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Verfahren zum Kältverwinden von Betonbewehrungsstäben Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zum Kaltverwinden von Betonbewehrungsstäben, die im unverwundenen
Zustande schräg zur Stabachse verlaufende Riegel und parallele Längsrippen besitzen
und die entgegen der Richtung der schrägen Riegel verwunden werden.
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Ziel der Erfindung ist es, Betonbewehrungsstäbe zu schaffen, die einen
besonders großen Widerstand gegen Verdrehung und Verschiebung im Beton zeigen.
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Ein bekannter Bewehrungsstab ist mit nach dem Verwinden schraubenlinienförmig
um den Stabkern verlaufenden Längsrippen und mit zwischen diesen Längsrippen Netze
bildenden Reihen von Schrägrippen versehen, die ihrerseits wieder nach Schraubenlinien
verlaufen, deren Drehsinn einander entgegengesetzt und deren Neigungswinkel zur
Stabachse voneinander verschieden ist. Zwangläufig erfahren hierbei jene Schrägrippen,
deren Neigungsrichtung im Sinne der Verwinderichtung verläuft, bei der Verwindung
eine Dehnung, dagegen jene Schrägrippen, die entgegengesetzt zu dieser Verwinderichtung
in bezug auf die Stabachse geneigt sind, eine Stauchung. In den Kehlen, mit denen
die Rippen an die Oberfläche des Stabkernes seitlich anschließen, treten jeweils
entgegengesetzte Spannungen (Stauchungen bzw. Dehnungen) auf.
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Verursacht durch diese Spannungen in den Schrägrippen und abhängig
von zahlreichen sonstigen Komponenten (Stabmaterial, Verwindungsgrad, Alterungsgrad
usw.) treten verschiedene teils günstige, teils ungünstige Erscheinungen bei solchen
Stäben auf; diese Erscheinungen werden auch weitestgehend von der Größe des spitzen
Winkels beeinflußt, den die- Schrägrippen mit der Stabachse einschließen. Je steiler
die Schrägrippen gegen die Stabachse geneigt sind, desto größer ist zwar einerseits
ihre Verbundwirkung, desto größer aber anderseits auch ihre nachteilige Sperrwirkung
beim Verwinden, da die Schrägrippen in die Längsrippen einmünden und durchwegs mit
diesen gleiche Höhe aufweisen. Hierdurch ergibt sich beim Verwinden eine höchst
unerwünschte Sperrwirkung dieser Schrägrippen, die in weiterer Folge zu Stauchungen,
' hohen Kerbspannungen und Sprödbrücheh in den Kreuzungsstellen der Längs-
und Schrägrippen führt.
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Es hat sich demnach als unzweckmäßig erwiesen, an ein und demselben
Stab Schrägrippen in zwei Gruppen gegenläufiger Neigungsrichtung anzuordnen, weil
dann jeweils nur eine Gruppe der Schrägrippen günstig sein kann, wogegen die andere
Gruppe von Schrägiippen ungünstige Spannungsverhältnisse hervorruft und die Ermüdungs-
und Biegefestigkeit des Stabes eher herabsetzt.
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Es ist auch bereits bekannt, -einen Bewehrungsstab zwischen
mindestens zwei sich über die ganze Länge erstreckenden Längsrippen mit segmentfönnigen
Riegeln, die in den Stabmantel münden, zu versehen, die vor dem Verwinden einen
kleinen einheitlichen Winkel mit der Stabachse einschließen, derart, daß sie nach
dem Verwinden, das entgegengesetzt zur Neigungsrichtung dieser Riegel erfolgt, angenähert
in der Längsrichtung des Stabes zwischen den nach Schraubenlinien verlaufenden Längsrippen
liegen.
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Dadurch, daß diese bekannten Riegel beim fertig verwundenen Stab in
Längsrichtung verlaufen, sollte die Ermüdungsfestigkeit des Bewehrungsstabes nicht
beeinträchtigt, d. h. die Versprödungsgefahr nicht erhöht werden, wie dies
bei querlaufenden Rippen eher der Fall sein könnte.
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Diese nach dem Verwinden des Stabes in Längsrichtung verlaufenden
Riegel konnten aber, wie sich herausgestellt hat, nicht in allen Fällen eine ausreichende
Verankerung des Stabes im Beton gewährleisten.
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Der Vollständigkeit halber sei schließlich noch erwähnt, daß auch
verwundene Stäbe mit Längsrippen und senkrecht zu diesen Längsrippen verlaufenden
Querrippen oder -riegeln bekannt sind, wobei letztere
nicht nur
von vornherein zu der Stabachse senkrecht stehen, sondern diese Stellung auch beim
Verwinden im wesentlichen beibehalten.
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Diese Querrippen hätten zwar - wie schon erwähnt
- einen optimalen Effekt hinsichtlich. der Erhöhung der Verbundwirkung mit
dem Beton; sie haben sich aber technologisch als unzweckmäßig erwiesen, weil sie
die Biegefähigkeit des Stahles infolge Kerbwirkung und sonstiger Einflüsse herabmindern.
Außerdem ist bei solchen achsnormal verlaufenden Querrippen folgendes festzustellen:
Der Winkel, um den sich Schrägriegel während der Verwindung drehen, ist nicht immer
gleich dem Verdrehungswinkel der Längsrippen. Für eine achsparallele Lage der Riegel
vor der Verwindung ist deren Verdrehung gleich der der Längsrippen, für eine achsnormale
Lage (Querrippen) jedoch gleich Null. Zwischen diesen beiden Grenzen verändert sich
die Verdrehunder Riegel nach einer Winkelfunktion (Sinusfunktion). Die achsnormale
Lage der Riegel führt zu einer örtlichen Verdickung des Querschnittes, damit zu
einer Vergrößerung des Torsionswiderstandes und zu Spannungsspitzen in den Kehlen
der Rippen. Diesen durch die Verwindung hervorgerufenen Spannungsspitzen werden
beim Biegen der Stäbe noch weitere Spannungsspitzen überlagert, wodurch dann die
Sprödbruchanfälligkeit dieser Stähle entsteht. Dieser ungünstige Einfluß der achsnormalen
Lage von Querrippen ist aber unabhängig von der Hauptdehnungsrichtung im Stab, weil
er sich an deren Winkelsymmetrale abspielt.
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Auch solche Querrippen fallen demnach keinesfalls in den Bereich der
Erfindung, die ausschließlich auf Stäbe mit Schrägriegeln beschränkt sein soll,
d. h. auf Riegel, die mit der Stablängsachse sowohl vor als auch nach dem
Verwinden des Stabes einen ausgeprägt spitzen Winkel von etwa 20 bis 80'
einschließen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich demnach auf das Kaltverwinden
von Betonbewehrungsstäben, bei denen Schrägriegel und Längsrippen vorhanden sind.
Unter Schrägriegel werden aus der Oberfläche des Stabes vortretende, längliche Teile
verstanden, die noch vor den Längsrippen enden und kontinuierlich in den Stabkern
(in die Staboberfläche) auslaufen, also nicht in die Längsrippen einmünden. Bei
Anordnung solcher Riegel ist die Gefahr eines Sprödbruches aus den schon erwähnten
Gründen wesentlich geringer als bei Schrägrippen mit konstanter Höhe, die in die
gleich hohen Längsrippen einmünden und in diese verlaufend übergehen.
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Gemäß der Erfindung wird nun das Verfahren zum Kaltverwinden von Betonbewehrungsstäben,
die im unverwundenen Zustande schräg zur Stabachse veriaufende Riegel und parallele
Längsrippen besitzen und die entgegen der Richtung der schrägen Riegel verwunden
werden, so durchgeführt, daß nur so weit verwunden wird, daß die einheitlich geneigten,
schrägen Riegel auch nach dem Verwinden noch einen ausgeprägt spitzen Winkel mit
der Stabachse i einschließen.
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Hinsichtlich der angestrebten Verbesserung der Verbundwirkung ergibt
sich der beachtliche Vorteil, daß die Schrägriegel den idealen Sperriegeln, die
unter einem Winkel von 90' zur Stabachse verlaufen, am nächsten kommen, ohne
aber die bei solchen Sperriegeln auftretenden schädlichen Wirkungen zu zeigen. Die
optimale Größe dieses Winkels wird im Einzelfall unter Berücksichtigung aller maßgebenden
Komponenten zu wählen sein, um einerseits eine ausreichende Unempfindlichkeit gegen
Sprödbrüche, andererseits aber eine ausreichend hohe Verbundwirkung sicherzustellen.
Als am besten geeignet dürfte sich bei üblichen Verhältnissen der Winkelbereich
von etwa 25 bis 751 erweisen.
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Wenn die Kaltverformung nur durch Torsion bewerksteffigt wird,
d. h. wenn kein zusätzlicher Zug angewendet wird, so ergeben sich an der
Staboberfläche unter einem Winkel von 451 die größten Dehnungen und Stauchungen.
Wird der Stab einer zusätzlichen Zugbeanspruchung während des Verdrillens ausgesetzt,
so ist die Richtung der größten Dehnungen steiler, d. h. höchstens gleich
oder kleiner als 451. Daraus ergibt es sich, die Rippenneigung derart der Kaltverformung
anzupassen, daß jeweils die Rippenkehle senkrecht zur Richtung des Hauptzugdehnungen
zu liegen kommt. Außerdem ist es im Hinblick auf das Walzen derartiger Stähle zweckmäßig,
die Riegel geringfügig steiler als 45' zu stellen, wodurch außerdem erreicht wird,
daß beim späteren Biegen des Stabes die Kerbspannungen in der Rippenkehle vermindert
werden.
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In der Zeichnung ist ein Stab, der dem erfindungsgemäßen Verfahren
unterworfen wird, veranschaulicht. Hierbei zeigt Fig. 1 den Stab in schematisierter
Ansicht vor dem Verwinden und Fig. 2 den Stab nach dem Verwindevorgang.
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Der Kern des Stabes ist mit 1 bezeichnet. Die Längsrippen 2
- beim gezeigten Ausführungsbeispiel des Stabes sind deren zwei vorgesehen
- verlaufen im unverwundenen Zustand des Stabes (Fig. 1) parallel
zur Stablängsachse. Zwischen je zwei Längsrippen ist ein Schar von Schrägriegeln
3 vorgesehen, die, unter dem Winkel a zur Stablängsachse geneigt sind.
Dieser Winkel beträgt bei unverwundenem Stab vorzugsweise 45'. Die einzelnen Riegel
3 endigen vor den Längsrippen und gehen in die Staboberfläche über. Die Riegel
aller Scharen haben eine in gleicher Richtung verlaufende Neigung, d. h.
daß die Riegel im gleichen Sinne ansteigen; beim gezeigten Ausführungsbeispiel verlaufen
die Riegel nach Schraubenlinien eines Linksgewindes.
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Die Verwindung des Stabes hat in dem zur Richtung der Riegel entgegengesetzten
Sinn zu erfolgen, d. h., daß der dargestellte Stab so verwunden wird, daß
die ursprünglich achsparallelen Längsrippen nach der Verwindung im Sinne eines Rechtsgewindes
verlaufen (Fig. 2). Die Steigung des Linksgewindes, nach dem die Schrägriegel ursprünglich
verliefen, wird dadurch erhöht; mit anderen Worten, der Winkel a, den die Schrägriegel
mit der Stabachse ursprünglich einschließen, wird verringert. In Fig. 2 ist dieser
Winkel mit a' bezeichnet und beträgt etwa 37'.
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Beim Verwinden des Stabes werden die Riegel 3
in ihrer Längsrichtung
einem Druck ausgesetzt, d. h. gestaucht, während sie in ihrer Querrichtung
unter den Einfluß von Zugkräften kommen, die ein Recken der Riegel in dieser Richtung
- also eine Verbreiterung der Riegel - verursachen.
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Die obenerwähnte Gefahr von Sprödbrüchen in den Riegelkehlen ist hierdurch
beseitigt; andererseits ist aber die Stauchung im Bereich des Riegelscheitels nicht
so groß, daß sie in dieser Beziehung gefährlich werden könnte.
Die
Verbundwirkung eines derart verwundenen Stabes wird, wie es Fig. 2 zeigt, dadurch
verbessert, daß nach dem Verwindevorgang alle Schrägriege13 110u11 einen deutlich
ausgeprägten, spitzen Winkel mit der Stablängsachse bilden.