DE102010024352A1 - Improved tie rod made of fiber-reinforced plastic - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Zuganker (1), insbesondere Felsanker, aus faserverstärktem Kunststoff, umfassend einen aus faserverstärktem Kunststoff bestehenden Ankerstab (2), der zumindest auf einem Teilbereich ein Ankergewinde (6) aufweist, eine aus faserverstärktem Kunststoff bestehende Ankerplatte (5) mit einer Ankerlochbohrung (15), durch die der Ankerstab (2) hindurchgeführt ist, und eine aus faserverstärktem Kunststoff bestehende Ankermutter (3) mit einem Innengewinde, die auf das Ankergewinde (6) des Ankerstabs (2) aufschraubbar und gegen die Ankerplatte (5) abstützbar ist, wobei die Ankerplatte (5) mit einer gewölbten Anlagefläche (14) versehen ist, die mit einer der Ankermutter (3) zugeordneten komplementären Kontaktfläche (12) derart zusammenwirkt, dass der Ankerstab (2) in mindestens einer Richtung um einen Winkel (α) schräg zur Ankerplatte (5) kippbar ist, wobei die Ankermutter (3) in eine Durchgangsbohrung (21) eines vorzugsweise aus faserverstärktem Kunststoff bestehenden Sitzrings (4) eingreift, wobei die Ankermutter (3) außenseitig einen konusförmigen Bereich (8) aufweist, mit dem sie an einem komplementären Innenkonus (11) des Sitzrings (4) anliegt, wobei in dem konusförmigen Bereich (8) der Ankermutter (3) mindestens ein vorzugsweise achsparallel verlaufender Schlitz (9) vorgesehen ist, der die Mutterwandung zumindest über einen Teilbereich des konusförmigen Bereichs (8) unterbricht, und wobei die mit der gewölbten Anlagefläche (14) der Ankerplatte (5) zusammenwirkende komplementäre Kontaktfläche (12) an dem Sitzring (4) ausgebildet ist.The invention relates to a tie rod (1), in particular a rock anchor, made of fiber-reinforced plastic, comprising an anchor rod (2) made of fiber-reinforced plastic, which has an anchor thread (6) at least in a partial area, an anchor plate (5) made of fiber-reinforced plastic with a Anchor hole (15) through which the anchor rod (2) is passed, and an anchor nut (3) made of fiber-reinforced plastic with an internal thread, which can be screwed onto the anchor thread (6) of the anchor rod (2) and supported against the anchor plate (5) is, wherein the anchor plate (5) is provided with a curved contact surface (14) which cooperates with a complementary contact surface (12) assigned to the anchor nut (3) in such a way that the anchor rod (2) in at least one direction by an angle (α ) is tiltable at an angle to the anchor plate (5), the anchor nut (3) in a through hole (21) of a preferably made of fiber-reinforced plastic Seat ring (4) engages, the anchor nut (3) having a conical area (8) on the outside, with which it rests against a complementary inner cone (11) of the seat ring (4), the anchor nut (3) in the conical area (8) ) at least one slot (9), preferably running parallel to the axis, is provided which interrupts the mother wall at least over a partial area of the conical area (8), and wherein the complementary contact surface (12) cooperating with the curved contact surface (14) of the anchor plate (5) the seat ring (4) is formed.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere aus Glasfaser-verstärktem Kunststoff (GFK) bestehenden Zuganker nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.The present invention relates to a fiber reinforced plastic, in particular fiberglass-reinforced plastic (GRP) existing tie rods according to the preamble of claim 1.
Die Anwendung derartiger Zuganker erfolgt überwiegend als Felsanker in den untertägigen Tunnelstrecken des Bergbaus, z. B. in Steinkohlebergwerken. Aufgrund der dort räumlich meist sehr beengten Verhältnisse werden Felsanker als Klebeanker in dreh-bohrend hergestellten Bohrlöchern versetzt. Diese werden überwiegend während der Vortriebsarbeiten zur temporären Sicherung von Ortsbrust, von Teilen der Firste und insbesondere zur Sicherung der Stöße und dort im Bereich des Minerals/Kohleflözes verwendet, um den späteren, maschinellen Vortrieb bzw. Abbau nicht zu behindern, bei dem die Anker durch Wegfräsen schrittweise entfernt werden. Des weiteren können derartige Zuganker auch als Endverankerung auf Bewehrungsstäben für Anwendungen in Beton zur Minimierung von Verbundlängen eingesetzt werden.The application of such tie rods is predominantly as rock anchors in the underground tunnels of mining, z. B. in hard coal mines. Due to the space there usually very cramped conditions rock anchors are offset as adhesive anchors in rotary drilling boreholes. These are mainly used during the tunneling work for the temporary securing of working face, parts of the ridges and in particular for securing the joints and there in the area of the mineral / coal seam, so as not to hinder the subsequent, mechanical propulsion or dismantling, in which the anchors pass through Routing away gradually. Furthermore, such tie rods can also be used as the final anchorage on rebars for concrete applications to minimize composite lengths.
Derartige Zuganker sind beispielsweise aus der
Ein hochzugfester und korrosionsbeständiger Zuganker der eingangs genannten Art ist aus der
Obwohl mit derartigen Systemen bereits relativ feste Zugankerverbindungen erzielt werden können, bleiben die Festigkeitswerte noch hinter denen von vergleichbaren Stahlankersystemen mit identischem Spannungsquerschnitt zurück. Insbesondere wenn es durch Konvergenzen im oberflächennahen Gebirgskörper zu Setzerscheinungen kommen kann ist eine weitere Steigerung der Festigkeit des Zugankers erstrebenswert, um ausreichend hohen und zugleich früh-tragend wirkenden Ausbauwiderstand zu gewährleisten.Although relatively strong tie-bolt connections can already be achieved with such systems, the strength values are still lower than those of comparable steel armature systems with identical stress cross-sections. In particular, when settling phenomena occur in the near-surface rock body due to convergence, a further increase in the strength of the tie rod is desirable in order to ensure a sufficiently high and at the same time early-wearing expansion resistance.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen preiswert herzustellenden und leicht handhabbaren Zuganker der eingangs genannten Art aus faserverstärktem Kunststoff zu schaffen, der auch bei Setzerscheinungen des Untergrunds eine erhöhte Tragfähigkeit und höhere Festigkeitswerte erreicht.Object of the present invention is to provide an inexpensive to manufacture and easy to handle tie rods of the type mentioned in fiber-reinforced plastic, which achieves increased load capacity and higher strength values even when subsidence of the subsurface.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Zuganker nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved by a tie rod according to claim 1. Advantageous embodiments and modifications of the invention will become apparent from the dependent claims.
Wesentlich bei der erfindungsgemäßen Lösung ist es, dass die Ankermutter in eine Durchgangsbohrung eines vorzugsweise aus faserverstärktem Kunststoff bestehenden Sitzrings eingreift, wobei die Ankermutter außenseitig einen konusförmigen Bereich aufweist, mit dem sie an einem komplementären Innenkonus des Sitzrings anliegt, und wobei in dem konusförmigen Bereich der Ankermutter mindestens ein vorzugsweise achsparallel verlaufender Schlitz vorgesehen ist, der die Mutterwandung in Umfangsrichtung zumindest über einen Teilbereich des konusförmigen Bereichs unterbricht, und dass die mit der gewölbten Anlagefläche der Ankerplatte zusammenwirkende komplementäre Kontaktfläche an dem Sitzring ausgebildet ist.It is essential in the inventive solution that the anchor nut engages in a through hole of a preferably made of fiber reinforced plastic seat ring, wherein the anchor nut has on the outside a conical region with which it bears against a complementary inner cone of the seat ring, and wherein in the cone-shaped portion of Anchor nut at least one preferably axially parallel slot is provided which interrupts the nut wall in the circumferential direction over at least a portion of the cone-shaped portion, and that the cooperating with the curved contact surface of the anchor plate complementary contact surface is formed on the seat ring.
Der Hauptvorteil liegt dabei darin, dass aufgrund der geschlitzten Ausführung der Ankermutter und des hierdurch beim Einbringen der Ankermutter in den Sitzring ermöglichten Zusammendrückens des Muttergewindes nach innen ein wesentlich festerer Halt der Ankermutter auf dem Ankergewinde des Ankerstabs erzielt wird. Gerade auch dann, wenn es im oberflächennahen Gebirgskörper Setzerscheinungen auftreten, wird der erfindungsgemäß aus Ankermutter, Sitzring und Ankerplatte bestehende Ankerkopf weiter zusammengepresst und der Sitzring gleitet weiter auf den Konus der Mutter auf. Dabei erhöht sich die Traglast der gesamten Ankerkopfkonstruktion so erheblich, dass Arbeitslasten erreicht werden, die mit denen von Stahlankersystem mit identischem Spannungsquerschnitt vergleichbar sind.The main advantage lies in the fact that, due to the slotted design of the anchor nut and the resulting compression of the female thread in the seat ring during insertion of the female thread, a substantially stronger hold of the anchor nut on the anchor thread of the anchor rod is achieved. Even when it is in the near-surface mountain body settling phenomena, the present invention of anchor nut, seat ring and anchor plate existing anchor head is further compressed and the seat ring slides on the cone of the mother. The load capacity of the entire anchor head construction increases so significantly that workloads are achieved that are comparable to those of steel anchor system with identical voltage cross-section.
Dieser erfindungsgemäße Effekt, bei dem die volle Ankerkopfwirkung des Felsankersystems in zwei Stufen, nämlich einerseits durch aktives Setzen des Zugankers und andererseits durch folgendes, passives Selbstverspannen infolge Konvergenzen bei Setzungserscheinungen des Gebirges unter nahezu beliebigen Einbausituationen erzielt werden kann, ermöglicht eine einfache, schnelle und somit kostengünstige Ankerung. Dabei können diese Vorteile sowohl bei temporären als auch bei permanenten Ankerungen erreicht werden, da je nach Wahl des Faser-Materials und des Matrixharzes auch eine Langzeitbeständigkeit sofort gegeben ist und hohe Gebrauchslasten bereitgestellt werden.This effect according to the invention, in which the full anchor head effect of the rock bolt system can be achieved in two stages, namely on the one hand by active setting of the tie rod and on the other hand, by passive self-tensioning due to convergence in settlement phenomena of the mountains under almost any installation situation, allows a simple, fast and thus inexpensive anchorage. These advantages can be achieved in both temporary and permanent anchors, since depending on the choice of fiber material and the matrix resin and long-term stability is given immediately and high service loads are provided.
Ein Vorteil besteht darin, dass bei Überlastung (vergleichbar den Materialeigenschaften im hohen Plastifizierungsbereich von vergleichbaren Stahlankersystemen) der Ankerkopf aufgrund der geringeren E-Moduln des Komposits und den resultierenden Elastizitäten nicht schlagartig abreißt, sondern langsam abgestreift wird.One advantage is that in case of overload (comparable to the material properties in the high plasticizing range of comparable steel anchor systems), the anchor head does not abruptly break off due to the lower moduli of elasticity of the composite and the resulting elasticities, but is slowly stripped off.
Auch die Konstruktion ist relativ einfach, so dass der erfindungsgemäße Zuganker kostengünstig herstellbar ist. The construction is relatively simple, so that the tie rod according to the invention is inexpensive to produce.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Außenkonus der Ankermutter im Innenkonus des Sitzrings selbstklemmend ausgebildet ist. Hierdurch kann die hohe Tragfähigkeit dauerhaft gesichert erhalten bleiben.It is particularly advantageous if the outer cone of the anchor nut is designed to be self-clamping in the inner cone of the seat ring. As a result, the high load capacity remain permanently secured.
Besonders vorteilhaft ist es ferner, wenn das geschlitzte Konussegment der Ankermutter beim Anspannen des Zugankers durch Eindringen in den Innenkonus des Sitzrings derart nach innen zusammengedrückt wird, dass das radiale Gewindespiel zwischen dem Ankerstab und der Ankermutter verringert wird. Auf diese Weise werden erhöhte Festigkeitswerte des Ankerschaftes auch am Ankerkopf erzielt.It is also particularly advantageous if the slotted cone segment of the anchor nut is compressed during the tension of the tie rod by penetrating into the inner cone of the seat ring inwardly so that the radial thread play between the anchor rod and the anchor nut is reduced. In this way, increased strength values of the armature shaft are also achieved at the anchor head.
Vorzugsweise kann das geschlitzte Konussegment der Ankermutter beim Anspannen des Zugankers durch den Innenkonus des Sitzrings dabei soweit nach innen zusammengedrückt werden, dass das radiale Gewindespiel zwischen dem Ankerstab und der Ankermutter zumindest nahezu vollständig aufgehoben ist.Preferably, the slotted cone segment of the anchor nut when tightening the tie rod by the inner cone of the seat ring are thereby compressed so far inward that the radial thread clearance between the anchor rod and the anchor nut is at least almost completely eliminated.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das geschlitzte Konussegment der Ankermutter durch den Innenkonus des Sitzrings soweit nach innen zusammengedrückt werden kann, dass nicht nur das radiale Gewindespiel, sondern auch das axiale Gewindespiel zwischen dem Ankerstab und der Ankermutter vollständig aufgehoben ist. Hierdurch können einerseits maximale Traglasten und Festigkeitswerte des Ankersystems und andererseits schlupffreie Festlegungen z. B. auch von Bewehrungsstäben in Betonanwendungen erzielt werden.It is particularly advantageous if the slotted cone segment of the anchor nut can be compressed inwardly by the inner cone of the seat ring so that not only the radial thread clearance but also the axial thread play between the anchor rod and the anchor nut is completely eliminated. As a result, on the one hand maximum load capacities and strength values of the anchor system and on the other hand slip-free specifications z. B. also be achieved by reinforcing bars in concrete applications.
Eine konstruktiv besonders einfache und axial kleinbauende Ausführungsform kann dadurch erreicht werden, dass die Anlagefläche der Ankerplatte konkav gewölbt ist, während die komplementäre Kontaktfläche des Sitzrings konvex gewölbt ist. Grundsätzlich ist die Möglichkeit zum Winkelausgleich der Ankerachse zur Felsoberfläche aber auch bei einer umgekehrten Ausführungsform gegeben, bei der die Anlagefläche der Ankerplatte konvex gewölbt und die komplementäre Kontaktfläche des Sitzrings konkav gewölbt ist.A structurally particularly simple and axially small-sized embodiment can be achieved in that the contact surface of the anchor plate is concave, while the complementary contact surface of the seat ring is convex. In principle, the possibility for angular compensation of the armature axis to the rock surface but also given in a reverse embodiment in which the contact surface of the anchor plate is convex and the complementary contact surface of the seat ring is concave.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Anlagefläche der Ankerplatte und die komplementäre Kontaktfläche des Sitzrings sphärisch bzw. kugeloberflächenförmig gewölbt sind. Auf diese Weise kann der Winkelausgleich zwischen der Ankerachse und der Felsoberfläche besonders leicht in alle Richtungen erfolgen.According to a particularly preferred embodiment of the invention it is provided that the contact surface of the anchor plate and the complementary contact surface of the seat ring are curved spherical or spherical surface. In this way, the angle compensation between the anchor axis and the rock surface can be done particularly easily in all directions.
Günstig ist es dabei, wenn die Ankerlochbohrung der Ankerplatte auf der von der Ankermutter abgewandten Seite kegelstumpfartig erweitert ist, um die Neigung des Ankerstabs zur Ankerplatte beim Winkelausgleich zu erleichtern.It is advantageous if the anchor hole bore of the anchor plate is extended on the side facing away from the anchor nut side truncated cone to facilitate the inclination of the anchor rod to the anchor plate at the angle compensation.
Die Festigkeit der Ankerplatte kann dadurch gesteigert werden, dass die Ankerlochbohrung der Ankerplatte auf der von der Ankermutter abgewandten Seite in einer radialen Richtung langlochartig vergrößert ist. In dieser Richtung ist dann eine größere Neigung des Ankerstabs möglich als in den anderen Richtung, wo statt dessen mehr Material an der Ankerplatte zur Verfügung steht. Durch eine Verdrehung der Ankerplatte kann die Richtung der größten Neigung angepasst werden.The strength of the anchor plate can be increased by the fact that the anchor hole bore of the anchor plate is enlarged slot-like in a radial direction on the side facing away from the anchor nut side. In this direction, then a greater inclination of the anchor rod is possible than in the other direction, where instead of more material is available at the anchor plate. By twisting the anchor plate, the direction of the greatest inclination can be adjusted.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Anker-Set, das mindestens einen Ankerstab, mindestens eine Ankermutter, mindestens eine Ankerplatte und mindestens einen Sitzring der voranstehend beschriebenen Art umfasst, wobei diese Komponenten des Zuganker-Sets jeweils aus faserverstärktem Kunststoff bestehen.The subject of the present invention is also an anchor set comprising at least one anchor rod, at least one anchor nut, at least one anchor plate and at least one seat ring of the type described above, wherein these components of the tie rod set each consist of fiber-reinforced plastic.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:Further advantages and features of the invention will become apparent from the following description and the embodiments illustrated in the drawings. Show it:
Der Ankerstab
Die Ankermutter
Die Ankermutter
Der Sitzring
Die Ankerplatte
Bei der Montage des einzelnen Felsankers
Bei diesem Vorgang wird die Ankerplatte
Das Konussegment
Vorteilhafterweise kann der Ankerkopf
Ansonsten kann mit entsprechend hohen Drehmomenten seitens der Ankerbohr- und Setzvorrichtung (ABS) die endgültige Verspannung und sofortige hohe Traglast auch direkt erzielt werden.Otherwise, with correspondingly high torques on the part of the Ankerbohr- and Setting device (ABS) the final tension and immediate high load capacity can also be achieved directly.
Durch diese Varianten ist das Ankersystem auch als effektiver Ausbau in Tunnelbauwerken außerhalb von Bergbauanwendungen gemäß NÖT/NATM (Neue Österreichische Tunnelbauweise/New Austrian Tunnelling Method) anwendbar und zudem gleichzeitig als vorläufiger und endgültiger Ausbau geeignet, beispielsweise in einschalig herzustellenden Bauwerken.Due to these variants, the anchor system can also be used as an effective extension in tunnel structures outside of mining applications according to NÖT / NATM (New Austrian Tunneling Method / New Austrian Tunneling Method) and at the same time as temporary and final expansion, for example in single-shell structures.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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