DE2108264C3

DE2108264C3 - Ankerbolzen für einen Betonanker

Info

Publication number: DE2108264C3
Application number: DE19712108264
Authority: DE
Inventors: Chester I. Grand Rapids Mich. Williams (V.St.A.)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-02-18
Filing date: 1971-02-17
Publication date: 1980-07-31
Also published as: CA948899A; GB1323032A; DE2108264B2; DE2108264A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Ankerbolzen für einen Gesteinsanker, der innerhalb eines Bohrloches über einen Spreizkopf und mittels einer sich gegen die Ankerplatte abstützenden Verschraubung vorspannbar ist und zum Einbringen von flüssigem Zement in das Bohrloch mit einer Leitung versehen ist und zum Entlüften des Bohrloches eine Entlüftungsleitung aufweist, wobei der Ankerbolzen an seiner äußeren Umfangsfläche etwa quer zu seiner Längsachse verlaufende Einbuchtungen aufweist.

Derartige Ankerbolzen werden in lange, in das Gestein gebohrte Bohrlöcher eingesetzt, wobei am Innenende des Ankerbolzens eine Verankerungsvorrichtung vorgesehen ist. Von dieser Stelle aus erstreckt sich der Bolzenschaft bis zur Oberfläche, an der am Eingangsende des Bohrloches eine schwere Lagerplatte vorgesehen ist, auf die vom Bolzen aus Kräfte

über eine herkömmliche Mutter übertragen werden, die auf den Bolzenschaft aufgeschraubt ist. Derartige Ankerbolzen weisen eine Länge bis zu 18 m auf. Es ist üblich, in das Bohrloch um den Ankerbolzen herum flüssigen Zement einzuspritzen, um eine Verbindung zwischen dem Bolzenschaft und dem umgebenden Gestein herzustellen und den Bolzenschaft mit einer Schutzhülle zu umgeben. Der Zement wird in das Bohrloch um den Bolzenschaft herum eingespritzt, nachdem die Verankerung befestigt worden ist. Dies wird vorzugsweise durchgeführt, nachdem der Bolzenschaft unter eine erhebliche Vorspannung gesetzt worden ist, wie dies beispielsweise in der AT-PS 263675 beschrieben ist.

Nachdem der Ankerbolzen in das Bohrloch eingesetzt, die Verankerung befestigt und die gewünschte Vorspannung erzeugt worden ist, wird der Ankerbolzen in der gesamten Länge mit dem umgebenden Gestein so fest wie möglich verbunden. Andere Bedingungen bestehen in denjenigen Fällen, in denen der Ankerbolzen später angezogen und unter Spannung gesetzt werden muß. Die Haftverbindung des Zementes mit diesem bekannten Ankerbolzen bestimmt den Höchstwert bei der Übertragung von Kräften pro Längeneinheit des Bolzenschafte!,, da der Widerstand gegen ein Herausziehen dieser Verbindung von der Scherfestigkeit des Zementes in einer an die Außenseite eines zylindrischen Bolzenschaftes unmittelbar angrenzenden Ebene bestimmt wird oder von der Intensität der Haftverbindung, je nachdem, weiche Verbindung schwächer ist.

Jeder Belag aus Fett, öl oder von anderen Fremdstoffen auf der Außenseite eines zylindrischen Bolzenschaftes beeinträchtigt oder verhindert die Haftung des Zementes und damit die Herstellung einer

ω Verbindung. Zur Vermeidung dieser Beeinträchtigung sind Ankerbolzen bekannt (DE-AS 1288543), die am Teil ihres Außenumfanges schraubenförmig verlaufende Schrägrippen aufweisen. Diese Rippen oder Vorsprünge wirken mit dem umgebenden Ζει? ment zusammen, so daß nach Abbinden des Zementes eine mechanische Verriegelung erfolgt, welche die Haftverbindung ergänzt. Aufgrund dieser zwangsläufigen Verriegelung zwischen dem Bolzenschaft und dem Zement kann der Bolzenschaft in bezug auf die

wi umgebende Gesteinsformation nicht gereckt werden, so daß nach dem Einsetzen an der Gebrauchsstelle der Ankerbolzen sich selbst nicht mehr Veränderungen der Beanspruchung anpassen kann.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe heft-, steht darin, einen Ankerbolzen der eingangs umrissenen Art so auszubilden, daß seine Haltekraft erhöht wird, wobei die Einbuchtungen eine Keilwirkung ausüben sollen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Einbuchtungen in bezug auf die Längsachse des Ankerbolzens zumindest an ihrer der Ankerplatte abgewandten Seite einen Neigungswinkel aufweisen, der kleiner als 15° ist, s

Diese Einbuchtungen weisen also im Querschnitt eine sehr geringe Neigung in bezug auf eine die Achse des Bolzenschaftes enthatene Ebene auf. Hierdurch wird bewirkt, daß die Außenseite des Bolzenschaftes gleich einem Keil wirkt und nicht als feste mechanisehe Verriegelung mit dem umgebenden Zement. Kann der Bolzenschaft eine kleine Bewegung in bezug auf den Zement ausführen, werden außerordentlich starke Druckkräfte in einer allgemein kegeligen Form erzeugt, die auf den Zement zwischen dem Bolzenschaft und der Gesteinsformation einen starken Druck ausüben. Diese Kräfte sind verschieden von den Scherkräften, die in der den Bolzenschaft umgebenden Ebene des Zementes wirksam sind. Diese hohen Druckkräfte, die vom Bolzenschaft nach außen gerichtet sind, erzeugen dabei an dieser Ebene eine Reibung, die die normale Abscherbelastung ues Zementes übersteigt.

Zweckmäßig verlaufen die Einbuchtungen ringförmig um den Bolzenschaft herum und sind in an sich bekannter Weise, im wesentlichen auf der ganzen Länge des Ankerbolzens, vorgesehen.

Vorzugsweise verlaufen die Einbuchtungen, wie an sich bekannt, in Form einer Wendel um den Ankerbolzen herum.

Es ist an im wesentlichen der gesamten Außenseite des Bolzenschaftes mindestens eine wendeiförmige Einbuchtung vorgesehen, wobei das Material des Bolzenschafte!, an den Einbuchtungen stärker kaltbearbeitet ist als das Innere des Bolzenschaftes.

Die Einbuchtungen können in einer zur Achse des Bolzenschaftes parallelen Ebene einen im wesentlichen symmetrischen Querschnitt aufweisen, wobei die Einbuchtungen wellenförmig derart verlaufen, daß die Achse des Bolzenschaftes im wesentlichen koplanar bleibt.

Vorzugsweise ist die Steigung der Wellen kleiner als das 1'Mache des Durchmessers des Schaftes, wobei die volle Tiefe der Wellen vom Grund bis zum Scheitel kleiner als V₁₀ des Schaftdurchmessers ist.

Zweckmäßig trägt der Bolzenschaft einen Belag aus einem Material, welcher eine Haftbindung mit dem Zement verhindert.

Die genannten Einbuchtungen haben einen symmetrischen Querschnitt, obwohl ein sägezahnförmiger Querschnitt verwendet werden kann, wenn sämtliche Beanspruchungen in einer bestimmten Richtung auftreten. Es ist in diesem Falle wichtig, daß die sägezahnförmige Anordnung so orientiert ist, daß die Belastung gegen die schwach geneigte Seite und nicht gegen die steile Seite ausgeübt wird. Symmetrische Einbuchtungen weisen den Vorzug auf, daß sie die Strömung des Zementes längs des Bohzenschaftes wenig behindern.

Diese Einbuchtungen werden derart erzeugt, daß &q das Material des Bolzenschaftes an den Einbuchtungen stärker kaltbearbeitet und daher kräftiger ist als das unmittelbar unter der Oberfläche befindliche Material. Die Erzeugung der Einbuchtungen kann auch in einem Stahlwalzgerüst erfolgen. Bei diesem Ver- tn fahren werden am Bolzenschaft in dessen gesamter Länge zwei diametral entgegengesetzte Rippen erzeugt ohne Rücksicht darauf, welches Muster am übrigen Teil des Bolzenschaftes erzeugt wird. Da diese beiden Rippen axial verlaufen, so stören sie nichv die Wirkung des übrigen Teiles des Umfanges des BoI-zenschaftes im Zement. Bei Verwendung der gewellten Anordnung, bei der die Achse des Bolzenschaftes einem in einer Ebene gelegenen schlangenlinigen Weg folgt, kann das Material warm gewalzt werden oder die Schaftelemente werden in entsprechend ausgestaltete Preßformen einer schweren Presse eingelegt. Der Ankerbolzen ist für den Durchlauf des Zementes hohl, wobei dieser Hohlraum geradlinig verläuft. Kann die gewünschte äußere Form des Bolzenschaftes nicht ohne übermäßig starke Abweichung des Kerns im Bolzen von einem geradlinigen Verlauf erzeugt werden, werden sekundäre Arbeitsgänge erforderlich.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 perspektivisch einen Gesteinsanker mit einem Ankerbolzen,

Fig. 2 eine Teilansicht eines in eine Gesteinsformation eingesetzten Ankerbolzens,

Fig. 3 vergrößert einen Teil eines Bolzenschaftes nach einer Ausführungsform,

Fi g. 4 eine andere Ausführungsform der Erfindung ungefähr im Maßstab der Fig. 3,

Fig. 5 eine Herstellungsstufe für die in Fig. 1 und 2 gezeigte Ausführungsform des Ankerbolzens,

Fig. 6 eine Seitenansicht eines gewellten Bolzenschaftes, dessen Achse im wesentlichen in einer Ebene verbleibt,

Fig. 7 eine Draufsicht auf den in Fig. 6 dargestellten Bolzenschaft, und die

Fig. 8 eine Stirnansicht des in Fig. 6 und 7 dargestellten Bolzenschaftes.

Die in Fig. 1 gezeigte Gesteinsankeranordnung 10 umfaßt ein mit einem Ankerbolzen 12 zusammengeschraubtes kegelförmiges Glied 11, eine Spreizhülse 13, einen Druckring 14 und Gleitringe 15, die als Drucklager zwischen dem Ende der Spreizhülse 13 ujd dem Druckring wirken.

Das außen gelegene Ende des Ankerbolzens ist durch eine Ankerplatte 16 geführt, auf welche die Kräfte mittels einer auf das Gewinde 18 aufgeschraubten Mutter 17 übertragen werden. Durch eine an der Ankerplatte 16 vorgesehene kleine öffnung ist ein Kunststoffrohr 19 geführt, durch das je nach Lage der Gesteinsankeranordnung in bezug auf die Waagerechte Luft abgelassen oder der Zement eingespritzt wird, wobei in Fig. 2 die Lage der Anordnung vor dem Einzementieren des Ankerbolzens gezeigt ist. An der Stelle, an der der Bolzenschaft aus dem Loch 21 <n der Gesteinsformation 22 austritt, ist eine Pakkung aus einer Kittmasse vorgesehen. Der Bolzenschaft 12 ist hohl, und er wird nach Fig. 2 durch Einspritzen von Zement durch das Rohr 19 festzementiert. Wenn der Zement das Bohrloch allmählich ausfüllt, wird die Luft durch den Hohlraum im BoI-zenschaft 12 abgelassen. Das Einspritzen des Zementes erfolgt unter Druck, wobei der anfangs flüssige Zement in innige Berührung innerhalb der gesamten Länge des Gesteinsbolzens sowie mit ten Unregelmäßigkeiten der Innenseite des Bohrloches 21 gebracht wird.

Nach Fig. 3 ist der Bolzenschaft 23 mit einer fortlaufenden ringförmigen Einbuchtung versehen und weist Höhen 24 und Tiefen auf. Es ist wesentlich, daß die Oberfläche der Einbuchtungen nahe den Höhen

24 einen Neigungswinkel von weniger als 15° in bezug auf die Längsachse des Bolzenschaftes 23 aufweist. Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform ist mit einem Einbuchtungsmuster versehen, das an den entgegengesetzten Enden (oder beiderseits der Höhen 24) symmetrisch ist, so daß der Ankerbolzen in dessen gesamter Länge Drücke auf die Gesteinsformation übertragen kann. Wird ein Oberflächenteil von Kräften festgehalten, die an den innen gelegenen Enden dies Ankerbolzens wirken, so treten unvermeidlich einander entgegenwirkende Kräfte auf. Mit dem Ankerbolzen 26 nach Fig. 4 wird im wesentlichen das gleiche Ergebnis erhalten, an welchem eine Reihe von ringförmigen Einbuchtungen 27 vorgesehen sind, die im allgemeinen die gleiche Form aufweisen, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Die wendelartigen Einbuchtungen bei der Ausführungsform nach Fig. 3 können ηοΛ otnorM /tor Γ^α,γίη«ία»ιιΐΙτΒη ο W r» j i^V»*» r» \/Ar|olipnn

erzeugt werden, während die Ausführung nach Fig. 4 durch eine Folge von Walzvorgängen erzeugt werden kann, wobei der Bolzenschaft wiederholt durch das Walzgerüst geführt wird.

Beim Gewinderollen wird eine Stange unter hohem Druck zwischen zwei Platten angeordnet, wobei den Plattendann eine entgegengesetzte Linnearbewegung in einer zur Achse der Stange rechtwinkligen Richtung verliehen wird. Jede Platte ist mit parallelen Ausnehmungen versehen, wobei diejenigen einer Platte entgegengesetzt zu denen der anderen Platte in bezug auf die Bewegungsrichtung der Platten in einem Winkel geneigt sind, der der Steigung des Gewindes entspricht. Unter diesen Umständen erfolgt eine Schmiedewirkung, wobei die Ausnehmungen und die zwischenliegenden Rippen an den Platten ein Gewinde an den Stangen formen, wenn die Stange zwischen den Platten durch deren entgegengesetzte Linearbewegung gerollt wird. Die in Fig. 4 gezeigte Ausführungsform kann auch so hergestellt werden, wobei die Ausnehmungen und die Rippen der beiden Platten beide parallel zur Bewegungsrichtung der Platten verlaufen. Diese Ausbildung kann auch durch Walzen auf zur Stange parallele Achsen hergestellt werden, welche die Stange zwischen entgegengesetzten Rippen pressen, um die Ausnehmungen in der Stange zu schaffen. Die Walzen erzeugen normalerweise Ausnehmungen auf einem Stangenabschnitt, der einige cm lang ist; danach werden die Walzen freigegeben und die Stange um einen entsprechenden Abstand eingestellt, so daß die nächste Kompression seitens der Walzer eine Fortsetzung der ringförmigen Ausnehmungen schafft.

Bei beiden Verfahren wird durch Kaltbearbeitung des Materials des Bolzenschaftes an den Einbuchtungen der Bolzenschaft dadurch verfestigt, daß der Querschnitt an der Basis der Einbuchtungen versetzt und vermindert wird. Es ist wichtig, daß bei der wendelartigen Ausführungsform der Querschnitt innerhalb der gesamten Länge konstant bleibt, während sich bei den in Fig. 4 dargestellten Einbuchtungen der Querschnitt an den Höhen und an den Tiefen der Einbuchtungen verändert. Die Verminderung des Q..
schnittes wird mehr als aufgewogen durch erhöhte Festigkeit auf Grund der Kaltbearbeitung des Materials an den Einbuchtungen.

In Fig. 5 sind Walzen 28 und 29 vorgesehen, deren Abstand so bemessen ist, daß axial verlaufende Rippen 30 und 31 erzeugt werden, wenn das Material zwischen den Walzen hindurchgeführt wird. Die Walzen sind art den Außenseiten 32 und 33 so ausgestaltet, daß außer den axial verlaufenden Rippen 30 und 31 die in Fig. 3 dargestellte Form erzeugt wird.

In Fig. 6,7 und 8 ist eine wellenförmige Ausgestaltung des Bolzenschaftes gezeigt, wobei die Abweichungen von der geraden Linie im wesentlichen in einer Ebene liegen. Wird die Achse des Ankerbolzens in der Querrichtung als Mitte zwischen den entgegengesetzten Endender in Fig. 6 dargestellten Fläche angesehen, so weist die Achse streng genommen ein zweidimensionales Wellenmuster auf und nicht die in Fig. 1 dargestellte wendelartige Anordnung. Bei Betrachtung der Fig. 6 als Seitenansicht weist der Bolzenschaft in der Draufsicht scheinbar parallele Seiten _ηΐιΓ Λ lie /Ur linn flor Ιί.,Ιηη CnW/> ^<ir Πίη "7 η..« n^rn

henen Darstellung ist diese Anordnung noch deutli-

jo eher zu erkennen.

Der Bolzenschaft kann mit einem Wellenmuster versehen sein, das eine solche Steigerung aufweist, daß der in der Mitte gelegene Kanal für den Zement nicht verformt wird. Es hat sich gezeigt, daß bei den nach-

ji stehend angeführten Beziehungen zwischen dem Schaftdurchmesser, der Steigung der vorzugsweise symmetf bchen wellenförmigen Einbuchtungen und der Tiefe der Einbuchtungen ein Bolzenschaft hergestellt werden kann, der eine stärkere Haltekraft auf-

jo weist, als dies bisher möglich war. wobei die Leitung für den Zement weder bei der Erzeugung der endgültigen Wellenform durch Warmwalzen noch bei der Durchführung eines sekundären Arbeitsganges verformt wird.

s"' Schaft- Steigung der Tiefe der Einbuchtundurch- Einbuchtungen gen vom Grund zum
messer Scheitel

25.4 mm 25.4 mm 1.78 mm

_4I1 34,9 mm 34.9 mm 2.54 mm

50,8 mm 50,8 mm 2.92 mm

7n,2 mm 76,2 mm 4.39 mm

Sämtliche in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erzeugen außerordentlich starke Druck-

V; kräfte, die über den Zement konisch nach außen in die Gesteinsformation hinein wirken, wenn an der Außenseite des Bolzenschaftes ein ausreichender relativer Schlupf oder Scherabweichung auftreten kann, so daß sich eine Keilwirkung entwickeln ύ<.

in Bei Anwendung von Schmiermittel betrag., der größte Neigungswinkel der Einbuchtungen 15'. Um die besten Ergebnisse erzielen zu können, soll der Winkel möglichst 10° betragen. Untersuchungen haben ergeben, daß kleinere Neigungswinkel zu empfehlen sind, wenn erwartet werden kann, daß die Zementhaftung einen Schlupf verhindert, der für eine Keilwirkung erforderlich ist. Die Axiallänge der Einbuchtungen besteht aus einem Kompromiß zwischen der Reduktion des Schaftdurchmessers (bei größeren

bo Einbuchtungen) und einer erwünschten Länge der Neigung. Gute Ergebnisse werden erzielt, wenn gekrümmte Einbuchtungen verwendet werden, deren axiale Länge V₄ bis V₂ des Schaftdurchmessers ausmacht und deren Tiefe geringer als V₁₀ des Schaft-

b5 durchmessers ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Ankerbolzen für einen Gesteinsanker, der innerhalb eines Bohrloches über einen Spreizkopf und mittels einer sich gegen die Ankerplatte abstützenden Verschraubung vorspannbar ist und zum Einbringen von flüssigem Zement in das Bohrloch mit einer Leitung versehen ist und zum Entlüften des Bohrloches eine Entlüftungsleitung aufweist, wobei der Ankerbolzen an seiner äußeren Umfangsfläche etwa quer zu seiner Längsachse verlaufende Einbuchtungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbuchtungen (27) in bezug auf die Längsachse des Ankerbolzens (12) zumindest an ihrer der Ankerplatte (16) abgewandten Seite einen Neigungswinkel aufweisen, der kleiner als 15° ist.

2. Ankerbolzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbuchtungen (27) ringförmig um den Bolzenschaft herum verlaufen.

3. Ankerbolzen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbuchtungen (27), in an sich bekannter Weise, im wesentlichen auf der ganzen Länge des Ankerbolzens vorgesehen sind.

4. Ankerbolzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbuchtungen (27), wie an sich bekannt, in Form einer Wendel um den Ankerbolzen herum verlaufen.

5. Ankerbolzen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ar. im we-entlichen der gesamten Außenseite des Polzenschaftes (23) mindestens eine wendelförraige Einbuchtung (27) vorgesehen ist.

6. Ankerbolzen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Bolzenschaftes (23,26) an den Einbuchtungen (27 stärker kaltbearbeitet ist als das Innere des Bolzenschaftes.

7. Ankerbolzen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbuchtungen (27) in einer zur Achse des Bolzenschaftes parallelen Ebene einen im wesentlichen symmetrischen Querschnitt aufweisen.

8. Ankerbolzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbuchtungen (27) wellenförmig derart verlaufen, daß die Achse des Bolzenschaftes im wesentlichen koplanar bleibt.

9. Ankerbolzen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Wellen kleiner als das l'/ifache des Durchmessers des Schaftes (12) ist, und daß die volle Tiefe der Wellen vom Grund bis zum Scheitel kleiner als '/,„ des Schaftdurchmessers ist.

10. Ankerbolzen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzenschaft (12) einen Belag aus einem Material trägt, welches eine Haftbindung mit dem Zement verhindert.