РАЗДЕЛ 2
Геометрические и прочностные параметры анкеров не круглого сечения
2.1. Установка анкеров в шпурах прямоугольного сечения
В п. 1.1 приведены данные о широком применении металлических анкеров, закрепляемых в отвердевшем бетоне синтетическими клеями. Такие анкеры используются в качестве фундаментных болтов, а также в качестве закладных деталей различного назначения. Применяемая проектировщиками и строителями номенклатура унифицированных закладных деталей, закрепляемых в бетоне без использования клеев, включает 5 групп, отличающихся назначением и конструктивными особенностями. Детали предназначены для крепления сборных железобетонных конструкций или их элементов между собой (плиты, балки, колонны и др.), для крепления стальных связей, а также для крепления кронштейнов под различные коммуникации, вспомогательных стальных конструкций - площадок, мостиков, элементов обрамления конструкций и проемов и др.
Унифицированные закладные детали в основном представляют собой пластины толщиной от 6 до 10 мм, к которым привариваются перпендикулярно или под углом от 17 до 400 арматурные стержни, заделываемые в бетон. Имеются конструкции с применением пластин и уголков и др. Разнообразие типоразмеров деталей вызывает значительные отходы металла и затраты труда при их изготовлении, а глубина заделки стержней в бетон без использования клеевых композиций равна от 10 до 40 диаметрам стрежней. Применение клеев позволяет уменьшить глубину заделки до 7,5-10 диаметров стержней.
Положенная в основу данной диссертации рабочая гипотеза (см. п. 1.2) предполагает возможность дальнейшего уменьшения глубины заделки анкеров, если принять их сечение не круглым, а прямоугольным. Это позволит сэкономить металл, а также устанавливать анкеры в тонкостенные строительные конструкции.
Помимо анкеров-пластин (рис. 2.1, а) могут быть применены анкеры из профилированного металлопроката следующих типов:
1. Из швеллеров, устанавливаемых в бетонный массив полкой перпендикулярно действию сдвигающей силы (рис. 2.1, б).
2. Из швеллеров, устанавливаемых в бетонный массив полкой параллельно действию сдвигающей силы (рис. 2.1, в).
3. Из двух неравнобоких уголков, сваренных между собой полками меньшего размера. Устанавливается вдоль или поперек действия сдвигающей силы (рис. 2.1, г).
4. Из двутавра путем отрезки стенки на необходимую для заделки длину. Устанавливается вдоль действия сдвигающей силы (рис.2.1, д).
Шпуры прямоугольной конфигурации в бетонных конструкциях для закрепления анкеров указанных типов можно образовывать путем пробуривания нескольких близко расположенных между собой цилиндрических шпуров с последующим разрушением перемычек между ними инструментами и машинами ударного действия (см. п. 3.3).
Основные геометрические характеристики анкера прямоугольного сечения и шпура, образованного вышеуказанным способом, приведены на рис. 2.2.
Как следует из рис. 2.2, площадь сечения шпура для установки анкера прямоугольного сечения
где
Объем бетона, удаляемого бурением n цилиндрических шпуров
,(2.1)
удаляемого разрушением перемычек между шпурами
(2.2)
Суммарный объем бетона, удаляемого из массива (конструкции) при образование шпура для установки анкера прямоугольного сечения,
(2.3.)
Расстояния между шпурами t, как показали проведенные авторами предварительные эксперименты, целесообразно принимать в диапазоне от до в зависимости от ширины анкера в. Если , то при бурении цилиндрических шпуров происходит отклонение бура от оси шпура и частичное разрушение соседней перемычки до достижения заданной глубины шпура. При возрастает трудоемкость и продолжительность разрушения перемычек.
В [24, 27] показано, что толщина клеевой прослойки из высоконаполненного эпоксидного компаунда не оказывает существенного влияния на прочность клеевого соединения. То же относится к акриловым клеям [25, 26]. В указанных исследованиях толщина прослойки принималась 2, 4, 6 и 8 мм. Проведенные нами эксперименты показывают, что в целях экономии клея и надежного предварительного закрепления плоского анкера в шпуре (до отверждения клея) целесообразно принимать толщину анкера
(2.4)
Тогда толщина клеевой прослойки , а расстояние между крайними цилиндрическими шпурами (рис. 2.2)
(2.5.)
При площади поперечного сечения цилиндрического анкера АЦ=1 ; площадь поперечного сечения n шпуров АЦ = n.
Рассчитанные для этих условий зависимости VП, VШ, в, L1 от величины t для n = 3 и l = 5DШ, где D - диаметр анкера, приведены на рис. 2.3.
При t = 0,25D объем перемычек VП составляет 28% от объема шпура VШ; при t4 = D он увеличивается до 50,8%; общий объем шпура VШ увеличивается на 45% и вызывает увеличение сроков работ и их трудоемкости. При этом возникает необходимость неоправданного увеличения ширины анкера в на 36%.
Очевидна целесообразность принимать минимальные значения t. Примененный авторами кондуктор-шаблон, фиксирующийся в двух, образованных в первую очередь крайних шпурах, позволяет уменьшить t до 0,25D (см. п.3.3).
Графики на рис. 2.3 позволяют оценить относительные объемы бетона, удаляемого бурением и разрушением перемычек между цилиндрическими шпурами; формулы (2.1-2.5) позволяют рассчитывать параметры шпуров прямоугольного сечения в зависимости от ширины и толщины анкера.
2.2. Установка анкера в цилиндрических шпурах
Выше (см. п. 2.1) отмечалось, что толщина клеевой прослойки ?К не оказывает существенного влияния на прочность анкерн