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Ankerkopf für Drahtbündel in Spannbetonbauteilen Die Erfindung betrifft
einen Ankerkopf für aus mehreren Einzelspanndrähten bestehende bündelförmige Spannglieder
zur Herstellung von Spannbetonbauteilen mit nachträglichem Verbund, insbesondere
betrifft sie einen Ankerkopf für kaltgezogene Spanndrähte, bei dem die Spanndrahtenden
vorzugsweise radialsymmetrisch um einen Zugbolzen verteilt sind, der in der Mitte
eines von einer Hülse umschlossenen Betongußkörpers angeordnet ist.
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Es sind verschiedene Spannverfahren mit nachträglichem Verbund bekannt,
wobei die Spannglieder in Spannkanälen geführt, durch Pressen gegen den erhärteten
Beton vorgespannt und mittels eingepreßtem Zementmörtel in Verbund mit dem umgebenden
Beton gebracht werden. Hinsichtlich der Verankerung der Spannglieder bestehen wesentliche
Unterschiede.
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Bei Einzelspannstäben ist es beispielsweise bekannt, die Verankerung
an der Außenseite des Bauteils mittels Ankermutter und Ankerplatte vorzunehmen.
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Bei bündelförmigen Spanngliedern wird die Verankerung beispielsweise
mit mechanischen Mitteln, wie Keile verschiedenster Ausführung, aufgestauchte Köpfe,
Umlenkkörper od. dgl., bewerkstelligt. Diese Verankerungen eignen sich sowohl für
kaltgezogene als auch für schlußvergütete Spannstähle; sie sind jedoch wegen der
Vielzahl der für die Verankerung benötigten Teile und deren Kompliziertheit wirtschaftlich
aufwendig. Ähnliches gilt für eine bekannte Verankerung, bei der die Spanndrahtenden
um ein zentrales Kernstück bzw. einen Bolzen herum verteilt sind und an diesem unmittelbar
anliegen. Zur sicheren Kraftübertragung ist hier das Kernstück an seiner Oberfläche
mit einer Wellung bzw. mit einem Schraubgewinde zu versehen, und die Spanndrahtenden
werden durch Verformung einer Hülse in radialer Richtung auf das Kernstück und in
dessen Oberflächenprofilierung gepreßt. Dabei muß die Stahlanpreßhülse mit großem
Kraftaufwand aufgezogen werden; hierzu ist eine Spezialziehvorrichtung erforderlich.
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Wirtschaftlichere und einfachere Verankerungsformen lassen sich erzielen,
wenn man zur Verankerung der einzelnen Drähte eines Spanngliedes die Haftfestigkeit
zwischen ihrer Oberfläche und einem Betongußkörper, in welchen sie eingebettet sind,
ausnutzt. Der Betongußkörper befindet sich dabei in einer entsprechend geformten
stählernen Hülse, dem sogenannten Spannkopf, der seinerseits in geeigneter Weise,
z. B. mittels Ankermutter und Ankerplatte, verankert wird. Zur Erhöhung der Haftfestigkeit
sucht man dabei die Haftoberfläche zu vergrößern, indem man beispielsweise Spanndrähte
von ovalem Querschnitt verwendet, die zusätzlich mit einer Querrippung versehen
sind. Diese Verankerungsmethode hat gegenüber den vorher erwähnten Verfahren den
Vorteil größerer Wirtschaftlichkeit, ist jedoch bisher nur bei schlußvergüteten
Spannstählen anwendbar, die auf Grund ihres Herstellungsverfahrens eine größere
Oberflächenrauhigkeit aufweisen.
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Kaltgezogene Spannstähle waren wegen ihrer verhältnismäßig glatten
Oberfläche nicht ohne weiteres für diese einfache und wirtschaftliche Art der Verankerung
geeignet. Es besteht daher das Bedürfnis, diese wirtschaftlich vorteilhafte Verankerungsart
auch für kaltgezogene Spannstähle anwendbar zu gestalten, die bei im übrigen mit
den schlußvergüteten Stählen gleichwertigen Eigenschaften noch den Vorteil geringerer
Empfindlichkeit für Spannungskorrosion besitzen.
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Man hat daher zur Erhöhung der Haftfestigkeit zwischen Spanndraht
und Betongußkörper die Spanndrahtenden über die Einbettungslänge hin mit einer
Wellung
versehen. An dem Charakter der Verankerung als einer reinen Haftfestigkeitsverankerung
ändert sich hierdurch nichts; die durch die Wellung der Spanndrahtenden erzielte
Erhöhung der Verankerungsfestigkeit reicht jedoch für eine sichere Verankerung von
kaltgezogenen Drähten nicht immer aus; darüber hinaus hat die bekannte Verankerung
den wesentlichen Nachteil, daß der Ankerkopf einen verhältnismäßig großen Durchmesser
erhält, da die Spanndrahtenden allseitig vom Beton umgeben sein müssen.
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Zur Vermeidung der geschilderten Nachteile der bekannten Verankerungen
ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die in an sich bekannter Weise über die
Einbettungslänge mit einer Wellung versehenen einzelnen Spanndrähte unmittelbar
an dem mit einer entsprechenden Wellung versehenen Zugbolzen anliegen.
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Dadurch wird über eine einfache Haftfestigkeitsverankerung hinaus
durch Eingriff der gewellten Spanndrahtenden in den entsprechend gewellten Zugbolzen,
an welchem die Spanndrahtenden unmittelbar anliegen, eine formschlüssige Verbindung
erzielt, bei der die Anpressung mittels des Betongußkörpers erfolgt, der seinerseits
von der Hülse umschlossen ist. Im einzelnen ergibt sich gegenüber den bekannten
Verankerungen mit Betongußkörpern der Vorteil eines wesentlich geringeren Platzbedarfs
bei gleichzeitig erhöhter Verankerungsfestigkeit, denn die Spanndrahtenden liegen
unmittelbar an dem Zugbolzen an und brauchen nicht allseits von Beton umgeben zu
sein. Neben der erhöhten Verankerungssicherheit ist die einfache Herstellung des
Ankerkopfs gemäß der Erfindung hervorzuheben, die unmittelbar an der Baustelle erfolgen
kann. Darüber hinaus ist ein über die Einbettungslänge der Spanndrahtenden gleichmäßiger
Anpreßdruck gegeben.
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Durch die einfache Maßnahme gemäß der Erfindung wird erreicht, daß
die Spanndrahtenden trotz ihrer glatten Oberfläche sowohl am Zugbolzen als auch
am Betongußkörper gegen axiale Zugbelastungen mit ausreichender Festigkeit gehalten
sind. Diese Wirkung läßt sich etwa durch folgende Überlegung erklären: Zwischen
den Wellungen der Spanndrähte bzw. des Zugbolzens einerseits und der Innenfläche
der Betongußkörperhülse andererseits entstehen zwei im Winkel zueinander verlaufende
Scharen von Betonkegelschalen entgegengesetzter Konizität, über welche sich die
Wellungen der Spanndrähte bzw. des Zugbolzens gegen die Innenfläche der Gußkörperhülse
bei axialem Zug abstützen. Man erkennt, daß die genannten Betonkegelschalen in dem
Betongußkörper auf Druck beansprucht werden, was den Festigkeitseigenschaften des
Betons besonders angepaßt ist.
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Der Ankerkopf gemäß der Erfindung ist insbesondere für das Spannende
des Spanngliedes geeignet, kann jedoch auch am festen Ende Anwendung finden, indem
er in den Beton des Bauteils eingebettet wird.
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Für die Anwendung am Spannende ist vorgesehen, daß der Zugbolzen nach
außen verlängert ist und ein Gewinde aufweist, so daß er mittels einer Gewindemuffe
mit der Ziehstange einer Spannpresse verbunden werden kann.
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Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
vorgesehen, daß die Betongußkörperhülse aus einer Drahtwendel besteht. Die Drahtwendel
kann dabei im Längsschnitt verschiedenartige Profile, beispielsweise zylindrisches
oder tonnenförmiges Profil, besitzen. Diese Ausführungsform, bei welcher die Betongußkörperhülse
als Drahtwendel ausgeführt ist, besitzt den Vorteil besonderer Einfachheit und Wirtschaftlichkeit,
da die Betongußkörperhülse in dieser Weise ohne besondere Bearbeitung die erforderliche
Profilierung an der Innenfläche zur Abstützung der Betonkegelschalen erhält.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der
folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnungen; es zeigt
F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Ankerkopf nach der Erfindung, F i g. 2 einen
Querschnitt gemäß der Linie II-II in F i g. 1, F i g. 3 eine abgeänderte Ausführungsform
im Längsschnitt, F i g. 4 einen Querschnitt gemäß der Linie IV-IV in F i g. 3.
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In F i g. 1 ist das anspannseitige Ende eines Spanngliedes im Schnitt
dargestellt, das zur Vorspannung des BetonbauteilsB dient. Im Bauteil ist in bekannter
Weise mittels des Hüllrohres 11 ein Spannkanal ausgespart, der sich am Anspannende
mittels des Rohrstückes 5 zu einem zylindrischen Raum größeren Durchmessers erweitert.
In den Spannkanälen verlaufen die Spannstähle 1, im dargestellten Ausführungsbeispiel
zwölf Stück in radialsymmetrischer Anordnung verteilt (F i g. 2).
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Wie aus F i g. 1 ersichtlich, sind sie an ihren Enden auf die Einbettungslänge
mit einer Wellung versehen, die mit der entsprechenden Wellung des Zugbolzens 2
übereinstimmt. Die gewellten Spanndrahtenden 1 sind radialsymmetrisch um den Zugbolzen
2 herum verteilt und mit ihren Wellungen in die entsprechende Wellung des Zugbolzens
eingelegt.
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Dieses innerhalb des Hohlraums 6 liegende Anspannende des Spanngliedes
ist von einer koaxialen Drahtwendel 3 umgeben, die aus Stahldraht gewickelt ist
und im Längsschnitt tonnenförmiges Profil besitzt. In dem Raum zwischen Drahtwendel
und dem mit den Spanndrähten versehenen Zugbolzen wird Beton eingebracht, so daß
der Betongußkörper 4 entsteht.
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Im praktischen Betrieb wird so vorgegangen, daß die auf einer Spezialmaschine
mit der Wellung versehenen Spanndrahtenden außerhalb der Betonkonstruktion in der
beschriebenen Weise um den ebenfalls auf einer Spezialmaschine mit der Wellung versehenen
Zugbolzen 2 herum angeordnet und gegebenenfalls in dieser Anordnung mittels einer
einfachen Lehre festgehalten werden. Hierauf wird die in der angegebenen Weise gewickelte
Drahtwendel über das so vorbereitete Ende des Spanngliedes geschoben und an diesem
in geeigneter Weise, beispielsweise mittels eines an dem einen Ende der Drahtwendel
eingesetzten Verschlußpfropfens 12, wie in F i g. 1 strichpunktiert angedeutet,
konzentrisch festgehalten. Hierauf wird der innerhalb der Drahtwendel verbleibende
Raum mit Beton ausgegossen. Nach dem Abbinden des Betongußkörpers 4 ist das Spanngliedende
für den Einbau in den Spanngliedkanal vorbereitet.
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Wie bereits erwähnt, ist der Ankerkopf gemäß der Erfindung in gleicher
Weise für das feste Ende
wie für das Anspannende des Spanngliedes
geeignet. In F i g. 1 ist die Anwendung auf das anspannseitige Ende des Spanngliedes
dargestellt. Zu diesem Zweck weist der Zugbolzen 2 einen nach außen vorstehenden
Ansatz 7 auf, der zum Anschluß der Spannpresse dient und beispielsweise mit Außengewinde
versehen ist, welches mit dem Innengewinde einer mit Innen-und Außengewinde versehenen
Gewindemuffe 8 auf einen Teil seiner Länge im Eingriff steht. Der übrige Teil des
Innengewindes nimmt das nicht dargestellte Ende der Spannpressen-Ziehstange auf.
In dieser Weise wird die Vorspannkraft über den Zugbolzen 2 auf die mit dessen Wellung
im Eingriff stehenden Spanndrahtenden 1 übertragen, wobei durch den Betongußkörper
4 mit seiner Umklammerung durch die Drahtwendel 3 die sichere Verbindung gewährleistet
ist. Wie schon erwähnt, darf man annehmen, daß die Verklemmung der Spanndrahtenden
innerhalb des Betongußkörpers 4 unter axialem Zug in der Weise zustande kommt, daß
zwei unter einem Winkel zueinander geneigte Scharen von Betonkegelschalen 13 bzw.14
entstehen, die sich zwischen den gewellten Teilen der Spanndrähte bzw. des Zugbolzens
und der Innenfläche der Drahtwendel abstützen. Hinzu dürfte als sekundärer Effekt
noch die Keilwirkung der Betongußmasse an den sich verengenden Enden der Drahtwendel
treten. Es sei jedoch bemerkt, daß diese durch das tonnenförmige Profil der Drahtwendel
hervorgerufene zusätzliche Keilwirkung nicht unbedingt erforderlich ist und daß
sich auch mit zylindrischen Profilen der Drahtwendel eine ausreichende Blockierung
der Spanndrahtenden an dem Zugbolzen 2 und in dem Betongußkörper 4 ergibt. Das Spannglied
kann in der gespannten Stellung in an sich bekannter Weise mittels Widerlagerplatte
9 und einer mit dem Außengewinde der Gewindemuffe 8 im Eingriff stehenden
Ankermutter 10
an der Außenseite des Betonbauteils B abgestützt werden. Sodann
wird der das Spanngliedende umgebende Hohlraum 6 innerhalb des Hüllrohrstücks 5
mit Verpreßmörtel ausgefüllt, der beispielsweise durch eine Öffnung 15 in der Widerlagerplatte
eingepreßt wird. Nach dem Abbinden des Verpreßrnörtels kann die äußere Abstützung
(Widerlagerplatte 9 mit Ankermutter 10) entfernt werden. Das Spannglied mit dem
Ankerkopf ist nunmehr durch die Haftung innerhalb des Verpreßmörtels gehalten. Zur
Abnahme der äußeren Abstützung im gespannten Zustand können verschiedene Vorkehrungen
getroffen sein, beispielsweise kann die Widerlagerplatte bzw. die Ankermutter teilbar
ausgebildet sein.
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Die Anwendung des Ankerkopfes gemäß der Erfindung am festen Ende des
Spanngliedes erfolgt in ähnlicher Weise; nur braucht hier der Zugbolzen 2 keinen
vorstehenden Ansatz 7 aufzuweisen.
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Bei einem typischen Ausführungsbeispiel können die Einzelteile folgende
Abmessungen haben: Als Spanndrähte werden beispielsweise kaltgezogene Stähle von
6 mm Durchmesser verwendet; die Drahtwendel ist aus Stahldraht von 10 mm Durchmesser
gewickelt, die Länge der Drahtwendel kann 25 cm betragen, ihr größter Durchmesser
in der Mitte des tonnenförmigen Profils 12 cm, der kleinste Durchmesser an den Enden
8 cm.
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Selbstverständlich kann das beschriebene Ausführungsbeispiel in Einzelheiten
mannigfach abgewandelt werden. Hinsichtlich des Längsprofils der Drahtwendel wurde
bereits erwähnt, daß sie verschiedene Gestalt, neben der in F i g. 1 gezeigten tonnenförmigen
beispielsweise auch zylindrische, haben kann.
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In den F i g. 3 und 4 ist ein abgeändertes Ausführungsbeispiel gezeigt,
bei dem die als Drahtwendel 3 a ausgebildete Betongußkörperhülse zylindrisch ist.
Vorzugsweise wird dabei das Hüllrohrstück 5 ebenfalls mit einer Profilierung bzw.
Wellung ausgebildet, um beim Abnehmen der äußeren Abstützung eine einschneidende
Kräfteumlagerung zu vermeiden und die Kräfteeinleitung möglichst über die gesamte
Länge der Drahtwendel zu gewährleisten. Die gewünschte Wellung des Hüllrohrstücks
5 läßt sich in einfacher Weise erzielen, beispielsweise bei den bekannten, aus Blechband
gewickelten Hüllrohren durch eine entsprechende Steuerung der Wickelmaschine.
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Auch braucht die Betongußkörperhülse 3 nicht notwendigerweise als
Drahtwendel ausgeführt zu sein. Es sind auch andere Ausführungen, z. B. ein Stahlzylinder,
anwendbar, wobei jedoch die Innenseite vorzugsweise mit einer entsprechenden Profilierung
versehen ist, um die Abstützung der erwähnten Betonkegelschalen sicher zu gewährleisten.
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Die Art des Anschlusses der Spannpresse an den Zugbolzen kann in beliebiger
Weise abgeändert werden, beispielsweise können der Ansatz 7 und die Gewindemuffe
8 einstückig mit dem Zugbolzen 2 ausgebildet sein.
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Hinsichtlich der den Spanndrahtenden und entsprechend dem Zugbolzen
erteilten Wellungen sind ebenfalls, je nach den in Frage kommenden Belastungen,
Änderungen innerhalb weiter Grenzen möglich.