DE20300267U1 - Einrichtung zur Spannungs- und Rissüberwachung an Bauteilen aus Stahl- oder Spannbeton - Google Patents

Description

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: PATENTANWÄLTE

MOLL

PATENTANWÄLTE MOLL + BITTERICH ■ Westring 17 ■ 76829 Landau ■ GERMANY

BITTERICH

Dipl.-Ing. F.W. MÖLL

Patentanwalt

European Patent Attorney

European Trademark Attorney

Dipl.-Ing. H. CH. BHTERICH

Patentanwalt

European Patent Attorney

European Trademark Attorney

Dipl.-Ing. A. KURZ

Patentanwalt

European Trademark Attorney

in Kooperation mit Rechtsanwältin M. ZILIOX

08.01.2003 E/Mr.

DW Betonrohre GmbH, 41542 Dormagen

Einrichtung zur Spannungs- und Rissüberwachung an Bauteilen aus Stahl- oder

Spannbeton

KORRESPONDENZ Postfach 20 80 ■ 76810 Landau · GERMANY

XANZLEI Wasirin9J?.76829 Landau.· GERMANY

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Steuer-Nr. 24 221 01066 · Ust.-Id. DE 148 899 146

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Deutsche Bank Landau

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Postbank Ludwigshafen

275 62-676 (BLZ 545 100 67)

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Spannungs- und Rissüberwachung an Bauteilen aus Stahl- oder Spannbeton gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In Stahlbetontragwerken ist die Bildung von Zugrissen infolge direkter Beanspruchungen aus äußeren Einwirkungen oder indirekter Beanspruchung aus innerem Zwang aufgrund der geringen Zugfestigkeit des Betons nahezu unvermeidbar. Die Risse können dabei sowohl durch Biegezug oder zentrische Zugspannungen als auch durch geneigte Hauptzugspannungen, z. B. infolge einer Beanspruchung durch Querkraft und Torsion, entstehen. In vielen Fällen wird die Zugfestigkeit des Betons auch bereits während des Erhärtungsprozesses aufgrund von Eigenspannungen oder Verformungsbehinderungen überschritten.

Das Ziel beim Entwurf von Stahlbetonbauteilen ist deshalb in der Regel nicht die Vermeidung von Rissen, sondern die Begrenzung der entstehenden Rißbreiten auf ein Maß, das die ordnungsgemäße Funktion und Dauerhaftigkeit des Bauteils gewährleistet. Dabei sind die Regelwerte für die Rißbreiten von den Anforderungen an das Bauwerk abhängig.

Auch wenn bei der Bemessung hinsichtlich Gebrauchstauglichkeit für die Beschränkung der Rißbreiten Sorge getragen wird, kann es speziell beim Einbau von Betonfertigteilen zu außerplanmäßigen Belastungen und damit zu unvorhergesehener Rißbildung kommen. Auch Fehler, die bei der Herstellung von Betonbauteilen unterlaufen, wie z.B. Mängel in der Betonrezeptur, ungenügende Nachbehandlung oder Verformungsbehinderungen können zu rißauslösenden Zugspannungen führen, die bei der rechnerischen Bemessung nicht im voraus erfaßt werden können.

Vor allem besteht die Gefahr, dass Risse in denjenigen Bereichen der Bauteile auftreten, die nach dem Einbau nicht mehr einzusehen sind. Insbesondere bei Vortriebsrohren aus Stahlbeton können derartige Schäden an den Stirnseiten der

Rohre auftreten. Vortriebsrohre finden ihren Einsatz beim Einbau in geschlossener Bauweise, sie dienen der Leitung von Wasser und Abwasser, bzw. als Mantelrohr , in welchem anschließend die eigentlichen Leitungen, Kabelkanäle etc. verlegt werden. Vor allem im Abwasserbereich werden an Kanäle aus Vortriebsrohren hohe Anforderungen bezüglich der Dichtigkeit gestellt.

Daher ist bei deren Herstellung dafür Sorge zu tragen, dass die Rißbreite der üblicherweise auftretenden Mikrorisse die vorgeschriebenen Höchstwerte nicht überschreitet.

Um Risse an Betonbauteilen zu registrieren sind mehrere Verfahren bekannt.

Üblicherweise werden Dehnungsmessstreifen oder Glasfaserkabel bzw. Metallkabel, -drähte oder -litzen am Bauwerk angebracht oder in das Bauteil einbetoniert. Bei Rißbildung werden durch die zusätzliche Dehnung die Parameter des jeweiligen Kontrollsystems verändert. Dehnungsmessstreifen können jedoch nur an einzelnen Messpunkten angebracht werden, so dass jeweils nur ein kleiner Bereich des Bauteils überprüft werden kann.

Nachteilig ist auch, dass ein Austausch der vorgenannten Kontrollsysteme nicht mehr möglich ist, wenn diese bereits bei der Herstellung des Bauteils eingebaut wurden. Auch das nachträgliche Anbringen dieser Kontrollsysteme am Bauteil bringt Schwierigkeiten mit sich; zum einen muß der notwendige Raum für die Dehnungsmessstreifen oder Kabel vorhanden sein, zum anderen muß ein geeigneter Kleber zu deren Befestigung am Beton gewählt werden und auf die Umweltbedingungen abgestimmt sein.

Aus der DE 42 09 661 A1 ist ein Verfahren zur Erkennung von Rissen bekannt, bei welchem die elektrischen Widerstände zwischen den Enden eines oder mehrerer elektrisch leitender Filme gemessen werden. Das Verfahren ist zur Überwachung von auf Biegung beanspruchten Trägern gedacht. Der Leitfilm oder Leitlack wird in Längsrichtung des Trägers auf dessen Außenfläche aufgebracht

und soll zur Ermittlung von Rissen dienen, die senkrecht zur Spannrichtung verlaufen. Mit zunehmender Länge des Trägers wird jedoch die Lokalisierung der Risse immer schwieriger, da aufgrund der Widerstandserhöhung nur auf die Rissbreite geschlossen werden kann.

Weiterhin ist aus der DE 195 42 006 A1 eine elektrische Überwachungseinrichtung bekannt, bei welcher statt Drähten und Kabel zur Überwachung eine halbleitende Schicht verwendet wird. Diese wird in Abhängigkeit vom gewählten leitfähigen Material auf den Prüfgegenstand als Dispersion aufgebracht, auflackiert, aufgesprüht, gewickelt oder aufgelegt. Damit soll eine großflächige Überwachung der unterschiedlichsten Gegenstände, wie Kabel, Leitungen, Seile, Profile und Oberflächen ermöglicht werden. Wie bei dem zuvor geschilderten Verfahren ist auch dieses darauf angelegt, vor allem Risse senkrecht zur Längsrichtung der Prüfgegenstände zu ermitteln. Allerdings ist es auch hier kaum möglich, eventuell auftretende Risse zu lokalisieren.

Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, Risse von Betonbauteilen in nicht einsehbaren und unzugänglichen Bereichen zu erkennen.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Einrichtung entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der Grundgedanke der erfindungsgemäßen Einrichtung liegt darin, bei Vortriebsrohren aus Beton eine Widerstandsschicht auf der Stirnfläche aufzubringen, die während des Vortriebs am höchsten belastet, jedoch nicht mehr einsehbar ist. Da die Stirnfläche, die zur Überwachung verwendet werden kann, äußerst begrenzt ist, weil der größte Teil von notwendigen Druckübertragungsmitteln überdeckt ist, ist die Verwendung einer Widerstandsschicht aus Leitlack oder Leitfilm, die mit einem Pinsel aufgetragen oder aufgesprüht werden kann, optimal. Dabei wird der Leitlack zumindest an

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einer Stelle bis zum Innenraum des Rohres geführt, so dass er dort direkt über Leiter mit einem Widerstandsmessgerät verbunden werden kann.

Die Messwerte werden dann mit einem zuvor ermittelten Eingangswert verglichen. Je nach dem, an welcher Stelle sich das Rohr im Kanal befindet, tritt die Belastung aus der Pressenkraft mehrmals hintereinander auf. Falls es beim Einpressen der Rohre zu exzentrischen Belastungen kommt, können erhöhte Spannungen auftreten, die zu Rissen führen. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Einrichtung können Risse, deren Position und ihre Größe beim Einpressvorgang erkannt und die Pressenparameter entsprechend geändert werden. Dadurch wird eine Dichtigkeitsprüfung, die erst nach dem vollständigen Einbau des Kanals möglich wäre und einen hohen personellen und finanziellen Aufwand verursachen würde, erspart.

Anhand der Zeichnungen soll die Erfindung näher beschrieben werden; es zeigt

Fig. 1 eine Stirnansicht eines Vortriebsrohres mit der erfindungsgemäßen Einrichtung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein Vortriebsrohr entlang der Linie H-Il und Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie Ill-Ill jeweils in Fig. 1.

Fig. 1 zeigt eine Ansicht eines Vortriebsrohres 1 aus Stahlbeton. An den Stirnflächen 2 sind ringsektorförmige Druckübertragungsmittel 3 aus Vollholz oder Spanplatten angebracht. Da beim Vortrieb hohe Pressenkräfte eingesetzt werden, sollten die Druckübertragungsmittel 3 die Stirnfläche 2 weitgehend ausfüllen, um die Spannungen möglichst gleichmäßig über die gesamte Fläche zu verteilen. Dennoch treten bei fehlender Bettung des Rohres oder bei geneigtem Vortrieb Spannungsspitzen auf, die Risse verursachen können. Gerade die Stirnflächen 2 der Vortriebsrohre 1 sind jedoch während und nach dem Einbau nicht mehr

einsehbar oder zugänglich. Daher wird zur Überwachung dieser Stellen an der verbleibenden Stirnfläche ein Leitlack 5 aufgebracht.

Das Druckübertragungsmittel 3 ist in drei Sektoren 3.1, 3.2 und 3.3 mit Öffnungswinkeln von je ca. 120° unterteilt. Zwischen den Sektoren befindet sich jeweils ein Zwischenraum 4. Der Leitlack 5 wird entweder aufgesprüht oder mit einem Pinsel aufgetragen und jeweils in den Zwischenräumen 4 bis zum Rohrinnern, zumindest bis zur Innenwandung 6 geführt. Dort können Anfang und Ende jedes Leitlacksegments über Leiter 7 mit einer Stromquelle 8 und einem Widerstandsmeßgerät 9 verbunden werden. Dadurch können die Widerstandswerte einzelner Sektoren unabhängig voneinander gemessen werden.

Die Konsistenz und der Widerstandswert des Leitlacks 5 sind so eingestellt, dass die zulässigen Rissbreiten im Zustand Il des Betons 0,15 mm - 0,20 mm überbrückt werden und sich der gemessene Widerstand nur gering erhöht. Bei breiteren Rissen steigt der Widerstandswert deutlich über den zu Beginn im ungerissenen Zustand gemessenen Vergleichswert an. Somit kann bereits während des Vortriebs festgestellt werden, ob die Kraftübertragung im gesamten Querschnitt gleichmäßig erfolgt. Im Falle von Spannungsschwankungen und somit Widerstandsänderungen oder -erhöhungen im Leitlack 5 kann sofort lokalisiert werden, in welchem Bereich die erhöhten Spannungen bzw. Risse auftreten. Größere Schäden oder das nachträgliche Abdichten der Risse können so weitgehend vermieden werden.

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch das Vortriebsrohr entlang der Linie II. An ihrem Ende besitzen die Vortriebsrohre 1 einen Stahlführungsring 10, welcher der Führung des darauffolgenden Rohres und unter Zuhilfenahme von Elastomerdichtungen 11 der Abdichtung dient.

Die Fig. 3 a) und b) zeigen jeweils einen Schnitt entlang der Linie IM-III in Fig. 1 in vergrößertem Maßstab. Die Schnitte unterscheiden sich lediglich in der Position

der Vortriebsrohre zueinander und der damit verbundenen Anpassung der Elastomerdichtung 11.

Vorteilhafterweise wird die Oberfläche der Stirnfläche 2 mit Zementleim abgeglichen; dadurch entsteht eine wesentlich glattere Oberfläche und der Leitlack 5 kann mit gleichmäßiger Schichtdicke aufgetragen werden. Um den Leitlack 5 vor eindringendem Erdreich oder Feuchtigkeit zu schützen kann dieser mit einem zusätzlichem Schutzfilm versehen werden.

Claims (7)

1. Einrichtung zur Spannungs- und Rissüberwachung an Bauteilen aus Stahl- oder Spannbeton, insbesondere Vortriebsrohren (1), im wesentlichen umfassend

- ein Widerstandsmessgerät (9) zur Messung der Änderung des ohmschen Widerstandes,

- eine Widerstandsschicht (5), wie Leitfolie, Leitfilm oder Leitlack, die am oder im Bauteil angebracht ist und mit dem Widerstandsmessgerät (9) über Leiter (7) verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsschicht (5) ringförmig an zumindest einer Stirnfläche (2) eines Vortriebsrohres (1) angeordnet und zur Verbindung mit einem Widerstandsmeßgerät (9) bis zum Innenraum (6) des Vortriebsrohres (1) geführt ist.

2. Einrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsschicht (5) an zumindest einer Stirnfläche (2) des Vortriebsrohres (1) in Sektoren unterteilt und jeweils an Anfang und Ende jedes Sektors mit einem Widerstandsmeßgerät (9) verbindbar ist.

3. Einrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Bauteils unterhalb der Widerstandsschicht (5) mit Zementleim abgeglichen ist.

4. Einrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Widerstandsschicht (5) und der Bauteiloberfläche eine isolierende Zwischenschicht vorgesehen ist.

5. Einrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsfläche (5) durch einen Schutzfilm gegen die äußere Umgebung abgeschlossen ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 zur Verwendung bei Vortriebsrohren (1), bei denen zumindest während des Vortriebs zwischen den Stirnflächen (2) aufeinanderfolgender Vortriebsrohre (1) Druckübertragungsmittel (3) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsschicht (5) erdseitig außerhalb der Druckübertragungsmittel (3) angeordnet ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, wobei die Druckübertragungsmittel (3) in Sektoren unterteilt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsschicht (5) in den Zwischenräumen (4) zwischen den einzelnen Sektoren der Druckübertragungsmittel (3) zum Innenraum (6) des Vortriebsrohres (1) geführt ist.