DE19620029A1 - Verstärkungsvorrichtung von Bauwerken, besonders Stahlbetondecken - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verstärkungsvorrichtung von Bauwerken, besonders Stahlbetondecken.

Flachdecken aufgelagert auf Stützen ist eine typische Bauart die in den fünfziger Jahren für Gebäude, Werkstätten, Brücken, usw. entwickelt worden war. Dieser Typ von Bau bricht entweder durch Biegung oder Durchstanzen. Der Biegebruch findet durch die progressive Entwicklung eines Bruchlinienmechanismus statt. Der Durchstanzbruch bei Flachdecken aus Stahlbeton ist im Bild 1 dargestellt, und geschieht wenn die Flachdecke B aufgelagert auf der Stütze A plötzlich gelocht ist mit der Extrusion eines Bruchkegels. Dieser Bruchkegel ist abge­ grenzt mit der Durchstanzrisse, die eine Neigung von 30° bis 60° hat. Der Durchstanzbruch ist gefährlich, weil er ein Sprödebruch ist (Gegenteil vom Duktilbruch) das heißt, es passiert sehr schnell und ohne Warnungsanmeldung. Weiter, ist die Tragfähigkeit vom Bauteilen plötzlich bedeutend reduziert.

Der Biegebruch einer Decke kann vermieden werden mit der Anordnung horizontaler Be­ wehrung. Im Gegenteil kann, der Durchstanzbruch nicht so einfach vermieden werden. Aber, da die Belastung beim Bruchvorfall erhöht werden kann so ist die Sicherheit eines Bauwerkes für eine gegebene Belastungsintensität gewährleistet.

Die zwei wirksamsten Mittel um, die Durchstanzfestigkeit eines Bauwerkes zu erhöhen sind: 1) Vergrößerung der Höhe der Decke, 2) Vergrößerung der Breite der Stütze. Es ist auch möglich, die Stütze nur im Bereich der Decke mit Stützenkopfverstärkung zu verbreitern oder die Decke im Bereich der Stütze zu verbreitern. Wegen der architektonischen Gestaltung sind diese Mittel nicht immer anwendbar.

Die Durchstanzfestigkeit einer Stahlbetondecke könnte auch mit gebogenen Bewehrungen erhöht werden. Diese Lösung wurde schon 1938 von O. Graf (Deutscher Ausschuß für Stahlbeton, 1938, Heft 88) bezeichnet. Eine andere Möglichkeit um die Durchstanzfestigkeit zu erhöhen ist mit Dübeln. Mehrere Verfahren sind im Patent beschrieben zum Beispiel: Leonhardt und Andrä DE 27 27 159 B2, Ghali und Dilger CA-A 1085642. Eine zusätzliche Möglichkeit, um die Durchstanzfestigkeit zu erhöhen ist mit Stahlstützenkopf. Mehrere Patente wurden angemeldet: Geilinger CH-382950 und Riss EP 0 318 712 A1.

Die vorher beschriebenen Mittel, um die Durchstanzfestigkeit zu erhöhen sind beim pro­ jektieren des Bauwerkes vorzusehen. Sie müssen angeordnet werden bevor die Decke betoniert ist. Aber wenn die Decke betoniert ist, wurde die Erhöhung der Festigkeit selten beschrieben. Dieses Verstärkungsproblem wird wichtiger, weil die Belastung von bestehenden Bauwerken oft steigt.

Eine Methode um die Durchstanzfestigkeit einer bestehenden Decke zu erhöhen ist die Ver­ breiterung des Lagerbereichs, daher die Verbreiterung der Stütze. Die Stütze kann auf der ganzen Höhe verbreitert werden, wobei diese Lösung den Nachteil hat, daß die gebrauchte Fläche groß ist. Eine andere Möglichkeit ist die Verbreiterung der Stütze nur im obersten Teil, in der Nähe der Decke. Diese Lösung ist sehr schwierig zu realisieren, weil diese Verbreiterung auf der Stütze fixiert werden muß, entweder durch Bohrungen oder mit umschnürenden Bügeln.

In 1974, A. Ghali, M.A. Sargious und A. Huizer (ACI Publication SP-42, 1974) beschriebe­ nen Versuche an einer vertikalen vorgespannten Decke. Diese vertikale Vorspannung wurde mit Standardschrauben aufgebaut. Die Versuche haben gezeigt, daß die Bruchlast aber auch die Duktilität der Decke erhöht wurden. Die Anordnung von standaren Schrauben resultiert in einer Verbreiterung der Decke.

Die Erfindung betrifft eine Verstärkungsvorrichtung des Bauwerks: wirksame Stahlbeton­ platte. Sie stützt sich auf das vertikale Vorspannungsprinzip angewendet an Dübeln. Die erfundene Vorrichtung, beschrieben in Anspruch 1 hat zum Ziele die Verstärkung von bestehen­ den Decken.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Vertikalschnitt durch eine beispielsweise Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verstärkungsvorrichtung,

Fig. 2 analog Fig. 1 aber mit einem größeren Maßstab, so daß ein Vorpannungsver­ fahren dargestellt ist,

Fig. 3 zeigt ein anderes beispielsweises erfindungsgemäßes Vorspannungsverfahren.

Fig. 4 zeigt mehrere mögliche Injektionsverfahren der erfindungsgemäßen Verstärkungs­ vorrichtung,

Fig. 5 präsentiert vier Phasen für die Anordnung der erfindungsgemäßen Verstärkungs­ vorrichtung.

Eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verstärkungsvorrichtung genannt "vorgespannte Dübel" ist im Fig. 1 dargestellt. Der Durchstanzbruch eines Bauwerkes aus dem eine Decke B auf eine Stütze A aufgelegt ist entsteht mit der Entwicklung eines Risses geneigt zwischen 30° und 60°. Die Verstärkung eines solchen Bauwerkes ist gemäß der Erfindung wie folgt; Bohrung eines Lochs D durch die Decke und Anordnung der vorgespannten Dübel.

Dieser vorgespannte Dübel enthält Auflageplatten F und E auf beiden Seiten der Decke und mindestens ein Zugglied mit Elementen G und H. Die Zwischenräume sind mit Injektionsmörtel I ausgefüllt.

Das Vorspannungsverfahren des Dübel ist im Fig. 2 gezeigt. Es besteht aus zwei Teilen: einem Verankerungsteil und einem Vorspannungsteil. Der Verankerungsteil enthält eine Au­ flageplatte E und ein Element G. Diese Auflageplatte ist entweder auf das Bauwerk oder mit Schraubenschlüssel befestigt, so daß ihre Drehung verhindert ist. Das Element G ist zum Beispiel mit Schweißung oder Schrauben an der Auflageplatte E befestigt. Der Vorspannung­ steil enthält eine Auflageplatte F und ein Element H. Die Fläche der Auflageplatte kann gleich oder kleiner sein als die der Platte E, weil die Auflageplatte auf Betondruckbereich aufgelegt ist, und die Platte E auf Betonzugbereich (konnte gerissen sein) aufgelegt ist. Die Auflage­ platte F nützt auch zum Vorspannen beim Zusammenschrauben, deshalb hat sie eine zum Beispiel viereckige oder achteckige Form, so daß die Vorspannkraft mit Schraubenschlüssel hineingeführt ist. Auf der Auflageplatte F ist ein Rohr H zum Beispiel mit Schweißung oder Schrauben befestigt. Das Gewinde des Rohrs H erlaubt Zusammenschrauben mit dem Element G.

Ein anderes beispielsweises erfindungsgemäßes Vorspannungsverfahren ist in Fig. 3 gezeigt. Der Verankerungsteil ist analog mit den von Bild 2. Dagegen, der Vorspannungsteil enthält ein externes Gewindeelement T, auf dem eine Koppelungsmuffe J mit internem Gewinde befestigt ist.

Die Vorspannungskraft ist fakultativ und kann gleich Null sein, so daß beide Teile zusam­ mengeschraubt sind. Daraus resultiert eine Vereinfachung der Anordnung, wobei die Erhöhung der Duktilität nicht maximal ist, daher die Wirksamkeit der Verstärkung reduziert ist.

Mehrere mögliche Injektionsverfahren der erfindungsgemäßen Verstärkungsvorrichtung sind in Fig. 4 gezeigt. Diese mögliche Injektionsverfahren konnten an beiden Vorspannungsver­ fahren Fig. 2 und 3 angewendet werden. Das normale Verfahren besteht aus einem Injek­ tionsloch L durch das der Injektionsmörtel entlang das Element G fließt, eindringt in Rohr H oder Koppelungsmuffe J und weiterfließt außerhalb des Dübels durch das Bochloch S, um die Zwischenräume zwischen dem Loch und dem Dübel zu füllen. Ein vereinfachtes Injek­ tionsverfahren erhält man mit den Injektionslöchern K, N oder O. Die Luft und der Injek­ tionsmörtelüberschuß sind zu evakuieren, um zu kontrollieren, daß der Injektionsmörtel richtig eingeflossen ist. Der Injektionsmörtelüberschuß kann zwischen der Platte E und dem Bauw­ erk evakuiert sein. Die Platte E kann auch strahlenförmige Rippen haben (vom Zentrum bis äußersten Ende der Platte), um die Evakuierung des Injektionsmörtelüberschüsse zu verein­ fachen. Ein Überfüllsloch M kann auch angeordnet worden. Die Abdichtung des Vorspan­ nungsteils ist nötig, um zu gewährleisten, daß der Injektionsmörtel nicht zwischen der Platte F und dem Bauwerk herausfließt, und ist mit entweder einem Fugenband P oder Q oder mit einer V-Rippe R auf der Platte F zu erreichen. Diese Rippe durchdringt das Bauwerk beim Schrauben. Der Einfluß des Injektionsmörtels auf die Festigkeit des Bauwerks ist erhöht, falls die Elemente G, H und T auf den äußeren Flächen Rippen oder Rillen haben, so daß sie mit dem Injektionsmörtel besser anhaften. Es ist zu bemerken, daß die Injektion fakultativ ist aber diese Injektion erhöht die Gebrauchstauglichtkeit.

Die Anordnung der erfindungsgemäßen Verstärkungsvorrichtung passiert ihn vier Phasen wie in Fig. 5 dargestellt für die vorgespannte Dübel gezeigt in Fig. 2 (gleichartige Anordnung für die Dübel gezeigt im Fig. 3). Bei der ersten Phase (I) kommt die Bohrung durch die Decke vor, mit reduzierte Zerschneiden der Bewehrung. Bei der zweiten Phase (II) kommt die Anordnung des Verankerungs- und Vorspannungsteils auf beiden Seiten des Bochlochs vor. Während bei der dritten Phase (III) die Verankerung- und die Vorspannungsteile zusammengeschraubt sind. Das Kräftepaar ergibt die Vorspannungskraft im Bauwerk. Bei der letzten Phase (IV) (fakultative) passiert das Injektionsprozeß mit einem progressiven Verhärtungsinjektionsmörtel um die Zwischenräume zwischen dem Bohrloch und dem Dübel zu füllen.

Der vorgespannte Dübel und seine Anordnung wurden für die Verstärkung von Stahlbe­ tonplatten gegen Durchstanzbruch entwickelt. Aber, diese Vorrichtung kann auch für die Verstärkung von allerlei Betonteilen verwendet werden zum Beispiel bei unbewehrt-, Stahl- oder Vorgespanntbeton in dem sich Risse entwickelt können oder schon existieren. Dieser Dübel kann auch für die Verstärkung von zum Beispiel Balken oder Unterzügen gegen Schub­ bruch oder Stützen verwendet werden. Die vorgespannte Dübel kann auch für die Verstärkung von Bauwerk aus verschiedenen Materialien zum Beispiel Holz, Kalkstein oder Stahl verwendet werden solange die vorgespannte Dübel eine höhere Zugfestigkeit (mindestens dreimal so hoch wie die des Bauwerks) aufweist.

Die Verstärkung von bestehenden Decken ist ein komplexes Problem und die erfindungs­ gemäße Vorrichtung erlaubt eine solche Verstärkung. Die Anordnung des vorgespannte Dübels hat den Nachteil, daß die bestehende Decke durchgebohrt werden muß. Durch diese Bohrungen wird augenblicklich die Tragfähigkeit gemindert. Aber wenn die Dübel angeordnet und vorges­ pannt sind, dann ist die Tragfähigkeit erhöht. Zusätzlich, wenn die Injektion durchgeführt ist, dann wirkt das Bauwerk monolithisch und die Übertragung der Kräfte vom Dübel zum Bauwerk ist verbessert, daher eine zusätzliche Erhöhung der Tragfähigkeit und deshalb der Sicherheit. Die Anordnung der vorgespannte Dübel ergibt nur eine kleine, lokale Verbre­ iterung der Decke, weil das Vorspannungssystem das heißt das Gewinde innerhalb der Decke ist, im Gegensatz zu normalen Schrauben. Weiter ist der Korrosionsschutz der vorgespannten Systemen durch die Annordung innerhalb der Decke verbessert ist, weil das Gewinde durch Injektionsmörtel geschützt ist. Konstruktiv ist diese Vorrichtung auch interessant, weil sie einfach angeordnet ist und nicht zuviel kostet.

Claims (12)

1. Verstärkungsvorrichtung von Bauwerken mit zwei Teilen, ein Verankerungsteil beste­ hend aus einer Platte auf der mindestens ein Element fixiert ist und einem zweiten Teil, dem Vorspannungsteil der aus eine Platte besteht auf der mindestens ein zweites Ele­ ment fixiert ist; die erste und zweite Elemente können zusammenfixiert werden, so daß eine Zugkraft übertragen wird, wenn die zwei Platten auf beiden Seiten des Bauwerkes aufgelegt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch das erste Element (eine Schraube) und das zweite Element zusammengeschraubt werden können, oder umgekehrt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch das erste Element (ein Rohr mit externem Gewinde) und das zweite Element können zusammengeschraubt werden, oder umgekehrt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch daß beide Elemente eine externes Gewinde haben, zusammenschraubbar mit einem dritten Stück.

5. Vorrichtung nach einer der Anspruch 1 bis 4, dadurch die Vorspannungsplatte hat eine Form, so daß sie mit einem Schraubenschlüssel gedreht werden kann, um mit der Ver­ ankerungsplatte zusammengeschraubt zu werden.

6. Vorrichtung nach einer der Anspruch 1 bis 5, dadurch die Rippe oder Rille sind auf der Verankerungsplatte vorhanden, so daß die Drehung der Platte verhindert ist.

7. Vorrichtung nach einer der Anspruch 1 bis 6, dadurch die Verankerungsplatte oder die Vorspannungsplatte ist gelocht, um Injektionsmörtel hineinzubringen.

8. Vorrichtung nach einer der Anspruch 1 bis 7, dadurch die Verankerungsplatte ist gelocht oder mit Rille auf der Seite in Kontakt mit dem Bauwerk, so daß die Luft bei der Injektion evakuieren kann.

9. Vorrichtung nach einer der Anspruch 1 bis 8, dadurch ein Abdichtungssystem ist auf der Vorspannungsplatte angebracht, um zu gewährleiten, daß der Injektionsmörtel ange­ grenzt ist.

10. Vorrichtung nach einer der Anspruch 1 bis 9, dadurch Rillen oder Rippen der Elemente sind, so daß sie mit dem Injektionsmörtel besser anhaften.

11. Verstärkungsanordnung mit mindestens einer Verstärkungsvorrichtung gemäß eines des vorigen Anspruchs, dadurch ein Bohrlohr ist durch die Decke gebohrt, die Verankerung­ steil auf einer Seite der Decke und Vorspannungsteil auf der anderen Seite der Decke angeordnet, und der Verankerungs- und der Vorspannungsteil sind zusammenfixiert.

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch wenn die Teile zusammenfixiert sind, wird ein Injektionsmörtel hineingebracht, um die Zwischenräume zu füllen.