DE10013581B4

DE10013581B4 - Verwendung eines im Baubereich einzusetzenden Stahlteils

Info

Publication number: DE10013581B4
Application number: DE10013581.1A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Friedr Ischebeck GmbH
Current assignee: Friedr Ischebeck GmbH
Priority date: 2000-03-18
Filing date: 2000-03-18
Publication date: 2017-11-09
Anticipated expiration: 2020-03-19
Also published as: DE10013581A1

Abstract

Verwendung eines im Baubereich einzusetzenden Stahlteils (1), insbesondere aus Baustahl, wobei das Stahlteil eine rohrförmige Ausbildung mit einem zentralen Spülkanal (2) aufweist und außen umlaufende, ein Außengewinde (3) bildende Rippen (4), deren Rippenaußenflächen (5) in einem Winkel (Alpha) zur Stabachse (x) verlaufen, mit einem bestimmten Abstand (a) zwischen zwei Rippen (4) in Längsrichtung des Stahlteils (1) und einer bestimmten Rippenhöhe (b), wobei das Außengewinde (3) als Trapezgewinde ausgeführt ist, wobei die Verwendung vorsieht, dass das Stahlteil (1) durch drehschlagendes Bohren in ein Bohrloch eingebracht wird und dann ein Verpressen des Stahlteils in dem Bohrloch unter gleichzeitigem Drehen und Schlagen des Stahlteils (1) und unter Zufuhr von Verpressmittel durch den Spülkanal (2) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis von Rippenhöhe (b) zu Rippenabstand (a) zwischen 0,12 und 0,30 vorgesehen ist, dass die Rippenaußenflächen (5) in einem Winkel (Alpha) von mehr als 45 Grad bis hin zu 75 Grad zur Stabachse (x) geneigt verlaufen und dass die Steigung des Außengewindes (3) zwischen 5 Grad und 10 Grad liegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verwendung eines im Baubereich einzusetzenden Stahlteils, insbesondere aus Baustahl, wobei das Stahlteil eine rohrförmige Ausbildung mit einem zentralen Spülkanal aufweist und außen umlaufende, ein Außengewinde bildenden Rippen, deren Rippenaußenflächen in einem Winkel zur Stabachse verlaufen, mit einem bestimmten Abstand zwischen zwei Rippen in Längsrichtung des Stahlteils und einer bestimmten Rippenhöhe, wobei das Außengewinde als Trapezgewinde ausgeführt ist, wobei die Verwendung vorsieht, dass das Stahlteil durch drehschlagendes Bohren in ein Bohrloch eingebracht wird und dann ein Verpressen des Stahlteils in dem Bohrloch unter gleichzeitigem Drehen und Schlagen des Stahlteils und unter Zufuhr von Verpressmittel durch den Spülkanal erfolgt.
Ein derartiges, im Baubereich einzusetzendes Stahlteil und eine derartige Verwendung sind aus der insofern für den Anspruch 1 gattungsbildenden deutschen Patentschrift DE 34 00 182 C2 bekannt. Der Inhalt dieser Patentschrift wird hiermit vollinhaltlich in die Offenbarung vorliegender Erfindung miteinbezogen. Dieses Stahlteil dient in erster Linie als Injektionsanker, welcher nach dem Einbohren mit Zement oder einem Zweikomponentenharz verpreßt wird. Diese Verpressung erfolgt so lange, bis das überschüssige Verpreßgut am Bohrlochmund des rohrförmig ausgebildeten Ankers austritt. Weiter kann ein Stahlteil der in Rede stehenden Art auch in der Geotechnik gleichermaßen als Verpressanker, Verpreßpfähle, Bodennägel sowie Felsanker eingesetzt werden, um die im Lockergestein oder -boden fehlende Kohäsion (Zug- und Schubfestigkeit) durch planmäßig eingebaute Armierung (Bewehrung) zu ersetzen. Weiter können derartig ausgebildete Stahlteile im Stahlbetonbau als Bewehrungsanschlüsse eingesetzt werden. Diese bringen eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Bewehrung eines bestehenden Stahlbetonkörpers und dem neu einzubetonierenden Stahlbetonkörper.
Im Hinblick auf den zuvor beschriebenen Stand der Technik wird eine technische Problematik der Erfindung darin gesehen, ein Stahlteil der in Rede stehenden Art derart weiterzubilden, dass sich ein verbessertes Verbundverhalten von Stahlteil und Zementstein einstellt.
Diese Problematik ist beim Gegenstand des Anspruches 1 gelöst, wobei darauf abgestellt ist, dass das Verhältnis von Rippenhöhe zu Rippenabstand zwischen 0,12 und 0,30 liegt, dass die Rippenaußenflächen in einem Winkel von mehr als 45° bis hin zu 75° zur Stabachse geneigt verlaufen und dass die Steigung des Außengewindes zwischen 5° und 10° liegt. Aufgrund von Versuchen wurde das Verbundverhalten von Stahltraggliedern für Verpresspfähle oder dergleichen im Zementstein analysiert und herausgefunden, dass Rissweiten < 0,1 mm eingestellt werden können, wenn die Dehnung des Stahls durch Einschränken der Stahlspannung begrenzt wird. Dieses Korrosionsschutzsystem ist für sich nicht neu. Es wird angewandt für übliche Betonstähle, wobei die hohen Stahlspannungen nicht richtig ausgenutzt werden. Für den Baubereich einsetzende Stahlteile der in Rede stehenden Art mit rohrförmiger Ausbildung und außen umlaufenden, ein Außengewinde bildenden Rippen wurde dies bisher nicht genutzt. Bekannt ist, dass bei einem glatten (walzrauhen) Rohr als Verpresspfahl, die Zug-Stahlspannung auf 75 N/mm2 begrenzt wird, um besonders Längsrisse im Zementstein > 0,1 mm zu vermeiden. Bei weiteren, bekannten Verpresspfählen mit einem Betonstahl als Stahltrageglied wird die Zugspannung auf 165 N/mm² begrenzt, um Risse im Zementstein > 0,1 mm auszuschließen. Diese Betonstähle sind gekennzeichnet durch aufgewalzte Schrägrippen, die über ca. 2/3 des Stabumfanges verlaufen. Das Verbundverhalten von Beton-Rippenstählen im Zementstein kommt zum Ausdruck in der sogenannten bezogenen Rippenfläche, die einen brauchbaren Vergleichsmaßstab unterschiedlich profilierter Betonstähle liefert (F. Leonhard und E. Mönnig, Vorlesungen über Massivbau, Teil 1, 3. Auflage, Springer-Verlag, Seite 93 und 94). Die bezogene Rippenfläche ist das Verhältnis der Rippenfläche, die gleich der Aufstandsfläche der Zementkonsole auf der Rippe ist, zur Mantelfläche des abzuscherenden Zementzylinders. Für eine idealisierte, kreisringförmige Rippe ergibt sich die bezogene Rippenfläche aus dem Verhältnis von Rippenhöhe zu Rippenabstand. Für die üblichen Betonrippenstähle, deren Rippen herstellungsbedingt nur über 2/3 des Stabumfangs verlaufen, ergibt sich eine bezogene Rippenfläche von 0,040 bis 0,080. Gemäß vorzitierter Veröffentlichung sollte die bezogene Rippenfläche nicht größer sein als 0,15, da sonst die Festigkeit der Betonkonsole nicht ausgenutzt werden kann. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Stahlteiles der in Rede stehenden Art ist ein deutlich verbessertes Verbundverhalten mit dem Zementstein gegenüber bekannten im Baubereich einzusetzenden Stahlteilen erreicht. Bei einer Rißweitenbegrenzung von 0,1 mm kann eine zulässige Stahlspannung von 300 N/mm2 genutzt werden. Dies ist zum einen durch das erfindungsgemäße Verhältnis von Rippenhöhe zu Rippenabstand, welches vorzugsweise bei 0,15 liegt, erreicht. Somit ist eine optimale Ausnutzung der Festigkeit der Betonkonsolen gemäß der Analyse in vorgenannten Literatur gegeben. In einer beispielhaften Ausgestaltung ist eine Rippenhöhe von 1,7 mm und ein Rippenabstand von 11,2 mm vorgesehen. Weiter ist das Verbundverhalten noch dadurch verbessert, dass die Rippenaußenflächen in einem Winkel von mehr als 45° bis hin zu 75° zur Stabachse geneigt verlaufen, wodurch einem Spalten des Zementsteines entgegengewirkt ist, da die Rippenaußenflächen keine Keilwirkung zeigen. Um darüber hinaus im Bereich der Selbsthemmung zu bleiben, liegt die Steigung des Gewindes zwischen 5° und 10°. Die Verwendung gemäß Anspruch 1 sieht vor, dass das Stahlteil durch drehschlagendes Bohren in ein Bohrloch eingebracht wird und dann ein Verpressen des Stahlteils in dem Bohrloch unter gleichzeitigem Drehen und Schlagen des Stahlteils und unter Zufuhr von Verpressmittel durch den Spülkanal erfolgt. Das Verfüllen aller Risse und Klüfte vom bohrlochtiefsten Punkt erfolgt unter ansteigendem Verpressdruck, so lange, bis das überschüssige Verpressgut am Bohrlochmund austritt. Durch diese Verfahrenstechnik – Verpressen unter Druck eines nicht abgeschlossenen Bohrlochs – wird ein sehr steifer, verformungsarmer Verbund zwischen dem bestehenden Boden, Fels, Stahlbetonteil oder dergleichen und dem rohrförmigen Stahlteil mit umlaufenden Rippen erreicht. Gegenüber den üblichen Betonstählen erweist sich die rohrförmige Ausbildung des Stahlteiles dahingehend noch als vorteilhaft, dass bei einem runden Betonstahl der Querschnitt mit dem Quadrat des Durchmessers steigt, dagegen der Umfang oder die Lochlaibung (Querdruck) nur mit dem einfachen Durchmesser. Somit ist ein rohrförmiges Stahlteil bei gleichem Querschnitt wirtschaftlicher als ein Vollstab, hinsichtlich der Mantelreibung, der Biegung und des Querdruckes. Letztere sind wesentliche Kriterien bei den Anwendungen in der Geotechnik und bei Bewehrungsanschlüssen im Stahlbetonbau. Vorzugsweise sind hierbei dünnwandige Rohre einzusetzen. Die ein Außengewinde bildenden Rippen des erfindungsgemäßen Stahlteiles können in einfachster Weise aufgewalzt sein. Es ist jedoch durch die rohrförmige Ausbildung des Stahlteiles auch denkbar, diese, das Außengewinde bildenden Rippen, vom Rohrinneren her durchzuwalzen, womit sich rohrinnenseitig ein Innengewinde einstellt, welches eine dem Außengewinde gleiche bezogene Rippenfläche zur weiteren Verbesserung des Verbundverhaltens aufweist. Demnach liegt auch hier ein Verhältnis von Rippenhöhe zu Rippenabstand von bevorzugt 0,15 vor. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Gewinde ein Trapezgewinde ist, wobei im Querschnitt dessen Schrägflanken die in einem Winkel von mehr als 45° bis hin zu 75° zur Stabachse geneigt verlaufenden Rippenaußenflächen darstellen. Desweiteren kann vorgesehen sein, dass das Gewinde mehrgängig ist.
Nachstehend ist die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung, welche lediglich Ausführungsbeispiele darstellt, näher erläutert. Es zeigt:
1 eine partiell geschnittene Ansichtsdarstellung eines für die erfindungsgemässe Verwendung geeigneten Stahlteiles mit rohrförmiger Ausbildung;
2 eine stark vergrößerte Ausschnittsdarstellung des Bereiches II-II in 1;
3 eine Ansichtsdarstellung einer Kupplungsmutter zur Verbindung von zwei Stahlteilen gemäß 1;
4 eine stark vergrößerte, geschnittene Ausschnittsdarstellungen des Bereiches IV-IV in 3;
5 zwei durch eine Kupplungsmutter gemäß 3 miteinander verbundene Stahlteile gemäß 1 in Einbausituation;
6 eine der 1 entsprechende Darstellung, jedoch bei Ausbildung eines doppelgängigen Gewindes;
7 eine stark vergrößerte Ausschnittsdarstellung des Bereiches VII-VII in 6;
8 eine der 3 entsprechende Darstellung, wobei hier ein doppelgängiges Gewinde vorgesehen ist;
9 eine stark vergrößerte Ausschnittsdarstellung des Bereiches IX-IX in 8;
10 eine der 5 entsprechende Darstellung, jedoch die Einbausituation einer Kupplungsmutter gemäß 8 und zweier Stahlteile gemäß 6 betreffend.
Dargestellt und beschrieben ist zunächst mit Bezug zu 1 ein Stahlteil 1 in Form eines Bewehrungs- oder Verankerungsteiles aus Baustahl. Das Stahlteil 1 ist rohrförmig ausgebildet und weist einen zentralen Spülkanal 2 auf.
Die Mantelaußenfläche des Stahlteiles 1 ist mit, ein Außengewinde 3 bildenden Rippen 4 versehen, welche bspw. aufgewalzt sind.
Das als Trapezgewinde ausgebildete Außengewinde 3 weist eine Steigung von ca. 9,5° (Winkel Beta) auf und ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eingängig ausgebildet. Es ist jedoch auch eine mehrgängige Ausgestaltung denkbar.
Wie aus der stark vergrößerten Darstellung in 2 zu erkennen, ist ein in Längserstreckung des Stahlteiles 1 gemessener Rippenabstand a von ca. 11,2 mm gewählt. Die senkrecht zur Längserstreckung des Stahlteiles 1 gemessene Rippenhöhe b beträgt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ca. 1,7 mm. Hieraus resultiert ein Verhältnis von Rippenhöhe b zu Rippenabstand a von 0,15, welcher Wert der bevorzugten, bezogenen Rippenfläche entspricht. Zufolge dessen ist ein verbessertes Verbundverhalten gegeben.
Desweiteren ist die, durch die Rippenschrägflanke gebildete Rippenaußenfläche 5 in einem Winkel Alpha von ca. 75° zur Stabachse x geneigt.
Die Wandung des Spülkanals 2 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel glattflächig ausgebildet. Alternativ kann diese jedoch auch mit einem Innengewinde versehen sein, wobei auch hier ein Verhältnis von Rippenhöhe zu Rippenabstand von 0,15 zur Verbesserung des Verbundverhaltens vorgesehen wäre.
In 3 ist eine Kupplungsmutter 6 zur Verbindung zweier in 1 dargestellter Stahlteile 1 gezeigt. Die Kupplungsmutter 6 weist innenseitig ein, dem Außengewinde 3 des Stahlteiles 1 angepaßtes Innengewinde 7 auf. In der Kupplungsmutter 6 ist weiter, etwa mittig, ein axialer Anschlag 8 ausgebildet. Letzterer beläßt eine innere Öffnung 9, so daß auch bei in der Kupplungsmutter befindlichen Enden der Stahlteile 1 durch die Spülkanäle 2 Spül- oder Verpressmittel vollständig hindurchtreten kann.
Die Kupplungsmutter 6 weist darüber hinaus mantelaußenseitig eine Außenverrippung 10 auf, welche in Form eines partiell ausgebildeten Außengewindes ausgeformt ist.
Wie insbesondere aus der 4 zu erkennen, weist eine Rippe 10 im Querschnitt eine Trapezform auf, wobei eine, durch eine Rippenschrägfläche gebildete Rippenaußenfläche 11 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in einem Winkel Alpha von 75° zur Stabachse y der Kupplungsmutter 6 geneigt verläuft.
Wie auch bei dem Stahlteil 1 gemäß 1 ist bei der Außenverrippung 10 bzw. dem Außengewinde der Kupplungsmutter 6 ein Verhältnis von Rippenhöhe b zu Rippenabstand a von 0,15 vorgesehen. So ist bspw. bei einer Rippenhöhe b von 0,75 mm ein Rippenabstand a von 5 mm vorgesehen.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Außenverrippung 10 in Form eines Außengewindes kann dieses sowohl ein als auch mehrgängig ausgebildet sein, wobei weiter eine Gewindesteigung von 5° bis 10° eingehalten wird.
In 5 ist eine beispielhafte Einbausituation von zwei, durch eine Kupplungsmutter 6 miteinander verbundenen Stahlteilen 1 dargestellt. In bekannter Weise wird der so gebildete Bewehrungsanschluß in Art einer verlorenen Bohrstange bspw. so tief in den Grund 12, bspw. Stahlbeton, eingebohrt, bis die rechnerisch ermittelte Verbundlänge erreicht ist. Durch den Spülkanal 2 wird nach dem Einbohren das Stahlteil 1 sowie die Kupplungsmutter 6 mit Zement 13 oder einem Zweikomponentenharz verpreßt, bis das überschüssige Verpreßgut am Bohrlochmund austritt. Hierdurch wird ein sehr steifer, verformungsarmer Verbund zwischen dem bestehenden Grund 12 (bspw. Stahlbetonkörper) und dem Stahlteil 1, gegebenenfalls mit einer Kupplungsmutter 6, erreicht.
In den 6 bis 10 sind Ausführungsbeispiele eines Stahlteiles 1 und einer Kupplungsmutter 6 mit doppelgängigem Gewinde 3 bzw. doppelgängiger Außenverrippung 10 dargestellt.
Wie zu erkennen, sind auch hier Steigungswinkel Beta zwischen 5° und 10° gewählt. Der Abstand a zwischen den Rippen der doppelgängigen Gewinde beträgt bei dem Stahlteil 1 gemäß 7 ca. 11,2 mm und bei der Kupplungsmutter gemäß 9 ca. 5 mm. Bei einer jeweiligen Rippenhöhe b von a. 1,7 mm bei den Stahlteil-Rippen bzw. von ca. 0,75 mm bei der Kupplungsmutter-Außenverrippung ergibt sich jeweils ein Verhältnis von Rippenhöhe zu Rippenabstand von ca. 0,15.
Zudem ist, wie auch bei der vorbeschriebenen eingängigen Ausführung, die jeweilige Rippenaußenfläche 5 bzw. 11 in einem Winkel Alpha von ca. 75° zur Stabachse x bzw. y geneigt.
Durch das gewählte Verhältnis von Rippenhöhe b zu Rippenabstand a sowohl bei den Stahlteilen 1 als auch bei der Kupplungsmutter 6, woraus sich die bevorzugte, bezogene Rippenfläche von 0,15 ergibt, ist ein sehr gutes Verbundverhalten des gesamten Bewehrungsstabes im Zementstein gegeben. Bei einer Rissweitenbegrenzung von 0,1 mm kann die zulässige Stahlspannung von 300 N/mm2 genutzt werden. Durch die Neigung der Rippenaußenflächen in einem Winkel von ca. 75° zur jeweiligen Stabachse x oder y wird im Bereich dieser Rippenaußenflächen 5, 11 keine Keilwirkung erzielt. Der Zementstein wird demnach in diesem Bereich nicht gespalten.

Claims

Verwendung eines im Baubereich einzusetzenden Stahlteils (1), insbesondere aus Baustahl, wobei das Stahlteil eine rohrförmige Ausbildung mit einem zentralen Spülkanal (2) aufweist und außen umlaufende, ein Außengewinde (3) bildende Rippen (4), deren Rippenaußenflächen (5) in einem Winkel (Alpha) zur Stabachse (x) verlaufen, mit einem bestimmten Abstand (a) zwischen zwei Rippen (4) in Längsrichtung des Stahlteils (1) und einer bestimmten Rippenhöhe (b), wobei das Außengewinde (3) als Trapezgewinde ausgeführt ist, wobei die Verwendung vorsieht, dass das Stahlteil (1) durch drehschlagendes Bohren in ein Bohrloch eingebracht wird und dann ein Verpressen des Stahlteils in dem Bohrloch unter gleichzeitigem Drehen und Schlagen des Stahlteils (1) und unter Zufuhr von Verpressmittel durch den Spülkanal (2) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis von Rippenhöhe (b) zu Rippenabstand (a) zwischen 0,12 und 0,30 vorgesehen ist, dass die Rippenaußenflächen (5) in einem Winkel (Alpha) von mehr als 45 Grad bis hin zu 75 Grad zur Stabachse (x) geneigt verlaufen und dass die Steigung des Außengewindes (3) zwischen 5 Grad und 10 Grad liegt.
Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Rippenhöhe (b) zu Rippenabstand (a) 0,15 beträgt.
Verwendung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Außengewinde (3) mehrgängig ist.
Verwendung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die das Außengewinde (3) bildenden Rippen (4) vom Rohrinneren her durchgewalzt sind, womit sich rohrinnenseitig ein Innengewinde einstellt, welches ein dem Außengewinde gleiches Verhältnis von Rippenhöhe zu Rippenabstand aufweist.