Анкерные болты используются для соединения конструктивных и неструктурных элементов с бетоном . [2] Соединение может быть выполнено с помощью множества различных компонентов: анкерных болтов (также называемых крепежными элементами), стальных пластин или ребер жесткости. Анкерные болты переносят разные виды нагрузок: силы растяжения и силы сдвига . [3]
Связь между элементами конструкции может быть представлена стальными колоннами, прикрепленными к железобетонному фундаменту . [4] Распространенным случаем присоединения неструктурного элемента к несущему является соединение между фасадной системой и железобетонной стеной . [5]
Типы [ править ]
Литой на месте [ править ]
Самая простая и самая прочная форма анкерного болта - это монолитный болт с заделанным концом, состоящим из стандартного болта с шестигранной головкой и шайбой, изгиба 90 или какого-либо кованого или сварного фланца (см. Также приварку шпилек ). Последние используются в бетонно-стальных композитных конструкциях в качестве соединителей, работающих на сдвиг. [6] Другие области применения включают анкерные станки для заливки бетонных полов [7] и зданий на их бетонные основания. Для фиксации и выравнивания монолитных анкеров перед укладкой бетона производятся различные, как правило, одноразовые приспособления, в основном из пластика. Причем их положение также должно быть согласовано с раскладкой арматуры . [3] Можно выделить разные типы монтируемых анкеров: [3]
- Подъемные вставки: используются для подъема плоских или предварительно напряженных ж / б балок . Вставка может быть стержнем с резьбой. См. Также болт (лазание) .
- Анкерные каналы: используются в соединениях сборного железобетона . [8] Канал может быть горячекатаного или холоднокатаного стального профиля, в который помещен Т-образный винт для передачи нагрузки на основной материал.
- Шпилька с головкой: состоит из стальной пластины с приваренными шпильками с головкой (см. Также стержень с резьбой ).
- Резьбовые втулки: состоят из трубы с внутренней резьбой, которая закреплена в бетоне.
Для всех типов монолитных анкеров механизмом передачи нагрузки является механическая блокировка [3], то есть встроенная часть анкеров в бетонных переходах и приложенная нагрузка (осевая или сдвигающая) через давление подшипника на контактная зона. В условиях отказа уровень давления в опоре может быть более чем в 10 раз выше прочности бетона на сжатие , если передается чистая сила растяжения. [3] Монтируемые анкеры также используются в кирпичной кладке, их помещают в стыки мокрого раствора во время укладки кирпича и литых блоков ( CMU ).
После установки [ править ]
Установленные анкеры могут быть установлены в любом месте затвердевшего бетона после бурения. [3] Различаются по принципу действия.
Якоря механического расширения [ править ]
Механизм передачи усилия основан на механической блокировке трения, гарантируемой силами расширения. Далее их можно разделить на две категории: [3]
- контролируемый крутящий момент: анкер вставляется в отверстие и фиксируется приложением заданного крутящего момента к головке болта или гайке с помощью динамометрического ключа . Особая подкатегория этого якоря называется клиновым типом . Как показано на рисунке, затягивание болта приводит к вдавливанию клина в втулку, которая расширяет ее и заставляет сжиматься относительно материала, к которому он крепится.
- с регулируемым смещением: обычно состоят из расширительной втулки и конической расширительной заглушки, при этом втулка имеет внутреннюю резьбу для размещения резьбового элемента.
Анкеры с подрезкой [ править ]
Механизм передачи усилия основан на механической блокировке. Специальная операция сверления позволяет создать поверхность контакта между головкой анкера и стенкой отверстия, где происходит обмен несущими напряжениями.
Связанные анкеры [ редактировать ]
Механизм передачи силы основан на напряжениях связи, создаваемых связующими органическими материалами. Могут использоваться как ребристые стержни, так и стержни с резьбой, и экспериментально можно оценить изменение местного механизма соединения. В ребристых стержнях сопротивление в основном обусловлено сдвигом бетона между ребрами, тогда как для стержней с резьбой преобладает трение (см. Также анкеровку в железобетоне ). [9] Склеенные анкеры также называют клеевыми анкерами [10] или химическими анкерами . Анкерный материал представляет собой клей (также называемый строительным раствором ) [3], обычно состоящий из эпоксидной смолы , полиэстера., или винилэфирные смолы. [1] Характеристики анкеров этого типа с точки зрения «несущей способности», особенно при растягивающих нагрузках, строго зависят от условий очистки отверстия. Результаты экспериментов [3] показали, что снижение емкости составляет до 60%. То же самое относится и к состоянию влажности бетона, для влажного бетона уменьшение составляет 20% при использовании полиэфирной смолы . Другие проблемы представлены поведением при высоких температурах [11] и реакцией на ползучесть . [12]
Винтовые анкеры [ править ]
Механизм передачи усилия винтового анкера основан на концентрированном обмене давлением между винтом и бетоном через отверстия .
Пластиковые анкеры [ править ]
Винты Tapcon [ править ]
Винты Tapcon - это популярный анкер, который заменяет самонарезающий ( самонарезающий ) винт по бетону. Винты большего диаметра называются LDT. Этот тип застежки требуется предварительно просверленные отверстия, используя Tapcon Drillbit-и затем ввинчивают в отверстие с помощью стандартного гекс или крестообразная бит . Эти винты часто бывают синими, белыми или нержавеющими. [13] Они также доступны в версиях для использования в морских условиях или в условиях высоких нагрузок.
Пластиковые анкеры [ править ]
Их механизм передачи усилия аналогичен механическим дюбелям. К винту, вставленному в пластмассовую втулку, прилагается крутящий момент. При приложении крутящего момента пластик расширяет втулку по сторонам отверстия, действуя как сила расширения.
Якоря с пороховым приводом [ править ]
Они действуют, передавая силы через механическую блокировку. Эта технология крепления используется при соединении стали со сталью, например, для соединения холодногнутых профилей. Винт вставляется в основной материал с помощью газового пистолета. Энергия движения обычно обеспечивается за счет сжигания горючего пороха. [14] Установка застежки вызывает пластическую деформацию основного материала, в котором находится головка застежки, в которой происходит передача усилия.
Механическое поведение [ править ]
Режимы отказа в напряжении [ править ]
При растяжении анкеры могут выйти из строя по-разному: [3]
- Разрушение стали: слабая часть соединения представлена стержнем. Разрушение соответствует разрыву стали при растяжении, как и в случае испытания на растяжение . В этом случае бетонная основа может быть неповрежденной.
- Вытягивание: анкер вытаскивается из просверленного отверстия, частично повреждая окружающий бетон. Когда бетон поврежден, разрушение также обозначается как сквозное .
- Бетонный конус : при достижении несущей способности образуется форма конуса. Разрушение определяется ростом трещин в бетоне. [15] Этот вид отказа типичен при испытании на вытягивание. [16] [17]
- Разрушение при раскалывании: разрушение характеризуется трещиной раскола, которая разделяет основной материал на две части. Этот вид отказа возникает, когда размеры бетонного элемента ограничены или анкер установлен близко к краю.
- Разрушение в результате прорыва: разрушение характеризуется боковым растрескиванием бетона вблизи головки анкера. Разрушение такого рода происходит в случае анкеров (преимущественно монолитных), установленных у края бетонного элемента.
При проверке конструкции в предельном состоянии нормы предписывают проверять все возможные механизмы отказа. [18]
Разрушение стали [1]
Разрушение бетонного конуса [1]
Ошибка вытягивания [1]
Ошибка сквозного подключения [1]
Ошибка продувки [1]
Ошибка разделения
Режимы разрушения при сдвиге [ править ]
Анкеры могут выйти из строя по-разному при нагрузке на сдвиг: [3]
- Разрушение стали: стержень достигает предельной текучести, после чего происходит разрыв после развития больших деформаций.
- Бетонный край: полуконическая поверхность излома развивается от точки опоры до свободной поверхности. Этот тип разрушения возникает для анкера в непосредственной близости от края бетонного элемента.
- Выдавливание: полуконическая поверхность разрушения характеризует разрушение. Механизм выталкивания для залитых анкеров обычно имеет очень короткие коренастые шпильки . [19] Шпильки, как правило, настолько короткие и жесткие, что при прямой поперечной нагрузке они изгибаются, вызывая одновременное раздавливание перед шипом и воронку из бетона позади.
При проверке конструкции в предельном состоянии нормы предписывают проверять все возможные механизмы отказа. [18]
Разрушение бетонной кромки [1]
Отказ отжатия [1]
Комбинированное растяжение / сдвиг [ править ]
При одновременном приложении к анкеру растягивающей и сдвигающей нагрузки разрушение происходит раньше (при меньшей несущей способности) по сравнению с несобранным корпусом. В текущих проектных кодах предполагается линейная область взаимодействия. [20]
Группа якорей [ править ]
Для увеличения грузоподъемности анкеры собираются в группу, кроме того, это позволяет также организовать соединение, сопротивляющееся изгибающему моменту. Для растягивающей и поперечной нагрузки на механическое поведение заметно влияет (i) расстояние между анкерами и (ii) возможная разница в прилагаемых силах. [22]
Поведение при загрузке службы [ править ]
При эксплуатационных нагрузках (растяжение и сдвиг) смещение анкера должно быть ограничено. Характеристики анкера (грузоподъемность и характерные перемещения) при различных условиях нагружения оцениваются экспериментально, после чего орган технической оценки выдает официальный документ. [23] На этапе проектирования смещение, возникающее при характерных воздействиях, не должно быть больше допустимого смещения, указанного в техническом документе.
Поведение при сейсмической нагрузке [ править ]
При сейсмических нагрузках существует вероятность того, что анкер будет временно (i) установлен в трещине и (ii) подвергнут инерционным нагрузкам, пропорциональным как массе, так и ускорению прикрепленного элемента ( вторичной конструкции ) к основному материалу ( первичная структура ). [2] Условия нагрузки в этом случае можно резюмировать следующим образом:
- Пульсирующая осевая нагрузка: сила, согласованная с осью анкера, положительная в случае вытягивания и нулевая в случае вдавливания.
- Обратная нагрузка сдвига (также называемая «попеременным сдвигом»): сила, перпендикулярная оси анкера, положительная и отрицательная в зависимости от условного знака.
- Циклическая трещина (также называемая «движение трещины»): первичная структура RC подвергается серьезному повреждению [24] (т.е. растрескиванию), и наиболее неблагоприятным случаем для характеристик анкера является ситуация, когда плоскость трещины содержит ось анкера, и анкер подвергается нагрузке. положительной осевой силой (постоянной во время циклов трещин). [3]
Исключительное поведение при нагрузках [ править ]
Исключительные нагрузки отличаются от обычных статических нагрузок своим временем нарастания. Ударная нагрузка связана с высокими скоростями смещения. Что касается соединений стали с бетоном, некоторые примеры включают столкновение транспортного средства с препятствиями, прикрепленными к бетонному основанию, и взрывы. Помимо этих чрезвычайных нагрузок, структурные соединения подвергаются сейсмическим воздействиям, которые необходимо тщательно обрабатывать с помощью динамического подхода. Например, время подъема сейсмического выдергивания якоря может составлять 0,03 секунды. Напротив, в квазистатическом испытании 100 секунд можно принять как интервал времени для достижения пиковой нагрузки. Относительно режима разрушения бетонного основания: разрушающие нагрузки бетонного конуса возрастают с повышенными скоростями нагружения по сравнению со статическими. [25]
Дизайн [ править ]
Тип клина - 1
Тип расширения
Тип рукава
Тип клина - 2
Связанный якорь
Бетонный винт
См. Также [ править ]
- Ну орех
Ссылки [ править ]
- ^ Б с д е е г ч я J Кук, Ronald; Дорр, GT; Клингнер, RE (2010). Руководство по проектированию соединений стали с бетоном . Техасский университет в Остине.
- ^ a b Hoehler, Matthew S .; Элигехаузен, Рольф (2008). «Поведение и испытания анкеров в смоделированных сейсмических трещинах». Структурный журнал ACI . 105 (3): 348–357. ISSN 0889-3241 . .
- ^ Б с д е е г ч я J K L Mallee, Райнер; Элигехаузен, Рольф; Сильва, Джон Ф (2006). Анкеры в бетонных конструкциях . Эрнст и Шон. ISBN 978-3433011430.
- ^ Фишер, Джеймс М. (2006). Опорная плита и анкерный стержень конструкции .
- ^ IStructE (1988). Аспекты облицовки . Лондон.
- ^ Стандартный справочник инженерных расчетов . Макгроу-Хилл. 2004 г.
- ^ Bhantia, KG (2008). Основы для промышленных машин - Справочник для практикующих инженеров . Нью-Дели: D-CAD. ISBN 978-81-906032-0-1.
- ^ Бахманн, Губерт; Стейнле, Альфред (2012). Сборные железобетонные конструкции . Берлин: Ernst & Shon. ISBN 978-0-7506-5084-7.
- Перейти ↑ Reinhardt, Hans-Wolf (1982). Бетон при ударных нагрузках, прочность на разрыв и сцепление . Делфт: Делфтский университет.
- ^ Асс, HR (1986). Адгезия между полимерами и бетоном . Springer. ISBN 978-0-412-29050-3.
- ^ Рауффард, Мохаммад Махди; Нишияма, Минехиро (2018). «Идеализация связи между напряжением и проскальзыванием при повышенных температурах на основе испытаний на отрыв». Структурный журнал ACI . 115 (2). DOI : 10.14359 / 51701120 . ISSN 0889-3241 .
- ^ Нильфороуш, Расул; Нильссон, Мартин; Седерлинд, Гуннар; Эльфгрен, Леннарт (2016). «Долговременные характеристики клеевых анкеров». Структурный журнал ACI . 113 (2): 251–262. DOI : 10.14359 / 51688060 ..
- ^ Все о винтах Tapcon ; Сайт "Сделай сам" в Интернете; по состоянию на апрель 2019 г.
- ^ Бек, Германн; Симерс, Майкл; Рейтер, Мартин (2011). Крепежные детали и крепежные винты с порошковым приводом в стальной конструкции . Эрнст и Шон. ISBN 978-3-433-02955-8.
- ^ Элигехаузен, Рольф; Саваде, Г. (1989). «Основанное на механике разрушения описание поведения при выдергивании шпилек с головками, встроенных в бетон». Механика разрушения бетонных конструкций : 281–299. DOI : 10,18419 / опус-7930 .
- ^ Банджи, JH; Миллард, С. Г. (1996). Испытания 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 отрыв». Структурный журнал ACI (80).
- ^ а б ACI (2014). ACI 318-14 Строительные нормы и правила для конструкционного бетона . 22 . ISBN 978-0-87031-930-3. JSTOR 3466335 .
- ^ Андерсон, Нил S; Meinheit, Дональд Ф (2005). "Пропускная способность анкеров-шпилек с забивной головкой". Журнал PCI . 50 (2): 90–112. DOI : 10.15554 / pcij.03012005.90.112 . ISSN 0887-9672 .
- Перейти ↑ ACI (2004). «Руководство ACI 349.2 по методу расчета конкретной пропускной способности (CCD) - Примеры проектирования заделки». Бетон (Ccd): 1–77.
- ^ Doerr, GT; Клингнер, Р. Э. (1989). Требования к характеристикам клеевых анкеров и расстоянию между ними . Техасский университет в Остине.
- ^ Mahrenholtz, Филипп; Элигехаузен, Рольф (2010). «Поведение анкерных групп, установленных в бетоне с трещинами, при моделировании сейсмических воздействий». Цитировать журнал требует
|journal=( помощь ) - ^ «Как найти ВКЛАДКУ» . EOTA .
- ^ Фардис, Майкл Н. (2009). Сейсмическое проектирование, оценка и переоборудование бетонных зданий . Лондон: Спрингер. ISBN 978-1-4020-9841-3.
- ^ Соломос, Джордж. Испытания анкеровок в бетоне при динамической нагрузке . Испра: Объединенный исследовательский центр.
