EP0954657B1

EP0954657B1 - Concrete pillar

Info

Publication number: EP0954657B1
Application number: EP98905315A
Authority: EP
Inventors: Alexander Bleibler; Werner Steiner
Original assignee: Sika Schweiz AG
Current assignee: Sika Schweiz AG
Priority date: 1997-01-23
Filing date: 1998-01-20
Publication date: 2003-04-09
Anticipated expiration: 2018-01-20
Also published as: EP0954657A1; KR20000070408A; DE19702247A1; JP2000513060A; CA2278462A1; DE59807863D1; AU738483B2; WO1998032932A1; ATE237048T1; ES2193516T3; KR100348767B1; AU6095298A

Abstract

The invention relates to a concrete pillar, in particular a circular pillar made of reinforced concrete with a pillar base (12), a pillar top (16) and, optionally, a steel reinforcement fitted inside the pillar. In order to enhance flectional and buckling resistance, a flat strip (18) in the form of a helix is provided between the pillar base (12) and pillar top (16), extending over the pillar surface, and having a composite structure consisting of a plurality of substantially parallel-aligned carbon fibres, and a binder matrix which shear-resistantly binds the carbon fibres to each other. The flat strip (18) is attached to the pillar surface by one of its broad sides by means of an adhesive. The lead (h) of the flat strip helix is thus greater than the width (b) of the flat strip (18).

Description

Die Erfindung betrifft eine Betonstütze mit einem Stützenfuß, einem Stützenkopf sowie gegebenenfalls einer im Stützeninneren eingebetteten Stahlbewehrung mit einem sich in Form einer Wendel über die Stützenoberfläche erstreckenden Flachband, wobei das Flachband eine Verbundstruktur aus einer Vielzahl von im wesentlichen parallel zueinander ausgerichteten Tragfasern aufweist und mit seiner einen Breitseite mittels eines Klebers an der Stützenoberfläche befestigt ist.The invention relates to a concrete column with a column foot, a column head and, if necessary, a steel reinforcement embedded in the interior of the column with one in the form of a spiral over the column surface extending ribbon, the ribbon being a composite structure a plurality of carrier fibers aligned essentially parallel to one another has and with its one broadside by means of an adhesive on the Support surface is attached.

Stützen sind lotrecht stehende Bauteile, deren Höhe oder Länge im Verhältnis zu ihren Querschnittsabmessungen groß ist. Die Stützen dienen anderen Bauteilen, wie Balken oder Unterzügen als Auflager und leiten deren Lasten in das Fundament. Dabei ergibt sich vorwiegend eine Druckbeanspruchung in Stützenlängsrichtung. Stützen können ferner durch Horizontallasten, wie Windlasten, Anprallasten oder seismische Bewegungen auf Biegung beansprucht werden. Bei schlanken Stützen besteht zusätzlich die Gefahr des Ausknickens. Je nach Art der Herstellung sind unabhängig von der Belastung und der Knickgefahr Mindestdicken für Stützen vorgeschrieben. Für die Bewehrung von Stützen gelten die in DIN 1045 festgelegten Richtlinien. Bei der Gefahr hoher AnprallLasten und seismischer Bewegungen reichen diese Richtlinien für eine knicksichere Auslegung von Stahlbetonstützen jedoch häufig nicht aus.Columns are vertical components, their height or length in relation to their cross-sectional dimensions is large. The supports serve others Components such as beams or beams as supports and guide their loads in the foundation. This mainly results in a pressure load in the longitudinal direction of the column. Columns can also be supported by horizontal loads such as Wind loads, impact loads or seismic movements are subjected to bending become. With slender supports there is also the risk of Buckling. Depending on the type of manufacture are independent of the load and the risk of buckling stipulates minimum thicknesses for supports. For the reinforcement of columns are subject to the guidelines laid down in DIN 1045. If there is a risk of high impact loads and seismic movements are sufficient however, these guidelines for a kink-proof design of reinforced concrete columns often not out.

Eine Betonstütze der eingangs genannten Art (US 5,043,033) ist zu ihrer Verstärkung mit einem Flachband aus Tragfasern umwickelt. Das Flachband erstreckt sich in Form einer Wendel so über die Stützenoberfläche, daß diese von einer durchgehenden Schicht bedeckt ist. Durch diese Anordnung des Flachbands ist die Stütze zwar verstärkt. Unter das Flachband eindringendes Wasser kann jedoch schlecht wieder entweichen, so daß die Stütze durch Ansammlung von Wasser unter dem Flachband geschädigt werden kann.A concrete column of the type mentioned (US 5,043,033) is yours Reinforcement wrapped with a flat ribbon made of supporting fibers. The flat ribbon extends in the form of a helix over the support surface so that it is covered by a continuous layer. By this arrangement the support of the flat belt is reinforced. Penetrating under the ribbon However, water can hardly escape again, so that the support be damaged by the accumulation of water under the flat belt can.

Eine weitere bekannte Betonstütze (US 5,218,810) weist zu ihrer Verstärkung mit Harz imprägnierte Gewebeschichten auf, die die Stütze reifenartig umfassen. Auch die Oberfläche dieser bekannten Betonstütze wird lückenlos durch die Gewebeschichten bedeckt, so daß zwischen die Stütze und die Gewebeschichten eingedrungenes Wasser schlecht wieder an die Umgebung abgegeben wird. Daraus resultiert wiederum eine erhöhte Anfälligkeit gegen Schädigung durch zwischen der Stütze und den Gewebeschichten angesammeltes Wasser.Another known concrete support (US 5,218,810) points to its reinforcement layers of fabric impregnated with resin, which make the support tire-like include. The surface of this well-known concrete column is also seamless covered by the fabric layers, so that between the support and the Layers of tissue penetrated water poorly back to the environment is delivered. This in turn results in increased vulnerability against damage from between the support and the tissue layers accumulated water.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Betonstütze mit hoher Ausknicksicherung zu entwickeln, die auch hohen Horizontalkräften und seismischen Bewegungen standzuhalten vermag, und die beständiger gegen Wasser ist.Proceeding from this, the object of the invention is a concrete prop to develop with high buckling protection, which also high horizontal forces and can withstand seismic movements, and more consistently against water.

Ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1, der sich auf die US-A-5 043 033 stützt, wird gemäß einer ersten Lösungsalternative vorgeschlagen, daß das Flachband sich zwischen dem Stützenfuß und dem Stützenkopf erstreckt, daß die Tragfasern durch eine Bindemittelmatrix schubfest miteinander verbunden sind, und daß die Ganghöhe der Wendel größer als die Bandbreite des Flachbandes ist, wobei zwischen den Windungen der Flachband-Wendel Lücken für das Abdampfen von angesammeltem Wasser frei bleiben. Die Ganghöhe ist so bemessen, daß sich zwischen Flachband und Stützenoberfläche kein geschlossener Zwischenraum bilden kann, aus dem eventuell eindringendes Wasser nicht mehr entweichen könnte. Die Ganghöhe der Wendel entspricht dementsprechend etwa dem 1,1- bis 5-fachen, vorzugsweise dem 1,5- bis 2,5-fachen der Flachbandbreite. An seinen Enden ist das Flachband zweckmäßig an der Stützenoberfläche mittels je mindestens eines Befestigungselements gesichert, so daß es sich nicht von den Enden aus ablösen kann. Based on the preamble of claim 1, which is based on US-A-5 043 033, it is proposed according to a first alternative solution that that the flat band is between the column foot and the column head extends that the supporting fibers are resistant to shear through a binder matrix are interconnected, and that the pitch of the helix is greater than the bandwidth of the flat belt is, with gaps between the windings of the flat belt spiral remaining for the evaporation of accumulated water. The pitch is such that there is no closed space between the flat strip and the column surface can form, from which possibly penetrating water could escape more. The pitch of the helix corresponds accordingly about 1.1 to 5 times, preferably 1.5 to 2.5 times the flat band width. At its ends, the ribbon is appropriate the support surface by means of at least one fastening element secured so that it cannot come off from the ends.

Ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 4, der sich im wesentlichen auf die US-A-5 218 810 stützt, wird gemäß einer zweiten Lösungsalternative vorgeschlagen, daß die Flachbänder im Abstand voneinander mittels eines Klebers an der Stützenoberfläche befestigt sind und der Abstand zwischen den Flachbändern dem 0,1-bis 4-fachen der Flachbandbreite entspricht, wobei zwischen den Flachbändern Lücken für das Abdampfen von angesammelten Wasser frei bleiben. Die Flachbänder sind dabei mit einander überlappenden Enden an der Stütze befestigt. Der Abstand zwischen den Flachbändem ist so bemessen, daß sich zwischen Flachbändern und Stützenoberfläche kein geschlossener Zwischenraum bilden kann, aus dem eventuell eindringendes Wasser nicht mehr entweichen könnte. Der Abstand zwischen den Flachbändern entspricht dementsprechend dem 0,1- bis 4-fachen, vorzugsweise dem 0,5- bis 1,5-fachen der Flachbandbreite.Starting from the preamble of claim 4, which is essentially based on US-A-5 218 810, it is proposed according to a second alternative solution that the flat strips are fixed at a distance from one another by means of an adhesive on the support surface and the distance between the flat strips 0.1 to 4 times the flat strip width, leaving gaps between the flat strips for the evaporation of accumulated water. The flat belts are overlapping ends on the support attached. The distance between the flat tapes is such that that there is no closed between the flat strips and the surface of the column Can form a space from which any water can not penetrate could escape more. The distance between the flat strips corresponds accordingly 0.1 to 4 times, preferably 0.5 to 1.5 times the flat band width.

Bei im Querschnitt rechteckigen oder quadratischen Betonstötzen weisen die Flachbänder zweckmäßig in ihren über die Stützenkanten geführten Zwischenbereichen eine aufgeprägte Biegung auf. Diese Biegung kann dadurch erzeugt werden, daß die Flachbänder in den betreffenden Bereichen von ihrer Bindemittelmatrix unter Freilegung der Tragfasern befreit und mit einem die Bindemittelmatrix ersetzenden pastösen, aushärtbaren Kunstharz beaufschlagbar sind.For rectangular or square cross-sections Concrete stumps expediently have the flat strips in their over the Intermediate areas of the column edges are embossed Bend on. This bend can be created in that the flat strips in the areas concerned from their binder matrix freed with exposure of the supporting fibers and with a pasty, curable that replaces the binder matrix Resin can be applied.

Eine weitere Erhöhung der Knicksicherung kann gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung dadurch erzielt werden, daß zusätzliche, die wendelförmig oder ringförmig angeordneten Flachbänder im Abstand voneinander überkreuzende, mittels eines Klebers an der Stützenoberfläche und/oder an den vorhandenen Flachbändern befestigte Flachbänder vorgesehen sind.A further increase in the kink protection can be according to one preferred embodiment of the invention can be achieved that additional, the helical or annular arranged Flat ribbons crossing at a distance from each other, by means of an adhesive on the support surface and / or on attached flat tapes provided the existing flat tapes are.

Die Tragfasern des Flachbandes bestehen vorteilhafterweise aus Kohlenstoffasern, die sich durch einen hohen Elastizitätsmodul auszeichnen. Grundsätzlich können auch Flachbänder mit Aramid-, Glas- oder Polypropylenfasern oder mit einem Gemisch aus den genannten Fasern verwendet werden.The supporting fibers of the ribbon are advantageously made Made of carbon fibers, which are characterized by a high modulus of elasticity distinguished. Basically, flat belts can also be used with aramid, glass or polypropylene fibers or with one Mixture of the fibers mentioned can be used.

Als Bindemittel wird zweckmäßig ein Reaktionsharz, wie Epoxidharz, Polyurethancharz, Acrylharz oder Polyesterharz verwendet. Um eine stabile Anbindung des Flachbands an die Stützenoberfläche zu gewährleisten, besteht auch der Kleber zweckmäßig aus einem Reaktionsharz der genannten Art.A reaction resin, such as epoxy resin, is expediently used as the binder. Polyurethane resin, acrylic resin or polyester resin used. For a stable connection of the flat strip to the column surface to ensure there is also the adhesive expediently from a reaction resin of the type mentioned.

Die mit dem Flachband umwickelte Stahlbetonstütze kann zusätzlich verputzt oder mit einem Schutzanstrich versehen werden, so daß die Bewehrungsmaßnahme von außen nicht mehr sichtbar ist.The reinforced concrete column wrapped with the flat tape can also plastered or provided with a protective coating be so that the reinforcement measure from the outside no longer is visible.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1: eine als Bauwerkstütze ausgebildete Rundstütze mit wendelförmiger Flachbandumwicklung;
Fig. 2a und b: einen Flachbandabschnitt in Draufsicht und in Seitenansicht;
Fig. 3: eine Bauwerkstütze mit reifenartiger Flachbandumwicklung;
Fig. 4a und b: einen Schnitt durch die als Vierkantstütze und als Rundstütze ausgebildete Bauwerkstütze nach Fig. 3;
Fig. 5a und b: eine Draufsicht und eine Seitenansicht einer Verstärkungslamelle mit bindemittelfreiem, biegsamem Zwischenbereich;
Fig. 6: eine Betonstütze mit kreuz- und querverlaufender Flachbandumwicklung.

The invention is explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment shown in the drawing in a schematic manner. Show it

Fig. 1: a round column designed as a building column with a spiral flat ribbon wrap;
2a and b: a flat ribbon section in plan view and in side view;
Fig. 3: a building support with a tire-like flat ribbon wrapping;
4a and b: a section through the constructed as a square column and a round column as shown in Fig. 3;
5a and b: a plan view and a side view of a reinforcing lamella with binder-free, flexible intermediate area;
Fig. 6: a concrete column with cross and transverse flat ribbon wrapping.

Die in Fig. 1, 3 und 5 dargestellten Betonstützen 10 weisen einen in ein Fundament 11 eingebetteten Stützenfuß 12 und einen als Auflager für ein Bauteil 14 ausgebildeten Stützenkopf 16 auf. Die Betonstütze 10 kann eine interne Stahlbewehrung 17 enthalten (Fig. 4a und b). Zur weiteren Verstärkung gegen ein Ausbiegen oder Ausknicken ist die Stütze mit einem Flachband 18 (Fig. 1) oder mit Flachbändern 18',18'' umwickelt.The concrete supports 10 shown in FIGS. 1, 3 and 5 have a column foot 12 and embedded in a foundation 11 a support head designed as a support for a component 14 16 on. The concrete column 10 can be an internal steel reinforcement 17 included (Fig. 4a and b). For further reinforcement to prevent bending or buckling a flat belt 18 (FIG. 1) or with flat belts 18 ', 18' ' wrapped.

Im Falle der Fig. 1 erstreckt sich das Flachband 18 vom Stützenfuß 12 bis zum Stützenkopf 16 wendelförmig über die Stützenoberfläche und ist an dieser mit einem Epoxidharzkleber 19 flächig befestigt. Die freien Bandenden sind durch laschenförmige Befestigungselemente 20 an der Stütze festgelegt. Die Ganghöhe h der Flachbandwendel ist dabei größer als die Bandbreite b. Sie entspricht bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel etwa dem 1,5-fachen der Flachbandbreite b. Die Lücken 22 zwischen den Flachbandwindungen sorgen dafür, daß sich zwischen dem Flachband und der Stützenoberfläche kein zusammenhängender geschlossener Hohlraum ausbilden kann, in dem sich Wasser ansammeln könnte.In the case of Fig. 1, the ribbon 18 extends from Column foot 12 up to the column head 16 helically over the Support surface and is on this with an epoxy resin adhesive 19 attached flat. The free ends of the band are through tab-shaped fasteners 20 set on the support. The pitch h of the ribbon coil is larger than the bandwidth b. It corresponds to the embodiment shown about 1.5 times the flat band width b. The gaps 22 between the flat ribbon turns ensure that between the ribbon and the column surface do not form a continuous closed cavity where water could accumulate.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind eine Mehrzahl von die Stütze ringförmig umfassenden, mittels eines Klebers an der Stützenoberfläche befestigten Flachbändern 18' vorgesehen, die in einem Abstand a voneinander angeordnet sind, der bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel etwa dem 0,5-fachen der Flachbandbreite b entspricht. Die Lücken 22 zwischen den Flachbandringen 18' sorgen dafür, daß sich zwischen dem Flachband und der Stützenoberfläche kein zusammenhängender geschlossener Hohlraum ausbilden kann, in dem sich Wasser ansammeln könnte. Die ringförmigen Flachbänder umgreifen die Stütze mit einander überlappenden Enden 24 (Fig. 3).In the embodiment shown in Fig. 3 are one Plurality of the support encircling the support by means of a Adhesive flat tapes attached to the column surface 18 'provided, which are arranged at a distance a from each other are that in the embodiment shown corresponds to 0.5 times the flat band width b. The Gaps 22 between the flat band rings 18 'ensure that between the flat belt and the column surface can form a continuous closed cavity, in that could accumulate water. The ring-shaped flat bands embrace the support with overlapping ends 24 (Fig. 3).

Bei dem in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel sind zusätzlich zu den ringförmigen Flachbändern 18' diese unter einem Winkel von 90° kreuzende Flachbänder 18'' vorgesehen, die im Abstand voneinander angeordnet sind, so daß auch in diesem Fall Lücken 22 für das Abdampfen von Wasser frei bleiben.In the embodiment shown in Fig. 6 are additional to the annular flat strips 18 'under one 18 ° intersecting flat tapes provided in the Are spaced from each other, so that in this Fall gaps 22 remain free for water evaporation.

Die Flachbänder bestehen aus einer Verbundstruktur aus einer Vielzahl von parallel zueinander ausgerichteten, vorzugsweise aus Kohlenstoff bestehenden Tragfasern 26 und einer die Tragfasern schubfest miteinander verbindenden Bindemittelmatrix 28 vorzugsweise aus Epoxidharz. Wie aus Fig. 4a und b zu ersehen ist, können die Stützen 10 entweder einen rechteckigen oder runden Querschnitt aufweisen. Im Falle des rechteckigen Querschnitts nach Fig. 4a werden die Flachbänder in ihrem die Kanten 30 übergreifenden Bereich zweckmäßig mit einer aufgeprägten Biegung 32 versehen, die dadurch erzeugt werden kann, daß das Flachband 18' in dem betreffenden Bereich von seiner Bindemittelmatrix 28 unter Freilegung der biegeschlaffen Tragfasern 26 befreit wird und daß nach dem Umwickeln der Stütze der betreffende Bereich mit einem die Bindemittelmatrix ersetzenden pastösen, aushärtbaren Kunstharz beaufschlagt wird (Fig. 5a und b).The flat ribbons consist of a composite structure of one Plurality of parallel aligned, preferably carbon fibers 26 and one which Carrier fibers shear-resistant binding matrix 28 preferably made of epoxy resin. As from Fig. 4a and b can be seen, the supports 10 can either be a rectangular or have a round cross-section. In the case of 4a are the flat strips expedient in their area overlapping the edges 30 provided with an embossed bend 32 which thereby creates can be that the ribbon 18 'in the relevant Area of its binder matrix 28 exposing the limp support fibers 26 is freed and that after Wrap the area in question with the support Pasty, hardenable synthetic resin replacing binder matrix is applied (Fig. 5a and b).

Zusammenfassend ist folgendes festzustellen: Die Erfindung bezieht sich auf eine Betonstütze, insbesondere eine Rundstütze aus Stahlbeton mit einem Stützenfuß 12, einem Stützenkopf 16 sowie gegebenenfalls einer im Stützeninneren angeordneten Stahlbewehrung. Zur Erhöhung der Biege- und Knickfestigkeit ist gemäß der ersten Alternative ein sich zwischen Stützenfuß 12 und Stützenkopf 16 in Form einer Wendel über die Stützenoberfläche erstreckendes Flachband 18 vorgesehen, das eine Verbundstruktur aus einer Vielzahl von im wesentlichen parallel zueinander ausgerichteten Kohlenstoffasern und einer die Kohlenstoffasern schubfest miteinander verbindenden Bindemittelmatrix aufweist. Das Flachband 18 ist an seiner einen Breitseite mittels eines Klebers an der Stützenoberfläche befestigt. Die Ganghöhe h der Flachbandwendel ist dabei größer als die Bandbreite b des Flachbandes 18 gewählt.In summary, the following can be stated: The invention refers to a concrete column, especially a round column made of reinforced concrete with a column base 12, a column head 16 and optionally one arranged in the interior of the support Steel reinforcement. To increase the bending and According to the first alternative, kink resistance is between the column foot 12 and Column head 16 in the form of a helix over the column surface extending flat band 18 is provided, which is a composite structure from a variety of substantially parallel to each other aligned carbon fibers and one the carbon fibers shear-resistant binding matrix having. The flat band 18 is at one Broadside using an adhesive on the column surface attached. The pitch h of the ribbon coil is larger chosen as the bandwidth b of the flat band 18.

Claims

Concrete pillar with a pillar base (12), a pillar top (16) and, optionally, a steel reinforcement (17) fitted inside the pillar, with a flat strip (18) in the form of a helix extending over the pillar surface, wherein the flat strip is a composite structure comprising a plurality of substantially parallel-aligned reinforcing fibers and which is attached to the pillar surface by one of its broad sides by means of an adhesive, characterized in that the flat strip (18) extends between the pillar base (12) and pillar top (16), that the reinforcing fibers are shear-resistantly bonded to each other via a binder matrix, and that the pitch (h) of the flat strip helix is greater than the width (b) of the flat strip, wherein spaces (22) remain between the windings of the flat strip helix to facilitate evaporation of collected water.
Concrete pillar according to claim 1, characterized in that the flat strip (18) is, on its ends, fastened to the outer surface of the pillar by one fastener element (20) each.
Concrete pillar according to claim 1 or 2, characterized in that the pitch (h) of the helix corresponds to 1.1 to 5 times, preferably 1.5 to 2.5 times the width (b) of the flat strip.
Concrete pillar with a pillar base (12), a pillar top (16) and, optionally, a steel reinforcement (17) fitted inside the pillar, wherein between the pillar base (12) and the pillar top (16) several flat strips (18') are provided secured to the pillar and surrounding the pillar in a ring-like manner, wherein the flat strips (18') are comprised of a plurality of parallel oriented reinforcing fibers (26) and a binder matrix (28) which binds the reinforcing fibers to each other in a shear-resistant manner, characterized in that the flat strips are spaced apart from each other and attached to the pillar surface by means of an adhesive, and that the separation (a) between the flat strips (18') corresponds to 0.1-4 times the flat strip width (b), wherein spaces (22) remain between the flat strips to facilitate evaporation of collected water.
Concrete pillar according to claim 4, characterized in that the flat strips (18') are secured to the pillar (10) with ends (24) overlapping each other.
Concrete pillar according to claim 4 or 5, characterized in that the separation (a) between the flat strips (18') corresponds to 0.5 to 1.5 times the width (b) of the flat strip.
Concrete pillar according to one of claims 1 through 6, characterized in that supplemental flat strips (18") are provided which cross over the helical shaped or ring shaped flat strips (18, 18') in spaced apart separation from each other and are adhered to the pillar and/or to the outer surface of the flat strips (18, 18') by means of an adhesive (19), wherein spaces (22) remain between the crossing flat strips (18") to facilitate evaporation of collected water.
Concrete pillar according to one of claims 1 through 7, characterized in that the flat strips (18, 18', 18") exhibit an impressed bend (32) in the areas spanning over pillar edges (30).
Concrete pillar according to claim 8, characterized in that the flat strips (18') in the area of the impressed bend (32) can be freed of its binder matrix (28) with exposure of the reinforcing fibers (26) and can be subjected to a pasty, hardening plastic resin as binder replacement.
Concrete pillar according to one of claims 1 through 9, characterized in that the reinforcing fibers are formed as carbon fibers.
Concrete pillar according of one of claims 1 through 10, characterized in that the binder matrix consists of a reaction resin, in particular, epoxy resin.
Concrete pillar according to one of claims 1 through 11, characterized in that the adhesive consists of a reaction resin, in particular, of an epoxy resin.
Concrete pillar according to one of claims 1 through 12, characterized that the pillar surface wrapped by the flat strip (18) is finished or provided with a protective coating.