CC BY
204Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Расчет конструкций
УДК 621.332.331.3
А.В. ГРАНОВСКИЙ, ДА. КИСЕЛЕВ, кандидаты техн. наук, ОАО «НИЦ«Строительство», ЦНИИСКим. В.А Кучеренко (Москва)
О методике испытаний анкеров на вырыв из различных стеновых материалов и возможных областях их применения
Полемические заметки к статье Т.А. Корнилова и В.В. Амбросьева «Оценка прочности крепления анкеров кронштейнов вентилируемых фасадных систем», опубликованной в журнале «Жилищное строительство» № 11-2010 г. [1]
В последние годы в России значительно вырос объем строительных работ, связанных с применением анкерного крепежа. При этом на рынке лидирующее положение занимают зарубежные производители, качество достаточно высокое. Однако опыт применения анкерного крепежа выявил ряд проблем, без решения которых объективная оценка эксплуатационной надежности весьма затруднительна. Среди этих проблем можно выделить следующие:
• методика испытаний (как статических, так и динамических) анкеров на вырыв и срез;
• методика обработки результатов испытаний с целью получения необходимых для проектировщиков расчетных значений усилий, которые может воспринять анкер, то есть его несущей способности;
• оценка области применения и эффективности работы анкерного крепежа в зависимости от материала конструкции (сталь, железобетон, каменные материалы) и его структуры (плотность, пустотность и т. д.).
Отметим, что такие немаловажные проблемы, как огнестойкость, коррозионная стойкость, расположение анкеров относительно друг друга и контура конструкций и т. д., либо решены, либо решаются относительно просто.
За рубежом анкерный крепеж производится десятки лет, анкерные крепления изучены вдоль и поперек, тем не менее на постоянные научные исследования фирмы-производители выделяют значительное финансирование. На основании результатов таких исследований совершенствуются производственные технологии и конструкции крепежа, актуализируются методики испытаний и применения.
В настоящее время за рубежом для испытаний анкеров на вырыв принята единая методика, подробно изложенная в ETAG 001. Суть этой методики заключается в следующем. Скорость нагружения анкера до момента разрушения анкерного узла составляет 1-3 мин. При этом независимо от места проведения испытаний производятся замеры деформаций анкера.
Во время зарубежных поездок сотрудники ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко, авторы данной статьи, имели возможность ознакомиться с методикой ETAG 001 и практикой ее применения в испытательных центрах фирм, которые поставляют анкерный крепеж на российский рынок. Было отмечено, что большая часть испытаний за рубежом проводится только в лабораторных условиях. Испытания на объекте дают возможность зарубежным специалистам оценить границы разброса разрушающих нагрузок. Если они расходятся с данными лабораторных испытаний, то это становится предметом анализа и поиском причин расхождения.
Результаты испытания крепления анкеров (рис. 1 [1]), на которых коллеги строят свои выводы, при отсутствии измерительных приборов, фиксирующих перемещение анкера, в Европе не используют для получения данных о несущей способности анкеров при установке их в стеновые материалы, которые ранее не были исследованы в лабораторных условиях. Испытания, которые проводились авторами статьи [1], никакой информации о деформативности анкерного узла и соответственно о несущей способности анкера не дают. За рубежом используют прибор, показанный на рисунке. В России прибор фиксирующий перемещение анкера, выпускает ООО «Интерприбор» (Челябинск).
Согласно положениям ETAG допустимая величина расчетной нагрузки на анкер, то есть величина несущей способности анкера при вырыве, определяется следующим образом:
• определяется предельное сопротивление нагрузке Ru m одиночного анкера (либо значение берется из ЕТА);
• по результатам серии тестов анкеров определяется характеристическое сопротивление нагрузке:
R = Rm (1 - kv);
• определяется значение расчетного сопротивления нагрузке:
R = R / у ,
d k 1M'
где ym - частичный коэффициент запаса прочности по материалу (согласно ЕТА);
• определяется рекомендуемая нагрузка:
Reec = Rd / ^
где yf - частичный коэффициент запаса прочности по нагрузке (согласно ЕТА).
Те положения, которые изложены в статье [1] относительно содержания ETAG (коэффициенты запаса 0,14 и 0,23, допускаемое смещение анкера 1 мм), ошибочны. В ETAG их просто нет. Они присутствуют в технических свидетельствах
22011
7
Расчет конструкций
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
ФГУ «ФЦС» и при этом принимаются и строго регламентированы в зависимости от типа анкера.
Не будем останавливаться на методике испытаний анкеров, рекомендуемой ФГУ «ФЦС» и изложенной в технических свидетельствах на анкеры различных фирм, так как она, а также методика ETAG уже обсуждались [2, 3]. Однако мы еще раз хотим отметить, что методика ФГУ «ФЦС» при правильной ее интерпретации позволила при полном отсутствии на время ее утверждения исследований в области анкерного крепежа исключить какие-либо аварийные ситуации в строительстве при использовании анкеров различных фирм.
Коллеги [1] ошибочно утверждают (или неверно интерпретируют контекст нашей статьи [2], на которую они ссылаются) что «во всех методиках определения нагрузок... имеется явное противоречие, когда предельное наибольшее усилие в анкере определяется на основе методики предельных состояний, а несущая способность анкера - на основе методики разрушающих нагрузок».
В [2] на стр. 79 указано обратное: «...отсутствие экспериментальных данных не позволяет... вместо общего коэффициента запаса ввести систему расчетных коэффициентов» (т. е. так, как принято в методике предельных состояний). И далее: ... при оценке несущей способности анкерных креплений используется метод расчета по разрушающим нагрузкам...»
Также авторы [1], ссылаясь на [3] (в статье [1] это ссылка [1]), пишут, что «значение коэффициента запаса получается порядка 0,2-0,25». Однако в методике ЦНИИСК коэффициент заранее не известен, он получается из эксперимента на основе определения упругой зоны работы анкера. Если внимательно прочесть статью Д.А. Киселева «Современные методики оценки прочности анкерных креплений» в журнале «Технологии строительства» № 4-2008 г., то из нее следует, что влияние скорости нагружения может существенно исказить результаты испытания. Быстрое нагружение без выдержки используется согласно действующим нормативам только при испытаниях стандартных образцов с целью определения характеристик (марки) материала:
• прочности кирпича - 20-60 с (ГОСТ 8462-85);
• условного предела прочности древесины - 90 с (ГОСТ 16483-70*);
• прочности арматурной стали при растяжении - 10 МПа /с (ГОСТ 12004-81);
• марки раствора по прочности - 1 МПа/с (ГОСТ 5802-86);
• марки по прочности бетона - «1 МПа/с (время нагружения не менее 30 с ГОСТ 10180-90).
Поскольку анкерный узел - составная конструкция, то мы считаем, что для оценки его несущей способности может быть использована только методика ГОСТ 8829-94 с обязательной выдержкой нагрузки на каждой ступени нагружения. Однако если мы будем, как предлагают авторы [1], «использовать переносные испытательные приборы, на которых не фиксируются точно остаточные деформации», то у нас всегда будут получаться 5-8-кратные разбросы в усилиях вырыва. А если учесть, что на строительных объектах испытания анкеров проводят очень часто не специалисты в этой области, то при отсутствии данных о перемещениях анкеров и использовании анкеров без учета специфики стенового материала результаты испытаний вообще будут трудно анализируемыми.
Как показали наши исследования, использование методики ГОСТ 8829-94 в части применения схемы испытания с пошаговым нагружением и выдержкой нагрузки на каждом
шаге нагружения особенно важен при испытании анкеров, установленных в легкие и ячеистые бетоны, а также в кирпичную кладку. Разница в величинах предельных нагрузок при испытаниях по предлагаемой нами схеме с использованием положений ГОСТ 8829-94 и нагружением образцов в течение 1-3 минут по методике ФГУ «ФЦС» составляет до 37%.
В настоящее время отсутствует необходимый объем информации о несущей способности различных типов анкеров. Если мы хотим получить из эксперимента, а не «брать с потолка» из-за недостаточного количества испытаний коэффициент запаса, то ЦНИИСК рекомендует схему испытаний с разгрузкой на каждом шаге нагружения. Этот подход не нов - таким образом определяется упругая область работы любого материала (конструкции). Поэтому ни о каких фиксированных коэффициентах запаса в наших статьях речи не идет.
Результаты испытаний анкеров, приведенных в статье [1 ], мы считаем некорректными по следующим причинам:
- ни один из ведущих производителей анкерной техники не рекомендует применять стальные распорные анкеры для установки в пустотелые строительные материалы. При выборе креплений для таких строительных материалов следует быть очень внимательным к пригодности анкеров и правильности их установки. Для применения в пустотелых строительных материалах подходят анкеры с полиамидным дюбелем и длинной распорной зоной (перекрывающей несколько стенок блока), а также химические анкеры с обязательной установкой сетчатых гильз (в противном случае будет перерасход химического состава). Поэтому в строительной практике стальные распорные анкеры и короткие анкеры с полиамидным дюбелем в пустотелых блоках не используются. Кроме того, анкер марки SXS является продуктом фирмы Fischer, а не Mungo. Маркировки SXS 90 в линейке продуктов Fischer не существует;
- в статье не предложена какая-либо методика испытаний. Рассмотренный же авторами подход к оценке несущей способности анкеров с использованием вероятностного подхода при отсутствии необходимого объема статистических данных по испытаниям анкеров, а тем более при таких разбросах значений показателей прочности, которые получены из эксперимента, вряд ли применим в настоящее время;
- считать достоверными результаты 30 испытаний, из которых выбирается 5-6 «хвостовых» точек вряд ли оправданно.
В целом поднятые в статье вопросы несомненно являются актуальными. Часть из них решена зарубежными учеными [4], другие требуют корректировки с учетом особенностей отечественной науки и строительства.
Список литературы
1. Корнилов Т.А., Амбросьев В.В. Оценка прочности крепления анкеров кронштейнов вентилируемых фасадных систем // Жилищное строительство. 2010. № 11. С. 35-37.
2. Гоановский А.В., Киселев Д.А., Цикановский Е.Ю. К вопросу об оценке надежности фасадных систем и о распределении ветровых нагрузок на них // Строительная механика и расчет сооружений. 2006. № 3. С. 78-82.
3. Киселев Д.А. Современные методики оценки прочности анкерных креплений // Технологии строительства. 2008. № 4. С. 14-15.
4. Eligehausen R, Mallee R, Silva J.F. Anchorage in Concrete Construction // Ernst and Sohn. 2006. 378 p.
8
22011
