Анкерный болт

Анкерные болты используются для соединения структурных и неструктурных элементов с бетоном . ^[2] Соединение может быть выполнено с помощью различных компонентов: анкерных болтов (также называемых крепежными элементами), стальных пластин или ребер жесткости. Анкерные болты передают различные типы нагрузки: силы растяжения и силы сдвига . ^[3]

Связь между конструктивными элементами может быть представлена стальными колоннами, прикрепленными к железобетонному фундаменту . ^[4] Распространенным случаем неконструктивного элемента, прикрепленного к конструктивному, является связь между фасадной системой и железобетонной стеной . ^[5]

Типы

Монолитный

Самая простая и прочная форма анкерного болта — это залитый на месте, с его встроенным концом, состоящим из стандартного болта с шестигранной головкой и шайбы, 90-градусного изгиба или какого-либо кованого или сварного фланца (см. также сварка шпилек ). Последние используются в композитных конструкциях из бетона и стали в качестве сдвигающих соединителей. ^[6] Другие области применения включают анкерные машины для заливки бетонных полов ^[7] и зданий для их бетонных фундаментов. Различные обычно одноразовые вспомогательные средства, в основном из пластика, производятся для закрепления и выравнивания залитых на месте анкеров перед укладкой бетона. Более того, их положение также должно быть согласовано с расположением арматуры . ^[3] Можно выделить различные типы залитых на месте анкеров: ^[3]

Подъемные вставки: используются для подъемных операций простых или предварительно напряженных железобетонных балок . Вставка может быть резьбовым стержнем. См. также болт (подъемный) .
Анкерные каналы: используются в сборных железобетонных соединениях . ^[8] Канал может быть горячекатаным или холодногнутым стальным профилем , в котором размещается Т-образный винт для передачи нагрузки на базовый материал.
Шпилька с головкой: состоит из стальной пластины с приваренными к ней шпильками с головкой (см. также резьбовой стержень ).
Резьбовые муфты: состоят из трубки с внутренней резьбой, которая закрепляется в бетоне.

Для всех типов анкеров, закладных на месте, механизм передачи нагрузки представляет собой механическую блокировку, ^[3] т. е. закладная часть анкеров в бетоне передает и приложенную нагрузку (осевую или сдвиговую) через опорное давление в зоне контакта. В условиях отказа уровень опорного давления может быть выше, чем в 10 раз прочности бетона на сжатие , если передается чистое усилие растяжения. ^[3] Анкеры, закладные на месте, также используются в кладке, размещаются в швах из мокрого раствора во время кладки кирпича и литых блоков ( CMU ).

После установки

Пост-установочные анкеры могут быть установлены в любом месте затвердевшего бетона после операции сверления. ^[3] Различают их по принципу действия.

Механические распорные анкеры

Механизм передачи силы основан на фрикционной механической блокировке, гарантированной силами расширения. Их можно разделить на две категории: ^[3]

контролируемый крутящий момент: анкер вставляется в отверстие и закрепляется путем приложения определенного крутящего момента к головке болта или гайке с помощью динамометрического ключа . Отдельная подкатегория этого анкера называется клиновым типом . Как показано на рисунке, затягивание болта приводит к тому, что клин вдавливается в гильзу, которая расширяется и заставляет ее сжиматься по отношению к материалу, к которому она крепится.
с контролируемым смещением: обычно состоят из расширительной втулки и конической расширительной заглушки, при этом втулка имеет внутреннюю резьбу для установки резьбового элемента.

Подрезанные анкеры

Механизм передачи усилия основан на механическом замке. Специальная операция сверления позволяет создать контактную поверхность между головкой анкера и стенкой отверстия, где происходит обмен опорными напряжениями.

Клееные анкеры

Связанный якорь

Связанные анкеры также называются адгезивными анкерами ^[9] или химическими анкерами . Анкерный материал представляет собой адгезив (также называемый раствором ) ^[3], обычно состоящий из эпоксидных , полиэфирных или винилэфирных смол. ^[1]

В связанных анкерах механизм передачи силы основан на напряжениях связи, обеспечиваемых связующими органическими материалами. Могут использоваться как ребристые стержни , так и резьбовые стержни , и изменение локального механизма связи может быть оценено экспериментально. В ребристых стержнях сопротивление в основном обусловлено сдвиговым поведением бетона между ребрами, тогда как для резьбовых стержней преобладает трение (см. также анкеровка в железобетоне ). ^[10]

Эксплуатационные характеристики этого типа анкеров с точки зрения «несущей способности», особенно при растягивающих нагрузках, строго связаны с состоянием очистки отверстия. Экспериментальные результаты ^[3] показали, что снижение способности составляет до 60%. То же самое относится и к состоянию влажности бетона, для влажного бетона снижение составляет 20% при использовании полиэфирной смолы . Другие проблемы связаны с поведением при высоких температурах ^[11] и реакцией ползучести . ^[12]

Винтовые анкеры

Механизм передачи усилия винтового анкера основан на концентрированном обмене давлением между винтом и бетоном через шаги .

Пластиковые анкеры

Их механизм передачи силы похож на механические анкеры расширения. Крутящий момент прикладывается к винту, который вставлен в пластиковую втулку. При приложении крутящего момента пластик расширяет втулку по бокам отверстия, действуя как сила расширения.

Винты Tapcon

Винты Tapcon — популярный анкер, который обозначает самонарезающий (самонарезающий) винт для бетона. Винты большего диаметра называются LDT. Этот тип крепежа требует предварительного просверливания отверстия — с помощью сверла Tapcon — и затем ввинчивается в отверстие с помощью стандартного шестигранного или крестообразного сверла . Эти винты часто бывают синего, белого цвета или из нержавеющей стали. ^[13] Они также доступны в версиях для морских или высоконагруженных применений.

Якоря с пороховым приводом

Они действуют, передавая усилия посредством механического зацепления. Эта технология крепления используется в соединении сталь-сталь, например, для соединения холодногнутых профилей. Винт вставляется в базовый материал с помощью газового пистолета. Движущая энергия обычно обеспечивается выстрелом горючего топлива в виде порошка. ^[14] Вставка крепежа вызывает пластическую деформацию базового материала, который принимает головку крепежа, где происходит передача усилия.

Механическое поведение

Виды разрушения при растяжении

При нагрузке на растяжение анкеры могут выходить из строя по-разному: ^[3]

Разрушение стали: слабая часть соединения представлена стержнем. Разрушение соответствует разрыву стали при растяжении, как в случае испытания на растяжение . В этом случае материал бетонного основания может быть неповрежденным.
Вытягивание: анкер вытягивается из просверленного отверстия, частично повреждая окружающий бетон. При повреждении бетона разрушение также обозначается как вытягивание .
Конус бетона : после достижения несущей способности образуется конусообразная форма. Разрушение обусловлено ростом трещин в бетоне. ^[15] Этот вид разрушения типичен при испытании на выдергивание. ^[16]^[17]
Разрушение из-за раскалывания: разрушение характеризуется трещиной раскалывания, которая разделяет базовый материал на две части. Этот вид разрушения происходит, когда размеры бетонного компонента ограничены или анкер установлен близко к краю.
Разрушение от выброса: разрушение характеризуется боковым откалыванием бетона вблизи головки анкера. Этот тип разрушения происходит для анкеров (преимущественно залитых на месте), установленных вблизи края бетонного элемента.

При проверке конструкции в условиях предельного состояния нормы предписывают проверять все возможные механизмы отказа. ^[18]

Разрушение стали ^[1]
Разрушение бетонного конуса ^[1]
Отказ при вытягивании ^[1]
Отказ при протаскивании ^[1]
Отказ при выбросе ^[1]
Расщепление Отказ

Виды разрушения при сдвиге

Анкеры могут выходить из строя по-разному при нагрузке на сдвиг: ^[3]

Разрушение стали: стержень достигает предела текучести, затем после развития значительных деформаций происходит разрыв.
Бетонный край: полуконическая поверхность разрушения развивается от точки опоры до свободной поверхности. Этот тип разрушения происходит для анкера вблизи края бетонного элемента.
Вырыв: полуконическая поверхность разрушения характеризует разрушение. Механизм вырыва для закладных анкеров обычно происходит с очень короткими, коренастыми шпильками . ^[19] Шпильки обычно настолько короткие и жесткие, что под действием прямой сдвигающей нагрузки они изгибаются, вызывая одновременное сдавливание спереди шпильки и кратер бетона позади.

Разрушение бетонного края ^[1]
Неисправность отрыва ^[1]

Комбинированное растяжение/сдвиг

При одновременном приложении к анкеру растягивающей и сдвигающей нагрузки разрушение происходит раньше (при меньшей несущей способности) по сравнению с несвязанным случаем. В текущих нормах проектирования предполагается область линейного взаимодействия. ^[20]

Группа якорей

Для увеличения несущей способности анкеры собираются в группы, кроме того, это позволяет также организовать соединение, устойчивое к изгибающему моменту. Для растягивающей и сдвигающей нагрузки механическое поведение заметно зависит от (i) расстояния между анкерами и (ii) возможной разницы в приложенных силах. ^[22]

Поведение нагрузки на обслуживание

При эксплуатационных нагрузках (растяжение и сдвиг) перемещение якоря должно быть ограничено. Эксплуатационные характеристики якоря (грузоподъемность и характерные перемещения) при различных условиях нагружения оцениваются экспериментально, затем орган технической оценки выдает официальный документ. ^[23] На этапе проектирования перемещение, возникающее при характерных воздействиях, не должно превышать допустимое перемещение, указанное в техническом документе.

Поведение при сейсмической нагрузке

При сейсмических нагрузках существует вероятность того, что анкер одновременно (i) установлен в трещине и (ii) подвергается инерционным нагрузкам, пропорциональным как массе, так и ускорению прикрепленного элемента ( вторичной конструкции ) по отношению к базовому материалу ( первичной конструкции ). ^[2] Условия нагрузки в этом случае можно обобщить следующим образом:

Пульсирующая осевая нагрузка: сила, направленная вдоль оси анкера, положительная в случае выдергивания и нулевая в случае заталкивания.
Обратная сдвигающая нагрузка (также называемая «переменным сдвигом»): сила, перпендикулярная оси якоря, положительная или отрицательная в зависимости от произвольного соглашения о знаках.
Циклическая трещина (также называемая «движением трещины»): первичная структура железобетона подвергается сильному повреждению ^[24] (т. е. образованию трещин), и наиболее неблагоприятный случай для работы анкера — это когда плоскость трещины содержит ось анкера, а анкер нагружен положительной осевой силой (постоянной во время циклов трещины). ^[3]

Поведение при исключительных нагрузках

Исключительные нагрузки отличаются от обычных статических нагрузок временем нарастания. При ударной нагрузке задействованы высокие скорости смещения. Что касается соединений стали с бетоном, то некоторые примеры включают столкновение транспортного средства с барьерами, соединенными с бетонным основанием, и взрывы. Помимо этих исключительных нагрузок, структурные соединения подвергаются сейсмическим воздействиям, которые должны строго рассматриваться с помощью динамического подхода. Например, сейсмическое выдергивание анкера может иметь время нарастания 0,03 секунды. Напротив, в квазистатическом испытании можно предположить, что 100 секунд является временным интервалом для достижения пиковой нагрузки. Что касается режима разрушения бетонного основания: разрушающие нагрузки конуса бетона увеличиваются с повышением скорости нагружения по сравнению со статической. ^[25]

Дизайны

Тип клина - 1
Тип расширения
Тип рукава
Тип клина - 2
Связанный якорь
Винт для бетона

Смотрите также

Ну, орех

Ссылки

^ abcdefghij Кук, Рональд; Доерр, ГТ; Клингнер, Р.Э. (2010). Руководство по проектированию соединений стали с бетоном . Техасский университет в Остине.
^ ab Hoehler, Matthew S.; Eligehausen, Rolf (2008). «Поведение и испытание анкеров в моделируемых сейсмических трещинах». ACI Structural Journal . 105 (3): 348–357. ISSN 0889-3241..
^ abcdefghijkl Малле, Райнер; Элигхаузен, Рольф; Сильва, Джон Ф (2006). Анкеры в бетонных конструкциях . Эрнст и Шон. ISBN 978-3433011430.
^ Фишер, Джеймс М. (2006). Конструкция опорной плиты и анкерного стержня .
^ IStructE (1988). Аспекты облицовки . Лондон.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
^ Стандартный справочник по инженерным расчетам . McGraw-Hill. 2004.
^ Бхантия, КГ (2008). Основы промышленных машин – Справочник для практикующих инженеров . Нью-Дели: D-CAD. ISBN 978-81-906032-0-1.
^ Бахманн, Хьюберт; Стейнле, Альфред (2012). Сборные железобетонные конструкции . Берлин: Эрнст и Шон. ISBN 978-0-7506-5084-7.
^ Sasse, HR (1986). Адгезия между полимерами и бетоном . Springer. ISBN 978-0-412-29050-3.
^ Рейнхардт, Ганс-Вольф (1982). Прочность бетона на растяжение при ударной нагрузке и сцепление . Делфт: Делфтский университет.
^ Рауффард, Мохаммад Махди; Нишияма, Минехиро (2018). «Идеализация соотношения напряжения связи и скольжения при повышенных температурах на основе испытаний на выдергивание». ACI Structural Journal . 115 (2). doi :10.14359/51701120. ISSN 0889-3241.
^ Нилфоруш, Расул; Нильссон, Мартин; Сёдерлинд, Гуннар; Эльфгрен, Леннарт (2016). «Долгосрочная работа анкеров с клеевым слоем». Структурный журнал ACI . 113 (2): 251–262. дои : 10.14359/51688060..
^ Все о винтах Tapcon; веб-сайт «Сделай сам» в Интернете; доступ получен в апреле 2019 г.
^ Бек, Герман; Симерс, Михаэль; Рейтер, Мартин (2011). Пороховые крепежи и крепежные винты в стальных конструкциях . Ernst&Shon. ISBN 978-3-433-02955-8.
^ Элигехаузен, Рольф; Саваде, Г. (1989). «Описание поведения выдергивания шпилек с головками, встроенных в бетон, на основе механики разрушения». Механика разрушения бетонных конструкций : 281–299. doi :10.18419/opus-7930.
^ Bungey, JH; Millard, SG (1996). Испытание бетона в конструкциях . Лондон: Blackie Academic & Professional. ISBN 0-203-48783-4.
^ Стоун, Уильям С.; Карино, Николас Дж. (1984). «Деформация и разрушение при крупномасштабных испытаниях на вытягивание». ACI Structural Journal (80).
^ ab ACI (2014). ACI 318-14 Требования к строительным нормам для конструкционного бетона . Том 22. Американский институт бетона. ISBN 978-0-87031-930-3. JSTOR 3466335.
^ Андерсон, Нил С.; Майнхайт, Дональд Ф. (2005). «Способность отрыва анкеров-шпилек с литыми головками». PCI Journal . 50 (2): 90–112. doi :10.15554/pcij.03012005.90.112. ISSN 0887-9672.
^ ACI (2004). «ACI 349.2 Руководство по методу расчета вместимости бетона (CCD) — Примеры расчета заделки». Бетон (Ccd): 1–77.
^ Doerr, GT; Klingner, RE (1989). Поведение клеевых анкеров и требования к расстоянию . Техасский университет в Остине.
^ Mahrenholtz, Philipp; Eligehausen, Rolf (2010). Поведение групп анкеров, установленных в бетоне с трещинами при моделируемых сейсмических воздействиях (PDF) . Труды конференции по механике разрушения бетонных конструкций (FraMCoS 7). Чеджу, Южная Корея.
^ "Как найти TAB". EOTA . Архивировано из оригинала 2018-06-14 . Получено 2018-06-14 .
^ Фардис, Майкл Н. (2009). Сейсмическое проектирование, оценка и модернизация бетонных зданий . Лондон: Springer. ISBN 978-1-4020-9841-3.
^ Соломос, Джордж. Испытание анкеров в бетоне при динамической нагрузке . Испра: Объединенный исследовательский центр.