CH630701A5 - Device for supporting and prestressing rock bolts - Google Patents

Description

  
 

**WARNUNG** Anfang DESC Feld konnte Ende CLMS uberlappen **.

 



   PATENTANSPRÜCHE
1. Vorrichtung zur Abstützung und Vorspannung von Gebirgsankern, bestehend aus mindestens einer Ankerplatte mit einer Bohrung zum Aufstecken auf den Gewindeteil eines Ankers sowie einer Mutter zum Vorspannen des Ankers, wobei die Ankerplatte koaxial zur Bohrung eine aus der Ebene der Platte aufragende Erhebung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebung die Form einer Kegelfläche (2) hat und dass die Wandung (4,4') der Bohrung konisch oder als zur Bohrungsachse konvergierende konvexe Ringfläche und die Mutter (5) oder ein der Mutter vorgelagerter Ring- (8) oder Hülsenteil (12) im Bereich der Sitzfläche konisch (7) oder als konvexe oder konkave zur Achse der Mutter konvergierende Ringfläche (7,7") ausgebildet sind.



   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kegelfläche (2) aus der ebenen Ankerplatte (1) kalt   herausgepresst ist.   



   3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungswinkel der Kegelfläche (2) der Platte etwa   1200    beträgt.



   4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungswinkel des Konus der Wandung (4) etwa   90"    beträgt.



   5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungswinkel des Konus der Wandung (4) sowie der Sitzfläche der Mutter oder der Hülse (12) kleiner als   20     sind.



   6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Ankerstange (6) eine erste Ankerplatte (1) aufgesetzt und eine Mutter (5) aufgeschraubt und zwecks Ankervorspannung festgezogen ist und dass mindestens eine weitere Ankerplatte (9) auf der Ankerstange (6) aufgesetzt und jeweils eine weitere Mutter (10) auf der Ankerstange (6) vorgesehen ist.



   Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abstützung und Vorspannung von Gebirgsankern, bestehend aus mindestens einer Ankerplatte mit einer Bohrung zum Aufstecken auf den Gewindeteil eines Ankers sowie einer Mutter zum Vorspannen des Ankers, wobei die Ankerplatte koaxial zur Bohrung eine aus der Ebene der Platte aufragende Erhebung aufweist.



   Gebirgsanker weisen tunnelseitig auf den vorstehenden Ankerbolzen aufgesteckte Ankerplatten auf, die sich am Gebirge abstützen und die die Vorspannkraft durch Anziehen der aufgeschraubten Ankermutter auf das Gebirge übertragen. Solche Ankerplatten sind früher durchwegs als ebene Stahlplatten ausgebildet worden. Nachteilig dabei war, dass die Ankerplatten genau rechtwinkelig zur Ankerstange ausgerichtet sein mussten, um eine vollflächige Auflage der Mutter bzw. der dieser unterlegter Beilagscheibe zu gewährleisten. Da dies in den seltensten Fällen zutraf, musste sich diese Ankerstange gewaltsam an die asymmetrischen Bedingungen anpassen.

  Die Ankerstange hat sich unmittelbar hinter der Mutter so weit verbogen, bis die Mutter voll auflag, wobei die Ankerstange im Gewindebereich einer zusätzlichen Biegebeanspruchung und damit Kerbwirkung unterworfen war, die zu vorzeitigen, zum Teil weit unter der Zugfestigkeit liegenden Ankerabrissen führte. Darüberhinaus unterlagen die ebenen Ankerplatten durch die Zuglast einer sehr starken tellerförmigen Verformung die eine zunehmende Verringerung der Auflagefläche ergab. Um einerseits die Möglichkeiten der Anpassung der Ankerplatte an die Unebenheiten des Gebirges zu vergrössern wurden die Ankerplatten mit einer gepressten Kugelkalotte und einem exzentrischen Längsschlitz versehen.

  Dies ermöglichte wohl die Anpassung in einer Richtung (Richtung des Längsschlitzes) doch wurde die Erhöhung der Steifigkeit durch die Schwächung der Kugelkalotte durch den Längsschlitz nahezu wieder aufgehoben. Desweiteren konnte bei Lastzunahme nicht verhindert werden, dass die Mutter im Längsschlitz seitlich abrutschte und den gleichen negativen Effekt wie bei den ebenen Platten ergab.



   Ferner wurden die Längsschlitze unter Last auseinandergebogen und die Muttern durch den auf diese Weise wesentlich verbreiterten Spalt hindurchgezogen, so dass der betreffende Anker plötzlich nicht mehr tragfähig war. Das generelle Problem der kugelkalottenförmigen Ankerplatte bestand darin, dass diese, auch bei völlig ebener Auflagefläche, letzlich nur mit der flach gedrückten Fläche der Kugelkalotte am Gebirge anlag, während sich der ursprünglich ebene Teil der Ankerplatte tellerförmig aufbog. Als weiterer negativer Effekt begann sich dann die Mutter durch die flach gedrückte Platte durchzustanzen, sofern nicht schon vorher, durch extreme Biegezugbelastung, die Ankerstange abriss.



   Die Erfindung zielt darauf ab, eine Vorrichtung zur Abstützung und Vorspannung von Gebirgsankern zu schaffen, die einem grösseren Gebirgsdruck widersteht, als dies bei hinsichtlich der Materialstärke vergleichbaren, üblichen Ankerplattenanordnungen der Fall ist. Es hat sich ferner herausgestellt, dass die Belastbarkeit der bekannten Ankerplattenanordnungen nicht genau vorbestimmbar ist.



  Bei einer bestimmten Type liegt beipielsweise die Belastungsgrenze in einem relativ grossen Bereich zwischen 12 und 18 Tonnen. Somit war es auch ein Ziel, eine Ankerplattenanordnung mit genauer vorbestimmbarer Lastgrenze zu schaffen.



  Ferner sollte eine Anpassungsmöglichkeit an das Gebirge gegeben sein und eine vollkommene Auflagefläche auch bei höherer Belastung erzielt werden können. Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Erhebung die Form einer Kegelfläche hat und dass die Wandung der Bohrung konisch oder als zur Bohrungsachse konvergierende konvexe Ringfläche und die Mutter oder ein der Mutter   vorgelagerter    Ring- oder Hülsenteil im Bereich der Sitzfläche konisch oder als konvexe oder konkave zur Achse der Mutter konvergierende Ringfläche ausgebildet sind. Die Kräfteverteilung ist bei dieser Plattenanordnung wesentlich günstiger als bisher.



  Der Kegel erweist sich, wie eine längere Versuchsreihe gezeigt hat, als besonders resistent und stabil und unterliegt nicht der Biegebeanspruchung wie die bekannte   Kugelkalotte,    da die Zugkraft der Ankerstange in Vektoren aufgeteilt wird, die mit den Erzeugenden der Kegelfläche zusammenfallen. Es ist zweckmässig, wenn die Kegelfläche aus der ebenen Ankerplatte kalt herausgepresst ist. Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Öffnungswinkel der Kegelfläche der Platte etwa   1200    und der Öffnungswinkel des Konus der Wandung etwa   90"    beträgt. Die oben erwähnte Hülse bzw. die Mutter kann auch eine grössere Länge aufweisen und auf ihrer Aussenfläche bzw. Sitzfläche konisch ausgebildet sein, wobei der Konuswinkel vorzugsweise kleiner als   20     ist. 

  Der relativ lange Konus gestattet eine weichere und nachgiebigere Anpassung der Ankerplattenanordnung an den Gebirgsdruck. Dies ist bei stark quellendem Gebirge besonders vorteilhaft. Selbst wenn die Mutter oder die Hülse in die Bohrung hineingezogen wird, kommt es bloss zur kontrollierten Aufweitung der Bohrung, jedoch nicht zur Deformation des Plattenkegels.



   Zur Verstärkung einer Ankerbefestigung ist gemäss einer zweckmässigen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass auf der Ankerstange eine erste Ankerplatte aufgesetzt und eine Mutter aufgeschraubt und zwecks Ankervorspannung festgezogen ist und dass mindestens eine weitere Ankerplatte auf der Ankerstange aufgesetzt   undjeweils    eine weitere  



  Mutter auf der Ankerstange vorgesehen ist. Eine auf einer Baustelle vorhandene Type von Ankerplatten kann auf diese Weise verstärkt werden. Ferner zeigt sich des öfteren, dass das Gebirge erst nach einigen Wochen wieder einen Gleichgewichtszustand erreicht und im Laufe dieser Zeit manche Anker besonders stark belastet werden. Wird die Ankerplatte über ihre zulässige Tragfähigkeit belastet, dann kann die Mutter durch die Plattenbohrung durchgestanzt werden. In diesen Fällen ist die Überlagerung einer weiteren Ankerplatte höherer Lastgrenze zweckmässig die dann erst zum Tragen kommt. Sollte eine Ankerbefestigung unterdimensioniert gewesen sein, so lässt sich dies ebenfalls auf die oben beschriebene Art korrigieren. Es können auch mehrere Platten - z.B. jeweils mittels einer Mutter gesichert - übereinander angeordnet werden.

  Auch kann die Form der überlagerten Platte so gewählt werden, dass sie die darunterliegende Platte übergreift und selbst in Eingriff mit dem Gestein gelangt.



   Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den Zeichnungen dargestellt. Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Ankerplatte, Fig. 2, 3 und 4 Variationen der Sitzflächen zwischen Mutter und Bohrung, Fig. 5 ein Montagebeispiel für eine zweite Sicherungsplatte und Fig. 6 eine alternative Mutterausführung mit Konushülse.



   Die Ankerplatte 1 nach Fig. 1 besteht aus Stahl und weist in ihrem Zentrum eine aus der Plattenebene aufragende Kegelfläche 2 mit dem Öffnungswinkel a auf. Diese Kegelfläche wird vorzugsweise durch Kaltpressen hergestellt. In der Kegelachse liegt eine Bohrung 3, deren Wandung 4 konisch ausgebildet ist (Konuswinkel   ).    Die Platte 1 wird mittels einer Mutter 5 auf eine Ankerstange 6 aufgesteckt und gebenüber dem Gebirge festgezogen, bis die gewünschte Ankervorspannung erreicht ist. Die Platte 1 stützt sich dabei auf dem Gebirge ab. Die Sitzfläche 7 der Mutter 5 ist ensprechend dem Wandungskonus 4 der Bohrung 3 konisch ausge bildet. Diese Formgestaltung gewährleistet eine gleichmässigere Zugkräfteverteilung in der Platte selbst und ermöglicht eine besonders hohe Tragfähigkeit der Platte mit genau definierbarer Grenzlast (siehe Kraftvektoren in Fig. 1).



   Fig.   2    zeigt eine Ausführungsvariante der Sitzfläche zwischen Mutter und Bohrung. Die Sitzfläche   7    ist ballig ausgebildet und liegt an der konischen Bohrung 4 an. Auf diese Weise erfolgt lediglich eine kreislinienförmige Berührung zwischen Mutter und Bohrung. Die eventuelle Anpassung der Ankerplatte 1 an eine Schräge des Gebirges wird so erleichtert. Selbstverständlich ist es möglich, dass die Sitzfläche 7' auf einem speziellen Ringteil in der Art einer Beilagscheibe einer normalen Mutter vorgelagert ist. Dies gilt auch für alle weiteren Ausgestaltungen der Sitzfläche. Fig. 3 zeigt eine konvexe Rotationsfläche als Bohrungswandung 4', an der die Konusfläche 7 der Mutter gemäss Fig. 1 anliegt. Die Bohrungswandung nach Fig. 4 entspricht der Ausführung nach Fig. 3.

  Die Sitzfläche 7" der Mutter bzw. eines eventuellen Ringteiles entspricht einer konkaven Ringfläche. Die Konusform ist bei allen drei Beispielen jedoch im wesentlichen erkennbar. Bei einer Abwandlung derselben ist Voraussetzung, dass die Aufteilung des axialen Zugkraftvektors der Ankerstange in der in Fig. 1 gezeigten Weise erfolgt.



   Fig. 5 zeigt die Sicherung eines Gebirgsankers durch eine zweite Ankerplatte. Der untere Teil der Fig. 5 entspricht der Ausführung nach Fig. 1. Lediglich der konische Teil der Mutter, der die Sitzfläche umfasst, stellt in Fig. 5 ein separates Bauelement - die Scheibe 8 - dar.



   Im oberen Teil der Fig. 5 ist eine weitere, stärkere   A.nl;er-    platte 9 mit der Mutter 10 vorgesehen, die dann zum Tragen kommt, wenn infolge Überschreiten der Lastgrenze der Plaste 1 die Mutter 5 durch die Bohrung 3 durchgezogen wird. Dem Gebirge kann bewusst eine gewisse Bewegungsfreiheit eingeräumt werden, bis die stärkere Platte 9 die Last übernimmt.



  Die Platte 9 kann aber auch so ausgebildet sein, dass sie die Kegelfläche 2 der Platte 1   übergreift    und bereits frühzeitig   zur    Verstärkung der Platte 1 des weiteren sofort festgezogen werden, wobei aber die   Ankervorspannung    durch die Mutte 5 hervorgerufen wird.



   Bei der Ankerplattenanordnung nach Fig. 6 wird die Ankervorspannung durch eine Mutter 11 erreicht, die jedoch nicht unmittelbar mit der Ankerplatte 1 zusammenwirkt, sondern gegen eine der Ankerstange 6 überschobene Hülse 12 mit konischer Aussenfläche 13 anliegt. Die   Bohrung    der Platte 1 weist oben eine korrespondierende konische Innenwandung 4 auf. Weist die Hülse 12 einen flachen   Konus    auf, dann ist die Anordnung durch den   Gebirgsdruck    dynamisch beanspruchbar. Die Hülse kann entsprechend weit in die Bohrung 3 hineingezogen werden, ohne dass die Kegelfläche 2 der Platte 1 deformiert wird. Es unterliegt lediglich die   Boh-    rung 3 einer zulässigen Aufweitung. 

  Ist ein steiler   Ko-.ius    13 vorgesehen, dann ist der der Ankerstange 6   überschobene    der Hülst 11 entsprechende Teil eine    > *      schiebe    oder ein Ring, der zur Kräfteverteilung beispielsweise   Ca't    dem Konus 7 der Mutter 5 gleichgesetzt   werden      kant..    Die Mutter 11 kann einstückig mit dem Hülsenteil   12    ausgebildet sein. Dies   is-n-    vorteilhaft, da dann eine grössere Gewindelänge   gegeben    Ist. Die separate Hülse neigt bei extremer Beanspruchung dazu, das Gewinde der Ankerstange zu beschädigen. 

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE 1. Vorrichtung zur Abstützung und Vorspannung von Gebirgsankern, bestehend aus mindestens einer Ankerplatte mit einer Bohrung zum Aufstecken auf den Gewindeteil eines Ankers sowie einer Mutter zum Vorspannen des Ankers, wobei die Ankerplatte koaxial zur Bohrung eine aus der Ebene der Platte aufragende Erhebung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebung die Form einer Kegelfläche (2) hat und dass die Wandung (4,4') der Bohrung konisch oder als zur Bohrungsachse konvergierende konvexe Ringfläche und die Mutter (5) oder ein der Mutter vorgelagerter Ring- (8) oder Hülsenteil (12) im Bereich der Sitzfläche konisch (7) oder als konvexe oder konkave zur Achse der Mutter konvergierende Ringfläche (7,7") ausgebildet sind.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kegelfläche (2) aus der ebenen Ankerplatte (1) kalt herausgepresst ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungswinkel der Kegelfläche (2) der Platte etwa 1200 beträgt.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungswinkel des Konus der Wandung (4) etwa 90" beträgt.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungswinkel des Konus der Wandung (4) sowie der Sitzfläche der Mutter oder der Hülse (12) kleiner als 20 sind.
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Ankerstange (6) eine erste Ankerplatte (1) aufgesetzt und eine Mutter (5) aufgeschraubt und zwecks Ankervorspannung festgezogen ist und dass mindestens eine weitere Ankerplatte (9) auf der Ankerstange (6) aufgesetzt und jeweils eine weitere Mutter (10) auf der Ankerstange (6) vorgesehen ist.

   Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abstützung und Vorspannung von Gebirgsankern, bestehend aus mindestens einer Ankerplatte mit einer Bohrung zum Aufstecken auf den Gewindeteil eines Ankers sowie einer Mutter zum Vorspannen des Ankers, wobei die Ankerplatte koaxial zur Bohrung eine aus der Ebene der Platte aufragende Erhebung aufweist.

   Gebirgsanker weisen tunnelseitig auf den vorstehenden Ankerbolzen aufgesteckte Ankerplatten auf, die sich am Gebirge abstützen und die die Vorspannkraft durch Anziehen der aufgeschraubten Ankermutter auf das Gebirge übertragen. Solche Ankerplatten sind früher durchwegs als ebene Stahlplatten ausgebildet worden. Nachteilig dabei war, dass die Ankerplatten genau rechtwinkelig zur Ankerstange ausgerichtet sein mussten, um eine vollflächige Auflage der Mutter bzw. der dieser unterlegter Beilagscheibe zu gewährleisten. Da dies in den seltensten Fällen zutraf, musste sich diese Ankerstange gewaltsam an die asymmetrischen Bedingungen anpassen.

   Die Ankerstange hat sich unmittelbar hinter der Mutter so weit verbogen, bis die Mutter voll auflag, wobei die Ankerstange im Gewindebereich einer zusätzlichen Biegebeanspruchung und damit Kerbwirkung unterworfen war, die zu vorzeitigen, zum Teil weit unter der Zugfestigkeit liegenden Ankerabrissen führte. Darüberhinaus unterlagen die ebenen Ankerplatten durch die Zuglast einer sehr starken tellerförmigen Verformung die eine zunehmende Verringerung der Auflagefläche ergab. Um einerseits die Möglichkeiten der Anpassung der Ankerplatte an die Unebenheiten des Gebirges zu vergrössern wurden die Ankerplatten mit einer gepressten Kugelkalotte und einem exzentrischen Längsschlitz versehen.

   Dies ermöglichte wohl die Anpassung in einer Richtung (Richtung des Längsschlitzes) doch wurde die Erhöhung der Steifigkeit durch die Schwächung der Kugelkalotte durch den Längsschlitz nahezu wieder aufgehoben. Desweiteren konnte bei Lastzunahme nicht verhindert werden, dass die Mutter im Längsschlitz seitlich abrutschte und den gleichen negativen Effekt wie bei den ebenen Platten ergab.

   Ferner wurden die Längsschlitze unter Last auseinandergebogen und die Muttern durch den auf diese Weise wesentlich verbreiterten Spalt hindurchgezogen, so dass der betreffende Anker plötzlich nicht mehr tragfähig war. Das generelle Problem der kugelkalottenförmigen Ankerplatte bestand darin, dass diese, auch bei völlig ebener Auflagefläche, letzlich nur mit der flach gedrückten Fläche der Kugelkalotte am Gebirge anlag, während sich der ursprünglich ebene Teil der Ankerplatte tellerförmig aufbog. Als weiterer negativer Effekt begann sich dann die Mutter durch die flach gedrückte Platte durchzustanzen, sofern nicht schon vorher, durch extreme Biegezugbelastung, die Ankerstange abriss.

   Die Erfindung zielt darauf ab, eine Vorrichtung zur Abstützung und Vorspannung von Gebirgsankern zu schaffen, die einem grösseren Gebirgsdruck widersteht, als dies bei hinsichtlich der Materialstärke vergleichbaren, üblichen Ankerplattenanordnungen der Fall ist. Es hat sich ferner herausgestellt, dass die Belastbarkeit der bekannten Ankerplattenanordnungen nicht genau vorbestimmbar ist.

   Bei einer bestimmten Type liegt beipielsweise die Belastungsgrenze in einem relativ grossen Bereich zwischen 12 und 18 Tonnen. Somit war es auch ein Ziel, eine Ankerplattenanordnung mit genauer vorbestimmbarer Lastgrenze zu schaffen.

   Ferner sollte eine Anpassungsmöglichkeit an das Gebirge gegeben sein und eine vollkommene Auflagefläche auch bei höherer Belastung erzielt werden können. Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Erhebung die Form einer Kegelfläche hat und dass die Wandung der Bohrung konisch oder als zur Bohrungsachse konvergierende konvexe Ringfläche und die Mutter oder ein der Mutter vorgelagerter Ring- oder Hülsenteil im Bereich der Sitzfläche konisch oder als konvexe oder konkave zur Achse der Mutter konvergierende Ringfläche ausgebildet sind. Die Kräfteverteilung ist bei dieser Plattenanordnung wesentlich günstiger als bisher.

   Der Kegel erweist sich, wie eine längere Versuchsreihe gezeigt hat, als besonders resistent und stabil und unterliegt nicht der Biegebeanspruchung wie die bekannte Kugelkalotte, da die Zugkraft der Ankerstange in Vektoren aufgeteilt wird, die mit den Erzeugenden der Kegelfläche zusammenfallen. Es ist zweckmässig, wenn die Kegelfläche aus der ebenen Ankerplatte kalt herausgepresst ist. Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Öffnungswinkel der Kegelfläche der Platte etwa 1200 und der Öffnungswinkel des Konus der Wandung etwa 90" beträgt. Die oben erwähnte Hülse bzw. die Mutter kann auch eine grössere Länge aufweisen und auf ihrer Aussenfläche bzw. Sitzfläche konisch ausgebildet sein, wobei der Konuswinkel vorzugsweise kleiner als 20 ist.

   Der relativ lange Konus gestattet eine weichere und nachgiebigere Anpassung der Ankerplattenanordnung an den Gebirgsdruck. Dies ist bei stark quellendem Gebirge besonders vorteilhaft. Selbst wenn die Mutter oder die Hülse in die Bohrung hineingezogen wird, kommt es bloss zur kontrollierten Aufweitung der Bohrung, jedoch nicht zur Deformation des Plattenkegels.

   Zur Verstärkung einer Ankerbefestigung ist gemäss einer zweckmässigen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass auf der Ankerstange eine erste Ankerplatte aufgesetzt und eine Mutter aufgeschraubt und zwecks Ankervorspannung festgezogen ist und dass mindestens eine weitere Ankerplatte auf der Ankerstange aufgesetzt undjeweils eine weitere **WARNUNG** Ende CLMS Feld konnte Anfang DESC uberlappen**.