1Составные дюбели для анкеров в слабонесущих ограждающих конструкциях
Кущев Иван Евгеньевич
д.т.н., профессор кафедры ПГС Рязанского института (филиала), ФГАОУ ВО «Московский политехнический университет»
Петров Михаил Александрович
магистрант кафедры промышленного и гражданского строительства Рязанского (филиала), ФГАОУ ВО «Московский политехнический университет»
Данная статья посвящена анкерам, устанавливаемым в ограждающие конструкции зданий с ограниченной несущей способностью, с возможностью снижения нагрузки на материалы дюбель-ных гнёзд этих конструкций за счет увеличения площади контакта. В статье рассмотрен вопрос об эксплуатации составных дюбелей с цилиндрической головкой. При установке таких конструкций, основную продольную нагрузку воспринимают тела дюбелей, передавая её в зоне контакта на пеносиликатные ограждающие конструкции, а поперечную нагрузку воспринимают от анкера головки, которые в зависимости от диаметра, способны снизить возникающие напряжения до допустимых значений, предотвращающих выкрашивание материала ограждающих конструкций. Кроме того, в статье приведены результаты экспериментальны лабораторных исследований по установке анкеров дюбелям с головками цилиндрической формы. Ключевые слова: составной дюбель, цилиндрическая головка дюбеля, анкер, установка в пеносиликатную конструкцию.
(О
сч о сч
Вопрос обеспечения высокой надежности крепления фасадных систем к ограждающим конструкциям из газобетона и пеносиликата при воздействии повышенных ветровых и сейсмических нагрузок, а также их сочетания, на них требует глубокого изучения этого вопроса для обеспечения безопасности зданий и сооружений.
С учетом невысоких прочностных и деформационных характеристик строительных изделий из газобетона и пеносиликата необходима разработка специальных конструктивных и технологических решений при установке в них дюбелей для анкерных креплений. Существующие способы установки анкерных креплений в газобетонных и пеносиликатных изделиях обладают главным недостатков: высокая концентрация напряжений на входе дюбеля в конструкцию, и как следствие, снижение несущей способности в течение короткого времени из-за значительного нарушения структуры базового материала и невозможности обеспечения равномерности распределения напряжений при установке анкера.
Отсюда становится очевидной необходимость в разработке более совершенной конструкции и технологии для устройства анкерных креплений в газобетоне и пеносиликате с обеспечением стабильно высоких показателей несущей способности наряду с сокращением стоимости и трудоемкости его устройства.
Большой вклад разработку таких решений теоретических и экспериментальных исследований отечественных и зарубежных ученых - Н.И. Ватина, В.В. Верстова, В.П. Вылегжанина, А. В. Грановского, Г.И. Гринфельда, А.А. Давидюка, Ю.Н. Казакова, Д.А. Киселева, В.А. Кузьмичева, Н.О. Куликовой, А.С. Малинкина, А.П. Меркина, В.И. Моро-зова, С.Н. Панарина, В.А. Пинскера, А.Е. Пискуна, А.Ф. Пи-тулько, Л.А. Прокудиной, Ю.В. Пухаренко, С.Б. Сапожников, Г.И. Шапиро, R. Eligehausen, I. loannou, G. Schober и др. Однако, данные исследования относятся к эпохе СССР. После 1991 российский рынок строительных элементов интенсивно заняли зарубежные фирмы, в результате чего проведение научных исследований по анкерам в значительной мере сместилось в область горнорудной отрасли, которая финансировала проведение исследований по различным видам анкеров [2, 3, 4, 5, 6].
Целью данной работы является повышение несущей способности анкеров, так как с ростом высотного домостроения, а также домов с облегчённой конструкцией на основе пеносиликата и пенобетона для установки различных внешних и внутренних
ограждении в зданиях приходится использовать анкеры с искусственным усилением их гнёзд. То есть при установке анкеров в дюбель производится накачка клеевоИ массы, которая проходя через него насыщает объём вокруг него, и застывая там укрепляет в стене гнездо дюбеля [7, 8].
В известных способах установки анкерных болтов, например пат. Японии JPH № 08247119, F16B 13/04, пат. РФ № 2 363 864, F16B 13/14, Е04В 1/41, существенным недостатком является низкая надежность крепления анкерного болта из-за недостаточ-нои прочности материалов ограждающих конструкций в передней части установки дюбеля, откуда вставляется анкер, это связано с тем, что дюбель имеет постоянное сечение, которое в задней части достаточно для клеевого удержания дюбеля. Также известен способ установки анкеров методом нагнетания клеевой композицией, пат. РФ 2 580 494 F16B 11/00, в нём обеспечивается высокая прочность за счёт внедрения клеевой массы в пористую структуру ограждающих конструкций. Однако, недостатком данного способа установки анкера является высокая энергоёмкость данного крепления [8, 9, 10].
Общая технология установки ступенчатых дюбелей существенно отличается от установки обычных тем, что отверстие готовится в два этапа:
первый - сверление в ограждающей конструкции производится обычным сверлом диаметра тела дюбеля с минусовым допуском переходных посадок на всю глубину установки составного дюбеля;
второй - производится сверление сверлом номинального диаметра на глубину установки головки дюбеля.
В первом случае производится установка дюбелей в отверстия на жидкий клей выполняющий роль смазки и одновременным заполнением пор между телом дюбеля и материалом отверстия в ограждающей конструкции. Во втором случае установка головки дюбеля производится с наличием возможных зазоров, заполняемых клеем и подтяжкой анкером.
в отверстие небольшого диаметра на клеевой основе и предназначенное для удержания анкера в продольном направлении; головки, которая распределяет нагрузку анкера, воспринимаемую им, в поперечном направлении (рис. 1).
Для проведения испытаний была использована методика Выдрицкой М.П. по планирование экспериментальных исследований анкерных систем [1]. В качестве изменяемых факторов на первом этапе исследований было рассмотрено влияние диаметров анкеров при постоянном 0 равного 10 мм цилиндрического тела дюбеля и постоянном 0 = 10 мм цилиндрической головки дюбеля. Результаты испытания тонких анкеров (разница в диаметрах групп получалась ручной сортировкой с абразивной доводкой 0,2 мм) приведены в табл. 1.
Таблица 1.
Суммарная деформация тонких анкеров в составных дюбелях
№ образца и приращение Нагрузка
0 нагрузки 1 груз (2 кг) 2 груза (4 кг) 3 груз (6 кг)
3 0 0,45 1,05 1,57
Л 0,45 0,60 0,52
2 0 0,37 0,87 1,31
Л 0,37 0,50 0,44
8 0 0,39 0,79 1,29
Л 0,39 0,41 0,50
средние значения 0 0,41 0,91 1,39
0,41 0,50 0,48 0,46/2 = 0,23
Графически результаты эксперимента представлены на рис. 2.
А, мм 1,50
1,25
1,00
0,75
0,50
0,25
0
—^
0,23 х 0,9983
8 Р, кгс
а - установка тела дюбеля в газобетон; б - установка цилиндрического оголовка дюбеля в газобетон; 1 - газобетон; 2 -тело анкера; 3' - отверстие в газобетоне под оголовок анкера; 3 - оголовок дюбеля в газобетоне; 4' - условное положение анкера; 4 - рабочее положение анкера в составном дюбеле с цилиндрической головкой.
Рисунок 1 - Фазы установки тела и цилиндрической головки дюбеля с анкером
Данная техническая задача по повышению надежности крепления и снижению энергетических затрат при установке анкеров с возможностью установки дополнительной звукоизоляции базового пористого материала в конструкции здания решается тем, что дюбель состоит из двух частей: тела, которое устанавливается в базовый пористый материал
Рисунок 2 - Суммарная деформация тонких анкеров в составном дюбеле с цилиндрической головкой 0 20 мм от нагрузки.
Результаты испытания средних по толщине анкеров представлены в табл. 2.
Таблица 2.
Суммарная деформация средних анкеров в составных дюбелях
№ образца и приращение Нагрузка
0 нагрузки 1 груз (2 кг) 2 груза (4 кг) 3 груз (6 кг)
5 0 0,34 0,77 1,10
Л 0,34 0,43 0,43
6 0 0,32 0,74 1,15
Л 0,32 0,42 0,41
7 0 0,32 0,79 1,18
Л 0,32 0,47 0,39
средние значения 0 0,33 0,80 1,16
0,33 0,42 0,41 0,39/2 = 0,19
<|> *
о
X
о г
5 *
ш
с
4 и о
5 Ч
л
г
о ч
л
а»
со сч о сч
Следует обратить внимание на то, что величина средних приращений является коэффициентом в уравнении регрессии при значении функции, деленной на величину шага нагрузки.
Графически результаты эксперимента со средними по диаметру анкерами представлены на рис. 3.
Д, мм 1,50
1,25
1,00
0,75
0,50
0,25
0
У = и2--
—
/к >
0,21 х =0,96
8 Р, кгс
№ образца и приращение Нагрузка
0 нагрузки 1 груз (2 кг) 2 груза (4 кг) 3 груз (6 кг)
1 0 0,34 0,73 1,09
Л 0,34 0,39 0,36
4 0 0,35 0,67 0,97
Л 0,35 0,32 0,30
9 0 0,35 0,69 1,15
Л 0,35 0,34 0,46
средние значения 0 0,35 0,70 1,07
0,35 0,35 0,37 0,35/2 = 0,17
Д, мм 1,50
1,25
1,00
0,75
0,50
0,25
0
у = (
0,17 х 0,98
8 Р, кгс
ния. Соответственно и напряжения в парах сопряжений анкер - головка дюбеля и дюбель - установочное отверстие возрастают незначительно за счет уменьшения толщины анкера и в основном месте сопряжения анкер - головка дюбеля, где интенсивность деформации последней определяется изменением диаметра анкера.
Подводя итог лабораторным испытаниям составных дюбелей с цилиндрическими головками, представленными на рис. 5, можно отметить, что диаметр анкера сильнее влияет на деформацию материала головки дюбеля, чем на материал установочное отверстие в газосиликате.
Рисунок 3 - Суммарная деформация средних анкеров в составном дюбеле с цилиндрической головкой 0 20 мм от нагрузки.
Последними в той серии опытов были эксперименты с «толстыми» анкерами (анкеры, которые не подвергались абразивной доводке и имели стандартный диаметр проволоки для изготовления анкеров). Результаты испытания «толстых» диаметров анкеров представлены в табл. 3.
Таблица 3.
Суммарная деформация «толстых» анкеров в составных
Рисунок 4 - Суммарная деформация «толстых» анкеров в составном дюбеле с цилиндрической головкой от нагрузки.
Как и в предыдущих испытаниях полученное среднее значение деформации анкера с составным дюбелем в установочном отверстии газобетонного материала изменяется по линейному закону с коэффициентом при аргументе 0,17, что свидетельствует о практически линейном характере измене-
Рисунок 5 - Суммарная деформация анкеров в составных дюбелях с цилиндрическими головками от нагрузки.
Таким образом, поставленная задача о снижении разрушаемости материала ограждаемой конструкции достигнута
В поперечном сечении полученной поверхности наблюдается слабо выраженное возрастание по кривой второго порядка, но учитывая, что уменьшение диаметра анкера ведёт к потере прочности самим анкером (разрушение), это уменьшение практического интереса не представляет в обычных конструкциях.
Литература
1. Выдрицкая М.П. Методика и планирование экспериментальных исследований анкерных систем // Строительство и техногенная безопасность. 2010. Вып. 33-34. Разд. 2. С. 65 - 76.
2. Гречишкин П.В., Разумов Е.А., Заятднов Д.Ф., Чугайнов С.С. Современные технологии двухуровневого анкерного крепления. Перспективы применения при отработке рудных месторождений полезных ископаемых в различных горно-геологических условиях // Горно-информационный бюллетень. 2016. № 10. - С. 182 - 200.
3. Еременко В.А., Разумов Е.А., Заятднов Д.Ф., Позолотин А.С., Прохватилов С.А., Красилов С.Ю. Совершенствование двухуровневой технологии анкерного крепления широких сопряжений горных выработок // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2013. - № 5. - С. 20 - 30.
4. Еременко В.А., Разумов Е.А., Заятднов Д.Ф. Современные технологии анкерного крепления //
Горный информационно-аналитический бюллетень. 2012. - № 5. - С. 38 - 46.
5. Зубков А.А., Калмыков В.Н., Кутлубаев И.М., Найдёнова М.С. Обоснование характеристик анкерных крепей фрикционного типа // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2019. - № 10. -С. 35 - 43. DOI: 10,25018/0236-1493-2019-10-035-43.
6. Крамаджан А.А., Русин Е.П., Стажевский С.Б., Хан Г.Н. О повышении несущей способности грунтовых анкеров с гибкой тягой // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2014. № 6. С. 96 - 106.
7. Малинин А.Г., Смирнов А.Н., Малинин Д.А. Извлекаемые винтовые анкеры «Атлант» // Жилищное строительство. 2015. № 9. С. 36 - 40.
8. Патент Японии JPH № 08247119, F16B 13/04.
9. Патент РФ № 2 363 864, F16B 13/14, E04B 1/41.
10. Патент РФ 2 580 494 F16B 11/00.
11. Халитова А.Р., Синенко С.А. Сравнение анкерного и распорного методов крепления ограждающих конструкций котлована при строительстве зданий и сооружений // Инженерный вестник Дона. 2021, № 4 ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2021/6918.
Composite dowels for anchors in low-bearing building
envelopes Kushchev I.E., Petrov M.A. Moscow Polytechnic University
This article is devoted to anchors installed in the enclosing structures of buildings with limited load-bearing capacity, with the possibility of reducing the load on the materials of the dowel sockets of these structures by increasing the contact area. The article discusses the issue of using composite dowels with a cylindrical head. When installing such structures, the main longitudinal load is absorbed by the dowel bodies, transferring it in the contact zone to the foam silicate enclosing structures, and the lateral load is received from the anchor heads, which, depending on the diameter, are able to reduce the resulting stresses to acceptable values that prevent chipping of the material of the enclosing structures. In addition, the article presents the results of experimental laboratory studies on the installation of anchors for dowels with cylindrical heads. Keywords: compound dowel, cylindrical dowel head, anchor, installing
in a foam silicate enclosing construction References
1. Vydritskaya M.P. Methodology and planning of experimental studies of anchor systems // Construction and technogenic safety. 2010. Issue. 33-34. Sec. 2. pp. 65 - 76.
2. Grechishkin P.V., Razumov E.A., Zayatdnov D.F., Chugainov S.S.
Modern technologies of two-level anchoring. Prospects for use in mining ore deposits of minerals in various mining and geological conditions // Mining Information Bulletin. 2016. No. 10. - P. 182 -200.
3. Eremenko V.A., Razumov E.A., Zayatdnov D.F., Pozolotin A.S.,
Prokhvatilov S.A., Krasilov S.Yu. Improving two-level technology for anchoring wide junctions of mine workings // Mining Information and Analytical Bulletin. 2013. - No. 5. - P. 20 - 30.
4. Eremenko V.A., Razumov E.A., Zayatdnov D.F. Modern technologies of anchoring // Mining information and analytical bulletin. 2012. - No. 5. - P. 38 - 46.
5. Zubkov A.A., Kalmykov V.N., Kutlubaev I.M., Naydenova M.S.
Justification of the characteristics of friction-type anchor supports // Mining Information and Analytical Bulletin. 2019. - No. 10. - P. 35 - 43. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-10-035-43.
6. Kramadzhan A.A., Rusin E.P., Stazhevsky S.B., Khan G.N. On
increasing the load-bearing capacity of soil anchors with flexible traction // Physico-technical problems of mining minerals. 2014. No. 6. P. 96 - 106.
7. Malinin A.G., Smirnov A.N., Malinin D.A. Retrievable screw anchors
"Atlant" // Housing construction. 2015. No. 9. pp. 36 - 40.
8. Japan Patent JPH No. 08247119, F16B 13/04.
9. RF Patent No. 2 363 864, F16B 13/14, E04B 1/41.
10. RF patent 2 580 494 F16B 11/00.
11. Khalitova A.R., Sinenko S.A. Comparison of anchor and spacer methods of fastening the enclosing structures of the pit during the construction of buildings and structures // Engineering Bulletin of the Don. 2021, No. 4 ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2021/6918.
О *
О X
о
s
s *
и
с т ■и о s т о а г
о т
09 8)
