Die Erfindung betrifft ein Veran kerungssystem zur Ausbildung einer unlösbaren Verbindung zwischen einem Betonbauteil und einem Stahlbauteil. Sie betrifft ferner eine damit hergestellte Stahlbeton-Stahl-Struktur.

Der Werkstoff Beton, und insbesondere die Variante Stahlbeton, ist als Baustoff vielseitig einsetzbar. In vielen Fällen wird dieser Baustoff jedoch nicht ausschließlich, sondern in Kombination mit anderen Baustoffen eingesetzt. Dabei sind üblicherweise einzelne Elemente oder ganze Baugruppen aus Beton bzw. Stahlbeton und ergänzende Elemente oder Baugruppen aus einem anderen Werkstoff, etwa Stahl, hergestellt. Die einzelnen Elemente bzw. Baugruppen müssen beim Zusammenfügen miteinander verbunden werden. Hierbei kommen häufig sogenannte Verankerungen zum Einsatz.

Aus dem Stand der Technik sind entsprechende Verankerungen oder Verankerungssysteme in diversen Variationen bekannt. Die Ausgestaltung derartiger Verankerungen bzw. Verankerungssysteme richtet sich im Wesentlichen danach, welche Werkstoffe miteinander kombiniert werden sollen und welcher Belastung eine Verankerung bzw. ein Verankerungssystem ausgesetzt sein wird.

In der österreichischen Patentanmeldung AT 505 269 A1 ist ein Verankerungssystem offenbart, welches speziell zur Verankerung eines Betonbauteils an einem Stahlträger, also einem Stahlbauteil, konzipiert wurde. Danach dient ein leistenförmiger Körper aus Stahl als Verankerungselement und weist dazu zumindest eine Ausnehmung auf. Mit dieser Ausnehmung ragt das Verankerungselement in das Betonbauteil hinein, und auf der der Ausnehmung gegenüberliegenden Seite des Verankerungselements ist dieses mit dem Stahlträger verschweißt. Die zulässige Maximalbelastung einer solchen Verankerung ist für diverse Anwendungsfälle jedoch nicht ausreichend. Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein weiter verbessertes und darüber hinaus belastbareres Verankerungssystem, insbesondere zur Verbindung eines Betonbauteils mit einem Stahlbauteil, zu entwickeln.

Diese Aufgabe ist durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 in erfinderischer Weise gelöst. Die Unteransprüche beinhalten teilweise zweckmäßige und teilweise für sich selbst erfinderische Weiterbildungen dieser Erfindung.

Ein der Lehre dieser Erfindung entsprechendes Verankerungssystem dient zur Ausbildung einer unlösbaren Verbindung zwischen einem Betonbauteil und einem Stahlbauteil. Hierzu ist mindestens ein aus einer Ankerleiste gebildetes Ankerelement derart in das Betonbauteil eingegossen, dass dieses zumindest teilweise aus dem Betonbauteil herausragt. Das freiliegende Teilstück fungiert als Verbindungsfläche zum Stahlbauteil und ist mit diesem fest verbunden. Auf der Seite der Verbindungsfläche ist an der Ankerleiste eine Anzahl von Aussparungen vorgesehen, die sich bis in das Betonbauteil hinein erstrecken. In jenes Betonbauteil ist mindestens ein Stahlstrebengeflecht als Armierung eingebracht, wobei jede Aussparung an der Ankerleiste von mindestens einer Stahlstrebe des Geflechts durchsetzt wird. Auf diese Weise werden Kräfte, die auf das Stahlbauteil wirken, über das Ankerelement auf die Armierung des Betonbauteils übertragen. Die angreifenden Kräfte wirken somit weniger lokal und können dementsprechend vom Betonbauteil besser absorbiert werden. Damit ist die Verankerungskapazität, insbesondere gegenüber Zugbelastung, im Vergleich zu anderen Verankerungssystemen deutlich erhöht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform separiert jede Aussparung die Verbindungsfläche in mindestens zwei räumlich voneinander getrennte Teilbereiche. Bei der Fertigung der Ankerleiste wird somit eine jede Aussparung als einfach zu realisierende seitliche Einbuchtung in die Ankerleiste eingearbeitet. Durch das Verbinden von Ankerleiste und Stahlbauteil im Rahmen der Herstellung wird eine jede Aussparung dann zu einer Art Öse ergänzt, durch welche mindestens eine Stahlstrebe des Stahlstrebengeflechts hindurchgreift. Eine so ausgebildete Öse wirkt quasi als favorisierter Verknüpfungspunkt oder favorisierte Kraftübertragungsschnittstelle zwischen Betonbauteil und Stahlbauteil. ln einer zweckmäßigen Weiterentwicklung ist eine Vielzahl von regelmäßig angeordneten Aussparungen nach Art einer Zahnreihe vorgesehen. Hierdurch kann eine sehr große Anzahl von favorisierten Verknüpfungspunkten und eine gleichmäßige Verteilung der selbigen realisiert werden. Entsprechend gleichmäßig erfolgt dann auch die Übertragung von auf das Stahlbauteil wirkenden Kräften auf die Armierung und damit auf das Betonbauteil.

Bevorzugt wird weiter eine Ausführung der Ankerleisten, bei der eine jede Aussparung die Kontur eines Viereckes oder eines symmetrischen Trapezes aufweist. Diese Formen begünstigen unter anderem eine sehr einfache und damit ökonomisch effiziente Herstellung der Ankerleisten.

Vorteilhaft ist es zudem, wenn als Ankerleisten Profilleisten mit einem L-, T- oder I-förmigen Querschnitt zu Einsatz kommen. Zum einen bedingt ein derartiger Querschnitt einen widerhakenähnlichen Effekt, also einen verbesserten Halt einer Ankerleiste im Beton, und zu anderen ist es so möglich, bei den Ausgangsprodukten für die Fertigung der Ankerleisten auf handelsübliche Standardprofilware zurückzugreifen. I-, U-, Doppel- T- und Z-Profilleisten als Ausgangsprodukte eignen sich darüber hinaus zur Herstellung zweier Ankerleisten in einem Fertigungsprozess. Durch einen in Leistenlängsrichtung verlaufenden Schnitt mittig durch eine solche Profilleiste mit einem Schnittmuster entsprechend einer Zahnreihe mit viereckigen oder trapezförmigen Zähnen entstehen stets zwei gleichartige Ankerleisten mit zueinander komplementärem, in Leistenlängsrichtung gegeneinander versetztem Schnittmuster.

Da ein erfindungsgemäßes Verankerungssystem vor allem zur Gewährleistung möglichst hoher Belastungsgrenzen konzipiert ist, sind die Ankerleisten vorzugsweise aus Stahl, insbesondere aus ferritischem oder austenitischem Stahl gefertigt. In diesem Kontext wird es dementsprechend als vorteilhaft angesehen, wenn eine jede Ankerleiste stoffschlüssig mit dem entsprechenden Stahlbauteil verbunden, insbesondere verschweißt, ist. Ein erfindungsgemäßes Verankerungssystenn eignet sich aufgrund seiner Belastbarkeit auch für den Bau eines Reaktorsicherheitsbehälters, eines Druckbehälters oder eines Tankbehälters. Gemäß einer typischen Bauweise sind diese aus armierten und ggf. vorgespannten Betonbauteilen aufgebaut, die den Betonmantel bilden. Auf der Innenseite dieses Betonmantels ist ein auch als Liner bezeichneter Stahlmantel aus einer Anzahl von Stahlbauteilen vorgesehen, der die Dichtheit des Betonmantels sicherstellt. Mit Hilfe von erfindungsgemäßen Verankerungen sind die Stahlbauteile schließlich mit den Betonbauteilen unlösbar verbunden.

Gerade für die Sicherheitsanforderungen eines Reaktorsicherheitsbehälters (Containment) ist das Design und die Konstruktion der Verankerung des auch als Containment Liner bezeichneten Stahlmantels des Reaktorsicherheitsbehälters von großer Bedeutung. Hinsichtlich der zulässigen Spannungen und Steifigkeiten werden in verschiedenen Normen und Richtlinien hohe Anforderungen an die Verankerung definiert. Die Verankerung muss sowohl den im Normalbetrieb als auch den beim Störfall auftreten Kräften und Belastungen standhalten sowie gleichzeitig eine Rissausbildung / Rissausbreitung im Stahlmantel verhindern. Wie nunmehr erkannt wurde, lassen sich diese Anforderungen effizienter erfüllen, wenn der Stahlmantel, die Verankerung sowie der armierte Beton in der Tiefe der Verankerung zusammenarbeiten. Das erfindungsgemäße Verankerungssystem bietet in dieser Hinsicht ein Höchstmaß an Effektivität.

Um dies besser zu verstehen, sei an dieser Stelle noch einmal kurz auf die bislang gebräuchlichen Verankerungssysteme eingegangen:

Die Auslegung und Konstruktion bisher verwendeter Systeme für die Verankerung des Stahlmantels basieren in der Regel auf der Verwendung von L-, T- oder Z-Standard- Profilen, die in un modifizierter Form direkt in den Beton eingegossen und an den Stahlmantel angeschweißt werden. Diese Systeme weisen die im Nachfolgenden beschriebenen Nachteile auf:

1 . Die Verankerungsprofile werden üblicherweise unter Verwendung durchgängiger Schweißnähte auf beiden Seiten des Profils direkt an den Stahlmantel angeschweißt. Das Schweißen hierbei erfolgt üblicherweise manuell. Die Längen aller Schweißnähte addieren sich hierbei im Falle eines Reaktor-Contain-ments auf mehrere Kilometer. Die manuellen Schweißarbeiten verursachen hierbei hohe Kosten.

2. Die Tiefe (Profilhöhe) des Verankerungsprofils liegt üblicherweise über 70 mm und damit über dem Minimum der erforderlichen Dicke der Betonabdeckung (= 30-40 mm). Die Bewehrungsschicht kann nur hinter (unter) den Verankerungsprofilen platziert werden. Hierdurch verringert sich die maximale Biegekapazität des bewehrten Betonquerschnitts.

3. Die durchgängigen Verankerungsprofile stellen eine physikalische Barriere für den Fluss des Betons während des Gießvorgangs zwischen den einzelnen Profilen dar.

4. Die Verankerungsprofile sind nur in der Auftragsschicht des Betons eingebettet ohne Schnittstelle zu der Bewehrung. Hierdurch wird die Belastungsfähigkeit der Verankerung hinsichtlich normaler und transversaler Schubspannung auf diejenige des eingebetteten Betons reduziert. Ergebnisse aus zahlreichen Versuchen zeigen, dass ein Versagen des Betons vor dem Versagen der Verankerungsprofile eintritt.

Das hier vorgeschlagene Verankerungssystem, das auch als„Liner Shaped Anchorage System" bezeichnet werden kann, liefert eine weitaus bessere Verankerung des Stahlmantels (Liner) durch die speziell geformten, mit Ausnehmungen für die Bewehrung versehenen Verankerungsprofile (Ankerleisten), die eine Zusammenarbeit zwischen den Verankerungsprofilen und dem bewehrten Beton nach Art einer echten Verbundbauweise (Composite Structure) ermöglichen. Es balanciert das Verankerungssystem und erhöht die Effizienz der Verankerung. Es bietet insbesondere die nachfolgend aufgelisteten Vorteile:

1 . Durch Verwendung des erfindungsgemäßen Verankerungssystems kann infolge der regelmäßig unterbrochenen und somit verkürzten Verbindungsflächen ohne relevante Schwächung der Ankerleisten-Liner-Verbindung eine Reduzierung der benötigten Schweißnahtlängen um den Faktor 3 oder größer erreicht werden. Gleichzeitig wird eine Verringerung der bisher benötigten Zeit für die Vormontage eines Fertigteils des Stahlmantels als auch eine Senkung der Kosten für

Schweißarbeiten erreicht. Diese Ersparnisse überwiegen den Aufwand für den Zuschnitt der Ausgangsprofile deutlich.

2. Das erfindungsgemäße Verankerungssystem ermöglicht eine Platzierung von Teilen der Bewehrung im Zwischenraum zwischen den durchgehenden Innenstegen der Verankerungsprofile und dem damit an den äußeren Verbindungsflächen verbundenen Stahlmantel unter Berücksichtigung der minimal geforderten Betonabdeckung. Zudem erhöht das System die Biegefestigkeit des Betonquerschnittes.

3. Durch die Aussparungen in den entsprechend geformten Verankerungsprofilen wird verhindert, dass eine durchgehende physikalische Barriere entsteht, die den Fluss des Betons während des Gießvorgangs behindert.

4. Die verwendeten Verankerungsprofile koppeln / integrieren mindestens zwei Lagen gekreuzter Bewehrung. Dies erhöht die Verankerungskapazität und erlaubt es, eine Balance zwischen der Kapazität der Profile und dem Stahlbeton zu erreichen.

5. Die Integration der Verankerungsprofile in Verbindung mit der Bewehrung ergibt eine höhere Stabilität des Stahlmantels während des Betongusses.

Zusammengefasst bietet das erfindungsgemäße Verankerungssystem mit speziell geformten Verankerungsprofilen eine effiziente Lösung für die Einbettung der Profile in den Beton zusammen mit einer optimierten Schnittstelle zu der Bewehrung und mit gleichzeitig großem Einsparungspotential hinsichtlich der Herstellungskosten und Herstellungszeiten. Zudem wird durch die Verwendung dieses Systems die Effizienz der Verankerung des Stahlmantels erhöht. Es kann sowohl für Reaktor- und sonstige Sicherheitsbehälter (Containments) und Gas- und Flüssigkeitsbehälter als auch für Druckbehälter angewandt werden. Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung weiter beschrieben. Es zeigen:

FIG. 1 einen ausschnittsweise dargestellten Längsschnitt eines Bauwerkes, nämlich eines Reaktor-Containments, mit erfindungsgemäßem Verankerungssystem,

FIG. 2 eine Profil- bzw. Querschnittsansicht zweier handelsüblicher Profilleisten, und

FIG. 3 eine Seitenansicht einer U-Profilleiste mit angedeuteter Schnittlinie.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

In FIG. 1 ist das Funktionsprinzip eines erfindungsgemäßen Verankerungssystems erkennbar. Der darin ausschnittsweise dargestellte Längsschnitt zeigt ein Betonbauteil 1 , welches mit Hilfe mindestens einer Ankerleiste 2 unlösbar mit einem auch als Liner- blech bezeichneten, nach Art einer flachen Stahlplatte ausgeführten Stahlbauteil 3 verbunden ist. Mehrere derartiger Ankerleisten 2 können in gewissem Abstand senkrecht zur Zeichenebene hintereinander liegen, was aus der Figur jedoch nicht hervorgeht.

Als Ankerleiste 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Hälfte einer Stahlprofilleiste vorgesehen, welche durch Zweiteilung eines der in FIG. 2 und FIG. 3 gezeigten handelsüblichen Standardprofile 4, 5 hergestellt werden kann. Hierbei erfolgt eine Durchtrennung des entsprechenden Standardprofils 4, 5 entlang einer im Wesentlichen in Leistenlängsrichtung 6 verlaufenden Schnittlinie 7. Diese wird vorzugsweise so gewählt, dass als Folge entlang beider Hälften eine Art Zahnreihe mit durch Aussparungen bzw. Zwischenräume voneinander getrennten Zähnen ausgebildet ist. Sowohl für die Zähne als auch für die Zahnzwischenräume der Zahnreihe wurde exemplarisch die Form eines symmetrischen Trapezes gewählt. Dadurch ist es möglich, mit nur einem Arbeitsschritt gleich zwei nutzbare Ankerleisten 2 zu fertigen. Beide Ankerleisten 2 können im Wesentlichen als gleichwertig angesehen werden. Sie unterscheiden sich lediglich durch eine Verschiebung der Zahnreihe in Leistenlängsrichtung 6. Zur Trennung der Stan- dardprofile 4, 5 kann jedes geeignete Trennverfahren zum Einsatz kommen, wie z. B. Schneiden, Scheren, Stanzen und verwandte Verfahren wie etwa Laserschneiden.

Aufgrund der Verwendung von Standardprofilen 4, 5 bei der Produktion weist jede Ankerleiste 2 einen aus dem entsprechenden Ober- oder Untergurt des Standardprofils gebildeten, leistenartigen und vorzugsweise aus der Ebene der Zähne und Aussparungen, d.h. senkrecht zur Zeichenebene nach außen überstehenden Haltefuß 8 auf, der im Montageendzustand des Verankerungssystems im Betonbauteil 1 mit einliegt und daher quasi als Widerhaken fungiert. Zur Erhöhung der Stabilität und Verwindungsstei- figkeit der Ankerleiste 2 sind die Aussparungen in Querrichtung 1 1 nicht ganz bis an den Haltefuß 8 heran geführt, sondern es verbleibt jeweils ein mit dem Haltefuß verbundener schmaler Steg 13.

Neben dem Haltefuß 8 ist auch der Großteil des übrigen An kerleisten körpers im Montageendzustand vom Beton des Betonbauteils 1 umspritzt bzw. umgössen. Nur die äußeren Enden der Zahnreihenzähne, also die Zahnkronen 9, ragen aus dem Betonbauteil 1 heraus. Die freiliegenden Zahnkronen 9 dienen beim erfindungsgemäßen Verankerungssystem als Teilstücke einer Verbindungsfläche. Durch Verschweißen, Verlöten oder Verkleben wird im Rahmen des Herstellungsprozesses an den Teilstücken der Verbindungsfläche jeweils eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Ankerleiste 2 und Stahlbauteil 3 ausgebildet. Bevorzugt werden dazu beidseitig, an den Stoßkanten von Ankerleiste 2 und Stahlbauteil 3, Schweißnähte angebracht. Aufgrund der Aussparrungen zwischen den Zähnen beträgt die Gesamtlänge der Verbindungsfläche 9 in Längsrichtung 6 nur rund 1/3 der Gesamtlänge der Ankerleiste 2.

In das Betonbauteil 1 des Ausführungsbeispiels ist ein Geflecht aus Stahlstreben 10 als Armierung eingearbeitet. Das Geflecht weist mehrere Lagen auf, die in alternierender Abfolge ABAB in Querrichtung 1 1 übereinander gestapelt sind. In FIG. 1 sind genau vier Lagen dargestellt. Eine abweichende, insbesondere größere Anzahl von Lagen kann jedoch ebenfalls vorteilhaft sein. Die einer Lage A zugeordneten Stahlstreben 10 sind parallel zueinander und parallel zur Längsrichtung 6 der Ankerleiste 2 und senkrecht zu den Stahlstreben 10 einer Lage B angeordnet, welche senkrecht zur Zeichenebene verlaufen. Als Folge zeigt sich dem Betrachter bei einer Aufsicht auf die Armierung, sofern diese entsprechend einer Explosionsdarstellung frei zu sehen ist, in Querrichtung 1 1 ein Karomuster. An den Berührungspunkten der Stahlstreben 10 zweier direkt übereinanderliegender Lagen sind die Stahlstreben 10 vorzugsweise miteinander verbunden. Die Art der Verbindung kann dabei je nach Anwendungsfall variieren. Besonders zweckmäßige Varianten sind Kleben, Schweißen oder eine Umwickelung mit Draht. Die Stahlstreben 10 zweier direkt übereinanderliegender Lagen AB, ggf. auch weiterer Lagen, können auch miteinander verflochten sein, indem beispielsweise die senkrecht zur Zeichenebene verlaufenden Stahlstreben 10 abwechselnd oberhalb und unterhalb der ihnen unmittelbar benachbarten und in Längsrichtung 6 verlaufenden Stahlstreben 10 vorbeigeführt sind.

Wesentlich für das erfindungsgemäße Verankerungssystem ist die Einarbeitung des Verankerungselementes, in diesem Fall der Ankerleiste 2, in das als Armierung für das Betonbauteil 1 dienende Stahlstrebengeflecht derart, dass eine Krafteinwirkung auf das Stahlbauteil 3 über das Verankerungselement an die Armierung übertragen wird. Angreifende Kräfte wirken somit weniger lokal und können dementsprechend vom Betonbauteil besser absorbiert werden. Durch das Verbinden von Ankerleiste 2 und Stahlbauteil 3 im Rahmen der Herstellung wird ein jeder Zahnzwischenraum einer Ankerleiste 2 zu einer Art Öse 12 ausgebildet. Jeweils eine Stahlstrebe 10 des Stahlstrebengeflechts durchgreift eine solche Öse 12, so dass an dieser Stelle eine Kraftübertragung gemäß Zielsetzung möglich ist. Vorzugsweise liegen die die Zahnzwischenräume durchsetzenden Stahlstreben 10 jeweils an dem inneren Steg 13 der Ankerleiste 2 an. Jeder Zahnzwischenraum kann auch von mehr als einer Stahlstrebe 10 durchsetzt sein, oder ausnahmsweise von keiner, sofern zumindest einige Zwischenräume der Ankerleiste 2 entsprechend von Stahlstreben 10 durchsetzt sind. Falls beispielsweise Zugkräfte in Querrichtung 1 1 auf die jeweilige Ankerleiste 2 wirken, so wird diese nicht nur über ihren Haltefuß 8 im Beton festgehalten, sondern ist zusätzlich über die oberen beiden Lagen des Stahlstrebengeflechts verankert.

Im Ausführungsbeispiel gemäß FIG. 1 weist das Stahlstrebengeflecht vier Lagen gekreuzter und gegebenenfalls teilweise miteinander verflochtener Stahlstreben 10 auf, wobei die Stahlstreben 10 der in Eindringrichtung in das Betonbauteil 1 gesehen untersten Lage senkrecht zur Zeichenebene stehen und unter dem Haltefuß 8 der Anker- leiste 2, parallel zu den weiter oben die Zahnzwischenräume durchsetzenden Stahlstreben 10 vorbei geführt sind. Einige der längs zur Ankerleiste 2 verlaufenden Stahlstreben 10 der nächst höheren Lage können dabei derart angeordnet sein, dass sie sich von oben auf dem Haltefuß 8 abstützen und somit die senkrecht dazu verlaufenden Stahlstreben 10 der untersten Lage nicht direkt berühren.

Bezugszeichenliste Betonbauteil

Ankerleiste

Stahlbauteil

Standardprofil

Standardprofil

Leistenlängsrichtung

Schnittlinie

Haltefuß

Zahnkrone

Querstrebe

Querrichtung

Öse

Steg