DE2751020C2 - Bodenanker - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Bodenanker nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Es ist bekannt, für lösbare Kupplungen ein Granulat in Form von Metallkugeln zu verwenden, welche durch einen Druckkörper zwischen einander gegenüberliegende Zahnkränze zweier zu kuppelnder Äotationskörper eingepreßt werden, wodurch eine lösbare Verbindung dieser Körper herbeigeführt wird.

Es wurde auch der Vorschlag gemacht, eine starre Verbindung zweier mit ihren Enden teleskopartig ineinandergesetzter Körper durch stückiges Gut zu erzielen, welches in einem ringartigen Zwischenraum der ineinandergreifenden Körperteile gefüllt, in Nuten der parallel zueinander verlaufenden Umfangswände dieses Zwischenraumes eingreift und eine Klemmwirkung herbeiführt.

Durch die FR-PS 11 99 030 ist eine Kugelfüllung zum Halten einer Ankerstange bekannt geworden, jedoch in anderem Zusammenhang als dies bei der vorliegenden Anmeldung der Fall ist. Es geht um die Verankerung des inneren Endes der Ankerstange im Bohrloch, nicht aber in einer Hülse. Dazu hat die Ankerstange an dem im Bohrloch liegenden Ende einen Kopf; in dem Raum zwischen Ankerstange und größerem Bohrloch ist eine Kugelfüllung eingelegt, die sich in einem verformbaren oder zerstörbaren Behälter mit ringförmigem Querschnitt befindet. Dabei ist das untere Ende (das vom Kopf der Ankerstange abgewendete Ende) dieses Behälters von einer steifen, im wesentlichen ebenen Platte gebildet, die während der Herstellung der Klemmverbindung zwischen Ankerstange und Bohrloch vom Ende eines die Ankerstange umgebenden Rohres gestützt wird und sich mit ihrem Rand im Bohrloch verklemmen kann, da sie etwas verformbar ist Durch Anziehen einer Mutter am freien Ende der Ankerstange wird deren Kopf gegen die Kugelfüllung gezogen, die sich andernends an der erwähnten Platte am Ende des die Füllung aufnehmenden Behälters abstützt Dabei liegt diese Platte auf dem Ende des ebenfalls erwähnten Rohres auf, welches nach dem Spannvorgang entfernt werden kann. Die Kugelfüllung wird beim Anziehen der Mutter am freien Ende der Ankerstange zwischen dem Kopf der Stange und der Widerlagerplatte des Behälters breitgequetscht und dringt teilweise in die Bohrlochwand ein.

Im Tunnel-, Erd- und Bergbau ist es wünschenswert daß Fels- und Erdanker auch wesentliche Verformungen des Gebirges mitmachen können, ohne zu Bruch zu gehen. Die elastischen und plastischen Verformungsfähigkeiten von Stahlankern, vor allem aus Material höherer Festigkeit reichen dafür häufig nicht aus, so daß Fels- und Erdanker mit an der Luftseite des Fels- bzw. Erdkörpers nachgiebigen Verankerungen bekannt wurden. Es ist dabei auch neben dem Verhindern bzw. Verzögern von Brucherscheinung von Interesse, die Belastungen des Felsankers, die durch die Verformungen des Gebirges entstehen, durch nachgiebige

Verankerungen gezielt beeinflussen zu können.

Nachgiebige Verankerungen wurden bisher beispielsweise durch zusammendrückbare Körper erreicht. Hierbei befindet sich der zusammendrückbare Körper als nachgiebige Abstützung für den Anker zwischen einem Festpunkt am Anker und dem Fels- bzw. Erdkörper. Ebenso sind Fels- bzw. Erdanker bekannt geworden, bei denen auf dem luftseitigen Ende ein Gewinde angebracht wurde, das über den Schaft des Ankers herausragt. Durch einen auf den Schaft des Ankers aufgeschobenen (z. B. konisch) gelochten Körper, der sich einerseits gegen den Fels- bzw. Erdkörper und andererseits auf die über den Schaft herausragenden Gewindegänge abstützt, wurde die Nachgiebigkeit dadurch erreicht, daß die Gewindegänge nacheinander deformiert bzw. abgeschert werden.

Kons'ruktionen mit zwischengeschalteten, zusammendrückbaren Körpern haben die Nachteile, daß die Ankerstnngen bearbeitet werden müssen, um einen Festpunkt am Anker zu erreichen, gegen den sich der

<"> zusammendrückbare Körper abstützen kann, und daß die zusammendrückbaren Körper zur Erzielung größerer Verschiebungswege sperrig und teuer werden. Konstruktionen, bei denen ein über den Schaft des Ankers herausragendes Gewinde abgeschert wird, haben die Nachteile, daß der beschriebene gelochte Körper nicht von der Luftseite her auf den Ankerstab aufgebracht werden kann, daß die Ankerstäbe zur Herstellung des Gewindes bearbeitet werden müssen, und daß bei Verwendung von Ankerstäben mit Rippungen, wie es beispielsweise Betonstähle sind, die Anwendung des Systems erschwert wird.

Durch die DE-PS 1108158 ist ein gegebenenfalls nachgebender Gebirgsanker bekannt geworden, bei dem die Ankerstange von einer Hülse umgeben ist. Die Innenwand der Hülse ist von achsparallelen Flächen (Halbzylinder und zueinander senkrecht stehende Ebenen) gebildet. Die gegebenenfalls nachgiebige Verbindung zwischen Hülse und Ankerstange erfolgt durch ein Anpreßstück (Klemmbacke) und einen querliegenden Treibkeil, der auf die Klemmbacke einwirkt.

Durch die DE-AS 12 01 289 ist eine glatte Ankerstange und eine diese im Abstand umgebende Hülse mit

konischer Innenwand bekannt geworden. Zur Herstellung der Verbindung zwischen Ankerstange und Hülse dienen Klemmkeile, die an ihrer der Stange zugewendeten Seite mit einer groben Zahnung versehen sind.

Schließlich ist durch die DE-AS 55 83 803 ein nachgiebiger Gebirgsanker mit einer die Ankerstange umgebenden, auf einer Ankerplatte aufsitzenden Hülse bekannt geworden. Dabei wird die Ankerstange von einem Betonbewehrungsstab mit Längsrippen und Schrägriegeln gebildet Diese Stange hat an der Verankeninftsstelle, d. h. an ihrem in der Hülse befindlichen Teil, eine zylindrische oder konische Eindrehung. Auf diesem Bereich mit verringertem Durchmesser ist ein zweiteiliger, innen an seinen Enden sich konisch erweiternder Ziehring aufgesetzt, der genau in die zylindrische, mit einer Schulter (einem Absatz) versehene Bohrung der Hülse paßt.

Bei Gebirgsbewegungen wird der Ziehring von der Hülse her veranlaßt, entlang der Ankerstange zu gleiten, d. h. vom Bereich mit verringertem Durchmesser auf das unverändert belassene freie Ende der Ankerstange aufzugleiten, wobei sich die Ankerstange verformen muß. Der hierbei auftretende Verformungswiderstand der Ankerstange wird zum Bremsen der Bewegung des Ziehringes und damit der Hülse ausgenützt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung einer durch die einschlägigen Konstruktionen nicht oder nicht ausreichend erzielbaren, im Notfall etwas nachgiebigen Verbindung zwischen einer Ankerstange und einer diese umgebenden Hülse, wobei sich die Hülse am Gebirge, vorzugsweise unter Zwischenschaltung einer von der Ankerstange durchdrungenen Ankerplatte, abstützt.

Diese Aufgabe wird bei einem Bodenanker, der eingangs erwähnten Art durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 den Querschnitt der Verankerung eines Bewehrungsstabes im Fels,

Fig.2 eine andere Ausführungsform der Verankerung,

F i g. 3 eine weitere Ausführungsform einer Verankerung in einer Zwischenphase der Herstellung und

F i g. 4 eine geänderte Ausführungsform der Verankerung nach F i g. 3.

Die Verankerung nach Fig. 1 ist ein Beispiel einer nachgiebigen Verankerung in unbelastetem Zustand. Sie besteht aus einer, von einer Ankerstange 4 — im vorliegenden Fall einem Bewehrungsstab — durchsetzten Stahlhülse 1, deren Bohrung 8 am hinteren Ende ein Gewinde 7 aufweist und sich nach vorne hin verjüngt, einem stückigen Füllgut 2 aus Stahlkugeln und einer gelochten Schraube 3. Durch Eindrehen der Schraube in die Hülse wird diese über das stückige Füllgut am Anker befestigt. Die Unterlagsplatte 5 dient zur Abstützung der Hülse gegen den Fels- bzw. Erdkörper 6.

Eine derartige Verankerung wirkt in folgender Weise:

Die zu kuppelnden Körper sind so ausgebildet, daß ein stückiges Füllgut — in den Figuren als Kugeln dargestellt — eine Klemmwirkung ausüben kann. Dies wird dadurch erreicht, daß die den Spaltraum begrenzenden Flächen 9, 10 eine geeignete Neigung μ zueinander haben, daß an den Körpern in den berührenden Punkten und Flächen eine ausreichende Reibung vorhanden ist und »,uf das stückige Füllgut eine Anpreßkraft A wirkt, welche das Füllgut 2 gegen die Keilflächen drückt Im vorliegenden Falle ist die Hülse 1 mit einer Keilfläche 9 ausgestattet während die Ankerstange 4 im wesentlichen zylindrisch ist und lediglich an ihrer Oberfläche die bei Betonbewehrungsstäben üblichen Rippen und allenfalls auch Riegel aufvveist.

Bei einer auf den inneren Kupplungsteil, im gegenständlichen Falle die Ankerstar.ge 4, wirkenden Zugbelastung in der mit χ bezeichneten Richtung bzw. bei Druckbelastung in der entgegengesetzten Richtung wird das stückige Füllgut 2 in den Spaltraum eingepreßt Dabei entstehen an dem stückigen Füllgut so hohe örtliche Pressungen, daß es in mindestens einem der zu kuppelnden Teile neben elastischen auch plastische Verformungen hervorruft, wobei Relativverschiebungen zwischen den zu kuppelnden Teilen auftreten.

Die Höhe der äußeren Belastung, bei der plastische Verformungen in der Verankerung erfolgen, wird unterschiedlich hoch sein, je nachdem, welche Verformungen im Laufe der Relativverschiebung bereits stattgefunden haben, ob z. B. das klemmwirkende stückige Füllgut plastisch deformiertes Material vor sich herschiebt oder abschert wie sich die für die Klemmwirkung maßgebenden Berührungsflächen beim Verformungsvorgang in ihrer Neigung zueinander und Größe ändern und wie mit zunehmender Relativverschiebung die Eindringtiefe des stückigen Füllgutes sich ändert, usw. Durch die bei den zu kuppelnden Körpern verwendeten Materialien, deren Oberflächenbeschaffenheit und deren Form, durch die Anzahl, Material, Form, Oberflächenbeschaffenheit des stückigen Füllgutes und durch die Art seines Zusammenwirkens mit den zu kuppelnden Körpern kann die Nachgiebigkeit der Verankerung gezielt gestaltet werden. Dieses sind gleichzeitig die Vorteile, die der erfindungsgemäße Anker gegenüber dem eingangs erläuterten Gebirgsanker gleicher Gattung aufweist.

Es kann beispielsweise bei einer Abrundung der Verjüngung der Hülse 1 — wie es beispielsweise F i g. 2 zeigt — erreicht werden, daß die Relativverschiebung des klemmwirkenden stückigen Füllgutes gegenüber dem äußeren Kupplungsteil trotz fortschreitender Relativverschiebung der zu kuppelnden Teile beschränkt bleibt oder zum Stillstand kommt.

Die nachgiebigen Verankerungen können auch so gestaltet sein, daß das stückige Füllgut in mehreren Lagen geordnet oder ungeordnet zwischen den zu kuppelnden Körpern gelagert ist. Die Einzelteile des stückigen Füllgutes können sich bei der Verformung gleichzeitig oder nacheinander in die zu kuppelnden Körper einpressen. Am Einpreßvorgang kann das gesamte stückige Füllgut oder nur ein Teil davon beteiligt sein. Größe der Kraftübertragung und der dabei auftretenden Verformungen können dadurch beeinflußt werden. So können beispielsweise zwei übereinander liegende Kugelkränze vorgesehen sein, wobei die Kugeln des im engeren Teil liegenden Kranzes entsprechend geringeren Durchmesser haben, so daß beide Lagen am Beginn des Verformungsvorganges gleichzeitig klemmwirkend sind. Durch Verwendung von nacheinander klemmwirkenden Zwischenkörpern kann erreicht werden, daß die Kraftübertragung in der Verankerung erhalten bleibt, trotz des Herausziehens eines Teiles des stückigen Füllgutes aus der Verankerung.

Wesentlich bei der erfindungsgemäßen Maßnahme ist die Verwendung von stückigem Gut, insbesondere von

kugelförmigen Körpern im Zusammenwirken mit mindestens einer schrägen Fläche. Diese Maßnahme unterscheidet sich von den üblichen Endverankerungen von Spannbetongliedern, bei welchen Verankerungskeile verwendet werden, die das Spannglied umschließen, während erfindungsgemäß eine Mehrzahl stellenweiser Berührungen zustandekommt, die sich jeweils nur über einen kleinen Bruchteil der einander gegenüberliegenden Flächen der zu kuppelnden Körper erstrecken.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel sieht eine Rippung des inneren Kupplungsteiles vor. Eine solche Rippung kann auch zusätzlich oder ausschließlich am äußeren Kupplungsteil vorgesehen sein.

Schließlich besteht auch die Möglichkeit, die vorgesehene Veranxerung mit ebenen Kupplungsflächen zu erzielen.

Der für die gegenständliche nachgiebige Verankerung maßgebende Verformungsvorgang hat nicht notwendigerweise symmetrisch zu erfolgen, er ist auch nicht auf Körper einer bestimmten Form beschränkt.

Zur Erzeugung der Anpreßkraft A, welche erforderlich ist, um ein gewisses Maß an anfänglichen Klemmkräften an den zu kuppelnden Körpern hervorzurufen, können zahlreiche Mittel verwendet werden. In der einfachsten Form kann die Anpreßkraft auf das stückige Füllgut die auf dieses wirkende Schwerkraft sein, für den Fall, daß die nachgiebige Verankerung eine entsprechende Lage im Raum einnimmt.

Die Anpreßkraft kann auch dadurch erzeugt werden, daß das stückige Füllgut derartig zusammengedrückt wird, daß jener Teil des stückigen Füllgutes, der die Klemmwirkung ausüben soll, gegen die für die Klemmwirkung maßgebenden Flächen der zu kuppelnden Teile gepreßt wird. Eine mögliche derartige Ausbildung ist der Schraubenverschluß 3 nach Fig. 1, der angespannt wird. Er kann auch durch ein federndes Element, das unter Spannung steht, ersetzt werden.

Ebenso kann die erwähnte Rippung der zu kuppelnden Körper eine Mitnehmewirkung auf das stückige Füllgut ausüben und so die erforderliche Anpreßkraft hervorrufen, wie dies F i g. 2 zeigt Bei dieser Ausführungsform ist der äußere Kupplungsteil 1 mit einer sphärischen Auflagefläche 11 ausgebildet, so daß er sich für die Abstützung gegen eine Unterlagsplatte 5 mit kugelpfannenförmiger Vertiefung 12 eignet. Dadurch wird erreicht, daß die nachgiebige Verankerung gegenüber der Unterlagsplatte 5 verschwenkbar wird. Selbstverständlich sind sinnvolle Kombinationen der beispielshaft beschriebenen Methoden zur Erzeugung der erforderlichen Anpreßkraft möglich.

Im folgenden werden Beispiele für die Montage der nachgiebigen Verankerung beschrieben, wobei besonders darauf Rücksicht genommen wird, daß die Montage von ungeschulten Arbeitern mit möglichst geringem Aufwand durchgeführt und für eine Baustelle weitgehend vorbereitet werden kann, so daß die Montage sowohl bei horizontaler, vertikaler und schräger Lage der zu kuppelnden Elemente als auch über Kopf erfolgen kann.

Eine nachgiebige Verankerung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, kann beispielsweise durch Aufschieben des äußeren Kupplungsteils 1 auf den inneren 4, darauffolgendes Einschütten des stückigen Füllgutes 2 und abschließendes Einschrauben der gelochten Schraube hergestellt werden. Dies ist aber nur einfach bzw. 5 ohne zusätzliche Hilfseinrichtung dann möglich, wenn das stückige Füllgut der Schwerkraft folgend zwischen die zu kuppelnden Teile hineinfällt.

Ebenso ist das Anbringen einer seitlichen öffnung 13 mit Verschluß t4 möglich, wie dies beispielsweise bei ίο der Ausführungsform nach Fig. 2 vorgesehen ist. Jedoch auch in diesem Fall ist ein Einfüllen des stückigen Materials durch ein einfaches Einschütten bei einer Montage über Kopf nicht möglich.

Die F i g. 3 und 4 zeigen Möglichkeiten der Montage, die beispielsweise auch über Kopf ausgeführt werden können.

F i g. 3 zeigt einen Montagevorgang, bei dem im Ausgangszustand ein Stoppel 15 das Füllgut 2 durchsetzt. Zur Herstellung der Klemmung wird der Ankerstab 4, wie durch Pfeil B angedeutet, eingeführt und das Ausschieben des Stoppeis 15 bewirkt, wobei das Herausfallen des stückigen Füllgutes 2 während der Montage verhindert wird. Die Klemmwirkung erzielt sodann der Schraubverschluß 3.

Bei der in F i g. 4 dargestellten Konstruktion verhindert ein zusätzliches Element 16, das in der nachgiebigen Verankerung auch nach der Montage verbleibt, das Herausfallen des stückigen Füllgutes während der Montage. Dieses zusätzliche Element 16 kann beispielsweise hohlzylinderförmig sein und beispielsweise aus dünnem weichem Material oder aus einem Gewebe bestehen. Beim Einschrauben und Anziehen der gelochten Schraube legt sich dieses zusätzliche Element an den inneren Kupplungsteil 4 wenigstens teilweise an und wird dabei oder durch die bei der Belastung auftretenden Verformungen von dem stückigen Füllgut 2 wenigstens teilsweise durchdrungen. Dieses zusätzliche Element 16 kann aber auch aus sprödem Material bestehen, daß beim Aufbringen der auf das stückige Füllgut wirkenden Anpreßkräfte zerbricht.

Ebenso ist es möglich, daß stückige Füllgut 2 z. B. durch ein erhärtbares Material so weit zu verbinden, daß ein Herausfallen des stückigen Füllgutes während der Montage verhindert wird. Beim Aufbringen der Anpreßkräfte bzw. während der Belastung der nachgiebigen Verankerung zerfällt das verbundene stückige Füllgut 2 in seine Einzelteile.

Die beispielshaften erwähnten Methoden der Erzeugung der Anpreßkraft und der Montage sind sinngemäß auch auf andere als in den Abbildungen dargestellten Ausführungsformen anwendbar. Bisher wurde die nachgiebige Verankerung nur in einer Richtung wirkend beschrieben.

Die Wirkungsweise und die Verwendung der gegenständlichen nachgiebigen Verankerung wurde insbesondere auf dem Gebiet der Fels- und Erdanker beschrieben. Sie kann sinngemäß überall im Erdbau

angewendet werden, wo ein Überlastungsschutz oder eine gezielte Nachgiebigkeit angestrebt werden. So z. B.

im Bergbau oder im Tunnelbau.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Bodenanker, dessen Ankerstange eine sich auf dem Gebirge rund um das Bohrloch abstützende Hülse durchgreift, in der Klemmkörper gelagert sind, die bei verspanntem Ankerbolzen axialen Relativbewegungen zwischen Ankerbolzen und der sich auf dem Gebirge abstützenden Hülse entgegenwirken, wobei der Innenraum der Hülse in Richtung auf das Bohrloch konisch ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen der Ankerstange (4) und der Innenwandung der Hülse (1) befindliche Raum mit als Klemmkörper wirkendem stückigem Füllgut (2) gefüllt ist, welches aus Kugeln, Granulat od. dergleichen besteht und mit an der Hülse vorgesehenen Mitteln druckbelastet wird.

2. Bodenanker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerstange (4) in ihrem mit dem Füllgut (2) in Berührung kommenden Abschnitt mit umlaufenden Rippen versehen ist.

3. Bodenanker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (1) in ihrem größeren Öffnungsende ein Gewinde (7) aufweist zur Aufnahme einer Schraube (3) zur Druckbelastung des Füllgutes, wobei die Schraube (3) eine zentrale Bohrung für die Ankerstange (4) aufweist

4. Bodenanker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise ein zerstörbarer oder verformbarer Behälter mit ringförmigem Querschnitt zur Aufnahme des Füllgutes (2) vorgesehen ist.