Аналіз впливу технологічних і випадкових факторів на несучу здатність анкерного кріплення

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 624. 078:624. 046. 2

Полтавський національний технічний університет імені Юрія Кондратюка, м. Полтава

Аналіз впливу технологічних і випадкових факторів на несучу здатність анкерного кріплення

Губій М.М., к.т.н., доцент, Коваленко О.С., м.н.с.

Анотація

Розглядається проблема впливу технологічних і випадкових факторів на несучу здатність анкерного кріплення з використанням розпірних анкерних болтів ОМАХ, які працюють на виривання або зріз в кам'яній кладці і бетоні.

Постановка проблеми. В Евросоюзе анкерні розпірні болти широко використовують при реконструкції будівель і споруд, для влаштування фасадів, кріплення сталевих конструкцій, підвісних стель, трубопроводів, систем кондиціонування і вентиляції до кам'яних і бетонних конструкцій (без використання сварки).

В Україні широкому запровадженню анкерних кріплень перешкоджає відсутність нормативної бази з питань проектування і влаштування анкерних кріплень

Аналіз відомих досліджень, нормативних документів та публікацій. Наукових публікацій з вказаної проблеми мало, всі дослідження проводились в лабораторіях виробників анкерної техніки (Fischer, Hilti, Mungo та інші) та в Росії [0]. Розроблені виробниками стандарти на випробування і норми проектування не адаптовані до українських вимог.

В Україні перші дослідження роботи розпірних анкерних болтів у кам'яній кладці та бетоні започатковані в ПолтНТУ імені Юрія Кондратюка [0, 0, 0]. Вони дозволили уточнити фактори, що впливають на міцність окремого анкера у таких гетерогенних матеріалах як кам'яна кладка і керамзитобетон.

Виділення нерозв'язаних проблем. При монтажі анкерних кріплень, наприклад, для влаштування систем зовнішнього утеплення стін, існує ймовірність (ризик) того, що матеріал основи (цегляна кладка, керамзитобетон) матиме локальні пошкодження, неоднорідну структуру і міцність. Також при монтажі необхідно враховувати спосіб утворення і діаметр отвору під анкер, момент затягування. Вплив цих факторів відображають коефіцієнти умов роботи, числові значення яких запропоновані авторами [0], але потребують доповнення і уточнення.

Мета статті. На підставі аналізу зарубіжних даних [0, 0, 0, 0] і результатів власних досліджень [0, 0], проводиться аналіз впливу технологічних і випадкових факторів на несучу здатність анкерного кріплення з використанням розпірних анкерних болтів, які працюють на виривання або зріз в кам'яній кладці і бетоні.

Основна частина. Об'єктом досліджень є анкерні болти фірми ОМАХ з втулками діаметром 8, 10, 12, 16, 20 мм, розпірна частина яких утворюється під час затягування кінцевою частиною шпильки з конусом на кінці .

Аналіз результатів досліджень [0, 0] і відомих публікацій [0, 0, 0, 0, 0] дозволив виявити технологічні і випадкові фактори, які можуть впливати на міцність анкерного кріплення:

- спосіб утворення отвору, діаметр отвору, момент закручування тощо;

- неоднорідність структури і міцності та локальні пошкодження в матеріалі основи.

Спосіб утворення отвору і діаметр отвору. Для утворення свердловин в цегляній кладці і легкому бетоні використовують спеціальні механізми, які забезпечують необхідні розміри отворів (довжина, діаметр) і швидкість буріння. Витримка необхідних допусків при бурінні отворів необхідна для забезпечення надійної роботи анкерного кріплення. Для утворення свердловин в цегляній кладці і легкому бетоні доцільно використовувати механізми обертально-ударної дії. Так як в умовах будівельного майданчика найбільше використовуються електричні перфоратори, були проведені дослідження з їх використанням [0, 0]. В експерименті використовувались перфоратори фірми BOSCH з електричним приводом типу GBH 3-28 E потужністю 720 Вт, 0-800 об / хв, 0-4000 ударів / хв, максимальний діаметр свердління 30 мм і вагою 3,3 кг.

Для експериментальних зразків використовувались наступні вироби:

- анкерні болти фірми ОМАХ 8, 10, 12, 16, 20 мм;

- цегла ординарна повнотіла керамічна пластичного формування М 75; 100; 125; 150; 175;

- розчин цементно-вапняний М 50;

- блоки з керамзитобетону В7,5; В10; В15; В20; В22,5.

Діаметри отворів приймались в залежності від діаметру анкерного болта і дорівнювали номінальному діаметру втулки. Використано спіральні свердла 8, 10, 12, 16 і 20 мм. Режим роботи перфоратора (число обертів та кількість ударів) в дослідах змінювався для різних матеріалів та стадій свердління.

Для цегли М 75; 100; 125 на початковій стадії утворення отвору перфоратор використовувався в режимі обертів (до 0,2 L_an), потім переходили в обертально-ударний режим (від 0,2 L_an до 0,8 L_an) і завершували процес утворення отвору в режимі обертів. Для цегли М 150; 175 на початковій стадії утворення отвору перфоратор використовувався в режимі обертів (до 0,2 L_an), потім переходили в обертально-ударний режим (від 0,2 L_an до 1,1 L_an). анкерний кріплення бетон болт

Слід зазначити, що для кам'яної кладки з повнотілої цегли та розчину марки М 25; 50; 75 за показник міцності матеріалу основи в наших дослідах (розрахунках) приймається середнє значення міцності цегли при стиску, а не кам'яної кладки. Це зумовлено тим що, як показали досліди [0, 0, 0], міцність розчину при стиску суттєво не впливає на роботу анкера в системі «анкер-матеріал основи».

Для цегляної кладки кількість обертів змінювалась від 400 до 800 об / хв, а кількість ударів від 1000 до 2000 уд / хв. Для цегли М 75; 100; 125 на початковій стадії утворення отвору перфоратор використовувався в режимі 400 об / хв, потім переходили в обертально-ударний режим 800 об / хв., 1000-2000 уд / хв і завершували процес утворення отвору в режимі обертання - 600 об / хв. Для цегли М 150; 175 на початковій стадії утворення отвору перфоратор використовувався в режимі 600 об / хв, потім переходили в обертально-ударний режим 800 об / хв, 2000 уд / хв.

Для керамзитобетону кількість обертів змінювалась від 200 до 800 об / хв, а кількість ударів від 1500 до 3000 уд / хв. Для керамзитобетону В7,5; В10 на початковій стадії утворення отвору перфоратор використовувався в режимі 200 об / хв (до 0,1 L_an), потім переходили в обертально-ударний режим 600 об / хв, 1500-2000 уд / хв (від 0,1 L_an до 1,1 L_an). Для керамзитобетону В15; 20; 22,5 на початковій стадії утворення отвору перфоратор використовувався в режимі 400 об / хв. (до 0,1 L_an), потім переходили в обертально-ударний режим 800 об / хв, 2000-3000 уд / хв (від 0,2 L_an до 1,1 L_an).

Як показали досліди [0, 0], зміна кількості обертів в більшу або меншу сторону від вищезазначених показників, призводить до зміни геометричних характеристик отвору і швидкості його утворення. І якщо швидкість утворення - позитивна характеристика, то при відхиленні кількості обертів та кількості ударів свердла, від рекомендованих значень, в цеглі М 75; 100; 125 та бетоні В7,5; В10 спостерігається пошкодження і збільшення діаметру отвору. Згідно з дослідами [0] та рекомендаціями виробників анкерної техніки [0, 0, 0, 0], збільшення і зменшення діаметру отвору при монтажі не допускається (рис. 1). В першому випадку не відбудеться розпору втулки кінцевою частиною шпильки з конусом на кінці, а в другому випадку не буде можливості встановити анкер в проектне положення.

Рис. 1. Анкерний болт фірми ОМАХ в проектному положенні: D_o - діаметр свердла, мм; Т - мінімальна глибина при наскрізному монтажу, мм; H - мінімальна глибина анкерування, мм; L - довжина анкерування, мм; D_a - максимальна товщина матеріалу що кріпиться, мм

Момент закручування. Виробники анкерної техніки (Hilty, Fisher, Koelner, ОМАХ) при монтажі анкерів рекомендують прикладати момент закручування , в залежності від діаметра втулки анкера (табл. 1). Але ці данні дійсні лише для бетону В15 і вище або для щільного природного і штучного каменя (марки М150 і вище). Тому в експерименті ми змінювали значення моменту закручування анкерів, які працюють на виривання і зріз в кам'яній кладці та керамзитобетоні, при постійному діаметрі, довжині анкерування і міцності матеріалу основи з метою визначення оптимальних величин (табл. 3).

Таблиця 1 Моменти закручування анкерів для бетону В15 і вище (Hilty, Fisher, Koelner, ОМАХ)

Згідно плану експерименту [0] розглянемо випадок роботи анкерів на виривання і зріз в кам'яній кладці та керамзитобетоні. План представляє з себе матрицю, яка охоплює область що вивчається. Планування виконується на двох рівнях - верхньому та нижньому. Третім рівнем є нульовий, тобто центр експерименту, від якого відраховують верхній і нижній рівні. Ще два рівні з'являються в випадку, коли за межами області що вивчається для її розширення вибираємо так звані зіркові точки б (табл.2).

Згідно табл. 1, для анкерів ОМАХ, при міцності цегли 20 МПа, призначимо моменти закручування анкерів як 0,5М_з для бетону (табл. 3).

Таблиця 2. Фактори і рівні варіювання

аб

в г

д е

ж

Рис. 2. Залежність між несучою здатністю анкерного кріплення і моментом закручування анкера при роботі в кам'яній кладці на виривання:

а - цегла М75, анкер діаметром d = 8 мм, довжиною анкерування l_an = 80 мм; б і в - цегла М100, d = 10 мм, l_an = 60 і 100 мм; d = 16 мм, l_an = 60 і 100 мм; г - цегла М125, d = 8 мм, l_an = 80 мм; d = 12 мм, l_an = 50, 80 і 110 мм; d = 20 мм, l_an = 80 мм; д і е - цегла М150, d = 10 мм, l_an = 60 і 100 мм; d = 16 мм, l_an = 60 і 100 мм; ж - цегла М175, d = 12 мм, l_an = 80 мм

Таблиця 3. Зміна моментів в залежності від матеріалу основи та діаметра анкера (камяна кладка на виривання)

Маємо п'ять видів кам'яної кладки. Аналізуючи залежності (рис. 2), можна зробити висновки

Встановлено, що при виконанні монтажних робіт з використанням розпірних анкерів в кам'яній кладці необхідно дотримуватись таких рекомендацій:

- для цегляної кладки з використанням цегли марок М 75; 100;

- при утворенні отворів в різних матеріалах необхідно дотримуватись певного режиму роботи перфоратора (кількість обертів за хвилину, кількість ударів)

Література

1.Піскун В.А., Губій М.М. Дослідження роботи анкерних кріплень несучих елементів систем зовнішнього утеплення будівель //Сучасне будівництво: конструкції, технології, перспективи. Матеріали міжнародної студентської наукової конференції. - Полтава: ПолтНТУ. 2004. - с.90 - 94.

2. Губій М.М., Коваленко О.С., Піскун В.А. Визначення несучої здатності розпірних анкерів для кріплення елементів зовнішнього утеплення будівель // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. Збірник наукових праць. - Вип. 12. - Рівне: НУВГП. - 2005. - С. 407-413.

3. Губій М.М., Коваленко О.С. Обґрунтування нормативних і розрахункових величин опору на зріз і виривання розпірних анкерів для кріплення елементів зовнішнього утеплення будівель // Комунальне господарство міст: Наук-техн. зб. - Харків: ХНАМГ. - 2007. - С. 123-128.

4. Губій М.М., Коваленко О.С. Застосування розпірних анкерів для монтажного з'єднання елементів підсилення стін багатоповерхового пташника // Современные строительные конструкции из металла и древесины: Сб. науч. трудов. Ч. 1. - Одесса: ОГАСА. - 2006. - С. 104-109.

5. Офіційний сайт компанії HILTI: http://www.hilti.ru/.

6. Офіційний сайт компанії FISHER: http://www.fischerwerke.ru/.

7. Офіційний сайт компанії MUNGO: http://www.mungo.ru/.

8. Офіційний сайт компанії ОМАХ: http://www.omax.com.ua/.

9. Павлова М.О. Прочность и деформативность кладки стен из различных материалов в зоне заделки анкеров при действии на них продольных и поперечных сил: Автореферат дис. … канд. техн. наук. Москва: Государственное унитарное предприятие центральный научно - исследовательский институт строительных конструкций имени В.А. Кучеренко. 2000. 20 с.

10. М.С. Золотов, В.А. Скляров, О.В. Зудов. Технологические особенности бурения скважин в бетоне для заделки анкеров при реконструкции, восстановлении и ремонте зданий и сооружений // Новини науки придніпров'я. Науково-практичний журнал. - №. 4. - Дніпропетровськ: ПДАБА. - 2004. - С. 27-30.

11. Холмянский М.М. Закладные детали сборных железобетонных элементов. - М.: Стройиздат, 1968. - 208 с.

12. Рекомендации по проектированию стальных закладных деталей для железобетонных конструкций / НИИЖБ.-М.: Стройиздат, 1984. -87 с.

13. Львовский Е.Н. Статистические методы построения эмпирических формул: Учеб. пособие для втузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш.шк., 1988. - 239 с.

Размещено на Allbest.ru