WO2014166003A4 - Verfahren zum erstellen von vorgespannten betonbauwerken mittels profilen aus einer formgedächtnis-legierung, sowie bauwerk, hergestellt nach dem verfahren - Google Patents

Verfahren zum erstellen von vorgespannten betonbauwerken mittels profilen aus einer formgedächtnis-legierung, sowie bauwerk, hergestellt nach dem verfahren Download PDF

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Abstract

Nach diesem Verfahren wird in Beton ein Profil aus einer Formgedächtnis-Legierung eingelegt oder ein zu verstärkender Beton wird auf der Aussenseite aufgeraut, dann werden Profile (2) aus einer Formgedächtnis-Legierung auf der aufgerauten Aussenseite (9) des Bauwerks (6) befestigt. und eine zementöse Matrix auf ihr aufgebracht, zur Überdeckung der Profile (2). Nach Aushärtung der zementösen Matrix erzeugen diese Profile (2) durch Wärmeeintrag eine Kontraktionskraft und somit eine Zugspannung. Dadurch wirkt die Mörtel-Deckschicht (16) als Verstärkungsschicht aufgrund ihrer Verzahnung mit der aufgerauten Aussenseite (9) des Baukörpers (6). Die Profile (2) verlaufen in einer äusseren Vermörtelung als Verstärkungsschicht (16) einer Bauwerkaussenseite längs der Bauwerkaussenseite innerhalb der Vermörtelung bzw. Verstärkungsschicht (16). Ein Bauwerk kann auch für eine Vorspannung in der ausgerüsteten Vermörtelung bzw. Verstärkungsschicht durch Wärmeeintrag vorbereitet werden, indem Elektrokabel (3) von ihren Endbereichen an die Aussenseite der Vermörtelung bzw. Verstärkungsschicht (16) geführt sind oder ihre Endbereiche durch Entfernen von Einlagen (5) zugänglich sind.

Claims

GEÄNDERTE ANSPRÜCHE beim Internationalen Büro eingegangen am 18 März 2015 (18.03.2015)
1. Verfahren zum Erstellen von vorgespannten Betonbauwerken mittels Profilen aus einer Formgedächtnis-Legierung, sei es von neuen Bauwerken und Bauteilen oder von zementgebundenen Vermörtelungen für die Verstärkung von bestehenden Betonbauwerken, dadurch gekennzeichnet, dass
a. die zu verstärkende Aussenseite des bestehenden Bauwerkes oder eine Ausnehmung (Fig. 9) darin aufgeraut wird,
b. dass Profile (2) aus einer Formgedächtnis-Legierung auf Stahlbasis von polymorpher und polykristalliner Struktur, mit gerippter Oberfläche oder mit einer Oberfläche in Form eines Gewindes, welche durch Erhöhung ihrer Temperatur aus ihrem Zustand als Martensit auf ihren bleibenden Zustand als Austenit bringbar sind, auf der aufgerauten Aussenseite (9) eines Bauwerks (6,12) befestigt werden,
c. eine kapillare Sättigung der Bauwerk-Aussenseite (6,12) mit Wasser erzeugt wird, und dann eine zementöse Matrix als Vermörtelung auf diese Aussenseite aufgebracht wird, zur Überdeckung der Profile (2) aus der Formgedächtnis-Legierung,
d. nach Aushärtung der zementösen Matrix die Profile (2) aus der Formgedächtnis-Legierung durch Wärmeeintrag zum Erzeugen einer Kontraktionskraft und damit Zugspannung gebracht werden, wodurch die erzeugte Vemörtelung als Verstärkungsschicht (16,19) über die Verzahnung mit der aufgerauten Aussenseite (9) des Baukörpers (6,12) eine Vorspannung derselben bewirkt, wobei die Krafteinleitung in den Beton oder die Vermörtelung (1) über die Oberflächenstruktur des Profils (2) erfolgt.
21
GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19)
2. Verfahren zum Erstellen von vorgespannten Betonbauwerken mittels Profilen aus einer Formgedächtnis-Legierung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass unter
a. die Profile (2) mit zusätzlichen Endverankerungen auf der aufgerauten Aussenseite (9) des Bauwerks (6,12) befestigt werden, und unter d. die Krafteinleitung in den Beton oder die Vermörtelung (1) zusätzlich über die Endverankerungen erfolgt.
3. Verfahren zum Erstellen von vorgespannten Bauwerken mittels Profilen aus einer Formgedächtnis-Legierung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
a. die zu verstärkende Aussenseite (6,12) des bestehenden Bauwerks oder eine Ausnehmung darin hydromechanisch mit einem Druck von mindestens 500 bar oder mittels Sandstrahlen bis zu einer Oberflächenrauigkeit von wenigstens 3mm aufgeraut wird, sodass der Untergrund wassergesättigt wird,
b. Profile (2) aus einer Formgedächtnis-Legierung auf der aufgerauten Aussenseite (9) des Bauwerks (6,12) oder in der Ausnehmung mittels Anker oder Profilen aus Stahl befestigt werden,
c. eine kapillare Sättigung der Bauwerk-Aussenseite (6,12) oder der Ausnehmung darin mit Wasser erzeugt wird, und dann als Verstärkungsschicht (16,19) eine zementöse Matrix als Vermörtelung von Hand aufgebracht oder als Spritzbeton trocken oder nass aufgespritzt wird, oder bei horizontalen Aussenseiten eine Vermörtelung als Verstärkungsschicht (16,19) mittels Auftragen von selbstnivellierendem Fliessmörtel und Überdecken der Profile (2) aus einer Formgedächtnis- Legierung erstellt wird, mit wahlweise Verdübeln der Vermörtelung bzw. Verstärkungsschicht (16,19) durch Anbringen von Dübeln (13), welche hinter eine vorderste Armierung (7,8) des Bauwerks (12) hinter der angebrachten Vermörtelung bzw. Verstärkungsschicht (16,19) hineinreichen,
d. nach Aushärtung der aufgetragenen Vermörtelung bzw.
Verstärkungsschicht die Profile (2) aus einer Formgedächtnis-Legierung
22
GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19) durch Wärmeeintrag zur Erzeugung einer Kontraktionskraft und damit einer Zugspannung gebracht werden, wodurch die aufgetragene Vermörtelung bzw. Verstärkungsschicht (16,19) über die Verzahnung mit der aufgerauten Aussenseite (9) des Baukörpers oder seiner Ausnehmung eine Vorspannung derselben bewirkt.
4. Verfahren zum Erstellen von vorgespannten Betonbauwerken mittels Profilen aus einer Formgedächtnis-Legierung, dadurch gekennzeichnet, dass für die Vorbereitung eines später möglichen Anbaus eines neuen Beton-Bauteils (15) an ein aktuell zu erstellendes Bauwerk (14) Profile (2) aus einer Formgedächtnis-Legierung auf Stahlbasis mit gerippter Oberfläche in den Beton des aktuell zu erstellenden Bauwerkes (14) eingelegt werden, sodass diese senkrecht zur Bauwerksaussenseite (18) verlaufen und endseitig mit einem Grobgewinde (20) versehen sind und unter der Oberfläche der Bauwerksaussenseite (18) enden, wobei die Endbereiche mit einer entfernbaren Einlage (5) eingefasst und anschliessend mit Mörtel überdeckt werden, sodass im Bedarfsfall später ein auskragendes Betonbauteil (15) am dann bereits erstellten Betonbauwerk (14) anbetonierbar und vorspannbar ist, indem das anzubauende Betonbauteil (15) selbst mit Profilen (2) mit gerippter Oberfläche aus einer Formgedächtnis-Legierung mit Grobgewinde (20) im Endbereich versehen ist und in Richtung von aussen auf die Bauwerksaussenseite (18) des bereits erstellten Betonbauwerkes (14) hin gerichtet mit den Endbereichen der freigelegten Profile (2) aus einer Formgedächtnis-Legierung im bestehenden Betonbauwerk (14) durch Kupplungselemente (22) zugkraftschlüssig verbindbar ist und hernach anbetonierbar ist, sodass nach Aushärten mittels Wärmeeintrag seine Profile (2) aus einer Formgedächtnis-Legierung mit gerippter Oberfläche eine Kontraktionskraft erzeugen und in dieser Weise das angebaute Betonbauteil (15) eine eigene Vorspannung erfährt und an das bestehende Betonbauwerk ( 4) vorgespannt angedockt wird.
5. Verfahren zum Erstellen von vorgespannten Betonbauwerken mittels Profilen aus einer Formgedächtnis-Legierung nach einem der vorangehenden
23
GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19) Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Profile (2) aus einer Formgedächtnis-Legierung für den Wärmeeintrag aus einer Spannungsquelle in Form einer Energieeinheit aus einer Reihe in Serie geschalteter Batterien über fest oder temporär angeschlossene Elektrokabel (3) unter elektrische Spannung von 10-20 V pro m Profillänge zur Erzeugung eines Stroms von 10-20A pro mm2 Querschnittsfläche gesetzt werden, sodass sie eine Widerstandsheizung bilden und innert 2 bis 10 Sekunden aus ihrem Zustand als Martensit auf ihren bleibenden Zustand als Austenit gebracht werden.
Verfahren zum Erstellen von vorgespannten Betonbauwerken mittels Profilen aus einer Formgedächtnis-Legierung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass über die Profil-Länge mehrere Stromanschlüsse mit nach aussen führenden Heizkabeln vorgesehen werden, und der Wärmeintrag abschnittsweise nacheinander durch Anlegen einer Spannung an jeweils zwei benachbarte Stromanschlüsse erzeugt wird.
Betonbauwerk, erstellt unter Anwendung eines der Verfahren nach Anspruch 1 bis 6.
24
GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19)

IN ARTIKEL 19 (1 ) GENANNTE ERKLÄRUNG

Das Dokument GB 2 358 880 zeigt ein Verfahren, um Strukturelemente, besonders solche aus Beton, mittels Zugstäben aus einer Formgedächtnis- Legierung (SMA = Shap Memory Alloy) auf Stahlbasis vorzuspannen oder zu einem späteren Zeitpunkt nachträglich vorzuspannen. Hierzu werden solche SMA- Stäbe, vorzugsweise aus Nickel-Titanium, in eine Form eingelegt, die hernach mit Beton ausgegossen wird. Nach Aushärtung des Betons werden die SMA-Stäbe erhitzt, auf typischerweise 47.5°C (Seite 8, Zeile 20ff). Die Stäbe werden dadurch gespannt und der sie umgebende Beton wird komprimiert und die gewünschten strukturellen Eigenschaften des gegossenen Betons werden erhalten. Im Grundsatz werden immer gesonderte Betonelemente in dieser Weise vorgespannt oder zu einer nachträglichen Verspannung vorbereitet. Eine Kraftübertragung von einer mittels SMA-vorgespannten Verstärkungsschicht insgesamt, die infolge einer zuvor aufgerauten Oberfläche unter Erzeugung einer Verzahnung mit dem Baukörper auf diesen Baukörper aufgebracht wurde, ist nirgends offenbart.

Gemäss WO 96/12588 werden andererseits SMA-Stähle zum Aufbringen korrektiver Kräfte auf Baustrukturen eingesetzt. Sie werden in Form von Stäben oder Platten auf ein Bauwerk aufgesetzt und darauf verankert (Seite 4, Zeile 29). Oder es wird ein SMA-Stahlband als Umschlingung um einen Träger eingesetzt (Figur 6). Gemäss Figur 7 wird eine SMA-Platte 40 auf der Unterseite einer Struktur 42 mittels zweier SMA-Ummantelungen 36 festgemacht.

In keinem der gezeigten Beispiele wird eine Krafteinleitung über eine Formgedächtnis-Legierung durch Wärmeeintrag zum Erzeugen einer Kontraktionskraft und damit Zugspannung in solcher Weise realisiert, dass die erzeugte Vermörtelung als Verstärkungsschicht (16,19) über die Verzahnung mit der aufgerauten Aussenseite (9) des Baukörpers (6,12) oder einer Ausnehmung darin eine Vorspannung des Baukörpers bewirkt. Die Krafteinleitung erfolgt daher zunächst über die raue, gerippte Oberfläche der SMA-Stähle in die Vermörtelungsschicht, und die Vermörtelungsschicht leitet hernach ihre

25 Kontraktionskraft über ihre Verzahnung mit der aufgerauten Aussenseite in den zu verstärkenden Baukörper ein und erzeugt in demselben eine Vorspannung.

Neu wurde der bisherige Anspruch 3 zum unabhängigen Anspruch 1 für ein Verstärkungsverfahren mit Krafteinleitung via die Kontraktionskraft der flächenhaften Verstärkungsschicht selbst. Desweiteren wird an den Gegenständen der ursprünglichen Ansprüche 2 bis 7 festgehalten. Die Erhitzung der SMA-Stäbe mittels einer seriellen Batterie ist neu und ermöglicht es, während 2 bis 5 Sekunden Temperaturen von 150° bis 300° im gesamten SMA-Stahlprofil zu erzeugen. Es braucht dazu eine Stromstärke von 10-20A pro mm2 Querschnittsfläche und ca. 10-20 V Spannung pro Laufmeter SMA-Profilstab.

Auch das nachträgliche Andocken eines mit SMA-Profilen durchsetzten Betonbauteils und dessen innere Vorspannung und vorgespannte Verbindung mit dem bestehenden Bauwerk ist im Stand der Technik nicht bekannt. Hier sind die SMA-Profile vorbereitet in das Bauwerk selbst und auch in das anzudockende Betonbauteil eingelegt. Durch die Aushärtung des Betons oder einer Vermörtelung einer zuvor erzeugten Einschlitzung ist die gerillte Oberfläche der eingelegten SMA-Profile mit der Vermörtelung oder dem Beton verkrallt. Im Zuge des Andockens werden die SMA-Profile des Bauteils mit den SMA-Profilen im Bauwerk verbunden und hernach erhitzt, was die gewünschte Vorspannung des angebauten Betonbauteils einerseits aber auch die vorgespannte Verbindung des Betonbauteils mit dem bestehenden Bauwerk erzeugt. Schliesslich ist ein nach diesen Verfahren verstärktes oder auch ein nachträglich nach diesem Verfahren mit einem Betonbauteil nachgerüstetes Betonbauwerk sowohl neu als auch erfinderisch.

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