[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stufenanker zur Verankerung in einem Untergrund
oder Bauteil, mit mehreren dehnbaren Zuggliedern, wobei mindestens zwei der Zugglieder
eine unterschiedliche definierbare freie Ankerlänge Ltf aufweisen.
[0002] Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Verankerung eines
Stufenankers in einem Untergrund oder Bauteil, wobei der Stufenanker mehrere dehnbare
Zugglieder aufweist und wobei mindestens zwei der Zugglieder eine unterschiedliche
definierbare freie Ankerlänge Ltf aufweisen.
[0003] Ein Stufenanker sowie ein Verfahren zur Verankerung eines solchen Stufenankers in
einem Untergrund sind beispielsweise aus der
EP 1 707 684 B1 bekannt. Der bekannte Stufenanker weist mehrere spannbare Zugglieder auf, die jeweils
eine unterschiedliche freie Ankerlänge aufweisen. Dabei sind jeweilige Verankerungslängen
in unterschiedlichen Tiefen in einem Bohrloch mit einem Verpresskörper verbunden,
der die Zugglieder zur Lastübertragung in den Untergrund mit dem umgebenden Untergrund
verbindet. Die einzelnen Zugglieder weisen jeweils im Wesentlichen die gleiche Verankerungslänge
auf. Durch diese gestufte oder gestaffelte Anordnung der Verankerungslängen entlang
der Tiefe des Bohrlochs wird die Gesamt-Traglast des Stufenankers gestuft oder gestaffelt
abgetragen. Man kann dies als axiale Staffelung der Verankerungslänge des Stufenankers
im Bohrloch bezeichnen.
[0004] Bei klassischen Verpressankern ohne eine derartige gestufte oder gestaffelte Lasteintragung
werden zur DIN-konformen Prüfung und Festlegung der Anker alle Zugglieder des Ankers
um den gleichen Betrag oder Dehnweg gedehnt. Wendet man dieses Prüfverfahren auf einen
Stufenanker mit unterschiedlichen freien Ankerlängen der einzelnen Zugglieder an,
ergeben sich bei gleichem Dehnweg unterschiedliche Kräfte und Spannungen in den einzelnen
Zuggliedern. Genauer gesagt ergeben sich bei einheitlicher Dehnung und gleichem Dehnweg
aller Zugglieder aufgrund deren unterschiedlichen freien Ankerlängen unterschiedliche
Spannungszustände in den einzelnen Zuggliedern. Zugglieder mit kürzeren freien Ankerlängen
werden dabei stärker beansprucht als Zugglieder mit längeren freien Ankerlängen, so
dass sich beispielsweise eine Prüflast bei Zuggliedern mit kürzeren freien Ankerlängen
schon bei einer Dehnung einstellt, bei der Zugglieder mit längeren freien Ankerlängen
noch weit unterhalb dieser Prüflast liegen. Da die DIN-Vorgaben für die Prüfung und
Bemessung von Verpressankern grundsätzlich eine gleichförmige Kraft beziehungsweise
eine gleiche freie Ankerlänge innerhalb des gesamten Bündels von Zuggliedern eines
Verpressankers voraussetzen, wurden unterschiedliche Prüfverfahren entwickelt, die
diesem Problem der unterschiedlichen freien Ankerlängen und der hieraus resultierenden
unterschiedlichen Kraft- und Spannungsverteilungen Rechnung tragen.
[0005] Eine Lösung des Problems besteht darin, die einzelnen Zugglieder mit unterschiedlichen
freien Ankerlängen mit Einzelpressen zu dehnen oder zu spannen, so dass jedes Zugglied
zu jedem Zeitpunkt des Dehnens oder Spannens der gleichen Last oder Spannung unterworfen
ist. Anschließend kann ein einfaches Spannen mit einer üblichen Bündelpresse erfolgen,
die dann wiederum jedes Zugglied gleichzeitig um den gleichen Dehnweg spannt. Hierbei
ist jedoch problematisch, dass auch in diesem Fall ab dem Einsatz der Bündelpresse
wieder unterschiedliche Spannungen in den einzelnen Zuggliedern aufgrund deren unterschiedlichen
freien Ankerlängen in Kauf genommen werden müssen. Allerdings ist dieses Verfahren
schon besser als ein Verfahren, bei dem eine derartige Bündelpresse und Spannung sämtlicher
Zugglieder um den gleichen Dehnweg von Anfang an erfolgt. Allerdings ist dieses Verfahren
aufgrund des Einsatzes von sowohl Einzelpressen als auch Bündelpressen und der mehreren
Spannschritte sehr aufwändig und führt dieses Verfahren letztendlich zu zeitlich versetzten
und ungünstigen Schubspannungen innerhalb des Verpresskörpers. Des Weiteren verlieren
die bislang bekannten Verfahren zur Prüfung und Spannung von herkömmlichen Ankern
bei Stufenankern in unterschiedlicher Weise letztendlich den Bezug zu den Bemessungsvorgaben
und Prüfkriterien der DIN.
[0006] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Stufenanker sowie
ein Verfahren zur Verankerung eines Stufenankers der eingangs genannten Art derart
auszugestalten und weiterzubilden, dass eine sichere Prüfung und ein sicherer Einsatz
des Stufenankers mit konstruktiv einfachen Mitteln ermöglicht sind.
[0007] Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch einen Stufenanker mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst. Danach ist der Stufenanker derart ausgestaltet und weitergebildet,
dass jeweilige Dehnsteifigkeiten der mindestens zwei Zugglieder im Bereich deren jeweiligen
freien Ankerlänge Ltf derart definierbar sind, dass die mindestens zwei Zugglieder
nach einem Dehnen um einen gleichen Dehnweg je Zugglied einen vorgebbaren Spannungszustand
oder eine vorgebbare Spannung aufweisen.
[0008] Des Weiteren wird die voranstehende Aufgabe durch ein Verfahren zur Verankerung eines
Stufenankers mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Danach ist das Verfahren derart
ausgestaltet und weitergebildet, dass jeweilige Dehnsteifigkeiten der mindestens zwei
Zugglieder im Bereich deren jeweiligen freien Ankerlänge Ltf derart definiert werden,
dass die mindestens zwei Zugglieder nach einem Dehnen um einen gleichen Dehnweg je
Zugglied einen vorgebbaren Spannungszustand oder eine vorgebbare Spannung aufweisen.
[0009] Erfindungsgemäß ist zunächst erkannt worden, dass durch geschickte Ausgestaltung
des Stufenankers die voranstehende Aufgabe auf überraschend einfache Weise gelöst
wird. In weiter erfindungsgemäßer Weise ist dann erkannt worden, dass eine gezielte
Vorgabe der jeweiligen Dehnsteifigkeiten von Zuggliedern mit unterschiedlichen freien
Ankerlängen eine signifikante Vereinfachung von Prüfungsverfahren für den Stufenanker
und damit ein sicherer Einsatz derartiger Stufenanker ermöglicht sind. Dabei werden
die jeweiligen Dehnsteifigkeiten der Zugglieder im Bereich deren jeweiligen freien
Ankerlänge derart definiert, dass diese Zugglieder nach einem Spannen um einen gleichen
Dehnweg je Zugglied einen vorgebbaren Spannungszustand oder eine vorgebbare Spannung
aufweisen. Dabei wird über die Definition der jeweiligen Dehnsteifigkeiten die nach
einem Spannen um einen gleichen Dehnweg erzeugte Spannung in den jeweiligen Zuggliedern
definiert. Hierdurch kann die Spannung oder der Spannungszustand in Abhängigkeit von
individuellen Einsatzbedingungen für jedes Zugglied einzeln vorgegeben werden, nämlich
über die Definition und Vorgabe der jeweiligen individuellen Dehnsteifigkeiten der
einzelnen Zugglieder. Die Spannungen oder Spannungszustände in den einzelnen Zuggliedern
können dabei derart vorgewählt werden, dass einfache und bekannte Standard-Prüfungsverfahren
zum Einsatz kommen können, beispielsweise eine Prüfung mit einer Bündelpresse, wobei
die Spannungszustände oder Spannungen in den einzelnen Zuggliedern innerhalb möglicher
Toleranzbereiche der Spannung variieren können. Gleiche Spannungen oder Spannungszustände
sind in einem solchen Fall nicht zwingend erforderlich und es können bewusst unterschiedliche
Spannungen - im Bereich vorgebbarer Grenzen - toleriert werden, falls dies für die
Prüfung und/oder einen Einsatz des Stufenankers sinnvoll sein sollte.
[0010] Folglich sind mit dem erfindungsgemäßen Stufenanker und dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Verankerung eines Stufenankers ein Stufenanker und ein entsprechendes Verfahren
angegeben, wonach eine sichere Prüfung und ein sicherer Einsatz des Stufenankers mit
konstruktiv einfachen Mitteln ermöglicht sind.
[0011] Grundsätzlich ist an dieser Stelle festzuhalten, dass es sich bei dem erfindungsgemäßen
Stufenanker - unabhängig von der Art der Lastaufbringung und dem Zeitpunkt der Lastaufbringung
über eine Vorspannung oder eine Spannung oder ein Dehnen, das auch durch eine relative
Verschiebung der beiden Enden der freien dehnbaren Länge erzeugt werden kann - sowohl
um einen sogenannten vorgespannten Stufenanker als auch um einen nicht vorgespannten
Stufenanker handeln kann. Die Definition der Dehnsteifigkeiten in den jeweiligen Zuggliedern
und die sich hieraus ergebenden Spannungszustände in den Zuggliedern bei einem Dehnen
der Zugglieder sind bei nicht vorgespannten Stufenankern in jedem Fall für die Durchführung
einer Prüfung der Stufenanker von großem Vorteil. Insoweit ist die vorliegende Erfindung
nicht auf vorgespannte Stufenanker eingeschränkt.
[0012] Im Hinblick auf eine besonders sichere Prüfung und einen besonders sicheren Einsatz
des Stufenankers können die vorgebbaren Spannungszustände oder Spannungen in den Zuggliedern
nach einem Spannen im Wesentlichen gleich sein. Schubspannungen innerhalb eines Verpresskörpers
können hierdurch weitestgehend vermieden werden und der Bezug zu den Bemessungsvorgaben
und Prüfkriterien der DIN wird hierdurch besonders gefördert.
[0013] Die Definition der jeweiligen Dehnsteifigkeiten der mindestens zwei Zugglieder kann
auf ganz unterschiedliche Art und Weise vorteilhaft vorgenommen werden. Dabei kann
die Dehnsteifigkeit durch eine Vorgabe der Anzahl an Traggliedern oder Litzen der
jeweiligen Zugglieder definierbar sein, sofern die einzelnen Zugglieder aus mehreren
einzelnen Traggliedern oder Litzen aufgebaut sind. Dabei ist zu beachten, dass ein
Stufenanker gemäß der vorliegenden Erfindung aus mehreren Zuggliedern aufgebaut ist,
die jeweils aus mehreren Traggliedern oder Litzen aufgebaut sein können. Bei der Vorgabe
der Anzahl an Traggliedern oder Litzen liegt der Gedanke zugrunde, dass bei einer
gleichzeitigen Dehnung sämtlicher Zugglieder um den gleichen Dehnweg sich für Tragglieder
oder Litzen mit unterschiedlicher freier Ankerlänge - bei gleieher jeweiliger Dehnsteifigkeit
- unterschiedlich hohe Kräfte ergeben, d.h. eine größere Kraft bei einer kurzen freien
Ankerlänge als bei einer langen freien Ankerlänge. Insoweit kann die Dehnsteifigkeit
dadurch konkret definiert werden, dass ein Zugglied mit einer kürzeren freien Ankerlänge
eine größere Anzahl an Traggliedern oder Litzen aufweist als ein Zugglied mit einer
größeren freien Ankerlänge. Durch die Definition der Dehnsteifigkeiten werden auch
die jeweiligen Federsteifigkeiten oder Federkonstanten vorgegeben, die als Dehnsteifigkeit
pro Länge definiert sind. Durch die Wahl der Anzahl an Traggliedern oder Litzen der
jeweiligen Zugglieder ist eine sehr einfache Definition der Dehnsteifigkeiten der
jeweiligen Zugglieder möglich.
[0014] Alternativ oder zusätzlich zu der Vorgabe der Anzahl an Traggliedern oder Litzen
der jeweiligen Zugglieder können die Dehnsteifigkeiten durch eine Vorgabe einer Querschnittsfläche
und/oder eines Elastizitätsmoduls von einzelnen Traggliedern oder Litzen der jeweiligen
Zugglieder definierbar sein. Dabei könnte eine Anzahl an Traggliedern oder Litzen
in einem Zugglied gleich bleiben, wenn gleichzeitig Tragglieder oder Litzen mit größerer
oder kleinerer Querschnittsfläche -je nach Erfordernis - verwendet werden. Dabei weisen
Tragglieder oder Litzen mit größerer Querschnittsfläche eine größere Dehnsteifigkeit
auf als Tragglieder oder Litzen mit kleinerer Querschnittsfläche. Weiter alternativ
oder zusätzlich hierzu könnte das jeweilige Elastizitätsmodul eines einzelnen Tragglieds
oder einer einzelnen Litze definierbar sein. Beispielsweise könnten unterschiedliche
Materialien - zum Beispiel Stahl und/oder Glasfasermaterial und/oder Karbonmaterial
- eingesetzt werden, um die jeweiligen Dehnsteifigkeiten der Zugglieder über eine
Anpassung des Elastizitätsmoduls von Traggliedern oder Litzen der jeweiligen Zugglieder
anzupassen. Sämtliche vorgenannten Alternativen - Anzahl an Traggliedern oder Litzen,
Vorgabe einer Querschnittsfläche und Vorgabe eines Elastizitätsmoduls - können in
alternativer oder auch in kombinierter Weise realisiert werden, um die jeweiligen
Dehnsteifigkeiten in der erforderlichen Weise zu definieren.
[0015] Falls Zugglieder des Stufenankers keine einzelnen Tragglieder oder Litzen aufweisen,
sondern durch jeweils ein Zugelement gebildet sind, können die Dehnsteifigkeiten durch
eine Vorgabe einer Querschnittsfläche und/oder eines Elastizitätsmoduls der jeweiligen
Zugglieder oder Zugelemente definierbar sein. In diesem Fall scheidet die Alternative
der Vorgabe der Anzahl an Traggliedern oder Litzen als Variationsmöglichkeit aus,
ansonsten können in alternativer oder kombinierter Weise Querschnittsflächen und Elastizitätsmodule
durch beispielsweise unterschiedliche Materialien definiert angepasst oder variiert
werden, um die gewünschten erforderlichen Dehnsteifigkeiten der jeweiligen Zugglieder
zu definieren.
[0016] Im Hinblick auf eine sehr einfache Definition der jeweiligen Dehnsteifigkeiten über
eine Vorgabe der Anzahl an Traggliedern oder Litzen der jeweiligen Zugglieder kann
die Anzahl an Traggliedern oder Litzen in den mindestens zwei Zuggliedern zur Erreichung
von etwa gleichen Spannungszuständen oder Spannungen in den Zuggliedern durch die
folgende Formel definierbar sein: n
lang(rech) = n
kurz*(L
tf, lang + L
e)/(L
tf, kurz + L
e), wobei n
lang(rech) die rechnerisch ermittelte Tragglied- oder Litzenanzahl im Zugglied mit einer längeren
freien Ankerlänge L
tf, lang, n
kurz die Tragglied- oder Litzenanzahl im Zugglied mit einer kürzeren freien Ankerlänge
L
tf, kurz und L
e die Länge eines externen Überstands ist. Hierdurch kann das Verhältnis der Anzahl
an Traggliedern oder Litzen n
lang(rech) im Zugglied mit der längeren freien Ankerlänge zur Anzahl an Traggliedern oder Litzen
n
kurz im Zugglied mit der kürzeren freien Ankerlänge berechnet werden. Dabei kann eine
der beiden Tragglied- oder Litzenanzahlen vorgegeben werden oder sein und kann die
andere Tragglied- oder Litzenanzahl berechnet werden. Im vorliegenden Fall ist dies
beispielhaft durch eine Vorgabe der Tragglied- oder Litzenanzahl für das Zugglied
mit der kurzen freien Ankerlänge und eine Berechnung der Tragglied- oder Litzenanzahl
für das Zugglied mit der längeren freien Ankerlänge erläutert. Es ist jedoch auch
die umgekehrte Vorgehensweise denkbar, wobei sich dann die Anzahl an Traggliedern
oder Litzen n
kurz per Rechnung ergibt. Dabei ist zu berücksichtigen, dass sich bei dieser Formel bei
Vorgabe der auf der rechten Seite der Formel angeführten Parameter und Berechnung
der Anzahl an Traggliedern oder Litzen für das Zugglied mit der längeren freien Ankerlänge
ein Wert ergeben kann, der keine ganze Zahl ist. Diese Abweichung von einer ganzen
Zahl kann mit einem Korrekturwert ausgeglichen werden. Letztendlich ist die ungerade
Anzahl auf eine gerade Anzahl auf- oder abzurunden, so dass sich gewünschte Spannungsverhältnisse
oder Spannungszustände in den Zuggliedern nach einem Dehnen um einen gleichen Dehnweg
ergeben.
[0017] Je nach Ausführungsform können die jeweiligen Verankerungslängen L
tb der mindestens zwei Zugglieder im Wesentlichen gleich groß sein. Dies führt letztendlich
zu einer im Wesentlichen gleichmäßigen Krafteintragung in den Untergrund oder das
Bauteil pro Zugglied. Es können je nach Erfordernis jedoch auch unterschiedliche Verankerungslängen
L
tb gewählt werden. Hierbei ist auf den jeweiligen Anwendungsfall abzustellen.
[0018] Die jeweiligen Verankerungslängen L
tb der mindestens zwei Zugglieder können in Zugrichtung im Wesentlichen hintereinander
angeordnet sein. Dies führt zu einer besonders gleichmäßigen Krafteintragung in den
Untergrund oder in das Bauteil. Alternativ oder zusätzlich hierzu können die jeweiligen
Verankerungslängen L
tb in einem gemeinsamen Verpress- oder Verbundkörper angeordnet sein. Ein derartiger
Verpress- oder Verbundkörper dient ebenfalls der gleichmäßigen Lasteintragung in einen
Untergrund oder in ein Bauteil.
[0019] Hinsichtlich eines besonders sicheren Einsatzes und eines besonders gleichmäßigen
Krafteintrags und zur Reduzierung von ungünstigen Schubspannungen können Zugglieder
mit unterschiedlicher definierbarer freier Ankerlänge L
tf im Wesentlichen abwechselnd nebeneinander oder gleichmäßig verteilt im Stufenanker
angeordnet sein. Dabei könnte beispielsweise bei Vorliegen von Zuggliedern mit zwei
unterschiedlichen freien Ankerlängen in abwechselnder Weise immer ein kürzeres neben
einem längeren Zugglied beziehungsweise ein Zugglied mit kürzerer freier Ankerlänge
neben einem Zugglied mit längerer freier Ankerlänge angeordnet sein, um im Wesentlichen
ausgeglichene oder ungefähr symmetrische Lastverhältnisse zu schaffen. Bei Verwendung
einer Lochscheibe zur Separierung einzelner Zugglieder könnte eine im Wesentlichen
gleichmäßige Verteilung der Zugglieder unterschiedlicher Länge in der Lochscheibe
vorgenommen sein.
[0020] In besonders vorteilhafter Weise kann dem Stufenanker eine Bündelpresse zum Erzeugen
der Spannung zugeordnet sein. Insoweit ist insbesondere ein System aus Stufenankern
und Bündelpresse technisch und wirtschaftlich vorteilhaft.
[0021] Im Hinblick auf die Vorteile des beanspruchten Verfahrens zur Verankerung eines Stufenankers
in einem Untergrund oder Bauteil darf zur Vermeidung von Wiederholungen auf die zuvor
genannten Vorteile eines Stufenankers verwiesen werden, wobei die zu dem Stufenanker
genannten Vorteile in analoger Weise auch für das Verfahren gelten.
[0022] Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann das Spannen, Vorspannen
oder Teilvorspannen oder Dehnen der mindestens zwei Zugglieder gleichzeitig, vorzugsweise
mittels einer Bündelpresse, erfolgen. Alternativ oder zusätzlich hierzu können die
vorgebbaren Spannungszustände oder Spannungen in den Zuggliedern nach einer Lastaufbringung,
beispielsweise einem Dehnen oder Spannen, im Wesentlichen gleich sein.
[0023] Das Dehnen der Zugglieder kann in jedem Fall alternativ durch ein zeitlich verzögertes
und/oder wechselndes Verschieben zweier Verankerungspunkte gegeneinander erzeugt werden.
Dabei kann das Verschieben der Verankerungspunkte voneinander unabhängig relativ zueinander
erfolgen.
[0024] Des Weiteren können grundsätzlich zum Erzeugen des Dehnens der Zugglieder auch Einzelpressen
oder Kombinationen von Einzelpressen verwendet werden, die auch zeitlich versetzt
eingesetzt werden können.
[0025] Im Folgenden werden vorteilhafte Aspekte von Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen
Stufenankers zum besonders guten Verständnis der beanspruchten Lehre nochmals erläutert:
Bei dem erfindungsgemäßen Stufenanker und dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die
Dehnsteifigkeit von Zuggliedern definiert. Die Dehnsteifigkeit ist das Produkt aus
dem Elastizitätsmodul E eines Werkstoffs in Belastungsrichtung und der Querschnittsfläche
A senkrecht zur Belastungsrichtung - unabhängig von der Form des Querschnitts: Dehnsteifigkeit
= E*A. Wie stark die absolute Längenänderung ΔL eines Bauteils bei gegebener Zugkraft
ist, hängt neben der Dehnsteifigkeit auch von seiner Länge ab.
[0026] Für einen einheitlichen Querschnitt ist die Federsteifigkeit oder Federkonstante
c gleich der Steifigkeit des Federquerschnitts dividiert durch die Länge der Feder:
c = E*A / L, wobei dies die Dehnsteifigkeit pro Länge darstellt.
[0027] Als Zugglied können unterschiedliche Bauelemente zum Einsatz kommen. Dabei kann es
sich um ein Tragglied oder um eine Litze oder um eine Anordnung von Traggliedern oder
Litzen pro Zugglied oder auch um ein Seil oder eine Anordnung von Seilen pro Zugglied
oder um einen Stab oder um eine Anordnung von Stäben pro Zugglied handeln. Des Weiteren
können unterschiedliche Materialien für ein Zugglied zum Einsatz kommen, beispielsweise
Stahl oder ein Kohlenstoff- oder Glasfaserbauelement. Bei gleichen Materialien ist
das Elastizitätsmodul E gleich. Bei Verwendung unterschiedlicher Materialien in den
Zuggliedern liegt je nach Material ein unterschiedliches Elastizitätsmodul bezüglich
der unterschiedlichen Zugglieder vor.
[0028] Eine Federkonstante c = E*A/L setzt sich bei einem Stufenanker mit mehreren Zuggliedern
aus der Summe der den einzelnen Zuggliedern zugehörigen jeweiligen Federkonstanten
zusammen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass jedes Zugglied je nach Material ein individuelles
Elastizitätsmodul und möglicherweise einen individuellen Querschnitt und eine individuelle
freie Ankerlänge Ltf aufweist. Einem derartigen Stufenanker kann somit eine Ersatzfederkonstante
c* zugeordnet werden, die sich aus den einzelnen Federkonstanten der einzelnen Zugglieder
zusammensetzt. Diese kann als c*= (E*A)* / L* dargestellt werden, wobei das Produkt
aus Elastizitätsmodul und Querschnittsfläche - die Dehnsteifigkeit - als Ersatzdehnsteifigkeit
und L* als Ersatzdehnlänge bezeichnet werden können.
[0029] Letztendlich kann ein Ersatzanker aus mehreren durch einzelne Zugglieder gebildete
Teilanker durch Vorgaben in der Bemessung/Dimensionierung und Berechnung nach dem
Prinzip resultierender Dehnsteifigkeiten und/oder Federsteifigkeiten derart entworfen
werden, dass beispielsweise durch Berechnung und Wahl einer unterschiedlichen Tragglied-
oder Litzenzahl je Teilbündel bei gleicher Dehnung und bekannter unterschiedlicher
freier Dehnlänge auf dem Niveau der Gebrauchslast die einzelnen Zugglieder oder Teilbündel
eine annähernd gleiche Kraft erhalten.
[0030] Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter
Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die den Ansprüchen
1 und 11 nachgeordneten Ansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung
bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen.
In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung
anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen
der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigt
- Fig. 1
- in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Stufenankers zur Verankerung in einem Untergrund oder Bauteil.
[0031] Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Stufenankers zur Verankerung in einem Untergrund oder Bauteil, wobei der Stufenanker
fünf dehnbare Zugglieder 1, 2 aufweist, wobei zwei Zugglieder 1 eine kürzere freie
Ankerlänge L
tf, kurz aufweisen als drei Zugglieder 2, die eine längere freie Ankerlänge L
tf, lang aufweisen. Die Bereiche der freien Ankerlängen L
tf, lang und L
tf, kurz der Zugglieder 1, 2 sind jeweils in einem Hüllrohr 3 angeordnet und darin frei bewegbar.
[0032] Im Hinblick auf eine sichere Prüfung und einen sicheren Einsatz des Stufenankers
mit konstruktiv einfachen Mitteln sind die jeweiligen Dehnsteifigkeiten der Zugglieder
1 und 2 im Bereich deren jeweiligen freien Ankerlänge L
tf, lang und L
tf, kurz derart definierbar, dass die Zugglieder 1, 2 nach einem Dehnen um einen gleichen
Dehnweg je Zugglied 1, 2 einen vorgebbaren Spannungszustand oder eine vorgebbare Spannung
aufweisen, der bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen gleich sein
kann.
[0033] Die Dehnsteifigkeiten werden bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel durch eine
Vorgabe der Anzahl n
kurz und n
lang an Traggliedern oder Litzen der Zugglieder 1 beziehungsweise 2 definiert. Dieser
Vorgabe der Anzahl an Traggliedern oder Litzen liegt der Gedanke zugrunde, dass durch
Erhöhung der Tragglied- oder Litzenanzahl n
lang des längeren Zugglieds 2 gegenüber dem Zugglied 1 mit kürzerer freier Ankerlänge
L
tf, kurz im Wesentlichen gleiche Dehnsteifigkeiten oder Federkonstanten eingestellt werden.
Dabei gilt das Verhältnis EA
kurz / (L
tf, kurz + Le) = EA
lang / (L
tf, lang + Le). Dabei bezeichnet A
kurz beziehungsweise A
lang die Gesamtquerschnittsfläche des kurzen Zugglieds 1 beziehungsweise des langen Zugglieds
2, wobei sich diese Querschnittsfläche A
kurz beziehungsweise A
lang aus den Querschnitten sämtlicher Einzellitzen zusammensetzt, falls das Zugglied einzelne
Litzen aufweist.
[0034] Sowohl für das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 als auch für die folgenden Erläuterungen
zu einer Prüfung des Stufenankers gilt die folgende Erklärung der verwendeten Kurzbezeichnungen:
| Ltb,lang |
[mm] |
Verankerungslänge der langen Litzen |
| Ltf,lang |
[mm] |
freie Ankerlänge der langen Litzen |
| Ltb,kurz |
[mm] |
Verankerungslänge der kurzen Litzen |
| Ltf,kurz |
[mm] |
freie Ankerlänge der kurzen Litzen |
| Le |
[mm] |
Litzenüberstand für Spannvorgang |
| Lapp,* |
[mm] |
theoretischer Wert für freie (Ersatz-)Dehnlänge gesamter Stufenanker (inkl. Le) an der Grenzlinie "c" |
| Ltf,* |
[mm] |
theoretischer Wert für freie (Ersatz-)Ankerlänge gesamter Stufenanker |
| Lapp,a* |
[mm] |
theor. Wert für freie (Ersatz-)Dehnlänge gesamter Staffelanker (inkl. Le) an der Grenzlinie "a" |
| Ltb* |
[mm] |
theoretischer Wert für (Ersatz-)Verankerungslänge gesamter Stufenanker |
| niang |
[-] |
Anzahl lange Litzen (gewählt) |
| nlang,rech |
[-] |
rechnerisch erforderliche Anzahl lange Litzen |
| nkurz |
[-] |
Anzahl kurze Litzen (gewählt) |
| Pkurz |
[N] |
Kraft des kurzen Teil-Ankers |
| Pkurz,zul |
[N] |
zulässige maximale Prüfkraft des kurzen Teil-Ankers |
| Plang |
[N] |
Kraft des langen Teil-Ankers |
| Plang,zul |
[N] |
zulässige maximale Prüfkraft des langen Teil-Ankers |
| PP,zul. |
[N] |
zulässige Prüfkraft des Ankers (gesamter Anker) |
| PP |
[N] |
gewählte Prüfkraft des Ankers (gesamter Anker) |
| Pa |
[N] |
Vorbelastung des Ankers (gesamter Anker) |
| ALitze |
[mm2] |
Querschnittsfläche je Litze |
| Et |
[N/mm2] |
Elastizitätsmodul des Zuggliedes |
| ft,k |
[N/mm2] |
char. Zugfestigkeit Spannstahl oder Material der Zugglieder |
| ft,0.1,k |
[N/mm2] |
char. Spannung bei 0,1% bleibender Dehnung |
| Δel,PP |
[mm] |
elastische Gesamtdehnung (inkl. Dehnung aus Vorlast) |
| Δsel |
[mm] |
elastische Dehnung theoretische Grenzlinie (gesamter Anker) |
| Δsmax |
[mm] |
elastische Dehnung obere Grenzlinie (gesamter Anker) |
| Δsmin |
[mm] |
elastische Dehnung untere Grenzlinie (gesamter Anker) |
Im Folgenden werden Grundlagen und Vorgaben für eine Prüfung des Stufenankers angegeben:
Die vorliegende Erfindung betrifft letztlich auch ein Prüfungsverfahren zur Prüfung
eines erfindungsgemäßen Stufenankers, wobei der Stufenanker zur Vereinfachung der
Prüfung in der erfindungsgemäßen Weise hinsichtlich der jeweiligen Dehnsteifigkeiten
der mindestens zwei Zugglieder 1, 2 definierbar ist.
[0035] Bei einem Ausführungsbeispiel eines derartigen Prüfungsverfahrens können alle Zugglieder
und/oder Litzen des Ankers gemeinsam und gleichzeitig geprüft und/oder festgelegt
werden. In vielen Fällen müssen Eignungsprüfungen durchgeführt werden.
[0036] Aus der gemeinsamen Dehnung eines herkömmlichen Ankers ergeben sich für Zugglieder
und/oder Litzen mit unterschiedlichen freien Längen - bei gleicher Dehnsteifigkeit
- unterschiedlich hohe Kräfte oder Spannungszustände, wobei eine kurze freie Länge
eine größere Kraft und eine lange freie Länge eine kleinere Kraft oder Spannung erfährt.
Durch die erfindungsgemäße Wahl einer entsprechend unterschiedlichen Anzahl an Traggliedern
oder Litzen pro Zugglied wird eine Angleichung von Teilsteifigkeiten der jeweiligen
Zugglieder angestrebt und ein zu großer Unterschied der Teilkräfte oder Teilspannungen
verhindert. In einem besonders vorteilhaften Fall sind die Kräfte in dem kurzen Zugglied
genauso groß wie die Kräfte im langen Zugglied mit P
kurz = P
lang.
[0037] Ein vorzugsweise werksseitiges "Fetten" von Litzen innerhalb von Hüllrohren 3 im
Bereich der freien Ankerlängen ist für eine kontrollierte Lasteinleitung vorteilhaft
und in vielen Fällen sogar erforderlich.
[0038] Im Hinblick auf vorteilhafte Ausgestaltungen eines derartigen Prüfungsverfahrens
sind die folgenden Aspekte wesentlich:
- Es ist grundsätzlich nachzuweisen, dass die Zugglieder, Tragglieder oder Litzen mit
der kürzeren freien Ankerlänge nicht überlastet werden, siehe unten "zulässige Prüfkraft
Pp, zul" > Pmax, vorh..
- Zur Erreichung von näherungsweise gleichen Teilkräften Pkurz = Plang wird die Tragglied- oder Litzenanzahl (nlang; nkurz) der beiden Zugglieder oder Teilanker ermittelt zu:

- Es werden in vorteilhafter Weise nur Tragglieder, Litzen oder Zugglieder des gleichen
Typs verwendet.
- Die Grenzlinien werden mit einer theoretischen, errechneten freien Ersatzdehnlänge
Lapp* und einer theoretischen, errechneten Ersatzverankerungslänge Ltb* für den gesamten Stufenanker ermittelt.
- Die gleichlangen Verankerungslängen liegen bei diesem Ausführungsbeispiel hintereinander
in einem gemeinsamen Verpresskörper und überschneiden sich nicht oder nur mit einer
konstruktiven Überlappung von etwa 0,3m. Die Länge der Überlappung kann jedoch auch
andere Werte annehmen.
- Es liegt der gleiche Baugrund im gesamten Krafteintragungsbereich des gemeinsamen
Verpresskörpers vor.
- Der Nachweis der tiefen Gleitfuge muss oder soll für die Mitte der (Teil-) Verankerungslänge
des kurzen Ankers geführt werden!
- Die kurzen Zugglieder, Tragglieder oder Litzen und die langen Zugglieder, Tragglieder
oder Litzen sollten gekennzeichnet werden. Es ist empfehlenswert, jedoch nicht zwingend
erforderlich, die kurzen und langen Zugglieder, Tragglieder oder Litzen möglichst
alternierend/abwechselnd in der Verpressstrecke und/oder in der Lochscheibe anzuordnen.
Es soll vermieden werden, dass alle kurzen Zugglieder, Tragglieder oder Litzen auf
einer Seite und alle langen Zugglieder, Tragglieder oder Litzen auf der anderen Seite
zu liegen kommen.
[0039] Im Folgenden werden für die Realisierung des Stufenankers und/oder für die Durchführung
des Prüfungsverfahrens wichtige Formeln und Definitionen gegeben:
Ermittlung der statischen Größen
[0040] Im Folgenden wird der Einfachheit halber nur der Begriff "Litze" verwendet. Damit
ist jedoch auch alternativ und ganz allgemein ein "Tragglied" gemeint, das auch anders
ausgestaltet sein kann als eine Litze.
[0041] Aus der gemeinsamen Dehnung Δs
el des gesamten Ankers, der als "BBV-multibond Anker" bezeichnet werden kann, ergeben
sich für die Litzen der Teillanker mit unterschiedlichen freien dehnbaren Längen L
tf,lang > L
tf.kurz , bei gleicher Dehnsteifigkeit (E*A) unterschiedlich hohe Kräfte
[kurze freie Länge = größere Kraft, lange freie Länge = kleinere Kraft]
[0042] 
[0043] Durch die Wahl entsprechend unterschiedlicher Litzenanzahl "n" / je Teilanker wird
eine Angleichung der Teilsteifigkeiten der beiden Ankerteile angestrebt und ein zu
großer Unterschied der Teilkräfte verhindert.
[0044] Anmerkung: grundsätzlich ist auch eine Angleichung der Teilkräfte durch Wahl unterschiedlicher
Materialien (Stahl, Kunststoffe z.B. CFK ...) mit unterschiedlichen E-Modulen, und/oder
unterschiedlichen Querschnitten (z.B. Stäbe mit unterschiedlichem Durchmesser) möglich,
doch für die Anwendung als Verpressanker werden im Folgenden nur Zugglieder (Litzen/Stäbe)
mit gleichen Querschnitten als Bündel betrachtet.
[0045] Theoretisches Ziel: Teilkräfte P
kurz = P
lang

[0046] Aus der Wahl des "Erfahrungsankers" ist die Anzahl der Litzen des kurzen Teilankers
n
kurz bekannt. Umformung nach n
lang:
Die Anzahl der Litzen des langen Teilankers n
lang errechnet sich zu:

[0047] Da nur vollständige Litzen des gleichen Typs verwendet werden sollten (siehe vorstehende
Anmerkung) ist
n
lang(gewählt) meistens ungleich n
lang(rech).
z.B.: n
lang(rechnerisch) = 4,78 ungleich n
lang(gewählt) = 5.
Aus (n
lang, rech ungleich n
lang,gewähit) resultiert (P
kurz ungleich P
lang)
⇒ Ermittlung eines Korrekturbeiwerts εS
[0048]
nlang ist nicht beliebig errechenbar/wählbar!
nlang ist abhängig von den Einflussparametern: nkurz ; Le; Ltf,kurz ; Ltb,kurz (Ltf,lang ist kein freier Parameter, da: Ltf,lang = Ltf.kurz + Ltb)
Wahl von nlang in Abhängigkeit von den Einflussparametern:
[0049] Zu kurze freie Längen L
tf,kurz + L
e sind zu vermeiden !
- Ltf,kurz + Le > Itb,kurz
- Ltf,kurz + Le > 5m
[0050] Ein zu großer Unterschied der freien Teillängen (z.B. durch Wahl einer "zu langen"
Verbundstrecke L
tb,kurz) ist zu vermeiden!
[0051] L
app,lang = L
tf,lang + L
e = L
tf,kurz + L
e + L
tb darf nicht viel größer sein als L
tf,kurz + L
e = L
app,kurz
- Verbundstrecke Ltb,kurz < 8m
- (Ltf,kurz + Le + Ltb )/ (Ltf,kurz + Le) < 1,5
- sinnvoller Weise sollte hier nlang < 1,5 nkurz betragen
Nachweise
[0052]
- Es ist nachzuweisen, dass die Litzen der Teilanker nicht überlastet werden. "zulässige
Prüfkraft Pp,zul" > Pmax,vorh.

unter besonderen Randbedingungen gilt auch 0,95 x ALitze x ft,0.1,k
- Ermittlung der zulässigen Prüfkraft des Multibondankers mittels des Korrekturfaktors
anhand des Teilankers mit der geringsten Litzenzahl und kürzesten freien Länge


Mit


- Die resultierende elastische Dehnung des gesamten Ankers durch Prüfkraft Pp,zul ist zu berechnen.
Elastische Dehnung Δel,PP bei Prüfkraft (gesamter Anker): [inkl. Dehnung aus Vorlast]
[0053] 
Elastische Dehnung Δel,PP bei Prüfkraft (gesamter Anker): [ohne Dehnung aus Vorlast]
[0054]
[0055] Für die gemeinsame Prüfung der Teilanker als Gesamtanker BBV-multibond, wird ein
theoretischer Ersatzanker ermittelt, bestehend aus einer freien Ersatzstahllänge L
app* (= L
tf* + L
e) und einer Ersatzverbundstrecke L
tb*.
ACHTUNG!
[0056] Diese Größen sind theoretische Ersatzgrößen, entsprechen
nicht den realen Größen des gefertigten Zuggliedes und dürfen somit
nicht für die Herstellung / Einbau des Zuggliedes verwendet werden!
[0057] Bei elastischer Betrachtung gilt: (Hooksche Gesetz)

d.h. für den Multibond Ersatzanker gilt:

[0058] Die Ersatzlänge L
app* für den Gesamtanker ist unbekannt!
weiterhin gilt:

[0059] Die Teillängen der Teilankerbündel sind bekannt!
Ermittlung der freien (Ersatz-)Stahllänge Lapp* für den Ersatzanker BBV multibond (Ersatzlänge inkl. Le)
[0060] bei Ermittlung der freien Ersatzstahllänge L
app* (= Ltf* + Le) als Ersatzlänge am theoretischen Übergang L
tf zu L
tb elastisch (Grenzlinie "c") gilt:

[0061] Durch Einsetzen der bekannten Größen und Kürzung des, auf beiden Seiten der Gleichungen
vorhandenen Faktors (Δel, Pp
x Et
x ALitze) folgt aus :

[0062] Durch Umstellung erhält man die freien Ersatzstahllänge L
app* (= L
tf* + L
e) als Ersatzlänge am theoretischen Übergang L
tf zu L
tb elastisch (Grenzlinie "c").

L
app* kann berechnet werden!
Ermittlung der freien (Ersatz-)Stahllänge Lapp,a* für den Ersatzanker BBV multibond
[0063] Durch die Ermittlung der freien Ersatzstahllänge L
app* als Ersatzlänge L
app,a* =L
tf* + L
e + 0,5L
tb* (bei der Grenzlinie "a") für die Prüflast ergibt sich:

[0064] Da per Vorgabe L
tb kurz, = L
tb,lang = L
tb definiert und gewählt ist, errechnet sich die Ersatzverbundstrecke Ltb* des Ersatzanker
Multibond zu:

näherungsweise gilt: L
tb* = L
tb,kurz = L
tb,lang
[0065] Unter Verwendung der Ersatzlängen

und

können die Grenzlinien für die Prüfung des Ankers berechnet werden.
Dehnungsberechnung für Grenzlinien (gesamter Staffelanker):
Wahl: Anzahl der Litzen je Ankerteil
[0067] 
vorgegeben (!): nkurz -> berechnet: nlang(rech) --> gewählt: nlang(gewählt)

zulässige Prüfkraft PP,zul. (gesamter Anker):
[0068] 
elastische Dehnung Δel,PP bei Prüfkraft (gesamter Anker): [inkl. Dehnung aus Vorlast]
[0069] 
elastische Dehnung Δel,PP bei Prüfkraft (gesamter Anker): [ohne Dehnung aus Vorlast]
[0070] 
Einzelkraft in Litze bei Prüfkraft:
[0071]

Teilkraft in kurzem bzw. langem Ankerteil bei Prüfkraft:
[0072]

theoretische, freie Ersatz-Stahllänge Lapp,* (gesamter Ersatzanker) :
[0073] 
(Ersatzlänge an der "c"-Linie)
[0074] 
theoretische, freie Ersatz-Stahllänge Lapp,a* (gesamter Ersatzanker) an der Grenzlinie "a":
[0075]

theoretische, Ersatz-Verankerungslänge Ltb,* (gesamter Staffelanker) :
[0076]

Dehnungsberechnung für Grenzlinien (gesamter Staffelanker):
untere Grenzlinie "b":
[0077]

theoretische Grenzlinie "c":
[0078] 
obere Grenzlinie "a":
[0080] Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lehre wird
zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie
auf die beigefügten Ansprüche verwiesen.
[0081] Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die voranstehend beschriebenen
Ausführungsbeispiele lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dienen, diese
jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.
Bezugszeichenliste
[0082]
- 1
- Zugglied, kurz
- 2
- Zugglied, lang
- 3
- Hüllrohr
1. Stufenanker zur Verankerung in einem Untergrund oder Bauteil, mit mehreren dehnbaren
Zuggliedern (1, 2), wobei mindestens zwei der Zugglieder (1, 2) eine unterschiedliche
definierbare freie Ankerlänge Ltf aufweisen,
dadurch gekennzeichnet, dass jeweilige Dehnsteifigkeiten der mindestens zwei Zugglieder (1, 2) im Bereich deren
jeweiligen freien Ankerlänge Ltf derart definierbar sind, dass die mindestens zwei
Zugglieder (1, 2) nach einem Dehnen um einen gleichen Dehnweg je Zugglied (1, 2) einen
vorgebbaren Spannungszustand oder eine vorgebbare Spannung aufweisen.
2. Stufenanker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgebbaren Spannungszustände oder Spannungen in den Zuggliedern (1, 2) nach
einem Dehnen im Wesentlichen gleich sind.
3. Stufenanker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnsteifigkeiten durch eine Vorgabe der Anzahl n an Traggliedern oder Litzen
der jeweiligen Zugglieder (1, 2) definierbar sind.
4. Stufenanker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnsteifigkeiten durch eine Vorgabe einer Querschnittsfläche A und/oder eines
Elastizitätsmoduls E von Traggliedern oder Litzen der jeweiligen Zugglieder (1, 2)
definierbar sind.
5. Stufenanker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnsteifigkeiten durch eine Vorgabe einer Querschnittsfläche A und/oder eines
Elastizitätsmoduls E der jeweiligen Zugglieder (1, 2) definierbar sind.
6. Stufenanker nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl an Traggliedern oder Litzen n in den mindestens zwei Zuggliedern (1, 2)
zur Erreichung von etwa gleichen Spannungszuständen oder Spannungen in den Zuggliedern
(1, 2) durch die folgende Formel definierbar ist:

wobei n
lang(rech) die rechnerisch ermittelte Tragglied- oder Litzenanzahl im Zugglied (2) mit einer
längeren freien Ankerlänge L
tf, lang, n
kurz die Tragglied- oder Litzenanzahl im Zugglied (1) mit einer kürzeren freien Ankerlänge
L
tf, kurz und L
e die Länge eines externen Überstands ist.
7. Stufenanker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeweilige Verankerungslängen Ltb der mindestens zwei Zugglieder (1, 2) im Wesentlichen gleich groß sind.
8. Stufenanker nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeweilige Verankerungslängen Ltb der mindestens zwei Zugglieder (1, 2) in Zugrichtung im Wesentlichen hintereinander
und/oder in einem gemeinsamen Verpresskörper angeordnet sind.
9. Stufenanker nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Zugglieder (1, 2) mit unterschiedlicher definierbarer freier Ankerlänge Ltf im Wesentlichen abwechselnd nebeneinander oder gleichmäßig verteilt im Stufenanker
angeordnet sind.
10. Stufenanker nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Stufenanker eine Bündelpresse zum Erzeugen der Spannung, Vorspannung oder Teilvorspannung
oder Dehnung zugeordnet ist.
11. Verfahren zur Verankerung eines Stufenankers in einem Untergrund oder Bauteil, insbesondere
eines Stufenankers nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Stufenanker mehrere
dehnbare Zugglieder (1, 2) aufweist und wobei mindestens zwei der Zugglieder (1, 2)
eine unterschiedliche definierbare freie Ankerlänge Ltf aufweisen,
dadurch gekennzeichnet, dass jeweilige Dehnsteifigkeiten der mindestens zwei Zugglieder (1, 2) im Bereich deren
jeweiligen freien Ankerlänge Ltf derart definiert werden, dass die mindestens zwei Zugglieder (1, 2) nach einem Dehnen
um einen gleichen Dehnweg je Zugglied (1, 2) einen vorgebbaren Spannungszustand oder
eine vorgebbare Spannung aufweisen.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannen, Vorspannen oder Teilvorspannen oder Dehnen der mindestens zwei Zugglieder
(1, 2) gleichzeitig, vorzugsweise mittels einer Bündelpresse, erfolgt.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgebbaren Spannungszustände oder Spannungen in den Zuggliedern (1, 2) nach
einer Lastaufbringung, beispielsweise einem Dehnen oder Spannen, im Wesentlichen gleich
sind.