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Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Vorspannung in Bewehrungen
Für .die Herstellung von vorgespanntem Beton, bei welchem die Übertragung der Vorspannkräfte
der Stahlbewehrung auf den Betonkörper durch die Haftfestigkeit zwischen Stahl und
Beton erfolgt, ist es von ausschlaggebender Bedeutung, daß diese Haftfestigkeit
möglichst groß ist. Zur Vergrößerung der Haftfestigkeit wurden bisher folgende Mittel
angewendet: i. Die Haftfläche zwischen Stahl und Beton wird im Verhältnis zur Querschnittsfläche
der Bewehrung sehr groß gestaltet, indem sehr dünne Stahlbewehrungen ,(Klaviersaiten)
verwendet werden.
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a. Die Oberfläche der ,Bewehrungsstähle wird durch Ätzung oder Stahlbespritzung
aufgerauht. Diese Methode kommt insbesondere für Stahlbewehrungen sehr großer Festigkeit
(von r2 ooo bis 22q4 o ,oia kg/cm2) in Betracht, die verwendet werden, um eine entsprechende
Vorspannung im Beton unter Berücksichtigung des Schwindens und Kriechens des Betons
zu erreichen. Die zur Erreichung dieser Stahlqualitäten notwendigen Veredelungsverfahren
verleihen der Oberfläche dieser Stahldrähte eine große Glätte, weshalb das Aufrauhen
der Oberfläche erforderlich wird. Obwohl dieses Verfahren eine wesentliche Verteuerung
der Stahlbewehrung bedingt, wird hierdurch die Vergrößerung der Haftfestigkeit in
sehr beschränktem Maße erreicht.
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3. Die Vergrößerung des Widerstandes gegen Ausziehen bzw. Rutschen
des Stahldrahtes im Beton wird auch durch die Verwendung von gekerbtem Draht erreicht,
bei welchem die Oberfläche
des Stahldrahtes durch einen besonderen
Walzvorgang mit verschieden geformten Kerben versehen wird.
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q.. Zur Erzielung eines großen Haftwiderstandes der vorgespannten
Bewehrung werden auch fabrikmäßig aus zwei oder mehr Stahllitzen verdrillte Bewehrungen
verwendet. Abgeselien darvon, daß auch diese verdrillten Stahllitzen eine wesentliche
Verteuerung der Bewehrung bedingen, wird hierbei auch die Herstellung des Spannbetons
selbst durch Aufwendung einer längeren. (Arbeitszeit und die An--wendung komplizierter
Spannklemmen verteuert. Diese fabrikmäßig verdrillten Stahldrähte können auch nur
in verhältnismäßig 'kurzen Längen hergestellt werden.
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Erfahrungsgemäß wird wohl .durch die Verwendung gedrillter Bewehrungen
eine Steigerung der Haftfestigkeit am wirkungsvollsten erreicht, doch besteht die
große Gefahr, daß bei der Manipulation mit diesen verdrillten Drähten durch tBiegen
u. dgl. .eine Qualitätsverminderung eines der Drähte eintritt, wodurch beim Spannen
einzelne Drähte reißen oder eine der Litzen mehr als zulässig beansprucht wird.
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5. Um den unter q. angeführten Vorteil unter größtmöglicher Ausschaltung
der erwähnten Nachteile zu erzielen, ging man dazu über, die Verdrillung der Drähte
erst bei der Herstellung von vorgespanntem Beton selbst unmittelbar auf den Spannbahnen
vorzunehmen, was bis jetzt in nachstehender Weise bewerkstelligt wird.
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Zwei Stahldrähte werden an den beiden Spannwi,derlagern bzw. Spannköpfen
an den Enden .der Spannbahn, auf welcher die Betonierung der vorgespannten Bauwerkselemente
erfolgt, unter geringerer oder größerer Spannung befestigt und hierauf an einem
Ende oder an beiden zwischen diesen ortsfesten Widerlagern gedrillt. Durch das hierbei
erzielte Recken des Stahldrahtes wird die notwendige Spannkraft in der Bewehrung
erreicht, worauf die Verdrillungseinrichtung derart fixiert wird, daß ein federndes
Rückwinden der Drähte verhindert wird, wonach sofort die Einbetonierung der Stahlbewehrung
erfolgt. Durch einmalig auszuführende Versuche wird die Anzahl der Verdrillungswindungen,
die zur Erreichung der notwendigen Spannkraft erforderlich sind, ermittelt.
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Das Recken des Stahldrahtes wird dabei durch das Verlängern des Drahtes
infolge Verwindens allein hervorgerufen. Dies erfordert eine verhältnismäßig sehr
große Anzahl von Verwindungen auf die 'Längeneinheit, und erfahrungsgemäß läßt sich
eine gleich große Spannkraft nur bei größerer Dehnung des Stahles erreichen, weil
durch das starke Verwinden bzw. Verdrillen auch andere Beanspruchungen außer reinen
Zugbeanspruchungen auftreten. Es kann also nicht,die volle Zugfestigkeit des Stahles
für die zu erstrebende Spannkraft ausgenutzt werden.
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Diese Mängel werden erfindungsgeniläß dadurch beseitigt, daß das Verdrillen
nicht auf einer unveränderlichen Einspannlänge erfolgt, sondern daß mindestens eines
der Widerlager beim Verdrillen in der Längsrichtung der Bewehrung bewegt wird, so
daß die Stahldrähte nicht allein durch das Verdrillen gereckt und dadurch in Spannung
versetzt werden, sondern in viel größerem Maße durch die auf sie ausgeübte Zugkraft.
Hierbei ergibt sich gegenüber den bekannten Verfahren, ,daß zur Erreichung der gleichen
Spannkraft in den Stahldrähten eine geringere Anzahl von Verwindungen ausreicht.
Versuchsmäßig konnte festgestellt werden, daß zur Erreichung des notwendigen Haftwiderstandes
zur Übertragung der Vorspannkr aft auf den Beton die große Anzahl von Vendrillungen
bzw. Verwindungen auf die Längeneinheit gar nicht notwendig ist, sondern die erforderliche
Haftfestigkeitsvergrößerung schon durch eine viel kleinere Anzahl von Verwindungen
in ausreichendem Maße erreicht wird, so daß die Zugfestigkeit des Stahles viel weitgehender,
d. h. fast im selben Maße wie bei gerade gespannten Drähten ausgenutzt werden kann.
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Hierbei ist es keineswegs notwendig, daß die Drähte wie bisher schon
vor dem Verdrillen eine bestimmte Spannung erhalten. Die Drähte werden zwischen
den beiden Widerlagern vollständig schlaff, ja sogar durchhängend 'befestigt. Sie
werden lediglich in genau gleichen Längen ab-gelängt und zwischen den Widerlagern
befestigt, was ohne jeden Mehraufwand an Zeit zu bewerkstelligen ist.
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Es ist auch bereits bekannt, zwischen verdrillten urivorgespannten
Bewehrungsdrähten zwecks Erhöhung ihrer Haftfestigkeit Einlagekörper anzuordnen.
Der Erfindung gemäß werden solche Verankerungskörper beim Vorspannen der Bewehrung
verwendet: In dieser Anwendungsart kommt den Ankerkörpern besondere Bedeutung zu,
da für vorgespannten Beton. vorzugsweise Armierungsdrähte sehr großer Festigkeit
in Betracht kommen, -die jedoch die Schwierigkeit mit sich bringen, daß sie infolge
des erforderlichen Veredelungsverfahrens eine sehr glatte Oberfläche erhalten, wodurch
die Haftfestigkeit im Beton vermindert und die Übertragung der Vorspannung bei stärkeren
Drähten mit einem Durchmesser von mehr als 21 mm in Frage gestellt wird.
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Die gespannten Drähte werden durch diese Einlagekörper auseinandergespreizt,
wodurch der Verankerungswiderstand der Bewehrung bedeutend vergrößert wird, weil
er dann nicht nur durch die Haftfestigkeit zwischen Stahl und Beton hervorgerufen
wind, sondern auch eine zusätzliche mechanische Verankerung durch den Reibungswiderstand
an'den schiefen Flächen der Betonummantelung erfolgt. ,Die Einlagen zwischen zwei
oder mehreren verdrillten Drähten bewirken auch, daß die Vorspannungsübertragung
auf den Beton auf kürzeren Strecken der Bewehrung möglich ist.
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Durch die auf diese Weise erzielte Möglichkeit der Verwendung größerer
Stärken dieser hochwertigen glatten Stahldrähte und durch den Umstand, daß immer
einige Drähte eng aneinanderliegen., kann der Abstand dieser gespreizten Drahtseile
bedeutend .größer gehalten werden, so daß auch Betonzuschlagstoffe größerer Körnung
Verwendung finden können. Da die Spannungsübertragung der
Stahlsaiten
auf den Beton nicht allein durch Haftfestigkeit .erfolgt, ist es auch möglich, Beton
mit geringerem Zementgehalt und niedrigeren Festigkeiten zu verwenden.
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Das neue Verfahren kann durch die in der Zeiclhnung als Ausführungsbeispiele
veranschaulichten Vorrichtungen in wirtschaftlichster Weise ausgeführt werden. DieAnschaffungskosten
dieserVorrichtungen sind wesentlich geringer als die bisher verwendeten Spanneinrichtungen
und weisen den Vorteil auf, daß dieses Verfahren sowohl auf langen Spannbahnen als
auch unmittelbar an kurzen Werkstücken und Betonformlingen zur Anwendung kommen
kann.
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Abb. i und 2 .der Zeichnung zeigen zwei Ausführungsformen der Reck-
und Verdrilleinrichtung in Seitenansicht; Abb. 3 und 4 stellen eine dritte Ausführungsform
im Senkrecht- und im Waagerechtschnitt dar; Abb. 5 ist ein Schnitt nach Linie V-V
der Abb. 4; Abb. l6 und 7 zeigen eine Spannbahn mit verdrillten Drähten im Ouerschnitt
und im Längsschnitt, und Abb. 8 bis i i stellen Einlagekörper schaubildlich in größerem
Maßstabe dar.
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Die in der Zeichnung :dargestellten Vorrichtungen zum gleichzeitigen
Spannen und Verdrillen können nicht nur zwischen Widerlagern, welche auf der Spannbahn
dauernd verankert sind, sondern auch an Schalu.ngswänden oder unmittelbar an fertigen
Betonformlingen angewendet werden.
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Gemäß Abb. i bestehen die Widerlager nicht aus den üblichen im Boden
fest verankerten Profilträgern, sondern an deren Stelle sind Druckplatten i vorgesehen,
die unmittelbar an die Betonformlinge 2 gepreßt werden. Diese sind in bekannter
Weise mit Rillen 3 versehen, in welche die Bewehrung 4 nach dem Spannen einbetoniert
wird, so daß idie Einbetonierung nach dem Erhärten die Vorspannung als Zwischenmedium
auf den Betonformling überträgt. Gegen die Druckplatten i sind Stahlplatten 5, l511
mittels an ihnen aufgeschweißter oder aufgeschraubter Stützen 6 abgestützt.
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Durch die Stahlplatte 5 sind Schrauben 7 geschraubt, welche eine keil-
oder kegelförmige Bohrung 8 aufweisen. An der gegenüberliegenden Platte kann dieselbe
Einrichtung vorgesehen sein, oder es werden in diese kegelig ausgebohrte Stahlhülsen
g eingefügt. In dem kegeligen Hohlraum 8 der Schrauben @7 und.der Stahlhülsen g
wird die Bewehrung, die aus zwei oder mehr Stahldrähten vollständig gleicher Längen
besteht, mittels Stahlkeilen io befestigt.
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Da die Stahldrähte der ,Bewehrung 4 vollständig gleich abgelängt werden,
braucht die Bewehrung vor .der Verankerung in den Schrauben 7 bzw. Hülsen g nicht
gespannt zu werden, sondern kann auch schlaff .durchhängen bzw. kann sie eine größere
Länge haben, als der Abstand zwischen den beiden Einspannstellen beträgt.
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Das Spannen und gleichzeitige Verdrillen geschieht lediglich durch
Anziehen der Schraube 7, wobei, wie bereits erwähnt wurde, die Vorspannung in den
Drähten nicht allein durch Verdrillen, sondern in viel höherem Maße infolge der
verhältnismäßig großen Ganghöhe der Schraube 7 durch geradlinigen Zug erfolgt, so
daß durch Torsion der Drähte keine oder nur vernachlässigbare Verluste der ursprünglich
vorhandenen Zugfestigkeit des Stahles eintreten. Werden die Drähte 4 hingegen nach,der
bekannten Methode zuerst gering bis etwa 5oo kg/cm2 vorgespannt und wird die restliche
Spannkraft von iio ooo bis i5,ooo kg/cm2, die für die Herstellung von vorgespanntem
Beton unbedingt anzuwenden ist, durch Verdrillen der Drähte allein bewirkt, so ist
je Längeneinheit ein Vielfaches an Verdrillungswindungen notwendig. Durch die hierbei
auftretenden großen T'orsionsbeanspruchungen verringert sich die Ausnutzbarkeit
der großen Zugfestigkeit des Bewehrungsstahles 4 gegenüber der sonst in diesem zu
erreichenden Vorspannkraft.
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Abb. 2 zeigt eine Vorrichtung, die an jedem Ende der Spannbahn sowohl
eine Stahlplatte 'S. mit Hohlschrauben 7 als auch eine Stahlplatte 5a mit Hülsen
ig aufweist, wobei die Schrauben und Hülsen gegeneinander versetzt sind. Diese Ausführung
eignet sich insbesondere zur Anwendung bei nahe anei.nanderliegenden Bewehrungen
4, bei welchen die Schrauben 7, wenn sie nur an einem Ende der Spannbahn vorgesehen
wären, zu geringen Abstand voneinander hätten.
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Gemäß den Abb. 3 bis 5 ist an der Druckplatte i eine Verankerungsplatte
i i durch in diese eingreifende Zapfen 12 befestigt. Zweckmäßig sind an der Druckplatte
eine Reihe von Zapfenlöchern vorgesehen, so daß die Verankerungsplatte an ihr der
Höhe nach verstellt werden kann. Mit der Platte i i ist durch Stützen 13 eine Waagerechtführung
14 verbunden (Abb. 4), an der eine Schraubenmutter 1.5 verstellbar ist. .Durch diese
Mutter reicht eine Schraubenspindel 16, an der ein Schuh 17 mit keilförmigem Hohlraum
befestigt ist, in dem die vorzuspannenden Drähte 4 mittels eines Keiles 18 festgeklemmt
werden können. Die Führung 14 wird durch Ständer ig, an welchen sie der Höhe nach
einstellbar ist, gestützt. Die Verankerungsplatte i i weist kegelförmige Kanäle
2o auf.
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Die Mutter 15 wird an der Führung 14 in eine solche Stellung gebracht,
daß die Spindel r6 in der Achsrichtung eines der Kanäle 2o liegt. Durch diesen Kanal
werden .die Drähte 4 durchgezogen und in dem Schuh 17 festgeklemmt. Hierauf erfolgt
durch Drehen der Spindel r6 das Recken und Verdrillender Drähte. Wenn dieses beendet
ist, werden die Drähte 4 in der Platte ii .durch einen Keil io gesichert und zwischen
diesem und :dem Schuh 17 durchgeschnitten oder durchgebrannt, worauf der Schuh samt
der Spindel durch Verschieben der Mutter an der Führung 14 in den Bereich des nächsten
Kanals toi gebracht wird. Auch bei dieser Ausbildung der Vorrichtung können sich
durch kleine Albstände der Bewehrungen keine Schwierigkeiten ergeben.
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Die Anwendung von Verankerungskörpern beim Vorspannen durch Verdrillung
ist aus den Abb. 6
bis i i zu entnehmen. Gemäß der Abb. 6 und 7
sind gegen die Endwände 21 der Schalung oder gegen fixe Widerlager Druckplatten
222 mittels Stützen 213 abgestützt. Die zu verdrillenden Drähte 24 werden durch
Löcher der Wände 2i gezogen und in der Druckplatte 2-- befestigt. Am anderen Ende
der Spannbahn wird die Einrichtung zur Vendrillung der Drähte angeordnet.
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Vor dem Verdrillen der ,Drähte werden die Einlagekörper angebracht.
NTach Abb. 9 wird der Einlagekörper durch eine Stahlscheibe 25 gebildet, die mit
Löchern versehen ist, durch die idie Drähte 24 vor ihrer Befestigung in der Druckplatte
2:2 durchgezogen werden. Die in Abb.8 dargestellte iPlatte 25 ist an den Rändern
mit Einkerbungen versehen, in welche :die Drähte 24 eingelegt werden. Diese Platte
muß nicht auf die Drähte vor deren Befestigung auf der Spannbahn aufgezogen werden,
sondern wird nachher zwischen sie eingefügt. In iderselben Weise erfolgt der Einbau
der -Hülsen 27 nach Ab'b. i.oi, die mit Ringnuten 28 versehen sind, welche .demselben
Zweck wie die Kerben .der Platte 26 -dienen. Als Einlagekörper kann auch. ein Stift
Q!9 i(Abb. ii) dienen, :der zweckmäßig haken- oder S-förmig gekrümmt ist, damit
er an einen der Drähte 2q. angehängt werden kann und so schon vor dem Verdrillen
an diesem gesichert ist.