Krafteinleitungselement

Abstract

 Bei einem Krafteinleitungselement (1, 13) zur Verankerung eines bandförmigen Verbundwerkstoffs (5) an einer Tragstruktur (10), erfolgt eine Kraftübertragung von der Tragstruktur (10) auf den Verbundwerkstoff (5) mittels mindestens einer Anpressplatte (3).
Die Anpressplatte (3) ist durch mindestens ein Mittel (4a, 4b) an den Verbundwerkstoff (5) angepresst ist, und das Mittel (4a, 4b) ist über ein bügelförmiges Joch (2b) abgestützt.

Beschreibung

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung geht aus von einem Krafteinleitungselement zur Verankerung eines bandförmigen Verbundkunststoffs nach dem Oberbegriff des ersten Anspruches.

[0002] Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Anbringen eines Krafteinleitungselementes an eine Tragstruktur sowie die Verwendung eines Krafteinleitungselementes zur Verstärkung einer Tragstruktur.

Stand der Technik

[0003] Zum nachträglichen Verstärken von Tragstrukturen werden seit einigen Jahren nebst Stahllamellen auch Lamellen aus Verbundwerkstoffen eingesetzt. Diese Verbundwerkstoffe werden entweder schlaff ohne Längsvorspannung oder über Endverankerungen vorgespannt mit der Tragstruktur verklebt. Derartige Endverankerungen sind bekannt und verschiedene Befestigungsmethoden zur Kraftübertragung von einem Krafteinleitungselement zur Lamelle sind bereits im Markt eingeführt. Die heute verfügbaren Krafteinleitungselemente sind aber aufwändig bezüglich Material- und Herstellung und voluminös bezüglich der äußeren Abmessungen, was einerseits zu unwirtschaftlichen und anderseits zu gestalterisch unbefriedigenden Lösungen führt.

[0004] Bei den meisten der bisher verwendeten Krafteinleitungen werden die bei der Vorspannung auftretenden Zugkräfte des Verbundwerkstoffes über Reibkräfte durch Klemmen vom Krafteinleitungselement auf den Verbundwerkstoff übertragen. Dabei handelt es sich um Anpressplatten, welche den Verbundwerkstoff mit einem gleichmässigen Klemmdruck verankern. Die übertragbaren Zugkräfte des Verbundwerkstoffes sind massgeblich von einem gleichmässigen Klemmdruck über den gesamten Endverankerungsbereich abhängig. Da die Lamellen in der Regel eine Breite aufweisen, die ein Vielfaches, typischerweise Faktor 25 bis 150 der Dicke des Verbundwerkstoffes aufweisen, ist ein gleichmässiger Klemmdruck über die Breite des Verbundwerkstoffes nur mit massiven, das heisst mit dicken und steifen Anpressplatten möglich. Die Platzverhältnisse gestalten sich schwierig und die Eingriffe in die Tragstruktur bzw. Bauwerk sind aufwändig, was hohe Kosten mit sich bringt.

Darstellung der Erfindung

[0005] Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des bestehenden Standes der Technik zu überwinden und ein Krafteinleitungselement zur Verfügung zu stellen, das für jede Breite des Verbundwerkstoffes bzw. Lamellenbreite eingesetzt werden kann und wenig Raum in der Tragstruktur erfordert.

[0006] Diese Aufgabe wird mit Hilfe von erfindungsgemässen Krafteinleitungselementen gemäss Anspruch 1 gelöst.

[0007] Hierbei wird ein neues Krafteinleitungselement zur Verankerung eines bandförmigen Verbundwerkstoffs an einer Tragstruktur verwendet, mit dem der Verbundwerkstoff mit Anpressplatten mit Hilfe von gleichmässig verteilten Druckelementen oder mittels einer auf der gesamten Anpressfläche wirkenden hydraulischen Druckkammer gegen ein bügelförmiges Joch abgestützt gehalten wird. Mit diesen Anpressplatten erfolgt eine Kraftübertragung von der Tragstruktur auf den Verbundwerkstoff. Das Krafteinleitungselement kann vorzugsweise einen Klemmkopf darstellen.

[0008] Die Vorteile der Erfindung sind unter anderem darin zu sehen, dass das erfindungsgemässe Krafteinleitungselement eine gleichmässige Anpresskraft der Anpressplatten auf den Verbundwerkstoff mit Hilfe von gleichmässig verteilten Druckelementen oder mittels einer auf der gesamten Anpressfläche wirkenden hydraulischen Druckkammer gegen ein bügelförmiges Joch abgestützt ausübt, was eine gewünschte Zugkraft im Bereich von 200 und 300 kN garantiert. Diese gleichmässige Anpresskraft erlaubt die Verwendung eines Verbundwerkstoffes unabhängig von seiner Breite. Da das bügelförmige Joch und die Anpressplatten möglichst schlank und flach ausgeführt werden können, können Eingriffe in die Tragstruktur auf ein Minimum beschränkt werden.

[0009] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. So kann die Quer-Traverse an einer beliebigen Stelle an dem bügelförmigen Joch angeordnet sein.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

[0010] Im folgenden werden anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Gleiche Elemente sind in den verschiedenen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

[0011] Es zeigen:

Fig. 1

Eine schematische Draufsicht einer ersten Ausführungsform;

Fig. 1 a

Ein Querschnitt der ersten Ausführungsform entlang I-I in Fig. 1;

Fig. 1 b

Ein Längsschnitt der ersten Ausführungsform entlang II-II in Fig. 1;

Fig. 1 c

Ein Längsschnitt der ersten Ausführungsform entlang II-II in Fig. 1;

Fig. 2

Eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 2a

Eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführung der zweiten Ausführungsform;

Fig. 3

Eine schematische Draufsicht einer dritten Ausführungsform;

Fig. 3a

Ein Querschnitt der dritten Ausführungsform entlang I-I in Fig. 3;

Fig. 3b

Ein Längsschnitt der dritten Ausführungsform entlang II-II in Fig. 3;

Fig. 4

Eine schematische Draufsicht einer vierten Ausführungsform;

Fig. 4a

Ein Längsschnitt der vierten Ausführungsform entlang I-I in Fig. 4.

Weg zur Ausführung der Erfindung

[0012] In den Figuren 1, 1a, 1b, 1 c ist ein Krafteinleitungselement 1 dargestellt.

[0013] Das Krafteinleitungselement 1 wird über eine Quer-Traverse 2a und mittels mindest einer Gewindestange 9 in einem nicht dargestellten Verankerungsrohr bzw. Schubdorn gehalten, welcher in einem Bohrloch in einer Tragstruktur 10 befestigt ist. Die Gewindestange 9 ist seitlich am Krafteinleitungselement 1 angebracht, wobei diese Gewindestange 9 durch die Quer-Traverse 2a und einem bügelförmigen Joch 2b geführt wird. Die Quer-Traverse 2a ist mit dem bügelförmigen Joch 2b mechanisch verbunden und kann einstückig ausgebildet sein. Der Verbundwerkstoff 5 wird zuerst mit Hilfe einer Zugpresse, die temporär am Ende des Verbundwerkstoffs 5 angeordnet wird, in der Zugrichtung 11 gespannt, und danach wird diese Spannkraft durch Drehen einer Gewindeschraube 8 über die Quer-Traverse 2a in die Gewindestange 9 eingeleitet.

[0014] Das Krafteinleitungselement 1 umfasst zwei Anpressplatten 3, die eine gleichmäßige Anpresskraft auf den Verbundwerkstoff 5 ausübt. Zur Erhöhung der übertragbaren Kraft können die Anpressplatten 3 eine spezielle Oberfläche aufweisen, welche z.B. durch mechanisches Aufrauen mit Schleifen oder durch eine chemische Vorbehandlung oder Verwendung eines Klebstoffes erreicht wird, um die Haftung der Anpressplatte 3 und des Verbundwerkstoffs 5 zu verbessern.

[0015] Beim Krafteinleitungselement 1 üben Druckelemente 4a, welche gegen das bügelförmige Joch 2b abgestützt sind, eine gleichmäßige Anpresskraft auf die Anpressplatten 3 aus. Die Druckelemente 4a sind so angeordnet, dass sie und haben eine optimale geometrische Anordnung haben. Der Abstand der einzelnen Druckelemente 4a liegt vorzugsweise bei größer als 20 mm, insbesondere in einem Bereich von 30 bis 40 mm und der Abstand der Druckelemente 4a von der Seite der Plattenrändern bei vorzugsweise größer als 10 mm, insbesondere in einem Bereich von 10 bis 30 mm.

[0016] Die Anzahl und Größe der Druckelemente 4a richtet sich nach der erforderlichen Anpresskraft. Sie werden nur auf Druck beansprucht und müssen für Schubkräfte nicht dimensioniert werden. Die erwartete Versagenslast bewegt sich zwischen 200 und 300 kN. In der Figur 1 sind vorzugsweise vier Druckelemente 4a dargestellt, welche abgestützt durch das bügelförmigen Joch 2b auf die Anpressplatten 3 drücken.

[0017] Die Dicke der Anpressplatten 3 liegt je nach Lamellenbreite und -dicke zwischen 0.5 bis 1.5 cm. Das führt zu einem schlanken und flachen Krafteinleitungselement 1, was den Eingriff in die Tragstruktur 10 auf ein Minimum beschränkt.

[0018] Beim Zusammenbau wird der Verbundwerkstoff 5 entweder durch die Quer-Traverse 2a und das bügelförmige Joch 2b geschoben, oder die aus mehreren Teilen bestehende Quer-Traverse 2a wird nach dem Umfassen des Verbundwerkstoffs 5 zusammengeschraubt.

[0019] In der Figur 1b sind die bei diesem Spannprozess auftretenden Spannungen in einem Spannungsdiagramm 12 qualitativ dargestellt, wobei x den Weg entlang des Krafteinleitungselementes 1 und y die Kraft am Ort x darstellt. Da die Quer-Traverse 2a nicht mit dem Verbundwerkstoff 5 verklebt ist, sind die Spannungen am Übergang von der Quer-Traverse 2a zu den Anpressplatten 3 am höchsten und gehen gegen Null bis zum Ende der Anpressplatte 3 des Krafteinleitungselementes 1.

[0020] Gemäss der Figur 1 c kann die Quer-Traverse 2a an den Verbundwerkstoff 5 durch eine Verklebung 14 verklebt werden, was zu einer Verschiebung des Orts der höchsten Spannungsspitzen an die Stirnseite der Quer-Traverse 2a führt wie im Spannungsdiagramm 12 qualitativ dargestellt.

[0021] Der Verbundwerkstoff 5 kann in Form einer Lamelle ausgestaltet sein, die aus Fasern und einem Kunstharz besteht. Die Faser können in einer Richtung d.h. unidirektional ausgebildet sein oder zusätzlich Fasern in anderen Richtungen, insbesondere eines Winkels plus 45° und minus 45°, zur unidirektionalen Hauptfaserichtung aufgebaut sein. Die Fasern können vorzugsweise aus Aramid, Carbon, Glas etc. sein, die in einem Kunstharz eingebettet sind. Das Kunstharz kann ein Duromer, wie z.B. Epoxy, Acrylate oder ein thermoplastisches Material, wie z.B. Polyamid, Epoxy, Acrylate sein. Für die Erreichung einer optimalen Haftung zur Anpressplatte 3 ist die Oberfläche des Verbundwerkstoffs 5 vorzugsweise speziell geprägt, z.B. mittels Schleifen aufgeraut oder mit einem Klebstoff vorbehandelt oder mit einem Vorbehandlungssystem, wie z.B. Primer, Plasma etc. behandelt.

[0022] In Figur 2 ist eine zweite Ausführungsform dargestellt, bei der die Quer-Traverse 2a an einer im wesentlichen beliebigen Stelle an dem bügelförmigen Joch 2b angeordnet ist. Die Spannungsspitzen, die dabei auftreten, sind im Spannungsdiagramm 12 schematisch dargestellt. An der Quer-Traverse 2a tritt eine gleichbleibende Spannung auf, da sie nicht mit dem Verbundwerkstoff 5 verbunden ist.

[0023] Figur 2a zeigt eine weitere Ausführungsform des Krafteinleitungselements 1, welches hier aus zwei Hälften in Richtung des Verbundwerkstoffes 5 besteht. Durch eine Verklebung 14 ist die Anpressplatte und die Quer-Traverse mit dem Verbundwerkstoff 5 verbunden, wodurch im Bereich der Quer-Traverse 2a ebenfalls Spannungen abgebaut werden.

[0024] Die Figur 3, 3a, 3b zeigt ein Krafteinleitungselement 13, wobei zur Kraftübertragung auf die Anpressplatten 3 eine hydraulisch wirkende Druckkammer 4b verwendet wird. Die Druckkammer 4b liegt abgeschlossen zwischen mindestens einer Anpressplatte 3 und einem bügelförmigen Joch 2b und wirkt auf die gesamte Anpressfläche der Anpressplatten 3. In die Druckkammer 4b wird ein flüssiges Medium, vorzugsweise aus einem härtbaren Material, zum Beispiel Kunstharz, durch einen Einlass 7 gefüllt. Dieses flüssige Material wird an die Anpressplatten 3 und somit an den Verbundwerkstoff 5 mit einem hydraulischen Druck von mindestens 100 bar, vorzugsweise mindestens 400 bar gepresst. Danach wird der Einlass 7 verschlossen, bei flüssigen Medien vorzugsweise mit einem Ventil. Besteht das flüssige Medium aus einem härtbaren Material, wird ein Verschluss nicht benötigt. Danach wird der Verbundwerkstoff analog zu den vorherigen Beispielen gespannt. Der Spannungsverlauf ist vergleichbar mit dem in Figur 1 b dargestellten Spannungsverlauf.

[0025] In Figur 4, 4a ist eine vierte Ausführungsform mit einem Krafteinleitungselement 13, bei dem eine Quer-Traverse 2a an einer beliebigen Stelle an dem bügelförmigen Joch 2b angeordnet ist. Analog zu den Figuren 3, 3a, 3b werden zur Kraftübertragung auf die Anpressplatten 3 zwei hydraulisch wirkende Druckkammern 4b verwendet, welche durch die Quer-Traverse unterteilt werden. Der so erzielte Spannungsverlauf entspricht demjenigen der Figur 2.

[0026] Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt.

Bezugszeichenliste

[0027] 

1

Krafteinleitungselement mit Druckelement 4a

2a

Quer-Traverse

2b

Bügelförmiges Joch

3

Anpressplatte

4a

Druckelement

4b

Druckkammer

5

Bandförmiger Verbundwerkstoff

6

Aussparung

7

Einlass für Medium

8

Gewindeschraube

9

Gewindestange

10

Tragstruktur

11

Zugrichtung

12

Spannungsdiagramm

13

Krafteinleitungselement mit Druckkammer 4b

14

Verklebung

Ansprüche

1. Krafteinleitungselement (1, 13) zur Verankerung eines bandförmigen Verbundwerkstoffs (5) an einer Tragstruktur (10), wobei eine Kraftübertragung von der Tragstruktur (10) auf den Verbundwerkstoff (5) mittels mindestens einer Anpressplatte (3) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpressplatte (3) durch mindestens ein Mittel (4a, 4b) an den Verbundwerkstoff (5) angepresst ist, und dass das Mittel (4a, 4b) über ein bügelförmiges Joch (2b) abgestützt ist.

2. Krafteinleitungselement (1, 13) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verklebung (14) zwischen dem Verbundwerkstoff (5) und der Anpressplatte (3) und/oder einer Quer-Traverse (2a) angeordnet ist.

3. Krafteinleitungselement (1, 13) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (4a, 4b) mindestens ein Druckelement (4a) ist.

4. Krafteinleitungselement (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckelement (4a) eine Schraube ist.

5. Krafteinleitungselement (1, 13) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (4a, 4b) mindestens eine Druckkammer (4b) ist.

6. Krafteinleitungselement (13) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpressplatte (3) mittels mindestens einer mit einem flüssigen Medium gefüllten hydraulischen Druckkammer (4b) angepresst ist.

7. Krafteinleitungselement (13) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Medium aus einem aushärtbaren Material, insbesondere einem Kunstharz, besteht.

8. Krafteinleitungselement (13) nach einem der Ansprüchen 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Medium nach dem Einführen in die Druckkammer einen Druck von mindestens 100 bar, insbesondere mindestens 400 bar, aufweist.

9. Krafteinleitungselement (1, 13) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Quer-Traverse (2a) an einer beliebigen Stelle an dem bügelförmigen Joch (2b) angeordnet ist.

10. Verfahren zum Anbringen eines Krafteinleitungselementes (1, 13) an eine Tragstruktur (10), wobei das Krafteinleitungselement (1, 13) zur Verankerung eines bandförmigen Verbundwerkstoffs (5) dient und eine Kraftübertragung von der Tragstruktur (10) auf den Verbundwerkstoff (5) mittels mindestens einer Anpressplatte (3) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff in ein bügelförmiges Joch (2b) eingeführt wird, dass die Anpressplatte (3) durch mindestens ein Mittel (4a, 4b) an den Verbundwerkstoff (5) angepresst wird, wobei das Mittel (4a, 4b) über das bügelförmige Joch (2b) abgestützt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Quer-Traverse (2a), welche mit der Tragstruktur (10) in Wirkverbindung steht, entweder stirnseitig oder an einer beliebigen Stelle an dem bügelförmigen Joch (2b) angebracht wird.

12. Verwendung eines Krafteinleitungselementes (1) nach Ansprüchen 1 bis 9 zur Verstärkung einer Tragstruktur (10), insbesondere einer Betonstruktur.

Zeichnung