Специалистами Центра Исследований Сейсмостойкости Сооружений ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко и Института фасадных конструкций и анкерной техники (IFBT GmbH – г. Лейпциг, Германия) выполнены комплексные динамические исследования по оценке сейсмостойкости анкерного крепежа фирмы «SORMAT». Испытания анкеров проводились в лабораторном центре IFBT (Institut für Fassaden – und Befestigungstechnik). Цель исследований – оценка надежности анкерного крепежа фирмы «SORMAT» при использовании его для крепления различных строительных конструкций к железобетонным стенам зданий, возводимых в сейсмических регионах с активностью 7-9 баллов по шкале МSК-64.
МЕТОДИКА И ПРОГРАММА ИСПЫТАНИЙ
Для исследований по согласованию со специалистами «SORMAT» были выбраны 3 марки анкера:
– химический анкер IТН 380Ø10 при глубине анкеровки в бетон L=90мм (рис. 1а);
– анкер S-UF 10×100 с полиамидным дюбелем (рис. 1б);
– металлический распорный анкер S-КА 10/30 (рис. 1в).
Испытания анкеров на вырыв из железобетонных стеновых элементов проводились на экспериментальной пульсаторной установке (рис.2а,б), имеющей следующие динамические параметры: предельные значения динамических и статических нагрузок на опытный образец, соответственно: 320кН и 400кН; максимальная амплитуда колебаний рабочего органа - ±250мм; интервал изменения частотного спектра при динамических воздействиях – от 0 до 50Гц.
Программа испытаний анкеров включала в себя следующие этапы.
1. Изготовление опытных образцов железобетонных плит из бетона класса В30 (С20/25 – класс бетона по Германскому Стандарту) толщиной 250мм.
2. Моделирование в плитах трещин шириной раскрытия 0.33мм. Ширина раскрытия трещин фиксировалась с помощью индикатора часового типа с точностью измерения 0,01 мм после установки в трещину анкера.
3. В железобетонные плиты с трещинами устанавливались анкеры (по 6-10 образцов каждой марки анкера).
4. Статические испытания 1-oй группы анкеров (по 3-5 образцов каждой марки) на вырыв из железобетонных плит. По результатам статических испытаний устанавливалась предельная разрушающая (ультимативная – по терминологии ЕТАG 001[1]) нагрузка вырыва.
5. Динамические испытания 2-oй группы анкеров. В соответствии с согласованной программой исследований параметры динамических воздействий при испытании анкеров принимались следующими: частота изменения нагрузки принималась равной 5 и 15Гц при количестве циклов, соответственно, n = 500 и 1000 циклов; при динамическом приложении нагрузки ее величина изменялась в интервале Nmin = 2кН, Nmax = 0.7×Nразр. Указанный интервал динамических нагрузок принят на основе рекомендаций [2].
6. После завершения динамических испытаний анкеров на действие продольных относительно их оси усилий каждый анкер испытывался на действие статической нагрузки до его разрушения при вырыве.
Результаты повторных статических испытаний сравнивались с результатами первичных статических испытаний. Сравнение результатов этих испытаний позволило оценить влияние динамических воздействий на несущую способность анкера.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ АНКЕРОВ И ИХ АНАЛИЗ. СТАТИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ
По результатам этого этапа испытаний была установлена несущая способность анкеров указанных выше марок до динамических воздействий. В табл.1 приведены результаты статических испытаний анкеров (по 3 испытания каждой марки анкера).
Анализ результатов статических испытаний анкеров позволяет отметить следующее:
– при вырыве анкеров марки ITH 380Ø10 из бетона разрушение анкерных узлов происходило либо по бетонному конусу (рис.3), либо по контакту «клеевой состав – бетон»;
– при вырыве анкеров марки S-UF 10×100 из бетона разрушение анкерного узла происходило по контакту полиамидного дюбеля с бетоном – выскальзывание анкера из отверстия;
– при вырыве анкеров марки S-КА 10/30 из бетона разрушение анкерного узла происходило из-за проскальзывания рабочего органа (болта) вдоль расклинивающегося сегментного кольца.
На рис. 4 (а-в) приведены графики зависимости «нагрузка – перемещение» для испытанных марок анкеров.
ДИНАМИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ
По результатам динамических испытаний анкеров определялось влияние циклической нагрузки различной интенсивности и частоты воздействия на изменение уровня сцепления внешней поверхности анкера, структура и материал которого зависит от марки анкера, с бетоном. При динамических испытаниях нагрузка прикладывалась вдоль оси анкера. При этом параметры динамического воздействия на каждую марку анкера в зависимости от задаваемого характера воздействия принимались равными: 1-я схема: f = 5Гц, n = 500 циклов; 2-я схема: f = 15Гц, n = 1000 циклов. На рис. 5,6 показаны графики зависимости «нагрузка – перемещение» при динамических испытаниях, соответственно, химических анкеров ITH 380 (1-ая схема нагружения), и анкеров марки S-KA 10/30 (2-ая схема нагружения).
СТАТИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ
После завершения динамических испытаний анкеров были проведены статические испытания на вырыв из бетона тех же анкеров. В табл. 2 представлены результаты статических испытаний анкеров на вырыв из бетона с трещиной до и после их испытаний на динамические нагрузки, моделирующих сейсмические воздействия различной интенсивности.
Анализ проведенных комплексных исследований анкеров фирмы «SORMAT», установленных в бетон с трещиной, позволяет отметить следующее.
1. В процессе динамических испытаний исследовано поведение анкеров при действии циклической нагрузки, приложенной вдоль их продольной оси, величина которой изменялась в интервале от Nmin = 2 кН до Nmax = 0.7×Nразр. При количестве циклов n = 500 и n = 1000 величина частотного спектра динамической нагрузки составляла, соответственно, 5Гц и 15Гц.
2. Для химических анкеров марки ITH 380Ø10 (Lанк= 90мм) и металлических анкеров марки S-КА 10/30 не установлено в процессе динамических испытаний изменения величины динамической нагрузки (например, ее уменьшение в случае проскальзывания анкеров в момент нарушения сцепления клеевого состава с бетоном) или амплитуды колебания (в случае нарушения сцепления анкера с бетоном имело бы место возрастание амплитуды колебания анкера).
3. Несущая способность анкеров марки S-UF 10×100 с полиамидным дюбелем при вырыве из бетона возросла в 1.7 раза после завершения динамических испытаний. Вероятной причиной указанного эффекта является то, что полиамидный дюбель после установки анкера в рабочее положение (появление распора) в базовый материал пластически деформируется. При этом, в местах соприкосновения материала дюбеля с бетоном имеет место заполнение микропустот и микротрещин в бетоне. В результате этого, при действии динамической нагрузки величина несущей способности анкера зависит не только от величины сцепления (силы трения) анкера с бетоном, но и от появления «механической блокировки» полиамидного дюбеля в зоне трещины. То есть, при приложении динамической нагрузки к анкеру шуруп из-за наличия выступов (резьбовой части) дополнительно деформирует полиамидную обойму и усиливает «блокировку» анкера в бетонном образце.
ВЫВОД
При установке анкеров фирмы «SORMAT» (распорных анкеров марки S-КА 10/30, химических анкеров марки ITH 380 Ø10 и анкеров марки S-UF 10×100) в стены из бетона с трещинами в сейсмоопасных регионах с 7-9-балльной сейсмикой по шкале МSК-64 расчетное усилие вырыва анкеров может приниматься таким же как и для анкеров, используемых в несейсмических районах.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. ETAG 001. GUIDELINE FOR EUROPEAN TECHNICAL APPROVAL OF METALL ANCHORS FOR USE IN CONCRETE. Edition 1997.
2. R. Fligehausen, R.Mallee, J.F.Silva. Anchorage in Concrete Construction. Erus&Sohn. 2006
А. Грановский, к.т.н. (зав. лабораторией ЦИСС ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко),
Л. Мирской (Директор по развитию компании «Ф-Эксперт Крепежные технологии»)
— Журнал «Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений» № 02/2012
