专利名称：用于预紧的和/或承受负荷的拉力件的锚固装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于至少一个预紧的或承受负荷的拉力件的锚固装置(Verankerung)，在该锚固装置中，拉力可通过一个或多个楔形件传递到锚体，并且楔形的层比具有该锚固装置的其它部件低的弹性模量，其中，与所述拉力件的纵向轴线垂直地测量，所述楔形的层的最大的厚度位于该锚固装置的靠近负荷的区域中。
背景技术：
多年以来，楔形锚固装置用于对由高强度钢制成的预应力钢进行预紧。这种楔形锚固装置基于简单的原理并且可用低的时间费用和材料费用来制造。在预应力混凝土结构中，这种楔形锚固装置是最常见的锚固方式。
在楔形锚固装置中，拉力件中的力通过剪应力导入到楔形件中并从楔形件进一步导入到锚体中。楔形件和锚体通过倾斜的平面接触，楔形件可在该平面上滑动。在使拉力件承受负荷时，通过楔形的形状产生与拉力件垂直的使楔形件压在拉力件上的压紧力。
国际上代替钢越来越多地将新型材料如纤维复合材料用于被预紧的或承受负荷的拉力件如薄片、线、杆或绳。与金属的拉力件相比，纤维复合材料具有非常高的耐腐蚀性和低的重量。纤维复合材料的主要缺点是横向压力敏感性高。
楔形件与拉力件之间可传递的最大剪应力的大小取决于压紧压力。压紧压力越高，可传递的最大剪应力越大。压紧压力引起拉力件中的横向压力。对于对横向压力敏感的材料，例如纤维复合材料，所出现的最大横向压力不允许超过确定的数值。
为了使楔形件与拉力件之间发生(aktivieren)剪应力，只需要最小程度的滑动。在通常的楔形锚固装置中，在靠近负荷的区域中出现楔形件与拉力件之间高的压紧压力，它在那里也可允许产生高的剪应力，该剪应力又快速衰减(abklingen)并且直到远离负荷的区域保持几乎恒定。剪应力沿楔形件与拉力件之间的总接触面的总和对应于拉力件中的拉力。最大的剪应力在最大压紧压力的位置上产生，在该位置上每单位表面也传递最大的拉力分量。缺点在于，从最大剪应力的位置直到远离负荷的区域几乎不可发生剪应力。传统的锚固装置的另一个缺点在于，最大的最大压紧压力和最大的最大剪应力必须较小，因为材料如纤维复合材料在低的压紧压力或横向压力下会失效。
WO 95/29308中描述了一种用于纤维复合材料的锥状的浇注锚固装置。锚固套筒具有锥状的空腔。沿着拉力件的方向用具有不同弹性模量的浇注物料按区段地填充该空腔。将具有最低弹性模量的浇注物料嵌入到靠近负荷的区域处的区段中。在接着的直到远离负荷的区域的区段中使用具有逐渐变高的弹性模量的浇注材料。由此实现从拉力件到浇注体的更均匀的力传递。但这些层的制造是昂贵的过程。
EP 0 197 912 A2公开了一种用于由高强度钢制成的预应力构件的锚固装置，在该锚固装置中，锚体由两个具有不同材料的层如塑料或软金属组成。由较软的材料制成的层设计成在整个楔形件长度上有恒定的厚度或者有在楔形件长度上变化的、但在靠近负荷的区域中具有最小厚度的层。在拉力件承受负荷时导致靠近负荷的区域中高的横向压力峰值。横向压力敏感的材料如纤维复合材料不能承受这种高的横向压力并由此提前失效。
此外，EP 0 197 912中示出了一个变型方案，根据该变型方案，在单件式的锚体中设置有两个在拉力件的纵向方向上彼此前后设置的楔形件，其中较靠近负荷的楔形件由比拉力件软的挤压件构成，其中，该楔形的挤压件在靠近负荷的区域中具有其最大的厚度。较远离负荷的楔形件设计成锚固楔形件并且在远离负荷的区域中具有其最大的厚度，使得由此在拉力件上出现应力峰值并且由此出现横向压力峰值。
发明内容
本发明的目的是提供一种锚固装置，在该锚固装置中，作用在待锚固的拉力件上的压紧压力和剪应力在拉力件的夹紧长度上均匀地分布或者从靠近负荷的区域到远离负荷的区域稍微上升并且具有比已知的结构形式低的压紧压力和剪应力最大值。此外与浇注锚固装置相比可明显地简化在工地上的制造和安装。
该目的根据本发明这样来实现楔形件和/或锚体至少由两个楔形的彼此贴靠的层形成，其中，所述层中至少一个由具有比构成楔形件的和/或锚体的其它的层的材料低的弹性模量的材料形成，并且所述层的最大厚度设置在该靠近负荷的区域中。
由此可以使楔形件与拉力件之间的压紧压力和剪应力从靠近负荷的区域到远离负荷的区域均匀地分布或者甚至可稍微上升。如果所述层的弹性模量的比例足够大，则两个层与拉力件的纵向轴线垂直的总刚度主要通过由具有低弹性模量的材料制成的层确定。具有低弹性模量的层越厚，与拉力件的纵向轴线垂直的刚度越低。因此，在靠近负荷的区域中—这里具有低弹性模量的层的厚度最大，与拉力件的纵向轴线垂直的刚度比在远离负荷的区域中低。这种非静定系统在靠近负荷的区域中较低的刚度导致较低的最大压紧压力并且由此导致从靠近负荷的区域到远离负荷的区域压紧压力均匀地分布或稍微上升。由此也可实现在整个长度上较好地使拉力件与楔形件之间的接触区域中发生剪应力。在此获得的低的最大压紧压力避免了拉力件由于横向压力而损坏。
在从属权利要求中说明根据本发明的锚固装置的有利构型的特征。
下面参照附图借助于多个实施例详细描述本发明。
附图中图1表示带有锚体、拉力件和两个分别具有三个层的楔形件的纵向剖视图，楔形件的三个层中，两个层具有低弹性模量，一个层具有高弹性模量，其中，具有低弹性模量和变化的厚度的层设置在楔形件与锚体之间的滑动平面附近；图2以曲线图形式表示对于传统的锚固装置和根据本发明的锚固装置沿楔形件与拉力件之间的接触面理想的剪应力分布；图3表示沿着图1的剖面线III—III的横向剖视图，其中，拉力件在此具有矩形横截面，并且使用两个分别由三个层组成的楔形件；图4表示带有锚体、拉力件和两个楔形件的纵向剖视图，其中，锚体由一个具有高弹性模量的层和一个具有低弹性模量及变化的厚度的层组成，具有低弹性模量的层设置在楔形件与锚固套筒之间的滑动平面附近；图5表示沿图4的剖面线V—V的横向剖视图，其中，拉力件在此具有圆形横截面，并且使用了两个不具有层的楔形件和一个具有两个层的锚体；图6表示锚固装置的纵向剖视图，七个线、杆或绳被锚固在该锚固装置中，并且每个楔形件由一个具有高弹性模量的层和一个具有低弹性模量及变化的厚度的、并设置在拉力件一侧上的层组成；图7表示沿图6的剖面线VII-VII的横向剖视图，其中，拉力件在此具有圆形横截面，并且对于每个拉力件使用三个由两个层组成的楔形件；图8表示具有不对称结构形式的锚固装置的纵向剖视图，该锚固装置由锚体、拉力件和一个楔形件组成，该楔形件由一个具有高弹性模量的层和两个具有低弹性模量的层制成，其中具有低弹性模量和变化的厚度的层设置在楔形件与锚固套筒的滑动平面附近，该拉力件被压靠在与拉力件的轴线平行的平面上，并且由此将来自拉力件的力导入到该楔形件中和该平行的平面中；图9表示一个锚固装置的纵向剖视图，该锚固装置设计成具有三层的楔形件，其中两个具有低弹性模量和变化的厚度的层在靠近负荷的区域中具有最大厚度并且仅一个具有低弹性模量的层延伸到远离负荷的区域；图10表示一个锚固装置的纵向剖视图，该锚固装置的楔形件设计成具有一个具有低弹性模量的层和一个具有高弹性模量的层，其中具有低弹性模量和变化的厚度的层比具有高弹性模量的层朝靠近负荷的区域延伸得远；图11表示一个锚固装置的纵向剖视图，该锚固装置的楔形件设计成具有一个具有低弹性模量的层和一个具有高弹性模量的层，其中具有低弹性模量的层按照一个较高阶的曲线朝远离负荷的区域逐渐收缩；图12以放大的比例表示该锚固装置的细节。
具体实施例方式
图1以纵向剖视图连同楔形件3示出了锚固装置7，该楔形件由两个具有低弹性模量的层32、33和一个具有较高弹性模量的层31构成。这些层31、32、33沿着拉力件1的纵向轴线4分布。装入具有较低弹性模量和恒定厚度的层33用来补偿可能的、可由于不平的面或其它缺陷产生的应力峰值。具有较低弹性模量的另外的层32设置在锚体2附近并在靠近负荷的区域5中具有最大的厚度，该厚度朝远离负荷的区域6逐渐减小。随着具有较低弹性模量的层32的厚度增大，楔形件3与拉力件1的纵向轴线4垂直的总刚度减小。压紧压力从靠近负荷的区域5到远离负荷的区域6稍微上升，并且可将楔形件3与拉力件1之间的总接触面用于传递剪应力。在传统的楔形锚固装置中，在靠近负荷的区域5中出现大的压紧压力并且由此也出现在短的范围内急剧上升的剪应力，参见图2中的线c。由于从靠近负荷的区域5到远离负荷的区域6均匀的或者也稍微上升的压紧压力，会形成剪应力较均匀的分布，如图2的线b所示。另外，最大压紧压力较小，这尤其是在使用纤维复合材料时具有重要意义。压紧压力与层31和32的刚度相对应地分布，并且可根据靠近负荷的区域5中的与远离负荷的区域6中的弹性模量和层厚度的比例变化。
图3中示出图1中的剖面III-III，并且该剖面示出了图1的用于锚固具有矩形横截面的、设计成薄片的拉力件1的剖视图。在该锚固装置7中使用了两个具有平面的楔形件3。
根据图4的锚固装置7基于与图1中的锚固装置7相同的原理，但区别在于，楔形件3具有较高的弹性模量，而锚体2由一个具有较低弹性模量的、设置在滑动面附近的层22和一个具有较高弹性模量的层21构成。
图4中的剖面V-V在图5中示出，并示出了图4的用于锚固线、绳或杆1的横截面。在该锚固装置中使用了两个彼此互补的具有成圆形的面的楔形件3。
图6以纵向剖视图示出七个拉力件1的锚固装置7。按线VII-VII的剖面在图7中示出并且示出了该锚固装置7的横截面。在此，每个楔形件3分成具有较低弹性模量的层32和具有较高弹性模量的层31。具有较低弹性模量的层32在楔形件3中设置在应力件1处，而具有较高弹性模量的层31设置在具有锚体2的滑动面附近。根据图7利用三个具有成圆形的面的楔形件3保持拉力件1。
在使用薄片作为拉力件1时，不必总是使用多个用于锚固的楔形件3，参见图8。也可仅使用一个由具有低和较高弹性模量的层31、32、33构成的楔形件3，所述层将薄片1压在一平的、与薄片1平行的层23上，该层是锚体2的一部分。楔形件3在此附加地设计成具有一个具有较低弹性模量和恒定厚度的层33，以便补偿可能的、可由于缺陷产生的应力峰值。锚体2在薄片1附近也具有一个具有较低弹性模量和恒定厚度的层23。在事后加强支承结构时，该锚固装置7呈现特别的优点，因为可以以距离结构部件表面很小的间距装入该锚固装置7，并且可以保持出现在该锚固装置7上的力矩很小。
楔形件3也可由具有较低和较高弹性模量32、34的多个层31、32、34组成，如图9中所示，其中，具有较低弹性模量的层32、34在此在靠近负荷的区域5中也具有较大的厚度，并且这些层不是全部都延伸到远离负荷的区域6中。
图10中示出了一个锚固装置7，在该锚固装置中，楔形件3由一个具有较低弹性模量的层32和一个具有较高弹性模量的层31组成。在此特别之处在于，具有较低弹性模量的层32在具有较高弹性模量的层31的靠近负荷的区域处具有最大的厚度，但又进一步延伸，以便可更好地导入力和出现的振动载荷。
在图11中，锚固装置7设计成具有这样的楔形件3，该楔形件由一个具有较低弹性模量的层32和一个具有较高弹性模量的层31组成，其中，为了更好地与压紧压力匹配，具有较低弹性模量的层32的厚度不是线性地变化，而是其厚度按照较高阶的曲线变化。
由具有较低弹性模量的材料构成的层32、33、34、22、23也可由几何形状上的匹配—如微孔、孔、空腔或其它凹口—来实现。
为了实现锚体2或楔形件3中的、具有较低弹性模量的层32、33、34、22、23和具有较高弹性模量的层21、31，可在制造时通过专门的处理例如加热过程或冷却过程来实现。由此还可以可制造具有变化的弹性模量的层，所述层沿着拉力件1的纵向轴线4具有相同的弹性模量并在靠近负荷的区域5中具有最大的厚度。
可彼此组合地使用具有由至少一个具有较低弹性模量的层32和具有较高弹性模量的层31组成的楔形件3的实施形式或由至少一个具有较低弹性模量的层22和具有较高弹性模量的层21组成的锚体2的实施形式。同样也可通过几何形状上的匹配—如微孔、孔、空腔或其它凹口—补充或替换具有较低弹性模量的层。
如图1中所示，现在示例性地说明拉力件1的锚固装置7的制造，该拉力件由CFK-薄片1构成，该CFK-薄片通常具有165000与300000N/mm2之间的弹性模量、1500与3500N/mm2之间的强度和0.5至2.0mm的厚度。具有较低弹性模量的层32、33由弹性模量为5800N/mm2的塑料制成，具有较高弹性模量的层31以及锚体2由弹性模量为210000N/mm2的钢制成。滑动平面与拉力件1的纵向轴线4夹15°的角，并且平行于拉力件1测量，楔形件长度为80mm。具有较低弹性模量的层32在靠近负荷的区域5中具有4mm的厚度，而在远离负荷的区域6中具有2mm的厚度。在此总是与拉力件1的纵向轴线4垂直地测量层32的厚度。在拉力件1中达到所述强度时，在拉力件1与楔形件3之间的接触面中则产生压紧压力，该压紧压力从靠近负荷的区域5到远离负荷的区域6无局部应力峰值地从约80N/mm2上升到100N/mm2。剪应力均匀地分布，不具有任何局部峰值，并且对于0.3的摩擦系数得到约45N/mm2的最大值。CFK-薄片1完全可承受较高的压紧压力和剪应力，因此只有在自由长度中拉力件才会出现失效。
钢可用于楔形件3的具有较高弹性模量的层31，而环氧树脂可用于具有较低弹性模量的层32、33。钢的弹性模量为210000N/mm2，环氧树脂的弹性模量为约5800N/mm2。可在模板(Schalung)中制造如图6中所示的楔形件3。为了在环氧树脂硬化后可容易地分离模板，适合的是由聚四氟乙烯制造模板。必须事先对由钢制成的层31进行铣削，并在浇注在模板中之前进行固定。为了在浇注时不产生气态夹杂(Lufteinschlüsse)，适宜的是，从下向上浇注环氧树脂。为此，可以利用过压通过过位于模板的低位点上开口压入环氧树脂。在硬化和脱模之后得到根据本发明的双层的楔形件3。
代替钢和环氧树脂也可使用其它材料。这里重要的仅在于，较高的弹性模量与较低的弹性模量之间的差足够大。较高的弹性模量必须至少是较低的弹性模量的两倍，有利的是，较高的弹性模量是较低的弹性模量的20与30倍之间。
对于环氧树脂，可通过添加填充物—如由Al2O3制成的、直径在0.5与3mm之间的球体—将弹性模量提高两倍以上。因此对于具有较低弹性模量的层22、32采用环氧树脂，而对于具有较高弹性模量的层21、31可采用相同的但带有Al2O3球体的环氧树脂。
用于设计成薄片的拉力件1的楔形件3不具有弯曲的面。所述楔形件可在模板中通过浇注或用挤压机(Strangpresse)机械地制造。这如下地进行将具有弹性模量较低和较高的层31、32、33、34、21、22的楔形件3的横截面作为索状件(Strang)从口形件压出。接着由该索状件以必要的宽度切割出所述楔形件。
可通过齿部和/或粘接形成楔形件3或锚体2的、具有较低和较高弹性模量的层31、32、33、34、21、22的力锁合的连接。所述齿部可以设计成如图12所示的那样。但是，也可以采用与图12中所示的彼此配合的凸起部或凹陷部不同的结构。为了简化操纵(Hantieren)以及改善力传递，还可附加地粘接该齿部。如果具有较高弹性模量的层21、31和具有较低弹性模量的层22、32、33、34一起在模板中浇注，则在制造时就完成所述力锁合的连接。如果事后通过粘接进行层31、32、33、34或21、22的连接，则接触面应是打毛的(aufrauen)并且无脂的。稀液状的粘接剂尤其适用于所述粘接，这种粘接剂也可承受高负荷，例如Loctite公司的Hysol 3430快干型环氧粘接剂。
如果用楔形件3锚固拉力件1，则可通过摩擦、粘接和/或齿部实现拉力件1与楔形件3之间的剪切力传递。如果通过摩擦实现所述传递，则适宜的是，通过打毛接触面来提高摩擦或使用摩擦材料。理想的摩擦材料例如是碳纤维塑料，其中碳纤维与摩擦面成直角。
如果通过粘接来连接拉力件1与楔形件3，则环氧树脂粘接剂如SIKA公司的Sikadur 30或Loctite公司的Hysol 3422快速硬化的快干型环氧粘接剂是有利的。可通过与图12中所示的在具有较低和较高弹性模量的层21、22和31、32之间的结构相类似的成型部(Profilierung)来改善所述粘接。粘接剂的短的硬化时间对于这种结构形式是有利的。可通过输入热量来加速基于环氧树脂的粘接剂的硬化。每升温10°，硬化时间接近降低一半。例如可通过楔形件中的加热丝实现所述温升。也可以地使用拉力件1来代替该加热丝。如果在靠近负荷的区域和远离负荷的区域中在粘接缝的两侧上加载电流电压并且有电流流过，则拉力件1升温，并且粘接剂也由此升温。电阻越小，通过电流(Stromfluss)越大并且所产生热量由此也越大。如果使用导电的粘接剂，则也可以在楔形件3的靠近负荷的区域和远离负荷的区域中装入电触头，并通过加载电压来加热粘接剂。
也可通过成型部形成连接。在此有利的是，该成型部例如在横截面中规则地设计成锯齿的序列或设计成正弦波。在楔形件3上，成型部必须与拉力件1的成型部同形反向(gegengleich)，由此可实现啮合。在制造拉力件1时，可通过滚子在两侧将成型部压入到软的基体材料中。楔形件3的成型部可在浇注时通过模板中的相应造型实现。
权利要求
1.一种锚固装置(7)，用于至少一个预紧的或承受负荷的拉力件(1)，在该锚固装置中，拉力可通过一个或多个楔形件(3)传递到一锚体(2)上，并且楔形的层(22，32，34)具有比该锚固装置(7)的其它部件低的弹性模量，其中，与所述拉力件(1)的纵向轴线(4)垂直地测量，所述楔形的层(22，32，34)的最大厚度位于该锚固装置(7)的靠近负荷的区域(5)中，其特征在于所述楔形件(3)和/或所述锚体(2)至少由两个楔形的、彼此贴靠的层(21，22，31，32)形成，其中，所述层(22，32，34)中的至少一个由具有比形成所述楔形件(3)和/或该锚体(2)的其它的层的材料低的弹性模量的材料构成，并且该层(22，32，34)的最大的厚度设置在所述靠近负荷的区域中。
2.根据权利要求1的锚固装置(7)，其特征在于在所述具有较低弹性模量的层(22，32，34)中设置有减小所述层与所述拉力件(1)的纵向轴线(4)垂直的刚度的孔隙、孔、空隙或缝槽。
3.根据权利要求1或2的锚固装置(7)，其特征在于在所述层的制造中，通过专门的处理—如加热过程或冷却过程—来实现各层(21，22，23，31，32，33，34)的不同的弹性模量。
4.根据权利要求1至3中一项或多项的锚固装置(7)，其特征在于该锚体(2)作为用于两个拉力件(1)的联结件设置有用于楔形件(3)的、彼此反向指向的接收部。
5.根据权利要求1至4中一项或多项的锚固装置(7)，其特征在于所述具有较低弹性模量的层(22，32，34)通过力锁合和/或形状锁合的连接、如有对应成型部的成型部—例如齿部—和/或通过粘接与所述具有较高弹性模量的层(31，21)相互连接。
6.根据权利要求1至5中一项或多项的锚固装置(7)，其特征在于通过力锁合和/或形状锁合来保证所述楔形件(3)与所述拉力件(1)之间的剪切力传递，例如通过摩擦、粘接或成型结构，例如具有对应齿部的齿部。
7.根据权利要求1至6中一项或多项的锚固装置(7)，其特征在于所述较低弹性模量与较高弹性模量的比例至少为1∶2，优选为1∶10，尤其是在1∶20与1∶30之间。
8.根据权利要求1至7中一项或多项的锚固装置(7)，其特征在于所述具有较低弹性模量的楔形层由两个具有不同的弹性模量的、也是楔形的部分层(32，34)形成。
9.根据权利要求1至8中一项或多项的锚固装置(7)，其特征在于所述楔形件和/或锚体—只要是由具有较高弹性模量的材料形成的—就设置有提高弹性模量的填充物、如由Al2O3制成的物体。
全文摘要
本发明涉及一种锚固装置(7)，用于至少一个预紧的或承受负荷的拉力件(1)，在该锚固装置中，拉力可通过一个或多个楔形件(3)传递到锚体(2)上，该锚固装置具有楔形的层(32)，该楔形的层具有比该锚固装置(7)的其它部件低的弹性模量，其中，与所述拉力件(1)的纵向轴线(4)垂直地测量，所述楔形的层(32)的最大厚度位于锚固装置(7)的靠近负荷的区域(5)中。为了使压紧压力在所述拉力件(1)的夹紧长度上均匀地分布，所述楔形件(3)和/或锚体(2)至少由两个楔形的、彼此贴靠的层(31，32)形成，其中，所述层中的至少一个(32)由具有比形成所述楔形件(3)和/或锚体(2)的其它的层的材料低的弹性模量的材料形成，并且该层(32)的最大的厚度设置在该靠近负荷的区域中。
文档编号E04C5/12GK1898450SQ200480038620
公开日2007年1月17日 申请日期2004年12月21日 优先权日2003年12月22日
发明者斯腾范·L·布尔特沙尔 申请人:奥地利经济服务公司, 斯腾范·L·布尔特沙尔