Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung, bestehend aus einer Stahlbetonkonstruktion und einem Anbauteil aus Stahlbeton, die mittels Konstruktionselementen kraftschlüssig und unter Aufrechterhaltung einer Vorspannkraft unmittelbar miteinander verbunden sind.
Im Bauwesen stellt sich häufig die Aufgabe, nachträglich Anbauteile an bestehende Betonkonstruktionen anzubringen, beispielsweise um Querkräfte zu übertragen. Für die Anbringung werden Konstruktionselemente mit einer zumindest das eine Betonteil durchdringenden und am anderen Betonteil festlegbaren Zugstange verwendet, die an ihrem einen Ende mit einem Gewinde für eine Mutter versehen ist, durch die eine Vorspannkraft über die Zugstange auf die miteinander verbundenen Stahlbetonteile aufgebracht wird, so daß diese mit einer definierten Kraft gegeneinandergepreßt werden und infolge der zwischen den Bauteilen herrschenden Reibung über die Kontaktfläche Kräfte zwischen den Bauteilen übertragen werden können.
Die bekannten Konstruktionselemente besitzen jedoch den Nachteil, daß nicht oder zu gering vorgespannte Zugstangen zu unverträglichen Verformungswegen führen. Außerdem können die Konstruktionselemente infolge der rheologischen Eigenschaften des Betons ihre Vorspannung mindestens teilweise verlieren, insbesondere bei Temperaturbeanspruchungen, durch die das Kriechmaß bis auf die vierfachen Werte des Normalwertes steigt, wodurch die Vorspannung stark abgebaut wird. Bei hochfesten Stählen ergibt sich außerdem das Problem der Korrosion, zumal Konstruktionselemente aus nichtrostendem Stahl sehr teuer sind. Schließlich besteht die Gefahr, daß insbesondere bei kurzen Konstruktionselementen Schlupf im Bereich der Gewinde und Unterlegscheiben auftritt, der die Vorspannkraft reduziert und die Rutschlast erniedrigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbindungsanordnung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die die voranstehend aufgeführten Nachteile vermeidet und auch unter ungünstigen Bedingungen die Erzeugung und Aufrechterhaltung der für die kraftschlüssige Anbringung des Anbauteils erforderlichen Vorspannkraft sicherstellt.
Die zur Lösung dieser Aufgabenstellung mit der Erfindung geschaffene Verbindungsanordnung besteht aus einer Stahlbetonkonstruktion und einem Anbauteil aus Stahlbeton, die mittels Konstruktionselementen kraftschlüssig und unter Aufrechterhaltung einer Vorspannkraft unmittelbar miteinander verbunden sind, wobei jedes Konstruktionselement aus einer die Stahlbetonkonstruktion durchdringenden und das Anbauteil mindestens teilweise durchdringenden Zugstange, einer zum Aufbringen der Vorspannkraft dienenden, sich an einem der Stahlbetonteile abstützenden Mutter an einem Ende der Zugstange und aus einer am anderen Ende der Zugstange befestigten Kopfplatte besteht, an der sich ein Federelement abstützt, das seinerseits an einem Ringflansch auf dem anderen Betonteil abgestützt ist, in dessen Bereich die Zugstange von einem Hüllrohr umgeben ist.
Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung wird die Formänderungsenergie nicht nur im Schaft der Zugstange gespeichert, sondern zusätzlich im Federelement, wobei die Kennlinie dieses Federelements entsprechend dem jeweiligen Bedarf ausgelegt werden kann. Hierdurch ergeben sich zusätzliche Vorteile bei einer dynamischen Beanspruchung, da durch eine gezielte Wahl der Federkennlinie das Schwingungsverhalten des mit Hilfe der Konstruktionselemente angeschlossenen Anbauteils beeinflußt werden kann. Da in der Kontaktfläche zwischen den Bauteilen unter allen Bedingungen eine definierte Vorspannung aufrechterhalten wird, erzeugt die kraftschlüssige Verbindung der beiden Bauteile die Wirkung eines einstückigen Bauteils.
Im Gegensatz zu der mit der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung erzielten starren und kraftschlüssigen Verbindung zweier mit einer gemeinsamen Kontaktfläche aneinanderliegender Bauteile zeigt die EP-A-086 751 eine elastisch nachgebende Verbindung voneinander getrennter, d.h. mit Abstand voneinander angeordneter Bauteile, wobei für diese gelenkartige Verbindung eine stoßdämpferartige Ankerkonstruktion verwendet wird, in der zwar ebenfalls eine Vorspannung erzeugt wird, die aber nicht zur kraftschlüssigen Verbindung der beiden Bauteile, sondern zur Erzeugung einer Dämpfungskraft innerhalb des Ankers herangezogen wird.
Bei einer bevorzugten Ausbildung ist das Hüllrohr am anderen Ende mit einem Abstützflansch zur Anlage an der Stahlbetonkonstruktion versehen.
Gemäß weiteren Merkmalen der Erfindung können das Hüllrohr mit dem Abstützflansch und dem Ringflansch, die Kopfplatte der Zugstange und das zwischen Kopfplatte und Ringflansch angeordnete Federelement innerhalb des Anbauteils angeordnet werden. Hierdurch ergibt sich eine geschützte Unterbringung im Beton dieses Bauteils, so daß ein guter Korrosions- und Brandschutz gegeben ist. Dennoch kann das Konstruktionselement durch die von außen zugängliche Mutter in der erforderlichen Weise vorgespannt werden.
Mit der Erfindung wird schließlich vorgeschlagen, den zwischen der Kopfplatte der Zugstange und dem Ringflansch des Hüllrohres gebildeten Raum für das Federelement durch eine verformbare Abdeckung abzuschließen. Der Raum kann hierbei mit einem korrosionsschützenden Material, beispielsweise Fett gefüllt werden. Als Federelement wird vorzugsweise mindestens eine Tellerfeder verwendet, so daß die Federkennlinie gezielt auf den jeweiligen Einsatzzweck abgestimmt werden kann.
Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung schematisch dargestellt, und zwar zeigen:
Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Konstruktionselement dient der nachträglichen Anbringung eines Anbauteils 2 aus Stahlbeton an einer bestehenden Stahlbetonkonstruktion 1. Das Konstruktionselement umfaßt eine Zugstange 3, die die Stahlbetonkonstruktion 1 durchdringt und in das Anbauteil 2 hineinragt, d.h. dieses Anbauteil 2 teilweise durchdringt. An dem im Anbauteil 2 liegenden Ende ist die Zugstange 3 mit einer Kopfplatte 4 versehen. Am anderen, aus der Stahlbetonkonstruktion 1 herausragenden Ende trägt die Zugstange 3 ein Gewinde 5, auf das eine Mutter 6 aufschraubbar ist. Diese Mutter 6 liegt unter Zwischenfügen eines Verankerungselements 7 an der einen Seite der bestehenden Stahlbetonkonstruktion 1 an.
Der in das Anbauteil 2 hineinragende Teil der Zugstange 3 ist von einem Hüllrohr 8 umgeben, so daß die Beweglichkeit der Zugstange 3 gewahrt ist. Beim Ausführungsbeispiel ist das Hüllrohr 8 mit einem Abstützflansch 9 versehen, der sich an der dem Verankerungselement 7 gegenüberliegenden Seite an der Stahlbetonkonstruktion 1 abstützt. Am anderen Ende des Hüllrohres 8 ist dieses mit einem Ringflansch 10 versehen, der im Abstand von der Kopfplatte 4 der Zugstange 3 liegt und damit einen Raum 11 innerhalb des Anbauteils 2 bildet, der durch eine verformbare Abdekkung 12 abgeschlossen ist. In diesem Raum 11 ist ein Federelement 13 angeordnet, das in Fig. 1 als Wendelfeder dargestellt ist und sich mit einem Ende an der Kopfplatte 4 und mit dem anderen Ende an dem Ringflansch 10 abstützt.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wurde das Konstruktionselement bei der Herstellung des Anbauteils 2 mit der Kopfplatte 4 der Zugstange 3, dem Hüllrohr 8 und dem durch die Abdeckung 12 gegen Eindringen von Beton geschützten Federelement 13 in das Anbauteil 2 eingegossen. Der Raum 11 kann hierbei zum Schutz des Federelements 13 gegen Korrosion mit einem korrosionsschützenden Material, vorzugsweise Fett gefüllt sein. Zum Anbringen des Anbauteils 2 an der bestehenden Stahlbetonkonstruktion 1 wird diese an den vorgegebenen Stellen mit Durchgangsbohrungen für die Zugstangen 3 der verteilt im Anbauteil 2 angeordneten Konstruktionselemente versehen. Nach dem Ansetzen des Anbauteils 2 an die Stahlbetonkonstruktion 1 ragen die Zugstangen 3 mit ihrem mit Gewinde 5 versehenen Ende durch die Stahlbetonkonstruktion 1 hindurch. Nach dem Aufsetzen von Verankerungselementen 7 werden die Muttern 6 aufgeschraubt.
Durch Aufbringen eines vorgegebenen Drehmoments beim Anziehen der Muttern 6 wird eine definierte Vorspannkraft erzeugt, die zum größten Teil durch das Federelement 13 gespeichert wird. Da durch die Anordnung des Federelements 13 die bei Aufbringen der Vorspannkraft auftretende Verlagerung der Zugstange 3 groß ist, lassen sich im Bereich der Muttern 6 eindeutige Verformungen messen, die in Kenntnis der in Fig. 2 beispielsweise angegebenen Federkennlinie eine exakte Aussage über die aufgebrachte Vorspannkraft ermöglichen. Diese Vorspannkraft wird auch durch rheologische und thermische Einflüsse nur äußerst geringfügig reduziert, weil die Vorspannkraft nicht nur in der Zugstange 3, sondern zu einem wesentlichen Teil im Federelement 13 gespeichert ist.
Da das Federelement 13, das zur Bildung der jeweils erforderlichen Federkennlinie vorzugsweise aus Tellerfedern bestehen kann, geschützt im Anbauteil 2 untergebracht ist, ergibt sich ein guter Korrosions- und Brandschutz. Das nachträglich an der Stahlbetonkonstruktion 1 angebrachte Anbauteil 2 kann somit nicht nur durch statische Kräfte in den drei Koordinatenrichtungen,sondern auch mit Biegemomenten oder dynamischen Beanspruchungen belastet werden.