deposited in such a way that the lattice shape is also formed. In that case the yarn crosses itself in different layers. According to a preferred embodiment, a hardenable material, for example a resin, gives the tubular reinforcement element stability after the lattice has been produced.
Die kreuzenden Abschnitte des Garns sind in ihrem Kreuzungspunkt so miteinander verbunden, dass die Scherelastizität der Kreuzverbindung, die Elastizität bei der gegenläufigen rotativen Schwenkbewegung der sich kreuzenden Abschnitte um ihren Kreuzungspunkt in der Kreuzverbindung, die Dehnbarkeit des Bewehrungselements in Richtung einer Längsachse bestimmt, wobei mit einer höheren Elastizität eine höhere Dehnbarkeit einhergeht. Die Kreuzverbindung des Garns erfolgt nach der Erfindung durch ein stoffliches Mittel oder ein mechanisches Mittel, wobei das Mittel die Scherelastizität derThe intersecting sections of the yarn are connected to one another at their intersection point in such a way that the shear elasticity of the cross connection, the elasticity during the opposing rotative pivoting movement of the intersecting sections about their Crossing point in the cross connection, which determines the extensibility of the reinforcement element in the direction of a longitudinal axis, with a higher elasticity being accompanied by a higher extensibility. The cross-connection of the yarn takes place according to the invention by a material means or a mechanical means, the means being the shear elasticity of the
Kreuzverbindung, die Elastizität bei der gegenläufigen rotativen Schwenkbewegung der sich kreuzenden Abschnitte um ihren Kreuzungspunkt in der Kreuzverbindung, einstellt und damit die Dehnbarkeit des Bewehrungselements in Richtung einer Längsachse bestimmt, wobei mit einer höheren Scherelastizität eine höhereCross connection, which adjusts the elasticity in the opposite rotary pivoting movement of the intersecting sections around their intersection point in the cross connection and thus determines the extensibility of the reinforcement element in the direction of a longitudinal axis, with a higher shear elasticity being higher
Dehnbarkeit einhergeht Goes hand in hand with elasticity
Die Kreuzverbindung weist eine solche Scherelastizität auf, dass das Bewehrungselement für eine vorgesehene Dehnbarkeit in Richtung der Längsachse und zugleich quer zu der Längsachse, in Querrichtung, ausgerüstet ist. DieThe cross connection has such a shear elasticity that the reinforcement element is equipped for an intended extensibility in the direction of the longitudinal axis and at the same time transversely to the longitudinal axis, in the transverse direction. The
Scherelastizität beschreibt die Elastizität bei der gegenläufigen Rotations- bzw. Schwenkbewegung der sich kreuzenden Garne oder Garnabschnitte um denShear elasticity describes the elasticity in the opposite rotation or pivoting movement of the intersecting yarns or yarn sections around the
Kreuzungspunkt in der Kreuzverbindung. Eine höhere Scherelastizität führt zu höherer Dehnbarkeit des Bewehrungselements, wobei die Verformung in Richtung der Längsachse und, im Sinne einer Einschnürung, zugleich quer zu der Längsachse, in Querrichtung, erfolgt. Ist das Bewehrungselement in ein Bauteil eingesetzt, sorgt das Bewehrungselement durch die definierte Dehnbarkeit für ein vorteilhaft duktiles Verhalten des Bauteils, das mit einer hohen zusätzlichen Sicherheit verbunden ist. Die Gitterform ist dazu bevorzugt gewebt, geflochten, gelegt oder gewickelt, wobei natürlich auch weitere Einflussfaktoren zu der letztendlich wirksamen Dehnbarkeit bzw. Steifigkeit führen. Im Ergebnis werden auch bei einer Überlastung Betonstrukturmodule noch zusammengehalten. Zu den Einflussfaktoren gehört auch das Matrixmaterial, in das das Bewehrungselement eingebettet und mit dem es ausgefüllt ist. Weiterhin sind die Dimensionen des Bewehrungselements von Bedeutung. Crossing point in the cross connection. A higher shear elasticity leads to higher extensibility of the reinforcement element, the deformation taking place in the direction of the longitudinal axis and, in the sense of a constriction, at the same time transverse to the longitudinal axis, in the transverse direction. If the reinforcement element is inserted into a component, the reinforcement element ensures an advantageously ductile behavior of the component due to the defined elasticity, which is associated with a high level of additional safety. For this purpose, the lattice shape is preferably woven, braided, laid or wound, with other influencing factors naturally also leading to the ultimately effective elasticity or rigidity. As a result, concrete structural modules are still held together even in the event of an overload. The influencing factors also include the matrix material in which the reinforcement element is embedded and with which it is filled. The dimensions of the reinforcement element are also important.
Vorteilhafterweise sind die kreuzenden Abschnitte des Garns im Bereich der Gitterkreuzungen durch stoffliche Mittel, wie z. B. Verkleben bzw. Verschweißen, oder mechanische Mittel, wie z. B. durch Vernähen, verbunden. Durch die Eigenschaften dieser Verbindungen, insbesondere ihre Scherfestigkeit gegenüber Torsion bzw. Verschwenken der kreuzenden Garnabschnitte gegeneinander, wird die Scherfestigkeit und darüber die Dehnbarkeit oder Steifigkeit des Bewehrungselements grundlegend und wesentlich bestimmt. Advantageously, the intersecting sections of the yarn in the area of the lattice intersections are made by material means, such as B. gluing or welding, or mechanical means, such as. B. by sewing connected. The shear strength is determined by the properties of these connections, in particular their shear strength against torsion or pivoting of the intersecting yarn sections against one another and also fundamentally and significantly determines the ductility or stiffness of the reinforcement element.
Das Verkleben der Gitterkreuzungen, die Stabilisierung der Rohrform insgesamt und die Lastübertragung auch auf die innenliegenden Fasern kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Nach einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Stabilisierung mittels Fixierung durch ein aushärtbares Harz erreicht. Dieses kann nach der Garnablage, der Herstellung der Rohrform, aufgebracht werden oder das Garn wird vor der Garnablage mit dem aushärtbaren Harz imprägniert. Die Imprägnierung kann dazu unmittelbar vor der Garnablage erfolgen oder das Garn wird bereits imprägniert zugeliefert, wobei das enthaltene Harz in dem Fall vor einem unerwünschten, vorzeitigen Aushärten bewahrt werden muss. The gluing of the grid crossings, the stabilization of the pipe shape as a whole and the load transfer also to the internal fibers can be done in different ways. According to a first embodiment of the method according to the invention, the stabilization is achieved by means of fixing by means of a curable resin. This can be applied after the yarn has been laid down, after the tubular shape has been produced, or the yarn is impregnated with the curable resin before the yarn is laid down. For this purpose, the impregnation can take place immediately before the yarn is laid or the yarn is supplied already impregnated, in which case the resin contained must be protected from undesired, premature hardening.
Als aushärtbares Matrixmaterial kommen bevorzugt Reaktivharze, wie z. B. Epoxidharz, oder wässrige Dispersionen, z. B. auf Basis von Acrylat oder Styrolbutadien, in Betracht. The curable matrix material is preferably reactive resins, such as. B. epoxy resin, or aqueous dispersions, e.g. B. based on acrylate or styrene butadiene into consideration.
Nach einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Garn als ein Hybridgarn neben den tragenden Fasern zusätzlich mit thermoplastischen und dadurch thermisch aktivierbaren Kunstfasern versehen. Diese können durch Wärmeeinwirkung aktiviert werden, indem sie aufschmelzen, und sorgen nach dem Erhärten für eine Verbindung der zum Lastabtrag geeigneten Fasern des Garns miteinander, so dass dieselben Effekte erreicht werden wie beim Einsatz eines aushärtbaren Harzes. According to a second embodiment of the method according to the invention, the yarn, as a hybrid yarn, is provided with thermoplastic and thus thermally activated synthetic fibers in addition to the load-bearing fibers. These can be activated by the action of heat by melting them, and after hardening ensure a connection of the fibers of the yarn that are suitable for load transfer, so that the same effects are achieved as when using a hardenable resin.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bewehrungselements sieht vor, dass im Inneren des Bewehrungselements ein Matrixmaterial vorgesehen und in dieses eine weitere Längsbewehrung, wenigstens eine elektrische Leitung, wenigstens eine Fluidleitung und/oder ein Leerrohr, in das eine der vorgenannten Leitungen oder die Längsbewehrung mit oder ohne Vorspannung nachträglich eingezogen werden können, eingebettet sind. One embodiment of the reinforcement element according to the invention provides that a matrix material is provided in the interior of the reinforcement element and in this a further longitudinal reinforcement, at least one electrical line, at least one fluid line and / or an empty pipe, in one of the aforementioned lines or the longitudinal reinforcement with or without prestress can be withdrawn subsequently, are embedded.
Nach einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bewehrungselements ist ein innerer Hohlraum in dem Bewehrungselement vorgesehen, der von Matrixmaterial eines Betonbauteils freigehalten ist. Das Einführen eines Tows oder eines anderen lastabtragenden Elements in das Innere des Bewehrungselements durch den Hohlraum hindurch ermöglicht eine Globalbewehrung, die über die einzelnen bewehrten Betonstrukturelemente hinausreicht und als zusätzliche Sicherung im Falle eines Versagens Kräfte aufnehmen kann. Als Globalbewehrung wird in Abgrenzung zur lokalen Bewehrung nachfolgend insbesondere auch eine Einsatzform des rohrförmigen Bewehrungselements bezeichnet. Ausgehend von der konventionellen Textilbetontechnologie wird mit Bewehrungsstrukturen eine lokale Basisbewehrung vorgesehen, mit der die Beanspruchungen unter den maßgeblichen Gebrauchslastzuständen, beispielsweise für ein jeweils bewehrtes Betonstrukturelement, sicher aufgenommen werden können. Zusätzlich sorgen übergeordnete globale Bewehrungsstränge, beispielsweise Tows mit einer netzförmigen Ummantelung, die gewickelt, geflochten, gewebt oder gelegt sein kann, für hohe Lastreserven unter Extremzuständen. Sie werden mit sehr hoher Dehnbarkeit konzipiert, sodass bei ihrer Aktivierung eine hohe Bauteilduktilität entsteht. Somit sorgt die Globalbewehrung dafür, dass auch nach einem möglichen Versagen der lokalen Basisbewehrung infolge einer möglichen Extrembelastung der Zusammenhalt der gesamten Tragstruktur gewährleistet bleibt. Die Globalbewehrung liegt auf den Lastpfaden der lokalen Bewehrungen und wirken bei Überlastung als ein zusätzliches Sicherheitselement. Unter normalen Lastbedingungen erhöhen die Globalbewehrungen die Steifigkeit des Betonbauteils. According to an alternative embodiment of the reinforcement element according to the invention, an inner cavity is provided in the reinforcement element, which is kept free of matrix material of a concrete component. The introduction of a tow or other load-bearing element into the interior of the Reinforcement element through the cavity enables global reinforcement that extends beyond the individual reinforced concrete structural elements and can absorb forces as an additional safeguard in the event of failure. In the following, a form of use of the tubular reinforcement element is also referred to as global reinforcement, in contrast to local reinforcement. Based on conventional textile concrete technology, reinforcement structures are used to provide local basic reinforcement with which the loads under the relevant service load conditions, for example for a reinforced concrete structural element, can be safely absorbed. In addition, higher-level global reinforcement strands, for example tows with a net-like sheathing, which can be wound, braided, woven or laid, ensure high load reserves under extreme conditions. They are designed with a very high elasticity, so that when they are activated, a high component ductility results. Thus, the global reinforcement ensures that the cohesion of the entire supporting structure is guaranteed even after a possible failure of the local basic reinforcement due to a possible extreme load. The global reinforcement lies on the load path of the local reinforcement and acts as an additional safety element in the event of overload. Under normal load conditions, the global reinforcements increase the rigidity of the concrete component.
Es hat sich für bestimmte Einsatzfälle als vorteilhaft erwiesen, wenn die Wand des Leerrohrs oder des Hohlraums in dem rohrförmigen Bewehrungselement luft- und wasserdicht ausgebildet ist, sodass Gase oder Flüssigkeiten darin transportiert bzw. durchgeleitet werden können. Eine weitere Abdichtung der Rohrwandung ist dann entbehrlich. Weitere funktionelle Beschichtungen sind optional vorgesehen. So kann eine innere und/oder äußere Beschichtung angebracht werden, die eine Anbindung an ein umgebendes Matrixmaterial steuert werden bzw. zumindest teilweise verhindert oder alternativ dazu die Anbindung verbessert werden kann. Dadurch lässt sich die Steifigkeit der Bewehrung und damit die des Bauteils dem Erfordernis entsprechend einstellen. Bei stärkerer Anbindung, insbesondere wenn das Matrixmaterial das Garn umschließen kann, ist die Steifigkeit am höchsten. It has proven to be advantageous for certain applications if the wall of the empty pipe or of the cavity in the tubular reinforcement element is made airtight and watertight so that gases or liquids can be transported or passed through therein. A further sealing of the pipe wall is then unnecessary. Further functional coatings are optionally provided. Thus, an inner and / or outer coating can be applied, which controls a connection to a surrounding matrix material or at least partially prevents it or, alternatively, the connection can be improved. This allows the stiffness of the reinforcement and thus that of the component to be adjusted as required. The stiffness is highest when the connection is stronger, especially when the matrix material can enclose the yarn.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bewehrungselements ist dieses selbst, bedingt durch die elektrischen Eigenschaften des eingesetzten Materials, elektrisch leitend, wie z. B. im Fall von Carbonfasern, oder wenn das Material mit einer elektrisch leitenden Beschichtung versehen ist. Dann können eine Durchleitung von Elektroenergie oder von elektrischen Signalen unmittelbar durch das Bewehrungselement vorgenommen werden. Es kann über die so gebildeten elektrischen Leitungen aber auch eine elektrische Beheizung erreicht werden, v. a. bei entsprechend eingestelltem Widerstand. Zur Regelung der Heizung kann das Innere des Bewehrungselements außerdem mit einem Matrixmaterial ausgefüllt werden, das einen temperaturabhängig variablen elektrischen Widerstand aufweist. Zudem ist es nach einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausführungsform vorgesehen, das Innere des Bewehrungselements mit einem Elektrolyten auszufüllen, um eine kurzzeitige Energiespeicherung durch einen Kondensatoreffekt zu erreichen. Die elektrischen Eigenschaften können auch durch eine elektrisch leitfähige Beschichtung eingestellt, gesteuert oder verändert werden. In an advantageous embodiment of the reinforcement element according to the invention, this is itself, due to the electrical properties of the material used, electrically conductive, such as. B. in the case of carbon fibers, or if that Material is provided with an electrically conductive coating. Electrical energy or electrical signals can then be passed directly through the reinforcement element. However, electrical heating can also be achieved via the electrical lines formed in this way, especially with an appropriately set resistance. To regulate the heating, the inside of the reinforcement element can also be filled with a matrix material that has an electrical resistance that is variable as a function of temperature. In addition, according to an advantageous further development of this embodiment, the interior of the reinforcement element is filled with an electrolyte in order to achieve short-term energy storage by means of a capacitor effect. The electrical properties can also be set, controlled or changed by means of an electrically conductive coating.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bewehrungselements, wie es zuvor beschrieben wurde. Die Herstellung erfolgt durch Weben, Flechten oder Wickeln der Gitterstruktur aus einem Garn, bevorzugt aus mehreren Garnen. Nach der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Kreuzungen des wenigstens einen Garns durch Verkleben, Verschweißen oder Vernähen fixiert werden. Dadurch können die sich kreuzenden Garne in definierter Weise in ihrer Beweglichkeit gegeneinander eingeschränkt und so die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Scherelastizität des Bewehrungselements insgesamt kontrolliert bzw. eingestellt werden. Another aspect of the present invention relates to a method for producing a reinforcing element as described above. The production takes place by weaving, braiding or winding the lattice structure from one yarn, preferably from several yarns. According to the invention it is provided that the intersections of the at least one yarn are fixed by gluing, welding or sewing. As a result, the mutually crossing yarns can be restricted in their mobility relative to one another in a defined manner and the mechanical properties, in particular the shear elasticity of the reinforcement element, can be controlled or adjusted as a whole.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass im Inneren des im Matrixmaterial eingebetteten Bewehrungselements ein Hohlraum geschaffen wird. Insbesondere wird der Hohlraum in der Weise geschaffen, dass in das Innere des Bewehrungselements ein luftdichter Schlauch eingelegt wird und der Schlauch durch einen angelegten Fluiddruck auf einen Durchmesser expandiert wird, der dem Durchmesser des zu schaffenden Hohlraums entspricht. Das Matrixmaterial, insbesondere Beton, wird danach aufgebracht und nach dem Aushärten des Matrixmaterials wird der Fluiddruck in dem Schlauch aufgehoben. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dabei nicht auf einen Schlauch mit kreisförmigem Querschnitt beschränkt, es kommt vielmehr jede beliebige Querschnittsform in Betracht, die der gewünschten inneren Geometrie entspricht. Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient dem Vorhalten einer Lastreserve. Das Innere des Bewehrungselements ist zunächst mit einem ausgehärteten Matrixmaterial ausgefüllt. Bricht dieses bei Überlast und die Bruchstelle wird gestreckt, bildet sich eine Einschnürung aus und das Bewehrungselement aktiviert gleichzeitig eine Lastreserve, indem es eine duktile Trageigenschaft entfaltet. Die Streckung und die damit einhergehende Bewegung der Struktur sorgt für eine im Bauwesen geforderte Ankündigung des Strukturversagens durch Überschreiten der Traglast. Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch eine Globalbewehrung für ein Betonbauteil gelöst, umfassend wenigstens ein Bewehrungselement, wie es zuvor beschrieben wurde. Erfindungsgemäß ist dazu das wenigstens eine Bewehrungselement mittels wenigstens einem Verbindungselement an eine lokale Bewehrung, wie z. B. eine Bewehrungsmatte, oder an ein weiteres Bewehrungselement gemäß obiger Beschreibung unmittelbar oder beabstandet angebunden. Durch das Leerrohr oder den Hohlraum in dem Bewehrungselement ist ein Element zur bauteilübergreifenden Kraftübertragung geführt, sodass das Betonbauteil mit einem weiteren Betonbauteil kraftleitend verbunden ist. Das Verbindungselement ist vorteilhafterweise als eine Bandschlaufe oder spiralförmig ausgebildet, wobei bevorzugt ein Einführhaken zur erleichterten Montage des spiralförmigen Verbindungselements umfasst ist. One embodiment of the method according to the invention provides that a cavity is created in the interior of the reinforcement element embedded in the matrix material. In particular, the cavity is created in such a way that an airtight hose is inserted into the interior of the reinforcement element and the hose is expanded by an applied fluid pressure to a diameter which corresponds to the diameter of the cavity to be created. The matrix material, in particular concrete, is then applied and, after the matrix material has hardened, the fluid pressure in the hose is released. The method according to the invention is not limited to a hose with a circular cross-section; instead, any cross-sectional shape that corresponds to the desired internal geometry can be used. Another embodiment of the method according to the invention is used to maintain a load reserve. The inside of the reinforcement element is initially filled with a hardened matrix material. If this breaks in the event of overload and the point of break is stretched, a constriction forms and the reinforcement element simultaneously activates a load reserve by developing a ductile load-bearing capacity. The stretching and the associated movement of the structure ensures a structural failure announcement, which is required in the building industry, by exceeding the load-bearing capacity. The object of the invention is also achieved by a global reinforcement for a concrete component, comprising at least one reinforcement element, as described above. According to the invention, the at least one reinforcement element by means of at least one connecting element to a local reinforcement, such as. B. a reinforcement mat, or connected to another reinforcement element as described above directly or at a distance. An element for cross-component force transmission is guided through the empty pipe or the cavity in the reinforcement element, so that the concrete component is connected to another concrete component in a force-conducting manner. The connecting element is advantageously designed as a tape loop or in the form of a spiral, an insertion hook preferably being included to facilitate assembly of the spiral connecting element.
Die Globalbewehrung ist eine Bewehrung, die das erfindungsgemäße Bewehrungselement, ausgeführt als netzförmiger, Flecht-, Web-, Wickel- oder Gelegeschlauch, insbesondere auf Basis von Carbonfasern, sowie weiterhin die integrierte Längsbewehrung aus Carbonstäben oder -tows umfasst. Die Globalbewehrung liegt bevorzugt auf den Betonschichtinnenseiten, damit im Bauteilinneren. Eine alternative Anordnung der globalen Bewehrung ist eine von der inneren zur äußeren Oberfläche wechselnde Lage und/oder umgekehrt. Das Bewehrungselement ist dazu mit der lokalen Bewehrung über Verbindungselemente, beispielsweise ausgeführt als Bandschlaufe oder Spirale, verbunden und während der Betonage mit einem dehnbaren, flexiblen und später entfernbaren Material gefüllt, wie oben beschrieben. Die Schläuche werden bei der Fertigung komplett von Beton umhüllt. Anschließend, nach der Betonage und Fertigung der Elemente lässt sich das Füllmaterial aus den Schläuchen entfernen. Nach dem Zusammensetzen und Verbinden der Elemente werden durch die Hohlräume die Carbonstäbe bzw. -tows gezogen, wodurch die Globalbewehrung funktionsfähig wird. Abschließend kann das Verpressen der verbleibenden Hohlräume mit einem Verpressmörtel erfolgen, wodurch ein Verbund zwischen dem Carbonstab bzw. -tow und der Betontragschicht hergestellt und das Gesamttragverhalten des Systems verbessert wird. Der Verbund zwischen den Carbontows und dem von Feinbeton umgebenen Flechtschlauch, dem erfindungsgemäßen Bewehrungselement, beeinflusst das Tragverhalten erheblich. The global reinforcement is a reinforcement that includes the reinforcement element according to the invention, designed as a reticulated, braided, woven, wound or scrim tube, in particular based on carbon fibers, as well as the integrated longitudinal reinforcement made of carbon rods or tows. The global reinforcement is preferably located on the inside of the concrete layer, thus inside the component. An alternative arrangement of the global reinforcement is a position that changes from the inner to the outer surface and / or vice versa. For this purpose, the reinforcement element is connected to the local reinforcement via connecting elements, for example designed as a tape loop or spiral, and filled with an expandable, flexible and later removable material during concreting, as described above. The hoses are completely encased in concrete during manufacture. Then, after concreting and manufacturing the elements, the filling material can be removed from the hoses. After assembling and To connect the elements, the carbon rods or tows are pulled through the cavities, making the global reinforcement functional. Finally, the remaining cavities can be grouted with grout, which creates a bond between the carbon rod or tow and the concrete base layer and improves the overall load-bearing behavior of the system. The bond between the carbon towers and the braided hose surrounded by fine concrete, the reinforcement element according to the invention, has a considerable influence on the load-bearing behavior.
Während Carbontows eine materialbedingt hohe Steifigkeit, Festigkeit und Sprödigkeit aufweisen, ist das erfindungsgemäße Bewehrungselement, ausgeführt als ein Flecht-, Web-, Wickel- oder Gelegeschlauch, insbesondere aus Carbonfasern, vor allem vergleichsweise weich und dehnfähig. Das Zusammenwirken der beiden Bewehrungen, der lokalen Bewehrung und der Globalbewehrung, stellt die benötigte Duktilität des Verbundwerkstoffes sicher und gewährleistet die im Bauwesen geforderte Ankündigung des Strukturversagens bei Überschreiten der Traglast. Die maximale Ausnutzung der Tragreserve des Materials geht mit großen Verformungen einher, die die erfolgte Überlastung anzeigen bzw. damit das bevorstehende vollständige Strukturversagen bereits ankündigen. Ein besonders vorteilhafter Einsatz des erfindungsgemäßen Bewehrungselements entsteht somit, wenn durch das Leerrohr oder den Hohlraum ein Element zur bauteilübergreifenden Krafteinleitung und insbesondere Kraftübertragung, beispielsweise ein gebundener oder ungebundener Stab, Roving, Tow oder Strang, als Globalbewehrung geführt ist. Hierdurch ist das Betonbauteil mit einem weiteren Betonbauteil verbindbar und eine Globalbewehrung, wie zuvor beschrieben, entsteht. While carbon tows have a material-related high rigidity, strength and brittleness, the reinforcement element according to the invention, designed as a braided, woven, wound or scrim tube, in particular made of carbon fibers, is above all comparatively soft and elastic. The interaction of the two reinforcements, the local reinforcement and the global reinforcement, ensures the required ductility of the composite material and ensures the announcement of structural failure, which is required in construction, if the load-bearing capacity is exceeded. The maximum utilization of the load-bearing reserve of the material goes hand in hand with large deformations, which indicate that overloading has occurred and thus already announce the imminent complete structural failure. A particularly advantageous use of the reinforcement element according to the invention thus arises when an element for cross-component force introduction and in particular force transmission, for example a bound or unbound rod, roving, tow or strand, is passed through the empty pipe or the cavity as a global reinforcement. As a result, the concrete component can be connected to another concrete component and a global reinforcement, as described above, is created.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung eines Bewehrungselements, wie es zuvor beschrieben wurde, als Führungskanal für eine ergänzende Bewehrung, insbesondere die Globalbewehrung, aber auch als Vorspannkanal, Duktilitätsbewehrung, als Fluidleitung oder als Führungskanal für eine Fluidleitung, eine Stromleitung oder eine Leitung für andere für elektrische Funktionen, wie z. B. eine Steuerungsleitung. Der Führungskanal dient insbesondere der Aufnahme eines innerhalb liegenden axial zu belastenden Bewehrungselements. Dieses stellt eine Ausführungsform der Globalbewehrung dar und kommt im Falle des Versagens des Betonbauteils bzw. des betreffenden Bauteils zum Einsatz. Ebenso kann das Bewehrungselement eine Bewehrung aufnehmen, die vorgespannt wird und dauerhaft belastet ist. Es dient dann als Vorspannkanal. Beim Einsatz als Duktilitätsbewehrung kommen die mechanischen Eigenschaften des Bewehrungselements selbst zum Tragen, indem es bei Überlastung unter einem hohen Verformungsgrad eine Lastreserve entfalten kann. Weiterhin ist der innere Hohlraum zur Aufnahme der verschiedenen Leitungen über das gesamte Betonbauteil, über die Grenzen der Betonstrukturelemente hinweg, geeignet. Another aspect of the present invention relates to the use of a reinforcement element, as described above, as a guide channel for supplementary reinforcement, in particular the global reinforcement, but also as a prestressing channel, ductility reinforcement, as a fluid line or as a guide channel for a fluid line, a power line or a line for others for electrical functions such as B. a control line. The guide channel serves in particular to accommodate a reinforcement element to be axially loaded lying within. This represents an embodiment of the global reinforcement and is used in the event of failure of the concrete component or the component in question. The reinforcement element can also accommodate reinforcement that is prestressed and permanently loaded. It then serves as a preload channel. When used as ductility reinforcement, the mechanical properties of the reinforcement element itself come into play, as it can develop a load reserve in the event of an overload under a high degree of deformation. Furthermore, the inner cavity is suitable for receiving the various lines over the entire concrete component, over the boundaries of the concrete structural elements.
Die Erfindung betrifft auch eine Programmdatei zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 8 bis 10 zur Ausführung in einer Garnlegevorrichtung oder in einem Computer, der eine Garnlegevorrichtung steuert. Die Programmdatei umfasst auch eine Prozedur oder einen Algorithmus zur automatischen Garnablage. The invention also relates to a program file for executing a method according to one of Claims 8 to 10 for execution in a yarn laying device or in a computer which controls a yarn laying device. The program file also includes a procedure or algorithm for automatic thread lay-up.
Anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und ihrer Darstellung in den zugehörigen Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Es zeigen: The invention is explained in more detail below on the basis of the description of exemplary embodiments and their representation in the associated drawings. Show it:
Fig. 1: schematisch in perspektivischer Ansicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements; 1: a schematic perspective view of an embodiment of a reinforcement element according to the invention;
Fig. 2: schematisch einen perspektivischen vergrößerten Ausschnitt einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements; 2: schematically, a perspective enlarged detail of an embodiment of a reinforcement element according to the invention;
Fig. 3: schematisch in seitlicher und geschnittener Ansicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements und dessen Einbettung in ein Matrixmaterial; 3: schematically, in a side and sectional view, an embodiment of a reinforcement element according to the invention and its embedding in a matrix material;
Fig. 4: schematisch einen Abschnitt sich kreuzender Garne bei einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements; 4: schematically, a section of intersecting yarns in an embodiment of a reinforcement element according to the invention;
Fig. 5: schematisch in perspektivischer und seitlicher Ansicht drei Ausführungsformen erfindungsgemäßer Bewehrungselemente, die sich in der Ausbildung des Abschnitts sich kreuzender Garne unterscheiden; 5: a schematic perspective and side view of three embodiments of reinforcing elements according to the invention which differ in the design of the section of intersecting yarns;
Fig. 6: schematisch verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemäßer Bewehrungselemente und ihrer Einbettung in Matrixmaterialien; 6: schematically different embodiments of reinforcing elements according to the invention and their embedding in matrix materials;
Fig. 7: schematisch in seitlicher Ansicht und Ansicht von vorn eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements mit Beschichtung; 7: schematically, in a side view and a view from the front, an embodiment of a reinforcement element according to the invention with a coating;
Fig. 8: schematisch in seitlicher Ansicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements und die Aktivierung einer Lastreserve; Fig. 9: schematisch in perspektivischer und geschnittener Ansicht zwei8: a schematic side view of an embodiment of a reinforcement element according to the invention and the activation of a load reserve; 9: two schematically in perspective and sectioned view
Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements und deren innere Hohlraumprofile; Embodiments of a reinforcement element according to the invention and their inner cavity profiles;
Fig. 10: schematisch die Verfahrensschritte zur Herstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements mit Hohlraum; 10: schematically, the method steps for producing an embodiment of a reinforcement element according to the invention with a cavity;
Fig. 11: schematisch in perspektivischer Ansicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements beim Einsatz als Globalbewehrung; 11: a schematic perspective view of an embodiment of a reinforcement element according to the invention when used as global reinforcement;
Fig. 12: schematisch in perspektivischer Ansicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements in einer Verbindung mit weiteren erfindungsgemäßen Bewehrungselementen; 12: a schematic perspective view of an embodiment of a reinforcement element according to the invention in connection with further reinforcement elements according to the invention;
Fig. 13: schematisch in perspektivischer Ansicht und Ansicht von vorn eine13: a schematic perspective view and a view from the front
Ausführungsform eines spiralförmigen Verbindungselements für erfindungsgemäße Bewehrungselemente; Embodiment of a spiral connecting element for reinforcement elements according to the invention;
Fig. 14: schematisch in perspektivischer Ansicht eine weitere Ausführungsform eines spiralförmigen Verbindungselements für erfindungsgemäße Bewehrungselemente;14: schematically, in a perspective view, a further embodiment of a spiral-shaped connecting element for reinforcing elements according to the invention;
Fig. 15: schematisch in perspektivischer Ansicht eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements beim Einsatz als Globalbewehrung; 15: a schematic perspective view of a further embodiment of a reinforcement element according to the invention when used as a global reinforcement;
Fig. 16: schematisch in perspektivischer Ansicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements mit variierendem Durchmesser; Fig. 17: schematisch in perspektivischer Ansicht ein Betonbauteil, umfassend eine Ausführungsform erfindungsgemäßer Bewehrungselemente und Fig. 18: eine schematische perspektivische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Betonbauteils. Fig. 1 zeigt schematisch in perspektivischer Ansicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements 1, das aus spiralförmig gelegten und miteinander beispielsweise gewebeartig verschlungenen Garnen 2 besteht. Durch die spiralförmige Ablage der einzelnen Garne 2 in unterschiedlichen Richtungen ergeben sich zwischen den Garnen 2 kreuzende Abschnitte 3. 16: a schematic perspective view of an embodiment of a reinforcing element according to the invention with a varying diameter; 17: a schematic perspective view of a concrete component, comprising an embodiment of reinforcing elements according to the invention, and FIG. 18: a schematic perspective illustration of an embodiment of a concrete component according to the invention. Fig. 1 shows schematically in a perspective view an embodiment of a reinforcement element 1 according to the invention, which consists of spirally laid yarns 2, for example, intertwined with one another in a fabric-like manner. The spiral-shaped deposition of the individual yarns 2 in different directions results in intersecting sections 3 between the yarns 2.
In der bevorzugten Ausführungsform kreuzen sich jeweils unterschiedliche Garne, die jedes von einer eigenen Spule entnommen werden. Alternativ dazu ist es aber auch vorgesehen, dass nur ein Garn von einer einzigen Spule entnommen und in der gewünschten Weise (vgl. Fig. 5) gewickelt wird. In dem Fall kreuzt sich das Garn 2 in den kreuzenden Abschnitten 3 jeweils mit sich selbst. Fig. 2 zeigt schematisch einen perspektivischen Ausschnitt einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements 1, wobei die miteinander gewebeartig verschlungen Garne 2 und die Herausbildung der sich kreuzenden Abschnitte 3, eingerahmt in einem Kasten (vergleiche auch Fig. 4 mit einer vergrößerten Darstellung dieses Bereichs), deutlicher erkennbar sind. In the preferred embodiment, different yarns cross each other, each of which is taken from its own bobbin. As an alternative to this, however, it is also provided that only one yarn is removed from a single bobbin and wound in the desired manner (see FIG. 5). In that case, the yarn 2 crosses itself in each of the crossing sections 3. Fig. 2 shows schematically a perspective section of an embodiment of a reinforcement element 1 according to the invention, the yarns 2 intertwined in a fabric-like manner and the formation of the intersecting sections 3, framed in a box (see also Fig. 4 with an enlarged view of this area), more clearly are recognizable.
Fig. 3 zeigt schematisch in seitlicher und geschnittener Ansicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements 1, umfassend Garne 2, und dessen Einbettung in ein Matrixmaterial 4 eines Betonbauteils, das auch das Innere des Bewehrungselements 1 ausfüllt. 3 shows schematically in a side and sectional view an embodiment of a reinforcement element 1 according to the invention, comprising yarns 2, and its embedding in a matrix material 4 of a concrete component, which also fills the interior of the reinforcement element 1.
Fig. 4 zeigt schematisch und vergrößert einen Abschnitt 3 sich kreuzender Garne 2 einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements 1. In dem Abschnitt 3 ist die Bewegung der Garne 2, wenn das Bewehrungselement 1 auf Zug oder Druck belastet wird, durch Pfeile gekennzeichnet. In Abhängigkeit von der Art und insbesondere der Steifigkeit der Verbindung im Abschnitt 3 (vergleiche Fig. 5) setzt das Bewehrungselement 1 Zug oder Druck einen höheren oder geringeren Widerstand entgegen. Fig. 5 zeigt schematisch in perspektivischer und seitlicher Ansicht drei Ausführungsformen erfindungsgemäßer Bewehrungselemente 1, die sich in der Ausbildung des Abschnitts 3 mit den kreuzenden Garnen 2 unterscheiden. Die Darstellung unter Buchstabe a) zeigt, wie auch in den Figuren 1 bis 3 dargestellt, ein nach Art eines Gewebes hergestelltes Bewehrungselement 1. Das einzelne Garn 2 liegt im Wechsel einmal über und einmal unter dem in der jeweils anderen Richtung spiralförmig gelegten Garn 2. 4 shows schematically and enlarged a section 3 of intersecting yarns 2 of an embodiment of a reinforcement element 1 according to the invention. In section 3, the movement of the yarns 2 when the reinforcement element 1 is subjected to tension or compression is indicated by arrows. Depending on the type and, in particular, the rigidity of the connection in section 3 (see FIG. 5), the reinforcement element 1 opposes a higher or lower resistance to tension or pressure. 5 schematically shows, in perspective and side views, three embodiments of reinforcing elements 1 according to the invention, which differ in the design of the section 3 with the crossing yarns 2. The illustration under letter a) shows, as also shown in FIGS. 1 to 3, a reinforcement element 1 produced in the manner of a woven fabric. The individual yarn 2 lies alternately once above and once below the yarn 2, which is laid in a spiral in the respective other direction.
Bei der Wickeltechnik, wie sie in der Darstellung unter Buchstabe b) gezeigt wird, liegen alle Garne 2 der ersten Wickelrichtung unter den Garnen 2 der zweiten Wickelrichtung. Die entsprechend dem Effekt eines Gewebes vorhandene Stabilität gemäß Ausführungsform a) ist nicht gegeben, die sich kreuzenden Abschnitte 3 müssen daher auf andere Weise, insbesondere stofflich (beispielsweise chemisch durch Verkleben) gesichert werden. Die gleiche Art des Wickeln wie unter Buchstabe b) wird auch in der Ausführungsform unter Buchstabe c) gezeigt, hier allerdings ergänzt um eine Verbindung der Abschnitte 3‘ durch Nähstiche. Demzufolge handelt es sich hierbei um eine mechanische Verbindung der Abschnitte 3‘. Gleichwohl kann diese Verbindung durch eine stoffliche Sicherung ergänzt werden. Auf jeden Fall beeinflusst die Art der Verbindung, insbesondere deren Festigkeit und Steifigkeit, die Dehnbarkeit des Bewehrungselements 1. In the winding technique, as shown in the illustration under letter b), all yarns 2 of the first winding direction lie under the yarns 2 of the second winding direction. The stability according to embodiment a), which is present in accordance with the effect of a fabric, is not given; the intersecting sections 3 must therefore be secured in another way, in particular materially (for example chemically by gluing). The same type of winding as under letter b) is also shown in the embodiment under letter c), here, however, supplemented by a connection of the sections 3 'by sewing stitches. Accordingly, this is a mechanical connection of the sections 3 '. Nevertheless, this connection can be supplemented by a material security. In any case, the type of connection, in particular its strength and rigidity, influences the ductility of the reinforcement element 1.
Fig. 6 zeigt schematisch verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemäßer Bewehrungselemente 1 und ihrer Einbettung in Matrixmaterialien 4 bzw. 6. Dabei spielt die Steuerung der Verbindung zwischen dem Bewehrungselement 1 und des dieses umgebenden Matrixmaterials 4 eine herausragende Rolle. Diese Steuerung wird insbesondere erreicht durch eine Beschichtung 5 (vergleiche auch Fig. 7), die eine trennende Lage zwischen dem Bewehrungselement 1 bzw. dem Garn 2 einerseits und dem Matrixmaterial 4 oder 6 andererseits bildet. Als inneres Matrixmaterial kann das Matrixmaterial 4 des Betonbauteils (vergleiche Varianten c und a) oder auch ein gesondertes Matrixmaterial 6 (vergleiche Varianten d, b und davon abgeleitet die Varianten e, f und g) zur Anwendung kommen. 6 shows schematically different embodiments of reinforcement elements 1 according to the invention and their embedding in matrix materials 4 or 6. The control of the connection between the reinforcement element 1 and the matrix material 4 surrounding it plays an important role. This control is achieved in particular by a coating 5 (see also FIG. 7) which forms a separating layer between the reinforcement element 1 or the yarn 2 on the one hand and the matrix material 4 or 6 on the other. The matrix material 4 of the concrete component (compare variants c and a) or also a separate matrix material 6 (compare variants d, b and, derived therefrom, variants e, f and g) can be used as the inner matrix material.
Die zuvor beschriebene Beschichtung 5 kommt bei den unter den Buchstaben c) und d) gezeigten Varianten zum Einsatz. Neben der Steuerung der Festigkeit der Verbindung bzw. der Kontrolle der Krafteinleitung können auch andere Effekte damit erzielt werden, beispielsweise die elektrische Leitfähigkeit verbessert bzw. erreicht oder einer Alterung der eingesetzten Garne 2, hervorgerufen durch Kontakt mit dem Matrixmaterial 4 oder 6, vorgebeugt werden. Der Einsatz des inneren Matrixmaterials 6 ermöglicht auch die Integration weiterer Funktionen wie beispielsweise die unter den Buchstaben e) bis g) dargestellten (jedoch nicht darauf beschränkt). Hierzu zählt der Einbau von flexiblen Leitungen für Flüssigkeiten, Gase oder Elektrizität bzw. von Datenleitungen. Weiterhin können zusätzliche Elemente zur Krafteinleitung darin verlegt und damit eine Globalbewehrung ausgebildet werden. Als zusätzliche Elemente kommen Stäbe, Rovings, Seile oder Stränge mit oder ohne Vorspannung, gebunden oder ungebunden in Betracht. The coating 5 described above is used in the variants shown under letters c) and d). In addition to controlling the strength of the connection or controlling the introduction of force, other effects can also be achieved, for example the electrical conductivity is improved or achieved or aging of the yarns 2 used, caused by contact with the matrix material 4 or 6, can be prevented. The use of the inner matrix material 6 also enables the integration of further functions such as, for example, those shown under letters e) to g) (but not limited to them). This includes the installation of flexible lines for liquids, gases or electricity or data lines. Furthermore, additional elements for introducing forces can be laid in it and thus a global reinforcement can be formed. Rods, rovings, ropes or strands with or without pre-tensioning, bound or unbound, can be considered as additional elements.
Fig. 7 zeigt schematisch in seitlicher Ansicht und Ansicht von vorn eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements 1 mit Beschichtung 5, mit der insbesondere die Verbindung und Kraftübertragung zwischen dem Bewehrungselement 1 und einem Matrixmaterial gesteuert werden kann. Es können aber auch weitere Funktionen realisiert werden (vergleiche Erläuterungen zu Fig. 6). Fig. 7 shows schematically in a side view and front view an embodiment of a reinforcing element 1 according to the invention with coating 5, with which in particular the connection and power transmission between the Reinforcement element 1 and a matrix material can be controlled. However, other functions can also be implemented (see explanations for FIG. 6).
Fig. 8 zeigt schematisch in seitlicher Ansicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements 1 und die Wirkung der Globalbewehrung. Das mit einem inneren Matrixmaterial 6 versehene Bewehrungselement 1 (Buchstabe a) wird überlastet (Buchstabe b) und eine innere, in der Darstellung nicht von außen sichtbare Bruchstelle 22 entsteht. Danach bedingt eine auf das Bewehrungselement 1 wirkende Zugkraft, dass sich der Bereich der Bruchstelle 22 längt und zugleich in Querrichtung einschnürt (siehe Buchstaben c) und d). Ist die Einschnürung 23 stark genug und die Bruchstelle entsprechend gedehnt, tritt die Wirkung der Global- bzw. Duktilitätsbewehrung ein, die eine Lastreserve aktiviert hat und zugleich einen hohen Grad der Verformung aufweist. Die Verformung zeigt ein bevorstehendes Strukturversagen an. Fig. 8 shows schematically in a side view an embodiment of a reinforcement element 1 according to the invention and the effect of the global reinforcement. The reinforcement element 1 (letter a) provided with an inner matrix material 6 is overloaded (letter b) and an inner break point 22, which is not visible from the outside in the illustration, is created. According to this, a tensile force acting on the reinforcement element 1 causes the area of the breaking point 22 to lengthen and at the same time constrict in the transverse direction (see letters c) and d). If the constriction 23 is strong enough and the fracture point is stretched accordingly, the effect of the global or ductility reinforcement occurs, which has activated a load reserve and at the same time has a high degree of deformation. The deformation indicates impending structural failure.
Die gezeigte Ausführungsform einer Globalbewehrung kommt ohne zusätzliches Element, wie ein im Inneren des Bewehrungselements 1 angeordnetes Tow, aus und weist zudem eine erwünscht hohe Duktilität auf. Fig. 9 zeigt schematisch in perspektivischer und geschnittener Ansicht zwei Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements 1 und deren im Inneren ersetzbaren Profile, die Schläuche 18, 18‘ und die Gummiprofile 24, 24‘, die jeweils die Herausbildung eines Hohlraums 17 mit entsprechendem Querschnitt (vergleiche Fig. 10) bei der Einbringung eines Matrixmaterials ermöglichen. The shown embodiment of a global reinforcement manages without an additional element, such as a tow arranged in the interior of the reinforcement element 1, and also has a desired high ductility. Fig. 9 shows schematically in a perspective and sectional view two embodiments of a reinforcing element 1 according to the invention and their internally replaceable profiles, the hoses 18, 18 'and the rubber profiles 24, 24', each of which shows the formation of a cavity 17 with a corresponding cross-section (see Fig 10) when introducing a matrix material.
Die Darstellung nach Buchstabe a) zeigt die Möglichkeiten, einen profilierten Hohlraum im Inneren des erfindungsgemäßen Bewehrungselements 1 herzustellen. Dies erfolgt entweder durch ein Gummiprofil 24‘ oder durch einen Schlauch 18‘, der im Inneren mittels eines Fluids mit Druck beaufschlagt werden kann (vergleiche auch hierzu den Verfahrensablauf, wie er zu Fig. 10 beschrieben wird). The illustration according to letter a) shows the possibilities of producing a profiled cavity in the interior of the reinforcement element 1 according to the invention. This is done either by a rubber profile 24 or by a hose 18 ‘, which can be pressurized inside by means of a fluid (compare also the process sequence as it is described for FIG. 10).
Entsprechendes zeigt die Darstellung unter Buchstabe b), wo aber ein Hohlraum mit Kreisquerschnitt hergestellt wird. Dazu dienen ein Schlauch 18 mit entsprechendem kreisförmigem Querschnitt oder ein Gummiprofil 24 mit einem ebensolchen Querschnitt. Fig. 10 zeigt schematisch die Verfahrensschritte zur Herstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements 1 mit Hohlraum 17. Dazu ist, wie unter Buchstabe a) dargestellt ist, das Bewehrungselement 1 mittels einer Bandschlaufe 13 auf einer lokalen Bewehrung 19, beispielsweise einer flachen Bewehrungsmatte, befestigt. In das Innere des Bewehrungselements 1 wird, wie unter Buchstabe b) gezeigt, der Schlauch 18 eingeführt. Dieser wird, vergleiche hierzu die Darstellung unter Buchstabe c), im Inneren mit einem Druck, beispielsweise Luftdruck, beaufschlagt und unmittelbar darauf das Matrixmaterial 4, insbesondere Beton, aufgebracht. Der Innendruck im Schlauch 18 sorgt dabei dafür, dass trotz der Belastung durch das Matrixmaterial 4 der Hohlraum 17 bestehen bleibt. Nach dem Aushärten des Matrixmaterials 4 wird der Druck in dem Schlauch 18 verringert und der Schlauch 18 selbst kann aus dem nun entstandenen Hohlraum 17 ebenfalls entfernt werden, wenn er nicht für andere Zwecke, beispielsweise zur Abdichtung oder der Verwendung als Fluidleitung, genutzt werden soll. The illustration under letter b) shows the same, but where a cavity with a circular cross-section is produced. A hose 18 with a corresponding circular cross-section or a rubber profile 24 with a similar cross-section are used for this purpose. Fig. 10 shows schematically the process steps for producing an embodiment of a reinforcement element 1 according to the invention with a cavity 17. For this purpose, as shown under letter a), the reinforcement element 1 is fastened by means of a tape loop 13 to a local reinforcement 19, for example a flat reinforcement mat. The hose 18 is inserted into the interior of the reinforcement element 1, as shown under letter b). This is, cf. the illustration under letter c), acted upon inside with a pressure, for example air pressure, and the matrix material 4, in particular concrete, is applied directly to it. The internal pressure in the hose 18 ensures that the cavity 17 remains in spite of the stress from the matrix material 4. After the matrix material 4 has hardened, the pressure in the hose 18 is reduced and the hose 18 itself can also be removed from the cavity 17 that has now formed if it is not to be used for other purposes, for example for sealing or use as a fluid line.
Fig. 11 zeigt schematisch in perspektivischer Ansicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements 1, insbesondere beim Einsatz zur Globalbewehrung. Als Globalbewehrung wird in Abgrenzung zur lokalen Bewehrung eine Einsatzform des rohrförmigen Bewehrungselements 1 gemäß der vorliegenden Darstellung bezeichnet. Dazu ist zunächst das Bewehrungselement 1 mittels eines spiralförmigen Verbindungselements 12 mit einer lokalen Bewehrung 19, hier einer flachen Bewehrungsmatte, verbunden. Die Bewehrungsmatte kann auch dreidimensional in einer Freiform umgeformt sein. Für die Herstellung der Globalbewehrung für hohe Lastreserven unter11 shows schematically in a perspective view an embodiment of a reinforcement element 1 according to the invention, in particular when used for global reinforcement. In contrast to local reinforcement, a form of use of the tubular reinforcement element 1 according to the present illustration is referred to as global reinforcement. For this purpose, the reinforcement element 1 is first connected to a local reinforcement 19, here a flat reinforcement mat, by means of a spiral-shaped connecting element 12. The reinforcement mat can also be shaped three-dimensionally in a free form. For the production of global reinforcement for high load reserves under
Extremzuständen und bei Überlastung werden in das fertige, aus den Betonstrukturmodulen zusammengesetzte Betonbauteil übergeordnete globale Bewehrungsstränge, beispielsweise Tows mit einer netzförmigen Ummantelung, die gewickelt, geflochten, gewebt oder gelegt sein kann, eingeführt. Dazu dient der durchgehende Hohlraum in dem Bewehrungselement 1. Durch eine sehr hohe Dehnbarkeit entsteht bei der Aktivierung eine hohe Bauteilduktilität. Somit sorgt die globale Bewehrung dafür, dass auch nach einem möglichen Versagen der lokalen Basisbewehrung infolge einer möglichen Extrem belastung der Zusammenhalt der gesamten Tragstruktur gewährleistet bleibt. Die Globalbewehrung besteht aus Tows, d. h. sehr dicken Carbonfasersträngen mit Faserstrangdurchmessern von beispielsweise 15 mm2 (> 3000 kN), die die gesamte Baustruktur lastpfadgerecht überspannen. Im Falle einer plötzlichen Überbeanspruchung und einem Versagen der Primärbewehrung, der lokalen Bewehrung bzw. der Basisbewehrung, werden die aufzunehmenden Zugkräfte in die Globalbewehrung (bzw. Sekundärbewehrung) umgelagert, die dann die Tragfähigkeit der Gesamtkonstruktion sicherstellt. In extreme conditions and in the event of overload, superordinate global reinforcement strands, for example tows with a reticulated sheathing, which can be wound, braided, woven or laid, are introduced into the finished concrete component composed of the concrete structural modules. The continuous cavity in the reinforcement element 1 is used for this purpose. The very high ductility results in a high component ductility during activation. Thus, the global reinforcement ensures that even after a possible failure of the local basic reinforcement due to a possible extreme load, the cohesion of the entire supporting structure is guaranteed. The global reinforcement consists of tows, ie very thick carbon fiber strands with fiber strand diameters of, for example, 15 mm 2 (> 3000 kN), which span the entire building structure in accordance with the load path. In the event of sudden overstressing and failure of the primary reinforcement, the local reinforcement or the basic reinforcement, the tensile forces to be absorbed are transferred to the global reinforcement (or secondary reinforcement), which then ensures the load-bearing capacity of the overall structure.
Alternativ zu der Durchführung globaler Bewehrungsstränge durch das Bewehrungselement kann auch das Bewehrungselement selbst über die Betonstrukturmodule durchgängig gestaltet und mit einbetoniert sein. Auch auf diese Weise wird ebenfalls eine Globalbewehrung erreicht. As an alternative to the implementation of global reinforcement strands through the reinforcement element, the reinforcement element itself can also be designed to be continuous via the concrete structure modules and also be concreted in. In this way, too, global reinforcement is achieved.
Um ein mögliches Strukturversagen frühzeitig und durch eine deutlich spürbare Verformungszunahme anzukündigen, wird die Globalbewehrung von einer Textilstruktur in Form einer schlauchförmig verflochtenen, verwebten oder auf andere Weise hergestellten erfindungsgemäßen Bewehrungselementen mit axialintegrierten Rovings, im Folgenden auch als Duktilitätsbewehrung bezeichnet, umgeben, die unter deutlicher Verformungszunahme die Belastungen der Tragstruktur aufnimmt. Unter Ausnutzung des hohen Energieaufnahmevermögens der Duktilitätsbewehrung bei großen Verformungen kann eine hohe Effizienz bei geringem Ressourceneinsatz erreicht werden, so dass hierfür deutlich geringere Garnquerschnitte (< 5 mm2) als bei der Globalbewehrung, die zudem gesonderte, in das erfindungsgemäße Bewehrungselement eingeführte zusätzliche Elemente wie Tows benötigt, erforderlich sind. In order to announce a possible structural failure early and through a clearly noticeable increase in deformation, the global reinforcement is surrounded by a textile structure in the form of a tubular, interwoven or otherwise manufactured reinforcement elements according to the invention with axially integrated rovings, hereinafter also referred to as ductility reinforcement, which with a significant increase in deformation absorbs the loads on the supporting structure. By utilizing the high energy absorption capacity of the ductility reinforcement in the case of large deformations, high efficiency can be achieved with little use of resources, so that for this purpose significantly smaller yarn cross-sections (<5 mm 2 ) than with the global reinforcement, which also has separate additional elements such as tows introduced into the reinforcement element according to the invention required, are required.
Fig. 12 zeigt schematisch in perspektivischer Ansicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements 1 in einer Verbindung mit weiteren erfindungsgemäßen Bewehrungselementen 1, wobei wiederum (vergleiche auch Fig. 11) das spiralförmige Verbindungselement 12 zum Einsatz kommt. DieFig. 12 shows schematically in a perspective view an embodiment of a reinforcing element 1 according to the invention in a connection with further reinforcing elements 1 according to the invention, the spiral-shaped connecting element 12 being used again (see also FIG. 11). The
Bewehrungselemente 1 können dabei parallel verlaufen, wie dargestellt, oder eine andere Orientierung aufweisen. Reinforcement elements 1 can run parallel, as shown, or have a different orientation.
Fig. 13 zeigt schematisch in perspektivischer Ansicht und Ansicht von vorn eine Ausführungsform eines spiralförmigen Verbindungselements 12 für die Anbindung erfindungsgemäßer Bewehrungselemente 1. Die Dimensionen des spiralförmigen Verbindungselements 12, die Länge, der Spiraldurchmesser oder die Steigung der Spirale werden auf Grundlage der Erfordernisse festgelegt. Zusätzliche Vorteile bringt ein Einführhaken 14, mit dem ein leichteres Einführen des Verbindungselements 12 in eine lokale Bewehrung, wie eine Bewehrungsmatte, in ein weiteres Bewehrungselement 1 oder in ein anderes Bewehrungselement in dreidimensionaler Form ermöglicht wird. 13 shows schematically, in a perspective view and a front view, an embodiment of a spiral-shaped connecting element 12 for the connection of reinforcement elements 1 according to the invention. The dimensions of the spiral-shaped Connection element 12, the length, the spiral diameter or the pitch of the spiral are determined on the basis of the requirements. An insertion hook 14 brings additional advantages, with which an easier insertion of the connecting element 12 into a local reinforcement, such as a reinforcement mat, into another reinforcement element 1 or into another reinforcement element in three-dimensional form is made possible.
Die Bewegungen, wie sie beim Einbau des Verbindungselements 12 erforderlich sind, werden mit den Bezugszeichen 15 für die Drehbewegung und der daraus resultierende Längsbewegung 16 in Einschraubrichtung mittels Pfeilen näher bezeichnet. The movements that are required when installing the connecting element 12 are denoted in more detail with the reference symbol 15 for the rotary movement and the resulting longitudinal movement 16 in the screwing-in direction by means of arrows.
Fig. 14 zeigt schematisch in perspektivischer Ansicht eine weitere Ausführungsform eines spiralförmigen Verbindungselements 12‘ für erfindungsgemäße Bewehrungselemente 1. Hierbei ist ein über die Länge variierender Durchmesser des spiralförmigen Verbindungselements 12‘ vorgesehen, der bei der Montage einen vorgesehenen Abstand zwischen Bewehrungselement 1 und lokaler Bewehrung 19 ermöglicht. 14 shows a schematic perspective view of a further embodiment of a spiral-shaped connecting element 12 'for reinforcing elements 1 according to the invention. Here, a diameter of the spiral-shaped connecting element 12' that varies over the length is provided, which during assembly provides a spacing between reinforcing element 1 and local reinforcement 19 enables.
Fig. 15 zeigt schematisch in perspektivischer Ansicht eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements 1 für den Einsatz alsFig. 15 shows schematically in a perspective view a further embodiment of a reinforcing element 1 according to the invention for use as
Globalbewehrung, wobei die Verbindung mit der lokalen Bewehrung 19 auf einfache Weise durch Bandschlaufen 13 erfolgt. Global reinforcement, the connection to the local reinforcement 19 being made in a simple manner by means of belt loops 13.
Fig. 16 zeigt schematisch in perspektivischer Ansicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bewehrungselements 1, bei dem das Garn 2 mit über die Länge des Bewehrungselements 1 variierendem Durchmesser gelegt, gewickelt bzw. im konkreten Fall gewebt ist. 16 shows schematically in a perspective view an embodiment of a reinforcement element 1 according to the invention, in which the yarn 2 is laid, wound or, in the specific case, woven with a diameter varying over the length of the reinforcement element 1.
Fig. 17 zeigt schematisch in perspektivischer Ansicht eine Ausführungsform eines Betonbauteils 20, umfassend eine Ausführungsform erfindungsgemäßer17 shows schematically in a perspective view an embodiment of a concrete component 20, comprising an embodiment according to the invention
Bewehrungselemente 1. Das Betonbauteil 20 wird zusammengesetzt aus mehreren Betonstrukturmodulen 21, deren Verbindung untereinander durch eine hier nicht gesondert bezeichnete Randverbindung 40 (vgl. Fig. 18), optional zusätzlich durch die Globalbewehrung ermöglicht wird. Dies kann beispielsweise durch das Bewehrungselement 1 mit eingeführter Verstärkung, insbesondere einen Strang 9 (vgl. ebenfalls Fig. 18), erfolgen. Der Strang 9 fasst mehrere Betonstrukturmodule 21 zusammen und sorgt für eine zusätzliche Stabilität des Betonbauteils 20. Reinforcement elements 1. The concrete component 20 is composed of several concrete structure modules 21, whose connection to one another is made possible by an edge connection 40 (cf. FIG. 18), which is not specifically designated here, optionally additionally by the global reinforcement. This can be done, for example, by the reinforcement element 1 with introduced reinforcement, in particular a strand 9 (cf. also Fig. 18). The strand 9 combines several concrete structure modules 21 and ensures additional stability of the concrete component 20.
Eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betonbauteils 20 sieht vor, dass das Bewehrungselement 1 selbst mehrere Betonstrukturmodule 21 zusammenfasst. Dazu ist erforderlich, die einzelnen Betonstrukturmodule 21 gemeinsam und nach dem Zusammenfügen zu betonieren, wobei gleichzeitig das Bewehrungselement 1, das über mehrere Betonstrukturmodule 21 verläuft, mit einbetoniert wird. Es verbindet damit zusätzlich zu den Randverbindungen 40 die Betonstrukturmodule 21 miteinander. Eine zusätzliche Sicherung ist dennoch möglich. An alternative embodiment of the concrete component 20 according to the invention provides that the reinforcement element 1 itself combines several concrete structure modules 21. For this purpose, it is necessary to concret the individual concrete structure modules 21 together and after they have been joined, with the reinforcement element 1, which runs over several concrete structure modules 21, also being concreted in at the same time. In addition to the edge connections 40, it thus connects the concrete structure modules 21 to one another. An additional backup is still possible.
Fig. 18 zeigt in einem Ausschnitt eine schematische perspektivische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Betonbauteils 20. In der dargestellten Ausführungsform ist dieses als Sandwichelement dargestellt, sodass die Betonstrukturmodule 21 der beiden Schalen jeweils mittels einer gesonderten Randverbindung 40 mit dem benachbarten Betonstrukturmodul 21 verbunden sind. Der ohne Beton Überdeckung gezeigte Bereich der lokalen Bewehrung 19 verdeutlicht das Ineinandergreifen der Garnschlingen 34, die jeweils zur lokalen Bewehrung 19 der beiden angrenzenden Betonstrukturmodule 21 gehören. 18 shows a section of a schematic perspective illustration of an embodiment of a concrete component 20 according to the invention. In the embodiment shown, this is shown as a sandwich element, so that the concrete structure modules 21 of the two shells are each connected to the adjacent concrete structure module 21 by means of a separate edge connection 40. The area of the local reinforcement 19 shown without a concrete cover illustrates the interlocking of the yarn loops 34, which each belong to the local reinforcement 19 of the two adjacent concrete structure modules 21.
Weiterhin wird eine Querkraftbewehrung 36, eine kastenförmige Bewehrung aus einem textilen gitterartigen Gebilde gezeigt, die sowohl in die beiden Schalen des Sandwichelements eingreift, als auch die Verbindungs- und Abstandsstruktur zwischen den beiden Schalen darstellt. Furthermore, a transverse force reinforcement 36, a box-shaped reinforcement made of a textile lattice-like structure is shown, which both engages in the two shells of the sandwich element and represents the connection and spacing structure between the two shells.
Weiterhin ist das rohrförmige Bewehrungselement 1 vorgesehen, das die Einleitung hoher Kräfte in der vorgesehenen Richtung ermöglicht und diese ableitet. Das Bewehrungselement 1 kann auch Kräfte über mehrere Betonstrukturmodule 21 hinweg ableiten. Dazu ist ein Strang 9 in das Innere des Bewehrungselements 1 eingeführt. Der Strang 9 verbindet mehrere Betonstrukturmodule 21 miteinander und kann global über die Betonstrukturmodule 21 bzw. das Betonbauteil 20 hinweg Kräfte aufnehmen, beispielsweise bei einem Versagen der Randverbindung 40, und stellt damit die Funktion einer Globalbewehrung sicher. Bezugszeichenliste Furthermore, the tubular reinforcement element 1 is provided, which enables the introduction of high forces in the intended direction and dissipates them. The reinforcement element 1 can also dissipate forces across several concrete structure modules 21. For this purpose, a strand 9 is introduced into the interior of the reinforcement element 1. The strand 9 connects several concrete structure modules 21 with one another and can absorb forces globally across the concrete structure modules 21 or the concrete component 20, for example if the edge connection 40 fails, and thus ensures the function of a global reinforcement. List of reference symbols
1 Bewehrungselement 1 reinforcement element
2 Garn 2 yarn
3, 3‘ kreuzender Abschnitt 3, 3 ‘crossing section
4 Matrixmaterial (Betonbauteil) 4 matrix material (concrete component)
5 Beschichtung 5 coating
6 inneres Matrixmaterial 6 inner matrix material
7 Leerrohr 7 conduit
8 Längsbewehrung 8 longitudinal reinforcement
9 Strang 9 strand
10 Fluidleitung 10 fluid line
11 elektrische Leitung 11 electrical line
12, 12‘ spiralförmiges Verbindungselement12, 12 ‘spiral connector
13 Bandschlaufe 13 strap loop
14 Einführhaken 14 insertion hooks
15 Drehbewegung 15 rotary motion
16 Längsbewegung 16 Longitudinal movement
17 Hohlraum 17 cavity
18 Schlauch 18 hose
19 lokale Bewehrung 19 local reinforcement
20 Betonbauteil 20 concrete component
21 Betonstrukturmodul 21 concrete structure module
22 Bruchstelle 22 break point
23 Einschnürung 23 constriction
24 Gummiprofil 24 rubber profile
34 Garnschlinge 34 loop of yarn
36 Querkraftbewehrung 36 Shear reinforcement
40 Randverbindung 40 Edge connection

Claims

Patentansprüche Claims
1. Rohrförmiges Bewehrungselement (1), das gitterförmig aus einem kontinuierlich angeordneten, sich kreuzenden Garn (2) ausgebildet ist, wobei die sich kreuzenden Abschnitte (3) des wenigstens einen Garns (2) durch eine Kreuzverbindung miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreuzverbindung des Garns (2) durch ein stoffliches Mittel oder ein mechanisches Mittel erfolgt, wobei das Mittel die Scherelastizität der Kreuzverbindung, die Elastizität bei der gegenläufigen rotativen Schwenkbewegung der sich kreuzenden Abschnitte (3) um ihren Kreuzungspunkt in der Kreuzverbindung, bestimmt und damit die Dehnbarkeit des Bewehrungselements (1) in Richtung einer Längsachse bestimmt, wobei mit einer höheren Scherelastizität eine höhere Dehnbarkeit einhergeht. 1. Tubular reinforcement element (1), which is lattice-shaped from a continuously arranged, intersecting yarn (2), wherein the intersecting sections (3) of the at least one yarn (2) are interconnected by a cross connection, characterized in that the cross connection of the yarn (2) is carried out by a material means or a mechanical means, the means determining the shear elasticity of the cross connection, the elasticity during the counter-rotating pivoting movement of the intersecting sections (3) around their crossing point in the cross connection, and thus the The extensibility of the reinforcement element (1) is determined in the direction of a longitudinal axis, with a higher shear elasticity being associated with a higher extensibility.
2. Bewehrungselement nach Anspruch 1, wobei das Innere des Bewehrungselements (1) zumindest teilweise mit einem ausgehärteten Matrixmaterial (6) ausgefüllt ist, das bei Überlastung eines Bauteils, in das das Bewehrungselement eingesetzt ist, die über einer Nennlast und unter einer Reservelast liegt, bricht und wobei das Bewehrungselement an der Bruchstelle gestreckt wird, eine Einschnürung ausbildet und gleichzeitig eine Lastreserve aktiviert, indem es eine auf der Scherelastizität der Kreuzverbindungen beruhende duktile Trageigenschaft entfaltet und das Bauteil bis zum Überschreiten der Reservelast zusammenhält. 2. Reinforcement element according to claim 1, wherein the interior of the reinforcement element (1) is at least partially filled with a hardened matrix material (6) which, when a component in which the reinforcement element is inserted is overloaded, is above a nominal load and below a reserve load, breaks and the reinforcement element is stretched at the point of fracture, forms a constriction and at the same time activates a load reserve by developing a ductile load-bearing property based on the shear elasticity of the cross connections and holding the component together until the reserve load is exceeded.
3. Bewehrungselement nach Anspruch 1 oder 2, wobei im Inneren des Bewehrungselements (1) ein Matrixmaterial (6) vorgesehen und in dieses eine weitere Längsbewehrung (8), wenigstens eine elektrische Leitung (11), wenigstens eine Fluidleitung (10) und/oder ein Leerrohr (7) eingebettet sind. 3. Reinforcement element according to claim 1 or 2, wherein in the interior of the reinforcement element (1) a matrix material (6) is provided and in this a further longitudinal reinforcement (8), at least one electrical line (11), at least one fluid line (10) and / or an empty pipe (7) are embedded.
4. Bewehrungselement nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein innerer Hohlraum (17) des Bewehrungselements (1) von Matrixmaterial (4) eines Betonbauteils (20) freigehalten ist. 4. Reinforcement element according to claim 1 or 2, wherein an inner cavity (17) of the reinforcement element (1) of matrix material (4) of a concrete component (20) is kept free.
5. Bewehrungselement nach Anspruch 3, wobei die Wand des Leerrohrs (7) luft- und wasserdicht ausgebildet ist, oder nach Anspruch 4, wobei die Wand des Hohlraums (17) luft- und wasserdicht ausgebildet ist. 5. Reinforcement element according to claim 3, wherein the wall of the empty pipe (7) is made airtight and watertight, or according to claim 4, wherein the wall of the cavity (17) is made airtight and watertight.
6. Bewehrungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine innere und/oder äußere Beschichtung (5), wodurch eine Anbindung an ein umgebendes Matrixmaterial (4) steuerbar ist. 6. Reinforcement element according to one of the preceding claims, comprising an inner and / or outer coating (5), whereby a connection to a surrounding matrix material (4) can be controlled.
7. Bewehrungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das elektrisch leitend oder mit einer elektrisch leitenden Beschichtung versehen ist. 7. Reinforcement element according to one of the preceding claims, which is electrically conductive or provided with an electrically conductive coating.
8. Verfahren zur Herstellung eines Bewehrungselements gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 durch Weben, Flechten, Legen oder Wickeln der Gitterstruktur aus einem Garn (2), dadurch gekennzeichnet, dass die kreuzenden Abschnitte (3) des Garns (2) durch Verkleben, Verschweißen oder Vernähen fixiert werden. 8. A method for producing a reinforcement element according to any one of claims 1 to 7 by weaving, braiding, laying or winding the lattice structure from a yarn (2), characterized in that the crossing sections (3) of the yarn (2) by gluing, welding or sewing.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei im Inneren des im Matrixmaterial (4) eingebetteten Bewehrungselements (1) ein Hohlraum (17) geschaffen wird. 9. The method according to claim 8, wherein a cavity (17) is created in the interior of the reinforcement element (1) embedded in the matrix material (4).
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Hohlraum (17) in der Weise geschaffen wird, dass in das Innere des Bewehrungselements (1) ein luftdichter Schlauch (18) eingelegt wird, der Schlauch (18) durch einen angelegten Fluiddruck auf einen Durchmesser oder eine Querschnittsform expandiert wird, der dem Durchmesser oder der Querschnittsform des zu schaffenden Hohlraums (17) entspricht, das Matrixmaterial (4) aufgebracht und nach dem Aushärten des Matrixmaterials (4) der Fluiddruck aufgehoben wird. 10. The method according to claim 9, wherein the cavity (17) is created in such a way that an airtight hose (18) is inserted into the interior of the reinforcing element (1), the hose (18) by an applied fluid pressure to a diameter or a cross-sectional shape is expanded which corresponds to the diameter or the cross-sectional shape of the cavity (17) to be created, the matrix material (4) is applied and the fluid pressure is released after the matrix material (4) has hardened.
11. Globalbewehrung für ein Betonbauteil, umfassend wenigstens ein Bewehrungselement gemäß einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Bewehrungselement (1) mittels wenigstens einem Verbindungselement (12, 12‘, 13) an eine lokale Bewehrung (19) oder an ein weiteres Bewehrungselement (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 unmittelbar oder beabstandet angebunden ist, wobei durch das Leerrohr (7) nach Anspruch 3 oder den Hohlraum (17) gemäß Anspruch 5 ein Element zur bauteilübergreifenden Kraftübertragung geführt ist, sodass das Betonbauteil (20) mit wenigstens einem weiteren, benachbarten Betonbauteil (20) kraftleitend verbunden ist. 11. Global reinforcement for a concrete component, comprising at least one reinforcement element according to one of claims 3 to 7, characterized in that the at least one reinforcement element (1) by means of at least one connecting element (12, 12 ', 13) to a local reinforcement (19) or is connected to a further reinforcement element (1) according to one of claims 1 to 7 directly or at a distance, an element for cross-component force transmission being guided through the empty pipe (7) according to claim 3 or the cavity (17) according to claim 5, so that the concrete component (20) is connected in a force-conducting manner to at least one further, adjacent concrete component (20).
12. Globalbewehrung nach Anspruch 11, wobei das Verbindungselement als Bandschlaufe (13) oder spiralförmiges Verbindungselement (12, 12‘) ausgebildet ist. 12. Global reinforcement according to claim 11, wherein the connecting element is designed as a tape loop (13) or a spiral-shaped connecting element (12, 12 ‘).
13. Verwendung eines Bewehrungselements gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 als Einschlussbewehrung, Vorspannkanal, Duktilitätsbewehrung, Fluidleitung, Stromleitung oder für elektrische Funktionen. 13. Use of a reinforcement element according to one of claims 1 to 7 as containment reinforcement, prestressing channel, ductility reinforcement, fluid line, power line or for electrical functions.
14. Betonbauteil, bestehend aus Betonstrukturmodulen (72), umfassend Garnschlingen (34), die mittels wenigstens eines Randverbinders (40), wenigstens einer Querkraftbewehrung (36) und/oder wenigstens eines rohrförmigen Bewehrungselements (1) zu dem Betonbauteil (70) verbunden sind. 14. Concrete component, consisting of concrete structure modules (72), comprising yarn loops (34) which are connected to the concrete component (70) by means of at least one edge connector (40), at least one transverse force reinforcement (36) and / or at least one tubular reinforcement element (1) .
15. Programmdatei zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 8 bis 10 zur Ausführung in einer Garnlegevorrichtung oder in einem Computer, der eine Garnlegevorrichtung steuert. 15. Program file for executing a method according to one of claims 8 to 10 for execution in a yarn laying device or in a computer which controls a yarn laying device.
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