А.В.ГРАНОВСКИЙ, канд. техн. наук, Д.А.КИСЕЛЕВ, инж. (ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко); А.Г.АКСЕНОВА, инж. (ООО “АКТИВ МОНТАЖ”), Об оценке несущей способности анкерных креплений
Рассматривается проблема, связанная с оценкой прочности анкерных креплений. Необходимость ее решения обусловлена значительным ростом объемов строительных работ с использованием анкеров для крепления различных конструктивных элементов к стенам и другим конструкциям зданий и сооружений. Отсутствие нормативных документов и стандартов, регламентирующих методы оценки прочности анкерных узлов при действии на них продольных и поперечных относительно их оси усилий, повышенный уровень ответственности указанных конструктивных элементов - все это требует от проектировщиков специальных знаний и опыта проектирования. Отсутствие нормативов в данной области не позволяет формализовать процесс проектирования.
Оценка несущей способности анкерных креплений усложняется отсутствием стандартной методики проведения испытаний анкеров и нормирования расчетных величин вертикальных и горизонтальных нагрузок на анкер и соответствующих им перемещений последнего, а также методов расчета анкерных узлов.
Остановимся подробнее на анализе указанных выше факторов.
1. В настоящее время при оценке несущей способности анкерных креплений использование метода расчета по предельным состояниям сдерживается отсутствием в ряде случаев опытных данных о параметрах, влияющих на прочность и деформативность анкерного узла, т.е. тех параметров, с помощью которых можно рассчитывать конструкции по первому и второму предельным состояниям.
Известно, что для любого материала формула, характеризующая 1 -е предельное состояние (несущую способность), в общем виде может быть представлена применительно к анкерному узлу следующим неравенством:
И если для элементов анкерного узла (стена: кирпич, бетон, дерево, сталь; непосредственно анкер: сталь, пластмасса, пенообразующие компоненты) значения указанных расчетных коэффициентов известны и получены на основе анализа результатов многочисленных лабораторных исследований, то для анкерного крепления такие данные практически отсутствуют. Так, например, применяемая для оценки однородности кирпичной кладки зависимость:
Коэффициент условий работы должен учитывать особые условия работы анкерного крепления, несоответствие расчетной схемы реальной работе узла и другие отличия от нормальных условий эксплуатации. Так, например, до настоящего времени не изучено влияние изменения величины распора во времени при использовании распорных анкеров, установленных в бетоны различной прочности и плотности, на их несущую способность. Эффект релаксации материала стены в легких и ячеистых бетонах может привести к полной потере несущей способности анкера при действии продольных относительно оси анкера сил.
Аналогичные замечания можно высказать и о расчете анкерных креплений по 2-му предельному состоянию - по деформациям. В настоящее время отсутствуют научно обоснованные величины предельных деформаций анкеров, и их безопасности анкера должна назначаться, исходя из эксплуатационных характеристик системы: “осно- вание(стена)-анкер- закрепляемый конструктивный элемент.
2. Второй немаловажный вопрос, возникающий при назначении по результатам испытаний величины расчетной нагрузки вырыва анкера, - скорость приложения к нему нагрузки, т.е. продолжительность нагружения. В ряде рекомендаций эта продолжительность определяется интервалом в 1 мин, т.е. для испытанных металлических анкеров, установленных в стены из тяжелого бетона, эта величина составляет 44 кг/(см2 с); для анкеров с полиамидным дюбелем, установленных в стены из ячеистого бетона, -8.5 кг/(см2с).
Следует отметить, что при указанной скорости испытаний замерить деформации анкера в процессе нагружения не представляется возможным, что недопустимо. В этой области имеется большой объем исследований, выполненный специалистами НИИЖБа и других организаций. Анализ имеющегося опыта и позволил бы установить допустимую скорость нагружения анкеров.
3. Другой дискутируемой проблемой при назначении расчетной нагрузки вырыва анкера является вопрос об установлении необходимого количества контрольных образцов. В ряде документов их рекомендовано принимать не менее 15. С нашей точки зрения, наиболее оптимальная методика назначения числа контрольных образцов предложена НИИЖБом в ГОСТ 10180-90 (СТ СЭВ 3978-83), где требуемое число образцов при внутрисерийном коэффициенте вариации более 8% рекомендуется принимать равным не менее 6. Так, в кирпичных конструкциях среднее значение прочности кирпича принимается по результатам испытаний 5 образцов. С нашей точки зрения, оптимальное число контрольных образцов анкеров должно приниматься равным 6. При этом:
по испытанию одного образца определяется ориентировочное значение нагрузки, при которой происходит вырыв анкера из стены (Мразр.) и величина ступени нагружения следующих анкеров, которая ориентировочно должна составить О/Ю.-.игО-Мрззр;
проводятся испытания оставшихся пяти анкеров с пошаговым нагружением и разгрузкой на каждом этапе нагружения;
в случае если по результатам испытаний величина Npa3p отдельных анкеров отличается от среднего значения более чем на 25%, необходимо дополнительные испытания анкеров, количество которых определяется указанной величиной.
4. Как показали исследования ЦНИИСКим. ВАКучеренко [5], немаловажным параметром, определяющим эксплуатационную надежность анкерного крепления (узла), является величина допускаемой расчетной нагрузки, приложенной перпендикулярно продольной оси анкера. Указанная величина нагрузки зависит как от прочности самого анкера при действии на него поперечной силы и прочности стены при местном сжатии, так и от эксплуатационных характеристик систем, которые крепятся к стенам с помощью анкеров (т.е. допускаемых вертикальных перемещений элементов системы, влияющих на эксплуатационную надежность закрепленных систем). В настоящее время таких испытаний практически не проводится, а величины допускаемых вертикальных деформаций анкеров не регламентированы.
Решение рассмотренных выше вопросов возможно по мере накопления информации о работе анкерных узлов при различных силовых воздействиях и проведении комплексных исследований в этой области.
Бетон и железобетон, 2006 №2