Beim Gießen von Frischbeton werden Ortsbetonankerbolzen sofort eingegossen und erzeugen so die feste Verbindung, die bei Neubauten besonders wichtig ist, wo hohe Lasten und Erdbebenwiderstand entscheidend sind. Für ältere Bauwerke, die eine Aufwertung oder Modernisierung benötigen, kommen nachträglich installierte Anker zum Einsatz. Diese können mechanisch oder chemisch sein und werden in bereits erhärteten Beton nachträglich eingebaut. Sie bieten den Bauherren notwendige Flexibilität, erfordern jedoch eine sorgfältige Reinigung der Bohrlöcher und präzise Einbauschritte. Ortsbeton-Systeme leiten sowohl Zugkräfte als auch seitliche Beanspruchungen sehr gut ab und tolerieren Bewegungen während eines Erdbebens besser. Mechanische nachträglich installierte Anker funktionieren hervorragend, wenn ausschließlich Zugkraft wirkt, während chemische Varianten überraschend gut auch in gerissenem Beton und bei Betonmauerwerk halten.
Die L-Form dieser gebogenen Anker verhindert, dass sie sich aus flachen Fundamenten, wie sie beispielsweise bei Straßenlaternen verwendet werden, herausziehen. Ihre Konstruktion ermöglicht es ihnen, mehr Beton zu greifen, wenn Aufwärtskräfte und seitlicher Winddruck wirken. Für schwerere Anwendungen, wie Maschinenstützen oder die Verbindung von Stahlkonstruktionen, eignen sich gerade Anker besser, insbesondere in Kombination mit Bodenplatten. Diese verteilen das Gewicht auf größere Betonabschnitte, weshalb Bauteams sie häufig für große Projekte bevorzugen. Gewindestangen bieten eine weitere Lösung, wo Anpassungen wichtig sind. Sie passen gut in Stahlstützen und Rahmenbauteile. Wenn Arbeiter diese Stangen mit kleinen Aussparungen, die mit Mörtel gefüllt sind, installieren, wird die Konstruktion an Orten mit häufigen Vibrationen deutlich stabiler. Außerdem bewältigt diese Anordnung Temperaturschwankungen recht gut, was besonders in Fabriken und anderen Industrieumgebungen von großer Bedeutung ist.
Chemische Anker wirken durch Epoxid- oder Hybridharze, die Gewindestangen in gebohrte Löcher verankern. Dadurch entsteht eine gleichmäßige Spannungsverteilung über die Verankerungspunkte und sorgt dafür, dass alles auch bei Rissbeton oder Betonmauerwerk (CMUs) ordnungsgemäß funktioniert. Mechanische Anker hingegen basieren auf Spreizkräften wie Keilen, Hülsen oder Einpressankern. Diese sind im Allgemeinen günstigere Optionen für festes, rissfreies Beton, halten aber bei spröden oder schwach belastbaren Materialien nicht so gut stand. Erdbebentests zeigen, dass chemische Anker etwa 90 % ihrer Festigkeit nach wiederholten Belastungszyklen behalten, während mechanische Anker nur etwa 60 bis 70 % erreichen. Bei CMU-Wänden, insbesondere solchen mit Hohlräumen für Wandanker, verhindern Klebeanker ein Auseinanderbrechen der Steine. Dagegen können Spreizanker Probleme wie Abplatzen oder Ausbrüche des Kernmaterials der Steine verursachen, was niemand möchte.
Die Zugfestigkeit eines Ankerschraubens sagt uns grundsätzlich, wie viel Zugkraft er aushält, bevor er dauerhaft verformt wird. Der ASTM F1554-Standard legt die Vorschriften für diese Schrauben fest, wobei die Güteklasse 55 auffällt, da sie eine minimale Streckgrenze von etwa 55.000 psi aufweist. Das Besondere an dieser Güteklasse ist ihre Fähigkeit, sich zu verformen, ohne zu brechen, wodurch sie Energie bei Bewegungen absorbieren kann. Aus diesem Grund entscheiden sich Ingenieure oft für die Güteklasse 55, wenn es um Anwendungen mit Vibrationen oder Bewegungen geht, wie beispielsweise bei Brückenlagern oder Erdbebenverbindungen. Im Gegensatz dazu bietet die Güteklasse 105 mit einer minimalen Streckgrenze von etwa 105.000 psi deutlich höhere Festigkeit gegenüber statischen Lasten. Dies macht sie ideal für stabile Konstruktionen wie Fundamente von Hochhäusern oder Befestigungen schwerer Maschinen. Allerdings gibt es hier einen Kompromiss, da sich die Güteklasse 105 nur etwa 15 % dehnt, im Vergleich zu 21 % bei der Güteklasse 55. Wenn die Anwendung daher kontrollierte Flexibilität statt reiner Robustheit erfordert, ist die Güteklasse 55 trotz ihrer geringeren Festigkeitswerte oft die bessere Wahl.
| Eigentum | ASTM F1554 Güteklasse 55 | ASTM F1554 Grade 105 |
|---|---|---|
| Fließgrenze | 55.000 psi | 105.000 psi |
| Zugfestigkeit | 75.000–95.000 psi | 125.000–150.000 psi |
| Dehnung | 21 % Min | mindestens 15 % |
| Typischer Anwendungsfall | Dynamisch/Erschütterung, seismisch | Hohe statische Lasten |
Der Scherwiderstand einer Ankerplatte sagt uns grundsätzlich, wie gut er seitlichen Kräften standhalten kann, die von der Seite auf ihn wirken, statt direkt darauf. Etwas, worauf Ingenieure besonders achten, wenn es um starke Winde, Erdbeben, die Gebäude erschüttern, oder nahe Maschinen mit Vibrationen geht. Sprechen wir nun über den Randabstand, was einfach bedeutet, wie weit die Mitte unseres Bolzens vom nächstgelegenen Rand des Betons entfernt ist, in den wir verankern. Laut den Richtlinien des AISC Design Guide 1 müssen wir diesen Abstand mindestens siebenmal so groß halten wie die eigentliche Größe des Bolzens selbst, wenn wir sicherstellen wollen, dass unsere Bolzen ordnungsgemäß funktionieren und nicht an Festigkeit verlieren. Wenn also beispielsweise ein Bolzen mit einem Durchmesser von einem Zoll verwendet wird, sollte ein Abstand von mindestens sieben vollen Zoll zwischen dem Bolzen und der Kante der Betonwand oder des Betonbodens eingehalten werden. Die Einhaltung dieser Regeln hilft sicherzustellen, dass alles unter Belastung stabil bleibt und unangenehme Überraschungen vermieden werden, bei denen der Beton unerwartet genau dort reißt, wo wir es am wenigsten erwarten.
Welche Art von Material bei Ankernägeln verwendet wird, macht einen großen Unterschied hinsichtlich ihrer Leistung über die Zeit und ihrer Haltbarkeit. Kohlenstoffstahl ist recht kostengünstig und bietet eine gute Zugfestigkeit für Anwendungen in Innenräumen, wo keine Feuchtigkeit vorhanden ist. Aber bringt man diese Schrauben nach draußen oder in feuchte Bereiche, ohne sie zu schützen? Dann fangen sie ziemlich schnell an zu rosten. Das Heißverzinken verändert die Situation, da es Zink molekular mit der Stahloberfläche verbindet und so Korrosion unter normalen Außenbedingungen gut entgegenwirkt. Dennoch sollte beachtet werden, dass auch diese Beschichtung mit der Zeit abbaut, wenn sie saurem Boden oder aggressiven Chemikalien ausgesetzt ist. Bei Bauwerken in Küstenregionen, Klärwerken oder chemischen Fabriken wird rostfreier Stahl zur ersten Wahl. Insbesondere bei ASTM-Normen wie A193 B8M oder B8 (die die Qualitäten 316 und 304 abdecken) widerstehen diese Materialien einer Vielzahl korrosiver Einflüsse, einschließlich Lochfraß, Spaltkorrosion und Spannungsrisskorrosion. Praxisnahe Tests zeigen, dass diese Bolzen über Jahrzehnte hinweg – bis zu einem halben Jahrhundert oder länger – einwandfrei funktionieren können, selbst wenn sie kontinuierlich Salzwasser ausgesetzt sind.
| Material | Bestes für | Einschränkung |
|---|---|---|
| Kohlenstoffstahl | Budgetprojekte, trockene Innenräume | Neigung zu Rost ohne Beschichtung |
| Galvanisierte Stahl<br> | Außenkonstruktionen, gemäßigte Klimazonen | Zink degradiert in sauren Böden |
| Edelstahl | Küsten-/chemische Beanspruchung | Höhere Anschaffungskosten |
Fachgerechte Spezifikation vermeidet galvanische Inkompatibilität (z. B. Edelstahlanker mit Kohlenstoffstahl-Waschern) und verringert chloridinduzierte Spannungsrisskorrosion – entscheidende Aspekte für dauerhafte, normengerechte Verbindungen.
Die richtige ASTM-Norm zu wählen, ist entscheidend für die Zuverlässigkeit von Konstruktionen. Nehmen wir beispielsweise ASTM A307. Dabei handelt es sich um Schrauben aus kohlenstoffarmem bis mittelhartem Stahl mit geringer bis mittlerer Festigkeit, die für alltägliche Anwendungen gedacht sind – nichts besonders Wichtiges. Die meisten Experten empfehlen sie nicht für tragende Verankerungspunkte, da sie einfach nicht für solche Belastungen ausgelegt sind. Betrachten wir hingegen ASTM F1554, das sich auf hochfeste, wärmebehandelte Ankerschrauben bezieht. Die Güteklasse 55 bietet ein gutes Gleichgewicht zwischen Flexibilität und Festigkeit und eignet sich daher für Orte, an denen Erschütterungen oder Bewegungen durch Erdbeben auftreten können. Die Güteklasse 105 geht noch einen Schritt weiter und bietet zusätzliche Festigkeit, die für stabile Fundamente erforderlich ist, die alles sicher zusammenhalten, ohne sich zu verformen. In korrosions- und rostanfälligen Bereichen greifen Ingenieure häufig auf ASTM F593 Edelstahlschrauben zurück, die aus Chrom-Nickel-Legierungen wie Typ 304 oder 316 bestehen. Diese halten viel länger als herkömmliche Kohlenstoffstahl- oder verzinkte Alternativen, die im Laufe der Zeit anfangen zu zerfallen. Bevor ein Entwurf endgültig festgelegt wird, prüfen Fachleute sorgfältig die Werkstoffprüfzeugnisse und stellen sicher, dass alle Zertifizierungen den tatsächlichen Anforderungen des Projekts hinsichtlich Lasten, Umweltbedingungen und örtlichen Bauvorschriften entsprechen, einschließlich IBC-Standards, ACI-318-Richtlinien und ASCE-7-Anforderungen. Auch kleine Details sind wichtig: korrekte Einbetttiefe, richtig ausgerichtete Bohrungen, genaue Drehmomentvorgaben und gründliche Inspektionen gemäß AISC DG1 und ACI 355.4 tragen allesamt zu besseren Ergebnissen bei. Das National Institute of Standards and Technology hat dies untersucht und eine beunruhigende Feststellung gemacht: Brücken, die mit nicht ordnungsgemäß spezifizierten Schrauben gebaut wurden, wiesen etwa 30 % geringere Ermüdungsfestigkeit auf. Also merken Sie sich: Die Einhaltung dieser Normen ist nicht nur Papierkram, sondern entscheidend dafür, dass Gebäude sicher bleiben und stabil stehen.
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