Рыков С.Г., руководитель испытательной лаборатории ООО «Технополис»

Анкерные крепления: о чём говорят испытания?

Схемы испытаний анкерных креплений

В навесных фасадных системах наиболее ответственными являются узлы креплений кронштейнов к строительным основаниям. Несущая способность анкерных креплений оценивается, в основном, величиной допускаемой вытягивающей нагрузки на анкеры или расчётным сопротивлением. Сопротивляемость анкеров вытягиванию из различных видов строительных оснований рассчитывается по результатам испытаний на стадии определения эксплуатационных характеристик и проверяется на объектах строительства при проведении натурных испытаний.

Для обоих видов испытаний в нашей стране используются гидравлические домкраты (силовозбудители) различных производителей с контролем перемещений анкера и без.

На рис. 1а показан домкрат фирмы HIDRAJAWS со стрелочным манометром с ценой деления 1 кН и максимально развиваемым усилием 25 кН.

На рис. 1б, 1в показаны силовозбудители СКБ «Стройприбор», г. Челябинск, на 15 и 50 кН со встроенными датчиками перемещений. На рис. 1г показан тот же прибор (50 кН) с выносным датчиком перемещений.

При работе с этими приборами возможны несколько вариантов испытательных схем:
• схема без измерения перемещений анкера (в этом случае можно зафиксировать только наибольшее значение испытательной нагрузки с точностью 1 кН);
• схема с измерением перемещений анкера встроенным датчиком;
• схема с измерением перемещений анкера выносным датчиком.

Информативность двух последних схем гораздо выше, при их использовании можно оценивать процесс разрушения анкерного крепления в координатах «Испытательная нагрузка – деформация*». Причём, информативность выносного датчика выше, чем встроенного.

В этих схемах возможна замена электронных датчиков перемещений индикаторами часового типа, но работа с ними удобна только в лабораторных условиях.

 

Почему отличаются результаты испытаний при разных схемах?

При обработке результатов большого количества испытаний мы обратили внимание на то, что при испытаниях одинаковых по всем параметрам анкерных креплений разными приборами получаются графики, схожие по усилиям и отличающиеся деформативностью.

Как выяснилось в результате сравнительных испытаний, описанных ниже, основная причина этому – неизбежная систематическая погрешность при измерении деформаций встроенными датчиками, вызванная различной жёсткостью станин приборов и других вспомогательных элементов.

Для изучения влияния места положения датчика, измеряющего перемещения, на результаты испытаний и получения дополнительной информации о работе анкерных креплений нами были проведены испытания анкерных креплений с использованием двух групп пластиковых анкеров разных изготовителей.

Пластиковые анкеры размером 10×100 мм, состоящие из гильзы, имеющей бортик, и распорного резьбового элемента – винта с прессшайбой (рис. 2), были выбраны из-за их широкого распространения в анкерных креплениях каркасов фасадных систем.

Анкеры устанавливались в бетон с классом по прочности на сжатие В25. Под бортик гильзы устанавливалась стальная шайба, и распорный элемент затягивался с моментом затяжки 20 Нм.

Для сравнения результатов испытаний были выбраны три испытательные схемы:
1. С индикаторной головкой 1ИГМ с ценой деления 0,001 мм или с индикатором часового типа ИЧ с ценой деления 0,01 мм, установленными на отдельном основании с измерительным щупом на торце головки распорного элемента, контактирующего с ней через пластинку со шлифованными торцами; нагружение – пошаговое с выдержкой 1 мин. и разгрузкой на каждой ступени (схема показана на рис. 3).
2. С выносным электронным датчиком перемещений, установленным на отдельном основании с измерительным щупом на шлифованной пластине адаптера; нагружение – равномерное с постоянной скоростью (рис. 1г).
3. Со встроенным электронным датчиком перемещений, нагружение – равномерное с постоянной скоростью (рис. 1в).

Программа испытаний для первой группы анкеров состояла из:
• испытаний 5 креплений по первой испытательной схеме с индикаторной головкой 1ИГМ;
• испытаний 3 креплений по третьей испытательной схеме.

Программа испытаний для второй группы анкеров была расширена, она состояла из:
• испытаний по первой испытательной схеме 2 креплений с индикаторной головкой 1ИГМ и 2 креплений с индикатором часового типа ИЧ;
• испытаний 2 креплений по второй испытательной схеме;
• испытаний 2 креплений по третьей испытательной схеме.

Характерный результат испытаний креплений с анкерами первой группы по схеме № 1 показан на рис. 4.

Характерный результат испытаний креплений с анкерами второй группы по схеме № 1 показан на рис.5.

Из графиков (рис.5) видно, что при смещении анкера на 1 мм крепление практически теряет несущую способность. Максимальным значениям нагрузки соответствуют перемещения анкера в интервале 1,0–2,0 мм.

Испытания анкерных креплений по схемам № 2 и № 3 показали большую деформативность.

На рис. 6 показаны кривые, полученные по результатам сравнительных испытаний креплений с анкерами первой группы.

На рис. 7 показаны кривые, полученные по результатам сравнительных испытаний креплений с анкерами второй группы.

Из графиков на рис. 6 и 7 видно, что погрешность при измерении перемещений встроенными и выносными датчиками, по отношению к базовой испытательной схеме, когда измерительный щуп находится на головке распорного элемента, может составлять 3 мм и более. Такая разница в измерении перемещений объясняется, в основном, деформациями станин самих приборов.

Поэтому при снятии с любых средств измерения значений деформаций при испытании анкерных креплений, кроме испытаний с непосредственным размещением измерительного щупа на торце головки распорного элемента, необходимо учитывать систематическую, увеличивающуюся с ростом нагрузки погрешность измерения.

 

На несущие конструкции каркаса фасадных систем действуют постоянные, длительные, кратковременные нагрузки и особые нагрузки. К постоянным нагрузкам относятся: собственный вес каркаса, вес стеклопакетов, жалюзийных решёток, облицовочной плитки и т.п. К длительным нагрузкам относятся: снеговая нагрузка с пониженным расчётным значением. К кратковременным нагрузкам относятся: ветровые нагрузки, снеговые нагрузки с полным расчётным значением, гололёдные нагрузки. К особым нагрузкам относятся сейсмические воздействия. Т.е. большую часть времени анкер в навесных фасадных конструкциях испытывает постояннодействующее вытягивающее усилие. При дополнительном действии кратковременной нагрузки на анкер будет действовать дополнительное вытягивающее усилие. Допускаемая нагрузка на анкер должна быть равна или больше суммы этих двух составляющих вытягивающего усилия.

 

Новая информация о работе анкерных креплений

Попутно мы получили новую для нас информацию о работе анкерных креплений с пластиковыми анкерами.

Графики «Усилие – общая деформация» позволяют сделать вывод о присутствии и величине растягивающего усилия в установленном пластиковом анкере. Усилие растяжения, вызванное затяжкой, для первой группы анкеров составило от 3 до 6,5 кН, для второй группы – от 2 до 3 кН.

Обобщить данные по другим параметрам из-за малого количества испытаний сложно, поэтому в качестве примера рассмотрим данные испытаний образца № 3 по первой испытательной схеме (рис. 4).

Усилие начала деформации – 4,55 кН. Этот показатель снимается с графика «усилие – общая деформация» и соответствует последнему нулевому значению деформации при нарастании усилия.

Графики «Усилие – остаточная деформация» позволяют сделать вывод о других параметрах работы анкерного крепления:
• начало проскальзывания гильзы (по росту остаточных деформаций) – 10,08 кН;
• начало проскальзывания гильзы (по началу вращения стрелки индикатора во время выдержки) – 13,13 кН (параметр зафиксирован во время испытаний).

С этого момента (момента начала процесса разрушения анкерного крепления) величина разрушающей нагрузки зависит от скорости нагружения. Поскольку скорость ступенчатого нагружения поддерживалась такой же, как и при равномерном нагружении (от начала до конца испытаний 1–2 мин.), то максимальное значение испытательной нагрузки составило значение 22,96 кН.

То есть до значения испытательной нагрузки равной 4,55 кН анкер вообще не смещается. Начиная с 4,55 до 10,08 кН анкер под нагрузкой смещается до 0,061 мм и после разгрузки возвращается в исходное положение, даже больше, чем в исходное (-0,008 мм – величина смятия бортика гильзы от испытательной нагрузки этого уровня). От уровня нагрузки 10,08 до 13,13 кН наблюдаются незначительные ступенчатые смещения гильзы анкера относительно стенок отверстия (стрелка прибора в процессе выдержки крепления под нагрузкой неподвижна). С нагрузки 13,13 кН до максимального значения в 22,96 кН начинается процесс непрерывного движения анкера в отверстии со скоростью, увеличивающейся с каждой новой ступенью испытательной нагрузки.

Такой характер работы пластикового анкера указывает на его хорошую приспособленность к работе в узле анкерного крепления каркаса навесной фасадной системы с определённым уровнем вытягивающего усилия на анкер от постоянной нагрузки и достаточным запасом для кратковременной нагрузки.

------------------------------------------------------------
* В общем случае понятие «деформация» включает в себя деформацию под нагрузкой и после разгрузки. Деформация под нагрузкой может состоять из упругой деформации элемента крепежа и из его возможного смещения относительно основания. После разгрузки деформация может состоять только из величины смещения крепёжного элемента относительно основания, в этом случае речь идёт об остаточной деформации.