Zugversuch an Ankerstäben

Zugversuch an Ankerstäben – Ermittlung der Tragfähigkeit und Dehnungseigenschaften von Verankerungselementen im Berg- und Tunnelbau

Als nach ISO/IEC 17025 akkreditiertes (CNAS) unabhängiges Prüflabor führen wir Zugversuche an Ankerstäben für Hersteller von Ankertechnik, Bergbaubetriebe, Tunnelbauunternehmen und geotechnische Ingenieurbüros in Österreich durch. Ankerstäbe (Vollgewindeanker, Schraubanker, Spritzanker) werden zur Sicherung von Hängen, Böschungen, Tunnelausbrüchen und Untertagebauwerken eingesetzt. Die Zugfestigkeit, die Bruchdehnung, das elastische Verhalten sowie die Grenzlast unter zentrischer Beanspruchung sind entscheidende Parameter für die Betriebssicherheit. Unser Labor prüft Ankerstäbe aus Stahl (üblicherweise Festigkeitsklassen 500, 600, 700 MPa, vergütet oder mikrolegiert) mit Nenndurchmessern von 12 mm bis 32 mm. Die Prüfungen erfolgen an ganzen Stababschnitten (Länge ca. 600–1000 mm) mit originalem Anschlussgewinde oder angelaschten Kopfplatten. Wir bestimmen die Streckgrenze (Reh, Rp0,2), die Zugfestigkeit (Rm), die Bruchdehnung (A5), ggf. die Gleichmaßdehnung (Agt) sowie den Elastizitätsmodul. Die Prüfungen werden auf servohydraulischen Universalprüfmaschinen (Prüfkraft bis 1000 kN) mit extensometrischer Dehnungsmessung durchgeführt. Wir beachten die Richtlinien der österreichischen Bundesbahnen (ÖBB), ASFINAG sowie internationale Normen (ISO 15698, DIN 488, ÖNORM EN 10080). Die Ergebnisse dienen der Qualitätssicherung von Lieferungen, der Bauabnahme und der Schadensanalyse.

Typen von Ankerstäben und Proben, die wir prüfen

Vollgewindeanker mit Gewinderippe (z. B. TITAN, MacLean, DSV)
Gesenkschmiedete Ankerstäbe für den Tunnelbau
Spiralanker (bewehrte Anker mit aufgeschweißten Drähten)
Gewindestangen nach ISO 898-1 (Festigkeitsklassen 8.8, 10.9, 12.9) – soweit als Anker verwendet
Kunststoffummantelte Korrosionsschutzanker (verbundstäbe)
Mutter-Kopf-Konstruktionen mit Anschweißplatte
Feldentnomme Proben (aus bestehenden Bauwerken) für Resttragfähigkeitsanalysen
Referenzproben aus gleicher Charge für die Werksabnahme
Vergleichsmuster verschiedener Hersteller
Probepaarungen mit Mörtel- oder Harzverbund (für Ausziehversuche)

Wichtige Parameter und mögliche Fehler

Streckgrenze / 0,2%-Dehngrenze (Reh / Rp0,2) – Untere Grenze der plastischen Verformung; Überschreitung führt zu bleibenden Setzungen.
Zugfestigkeit (Rm) – Maximale Spannung vor dem Bruch; muss über der Streckgrenze liegen.
Bruchdehnung (A5) – Maß für die Duktilität; zu niedrige Dehnung weist auf Sprödbruchgefahr hin.
Gleichmaßdehnung (Agt) – Dehnung bei maximaler Kraft; wichtig für Einschnürungsverhalten.
Einschnürung (Z) – Querschnittsabnahme am Bruch; charakteristisch für zähen Werkstoff.
Bruchort (im Schaft, im Gewinde, an der Kopfplatte) – Lokale Schwachstellen wie Kerben oder Schweißnähte.
Oberflächenfehler (Riefen, Kerben, unvollständiges Gewinde) – Kerbwirkung reduziert Tragfähigkeit.

Prüfmethoden im Detail

1. Vorbereitung und Maße

Die Ankerstäbe werden auf eine Länge von ca. 8–10 × Nenndurchmesser zugeschnitten. Die Enden werden bei Bedarf mit planparallelen Kopfplatten verschweißt oder mit Gewindemuttern versehen (Einspannlänge mindestens 2× Nenndurchmesser). Für die Messung der Bruchdehnung wird die Ausgangsmesslänge L0 = 5 × d auf dem Schaft markiert.

2. Prüfmaschine und Einspannung

Verwendet wird eine Universalprüfmaschine (hydraulisch, 600–1000 kN) mit keilförmigen Spannbacken oder Gewindeadaptern. Die Zugachse muss zentrisch ausgerichtet sein (max. Abweichung 0,5 mm). Ein Extensometer (Clip-On oder Video) mit einer Messlänge von 50–100 mm wird auf dem Schaft angebracht.

3. Prüfgeschwindigkeit (Belastungsregelung)

Bis zum Erreichen der Streckgrenze wird die Spannungsrate auf 10–30 MPa/s eingestellt (entsprechend ISO 6892-1). Danach wird auf eine Dehnungsrate von 0,0025 s⁻¹ umgeschaltet, bis zum Bruch.

4. Messgrößen

Es werden kontinuierlich Kraft und Dehnung (bzw. Längung) aufgezeichnet. Die 0,2%-Dehngrenze (Rp0,2) wird bei Ankern ohne ausgeprägte Streckgrenze bestimmt. Nach dem Bruch wird die Restmesslänge L1 mit einer Messschieber ermittelt, die Bruchdehnung A = (L1 – L0)/L0 × 100% berechnet.

5. Sonderfall – Ausziehversuch mit Verbund (Mörtel/Harz)

Für in Beton oder Harz eingeklebte Anker wird die Ankerstange in einem speziellen Prüfrahmen (z. B. mit Auflager für den Verbundkörper) eingebaut. Die Zugkraft wird mit konstanter Geschwindigkeit (0,5–2 mm/min) aufgebracht; gemessen wird die maximale Ausziehkraft sowie das Schlupfverhalten (Verbundfestigkeit).

Prüfbericht und Dokumentation

Jeder Prüfbericht für Ankerstäbe enthält:

Probenidentifikation (Hersteller, Typ, Nenndurchmesser, Festigkeitsklasse, Chargennummer)
Geometriedaten (Schaftdurchmesser, Gewindemaße, Länge, Messlänge)
Prüfbedingungen (Temperatur, Feuchte, Prüfgeschwindigkeit)
Ergebnisse: Streckgrenze (Reh/Rp0,2), Zugfestigkeit (Rm), Bruchdehnung (A5), ggf. Gleichmaßdehnung (Agt), Einschnürung (Z)
Kraft-Dehnungs-Diagramm (digital als Grafik)
Bruchbild mit Angabe der Bruchlage (Schaft, Gewinde, Kopf)
Fotodokumentation der gebrochenen Probe
Vergleich mit den Kundenspezifikationen (z. B. „Rm ≥ 700 MPa, A5 ≥ 12%“) – „entspricht“ / „entspricht nicht“
Archivierung der Rohdaten für 10 Jahre

Typische Anforderungen (Richtwerte für Ankerstäbe)

Festigkeitsklasse 500/600: Rp0,2 ≥ 500 MPa; Rm ≥ 600 MPa; A5 ≥ 16%
Festigkeitsklasse 700: Rp0,2 ≥ 700 MPa; Rm ≥ 800 MPa; A5 ≥ 12%
E-Modul (für Stahl): 200.000 ± 10.000 MPa (nicht immer gefordert)
Bruchdehnung A5 für vergütete Stäbe mindestens 12%, für warmgewalzte mindestens 16%

Anwendungen in der österreichischen Praxis

Tunnelbau (Brenner Basistunnel, Koralmtunnel): Abnahmeprüfungen von Ankerstäben für die Felsnagelung.
Böschungssicherung (Lawinenverbau, Hangrutschungen): Zugversuche an Ankern zur Bemessung der Sicherheitsreserven.
Bergbau (Salzbergbau, Hartgestein): laufende Kontrolle von Gebirgsankern.
Kraftwerksbau (Speicherkraftwerke): Prüfung von Zugankern für Kavernen.
Brücken- und Ingenieurbau: Qualifizierung von Ankerstäben für die Vorspannung von Widerlagern.