Zum Tragverhalten von Injektionsdübeln in Mauerwerk

Abstract

Injektionsdübel in Mauerwerk bestehen aus einer Siebhülse, einer Ankerstange und einer Verbundmasse, die mit einem Auspressgerät in den Ankergrund injiziert wird. Der Ankergrund Mauerwerk besteht aus einem Verband von Voll- oder Lochsteinen und Mauermörtel. In Vollmaterial erfolgt die Lastübertragung des Injektionsdübels durch Verbundwirkung zwischen Injektionsmörtel und Ankergrund. In Lochsteinen steht zusätzlich der Tragmechanismus Formschluss zur Verfügung, der durch das Eindringen des Injektionsmörtels in die Hohlkammern des Steins entsteht. Injektionsdübel versagen i.d.R. durch Bildung eines Steinausbruchs oder durch Herausziehen. Nach einem Überblick über den Stand der Forschung (Kapitel 2) und der Beschreibung des Ankergrunds Mauerwerk hinsichtlich seiner Vielfalt und der wesentlichen Eigenschaften (Kapitel 3) wird das Tragverhalten von Injektionsdübeln in den Ankergründen Kalksandstein, Ziegelstein und Leichtbetonstein untersucht. In theoretischen Untersuchungen (Kapitel 4) wird die Übertragbarkeit vorhandener Erkenntnisse zu Verankerungen in Beton auf den Ankergrund Mauerwerk geprüft. Analytische Verfahren zur Berechnung von Traglasten für den Tragmechanismus Verbund und für Formschluss in Beton werden modifiziert und Besonderheiten für Injektionsdübel in Mauerwerk herausgearbeitet. Anschließend zeigen numerische Untersuchungen das Tragverhalten in Voll- und Lochsteinen auf. In Kapitel 5 werden experimentellen Ergebnisse von Versuchen zum Tragverhalten eines Enzeldübels in der Fläche in den unterschiedlichen Mauerwerkmaterialien und bei Variation verschiedener Parameter dargestellt. Der Einfluss von Fugen, Rand- und Achsabständen wird in Kapitel 6 und 7 ausführlich untersucht. Aus den vorliegenden Erkenntnissen wird ein Bemessungsmodell zur analytischen Erfassung der Traglasten von Injektionsdübeln in Mauerwerk entwicklt und in Kapitel 8 zusammengefasst. Die darin enthaltenen systemspezifischen Kenngrößen müssen in einem Zulassungsverfahren ermittelt werden. In Anlehnung an bestehende Richtlinien beschreibt Kapitel 9 die für eine bautechnische Zulassung erforderlichen Versuche. Da mit einer Zulassung nicht alle Anwendungsfälle abgedeckt werden können, sind zentrische Ausziehversuche am Bauprojekt erforderlich. Um größere Schäden durch Bildung von Steinausbrüchen am Bauwerk zu vermeiden, wurde ein Prüfverfahren zur Schadensminimierung entwickelt, das in Kapitel 10 beschrieben ist.

Injection systems for use in masonry structure that have Technical Approvals consist of a mesh sleeve made of metal or plastic, a threaded rod, a washer, a hexagon nut and an injection mortar, which is injected with a cartridge or a bag through a mixing nozzle. Masonry units are usually made of Calcium silicate, clay, lightweight concrete or autoclaved aerated concrete. Last named material was not subject of this study. In solid units or in areas of unit webs the injection fastening systems transmit load by bond. In perforated units, the load can also be transmitted by mechanical interlock. The mortar passes through the openings of the mesh sleeve into the hollows of the unit. Injection anchors generally fail by unit cone failure, so that the strength of the base material determines the maximum load. In solid units a failure at the mortar-unit in-terface also is observed. In this case the bond strength between mortar and unit is smaller than the strength of the base material. After an overview of the state-of-the-art of research (section 2) and the relevant properties of selected materials of masonry units (section 3), the behavior of injection anchors in Calcium silicate units, clay units and lightweight concrete units under various influence parameters is examined. In theoretical investigations (section 4), the behavior of injection anchors in solid and hollow units is examined. After a review of knowledge concerning analytic procedures for anchorages in concrete, the necessary modifications for use in masonry were described. Additionally nonlinear three-dimensional finite element studies show the load bearing behavior and the load transfer mechanism of injection systems. In section 5 the results of centric tensile tests in selected masonry materials (Calcium silicate, clay, lightweight concrete)and with various influencing parameters are presented. The influence of joints, edge distances and space distances is examined in section 6 and 7. In section 8 a design concept for injection anchors for use in masonry structures is proposed. In the equations parameters depending on the anchor type are needed. These parameters e.x. bond strength at mortar-unit-interface have to be assigned in approval tests. The necessary tests and the test procedures according to existing guidlines are described in section 9. The tests for a Technical Approval can not include all possible masonry materials. Therefore centric pull-out tests on construction side are necessary. The problem is the cone failure, so that a masonry structure is partially destroyed. This was the reason for developing a procedure to avoid the local damage. It is based on a combination of confined and not confined pullout test. Experimental tests show the usability of the procedure which is described in section 10.