Научная статья на тему 'Влияние некоторых факторов на прочность и деформативность анкерных креплений'

Влияние некоторых факторов на прочность и деформативность анкерных креплений Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
395
89
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
АНКЕРНОЕ КРЕПЛЕНИЕ / ПЕНОБЕТОН / БЕТОН / СКОРОСТЬ НАГРУЖЕНИЯ / ПРОЧНОСТЬ / ДЕФОРМАТИВНОСТЬ / ТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ / НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ / МОДУЛЬ УПРУГОСТИ / ПЛОТНОСТЬ / ANCHORING / AERATED CONCRETE / THE LOADING RATE / STRENGTH / DEFORMABILITY / CRACK RESISTANCE / LOAD CAPACITY / MODULUS OF ELASTICITY / MODULUS OF DENSITY

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Золотов С. М., Канаан Али

Приводится анализ испытаний на определение влияния скорости нагружения анкерных креплений на их прочность, выполненных по Европейским методикам и ГОСТ. Для срав-нения выполнены испытания анкерных креплений фирмы «HILTI» в случае заделки анкеров в пенобетон и тяжелый бетон.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Золотов С. М., Канаан Али

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Effect of Some factors on the strength and deformability of anchors

The analysis of the test to determine the influence of the loading rate anchors on their strength, made by European methods and guests. For comparison-tion tests performed anchors firm «HILTI» in case of termination of the anchors in the foam and heavy concrete.

Текст научной работы на тему «Влияние некоторых факторов на прочность и деформативность анкерных креплений»

Влияние некоторых факторов на прочность и деформативность

анкерных соединений

С.М. Золотов, Али Канаан

Харьковский национальный университет городского хозяйства имени А.Н. Бекетова

Аннотация: Приводится анализ испытаний на определение влияния скорости нагружения анкерных соединений на их прочность, выполненных по Европейским методикам и ДСТУ. Для сравнения выполнены испытания анкерных соединений в случае заделки анкеров в пенобетон и тяжелый бетон.

Ключевые слова: анкерное соединение, пенобетон, бетон, скорость нагружения, прочность, деформативность, трещиностойкость, несущей способности, модуль упругости, плотность.

Одна из важнейших задач реконструкции зданий и сооружений -утепление наружных стен системой «вентилируемый фасад», для зданий не отвечающих повышенными требованиями к энергосбережению. Для крепления системы «вентилируемый фасад» используются анкерные соединения. При проведении проектно-конструкторских работ, из-за отсутствия стандартов и нормативных документов нельзя точно оценить прочность анкеров и анкерных узлов при действии продольных и поперечных усилий.

Из-за отсутствия необходимой методики по проведению испытаний анкерных соединений усложняется оценка их несущей способности.

ETAG (норматив европейского технического свидетельства) [1] и утвержденный Европейской организацией технических допусков разработал методику испытаний и определения прочностных и эксплуатационных характеристик анкерных соединений.

Применение анкерных креплений базировалось на оценке их несущей способности и исследованиях в случае применения сталеклеевых и распорных анкерных соединений. Все это позволило модернизировать нормативную базу в этом направлении.

R. Ballazini, S.P. Shah, L.M. Keer [2] провели ряд численных аналитических исследований анкерных соединений. В продолжении исследовательских работ R. Ballazini, R. Eligehausen, I. Ozbolt в своих трудах [3] описали характер работы

стальных анкеров на отрыв из бетонных и железобетонных конструкций, конструктивных элементов зданий и сооружений.

Задача исследования работы анкерных соединений в бетоне и железобетоне определялась и оценкой их несущей способности, при этом бетон представлялся упругим материалов в областях сжатия и растяжения.

При эксплуатационных нагрузках, сжимающие и растягивающие напряжения в бетоне, возникали на контакте «анкер-бетон» превышали расчетные характеристики бетона, при одноосном сжатии и растяжении, что отмечено в работах R. Eliagehausen [3, 4], O. Pusil [4] и P. Wachtsmuth в виде некоторых допущений.

Методом конечных элементов проведены исследования работы распорных стальных анкеров, установленных в бетонные образцы R. Eliagehausen и Clausnirzer [3, 4]. В расчетной модели была принята нелинейная работа бетона при растяжении с наличием трещин по всей длине образца. При проведении исследований учтено влияние конечного элемента и ступени нагрузки при максимально предельных нагрузках на распорный анкер.

Для точного описания работы бетона была принята модель, позволяющая достоверно описать различные напряженно-деформированные состояния бетона. Данная модель представлена в работах Z.P. Bazant и I. Ozbolt [5] анкера с уширенной головкой установленные в бетонные блоки с глубиной заделки 130 мм и диаметром 22 мм численно исследовалась их работа в принятой модели, на растяжение.

Авторами [6] приведены результаты исследований прочности и деформативности анкерных соединений типа HILTI, MUNGO, SORMAT.

Нормативы (ETAG) на анкерные соединения допускают продолжительность приложения нагрузки на анкер в течение 1 мин. Поэтому скорость приложения нагрузки при испытаниях анкеров, является основополагающим фактором, влияющим на качество испытаний.

и

Скорость приложения нагрузки на различные конструкции и конструктивные элементов определяет их несущую способность, что отмечено в ряде исследований.

Прочность и деформативность бетона в зависимости от влияния скорости приложения нагрузок рассмотрено в работе [7], в ней отмечается следующее:

- при испытании железобетонных колонн (призм) уменьшение скорости приложения нагрузки в 10 раз, привело к увеличению деформаций в 2-2,5 раза;

- проведенные испытания, с различными скоростями приложения нагрузки, конструкции, позволило определить двукратное увеличение значения

модуля упругости. Скорость приложения нагрузки варьировалась в пределах 0,1

2 2 кг/ (см • сек) - 1, 6 кг / (см • сек);

- скорость приложения нагрузки на бетонные конструкции приводит к увеличению предела прочности бетона при сжатии.

Рост скорости приложения нагрузки на образцы бетона, увеличивает прочностные характеристики бетона [8]. Ударная прочность бетона при сжатии выше Япр (ЯБ), данное превышение варьируется в зависимости от скорости

приложения нагрузки от 15 до 80 %.

Согласно ДСТУ Б В.2.6-7-95 «Вироби будiвельнi бетош та заизобетонш збiрнi. Методи випробувань навантажуванням. Правила ощнки мщност^ жорсткост та трщиностшкосл» разработанная методика испытаний строительных конструкций и конструктивных элементов зданий и сооружений:

- ступенчатое нагружение конструкций, должно быть более 10 % от основного значения контрольной нагрузки;

- временной промежуток каждого нагружения составляет от 10 до 15 мин [9,10], в зависимости от условий проведения испытаний и прикладываемых нагружений;

- деформации конструкций определяются специальными приборами в начале и конце каждого периода испытаний.

Анализируя результаты испытаний анкерных соединений на отрыв на основании методики ДСТУ В.2.6-7-95 приняты следующие выводы:

- в период эксплуатации конструкций и конструктивных элементов невозможно применить методику ETAG;

- испытание анкерных соединений специалистами FISHER, HILTI, MUNGO, SORMAT возможно только в лабораторных условиях с применением специального программного комплекса;

- методика испытания анкерных соединений согласно ДСТУ В.2.6-7-95 более достоверная при определении предельных нагрузок на анкер, чем методика ETAG;

- методика ETAG для анкерных болтов установленные легкие и ячеистые бетоны не учитывает эффективность стабилизации усилий.

Сравнивая испытания анкерных болтов по двум методикам видно, что при нагрузках на отрыв анкеров ETAG N разр = 2,75 кН, по методике ДСТУ В.2.6-7-95

N разр = 2,25 кН, т. е. при испытании по методике ETAG значение разрушающей

нагрузки на 23 % выше, чем при испытании анкера на отрыв по методике ДСТУ В.2.6-7-95.

Результаты испытаний анкера на отрыв из различных стеновых материалов по методикам ETAG и ДСТУ В.2.6-7-95 приведены в таблице № 1.

Приведенные в таблице результаты испытаний анкеров на отрыв в различных стеновых материалах по методике ETAG показывают, что более высокий показатель плотности материала основания, модуль упругости меньше влияет на скорость нагрузки и на значение разрушающей нагрузки.

Авторами были проведены испытания по определению прочности и деформативности анкерных соединений в случае заделки анкеров типа HRD-SGS 10х100/50 (фирма «HILTI») с глубиной заделки в бетон различных типов 1зад = 50 мм. В качестве материалов образцов, в которые заделывались анкера, принимались пенобетон (класса В1) и тяжелый цементный бетон (класса В30).

Испытания проводились по методикам ЕТАО и ДСТУ В.2.6-7-95. Результаты экспериментов приведены на графиках рис. 1 и 2.

Таблица № 1

Результаты испытаний анкера на вырыв из различных стеновых

материалов по методике ETAG

Количество N^asp. (кН) по Npap (кН) по

Марка анкера Вид основания испытанных образцов методике ДСТУ В.2.6-7-95 методике ETAG

MB-S 10X160 Пенобетон (класс В 10 3,2 4,0

(MUNGO) 1.2, Б 650)

SDP-KB lOSxlOOV Ячеистый бетон 10 2 2,75

(EJOT) (класс В 1.5, Б 600)

МВК 10x120 Ячеистый бетон 10 2,25 2,6

(MUNGO) (класс В 1.0, Б 600)

FÜR 10x100 FUS Керамзитобетон 10 11,7 12,9

(FISCHER) (М150)

HRD-S 10x100 (HILTI) Керамзитобетон (М150) 10 9,0 11,0

KATN 10x100 (SORMAT) Керамзитобетон (М150) 10 12,0 14,6

MBRK 10x100 Железобетон 10 12,0 0

(MUNGO) (В30)

KATN 10x100 Железобетон 10 7,0 0

(SORMAT) (В30)

SXS 10x100 FUS Железобетон 10 20,0 0

(FISCHER) (В30)

К„кЛ

а (II ад Ы 4.1 {7 В а 1 1.1 1.2 1,] I Д; мм

Рис. 1. - График зависимости «нагрузка-деформация» в случае заделки анкеров

в пенобетон

ГЧц k hi

по м в-тг^птгил 17 Т Л -

и .. \ У'

т

\

f * 1110 УДШ1М дс ту

Р п-.- -— .....

Рис. 2. - График зависимости «нагрузка-деформация» в случае заделки анкеров в тяжелый бетон

Анализ экспериментов показал следующее. Прочность анкерных соединений зависит от прочности материалов образцов, в которые заделывались анкера. От материалов также зависит и деформация этих соединений.

Эксперименты также показали, что использованные методики позволяю с достаточной степенью достоверности определить зону упругой работы анкера при отрыве и, очевидно, могут приниматься для всех типов анкеров (стальных, с полиамидным дюбелем и химических) всех фирм производителей анкерный соединений (HILTI, MUNGO, SORMAT).

ЛИТЕРАТУРА:

1. Guideline for European technical approval of metal anchors for use in concrete "ETAG" 1997 № 001// Brussels. 1997. 52p.

2. Ballarini R., Shal S.P., Keer L.M. Failure chargterictics of short anchor bolts embedded in brittle material. London: Proceedings Royl Society, 1986. P. 35-54.

3. Оzbolt J., Eligehausen R. Numerical Analysis of headed studs embedded in large plain concrete blocks. London: Mang, and Design of Concrete Structures, 1990. pp. 65-76.

4. Элингенхаузен Р., Пузиль Вахтмус П. Технологии крепления в конструкции из армированного бетона // Периодическое издание IV ВН. . 1982. №1. С. 17-19.

5. Bazant Z.P., Ozbolt I. Nonlocal Microplane Model for Fracture. Damage and size Effect in Structures // Journal of Engineering Mechanies Asce. 1990. №11. pp. 112-116.

6. Золотов С.М., Канаан Али Прочность и деформативность анкерних крепежей, используемых при возведении зданий и сооружений // Комунальне господарство мют. Харюв: наук.-техн. зб. ХНАМГ , 2011. С. 527-532.

7. Квирикадзе О.П. Влияние скорости нагружения на прочность и деформации бетонов. Тбилиси: 1958. 53 с.

8. Корчинский И.Л., Беченева Г.В. Прочность строительных материалов при динамических нагружениях. Москова: М.: Стройиздат, 1966. 164 с.

9. Василькин А.А., Рахмонов Э.К. Системотехника оптимального проектирования элементов строительных конструкций // «Инженерный вестник Дона», 2013, №4 URL: ivdon.ru/magazine/archive/n4y2013/2203.

10. Фурсов В.В., Бидаков А.Н., Пурязданхах М. Сравнительный анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований натурной арки из клееной древесины: // Инженерный вестник Дона, 2014, №2 URL: ivdon.ru/magazine/archive/n2y2014/2395.

References:

1. Guideline for European technical appro val of metal anchors for use in concrete "ETAG" 1997 № 001 // Brussels. 1997. 52 p.

2. Ballarini R., Shal S.P., Keer L.M. London,: Proceedings Royl Society, 1986. pp. 35-54.

3. Ozbolt J., Eligehausen R. London: Mang, and Design of Concrete Structures, 1990, P. 65-76.

4. Jelingenhauzen R., Puzil' Vahtmus P. Periodicheskoe izdanie IV VN. . 1982. №1. pp. 17-19

5. Bazant Z.P., Ozbolt I. Journal of Engineering Mechanies Asce. 1990. №11. pp. 112-116.

6. Zolotov S.M., Kanaan Ali. Komunal'ne gospodarstvo mist. Harkiv: nauk.-tehn. zb. HNAMG, 2011. pp. 527-532.

7. Kvirikadze O.P., Vlijanie skorosti nagruzhenija na prochnost' i deformacii betonov. [Influence of loading rate on the strength and deformation of concrete.] Tbilisi: 1958. 53 p.

8. Korchinskij I.L., Becheneva G.V. Prochnost' stroitel'nyh materialov pri dinamicheskih nagruzhenijah [Durability of building materials under dynamic loading.] Moskova: M.: Strojizdat, 1966. 164 p.

9. Vasil'kin A.A., Rahmonov Je.K. Inzhenernyj vestnik Dona (Rus), 2013, №4, URL: ivdon.ru/magazine/archive/n4y2013/2203.

10. Fursov V.V., Bidakov A.N., Purjazdanhah M. Inzhenernyj vestnik Dona (Rus), 2014, №2, URL: ivdon.ru/magazine/archive/n2y2014/2395.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.