АНКЕРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Анкерное устройство для бетонных и железобетонных конструкцнй
Изобретение относится к области строительства и реконструкции зданий и сооружений, а именно к устройствам анкерных болтов из гладкой арматуры в бетонных и железобетонных конструкциях, фундаментах, перекрытиях и стенах.
Известны различные способы установки анкерных болтов в конструкции зданий и сооружений - либо в процессе их возведения, либо в скважинах готовых конструкций. Скважины могут быть высверлены или специально предусмотрены при возведении конструкций. Анкерные болты в высверленных скважинах готовых конструкций могут быть закреплены с помощью специальных распорных устройств различной конструкции: с конической головкой или с втулкой, навинчиваемой на конец анкерного болта. Однако все они сложны в изготовлении и к тому же имеют ограниченную несущую способность /1/.
Болты распорного типа с коническим концом, устанавливаемые в просверленные скважины готовых конструкций и закрепляемые цементно-песчаным раствором способом вибропогружения, имеют ограниченную несущую способность. Кроме того, в связи с усадкой раствора они со временем изменяют (уменьшают) свою несущую способность на неопределенную величину.
Известно закрепление анкерных болтов из гладкой арматуры в скважинах с помощью синтетического клея или эпоксидной композиции /2/.
Этот способ трудоемок, так как клей или композицию готовят в построечных условиях из шести-семи компонентов, часть из которых является токсичными химическими веществами и работа с ними требует соблюдения специальных санитарных правил и требований техники безопасности. Кроме того, при использовании эпоксидной композиции дополнительно требуется предварительный нагрев анкерных болтов при температуре окружающего воздуха ниже плюс .
Известен также способ закрепления анкерных болтов в готовых железобетонных или бетонных конструкциях виброзачеканкой с помощью жесткой цементно-песчаной смеси /3/.
Этот способ трудоемок и требует обязательного применения специального оборудования: уплотнительного устройства с присоединенным к нему вибратором.
Кроме того, при этом способе ограничена длина заделки болта и сказываются усадочные явления в процессе твердения растворной смеси, уменьшая сцепление анкера с бетоном.
По СНиП /4/ анкера из гладкой арматуры класса А-1 следует применять только при наличии усилений на их концах в виде пластинок, высаженных головок, поперечных стержней, крюков или петель. Продольные гладкие стержни растянутой и сжатой арматуры должны быть заведены за нормальное к продольной оси элемента сечение, в котором они учитываются с полным расчетным сопротивлением на длину не менее 15-7-20 диаметров стержня и не менее 200ч-250 мм в зависимости от расположения арматуры в сжатой или растянутой зоне бетона.
Техническая задача заключается в упрощении монтажа анкерного устройства, уменьшении длины заделки его в бетон и повышения прочности заделки за счет использования в качестве адгезионного слоя подвижной расширяюш,ейся бетонной смеси.
Поставленная задача решается таким образом, что в анкерном устройстве, заделанном в отверстии бетонной конструкции, включающем гладкий металлический стержень и адгезионный слой, согласно изобретению,адгезионный слой выполнен из
расширяющегося мелкозернистого бетона с водоцементным отношением 0,25-0,35 и коэффициентом линейного расширения 0,32,0 % толщиной 0,25-0,6 диаметра стержня, при этом относительную длину заделки стержня в бетоне конструкции определяют по формуле:
1/d 0,74 Rs/Rb+2,4, где 1 - длина заделки стержня в бетоне конструкции, мм;
d - диаметр стержня, мм; RS - расчетное сопротивление материала анкера растяжению,
МПа; Rb - расчетное сопротивление мелкозернистого бетона сжатию,
МПа.
Предлагаемое анкерное устройство отличается от известного тем, что анкерные болты в скважинах, образованных в готовых железобетонных или бетонных конструкциях, опираются через адгезионный слой, из расширяющегося бетона с водоцементным отношением 0,25-0,35 и коэффициентом линейного расширения 0,32,0% толщиной 0,25-0,6 диаметра стержня обжаты за счет сил расширения, возникающих в результате самонапряжения расширяющегося бетона величиной 0,9-3,0 МПа, Рекомендуемый состав смеси: цемент: песок 1:1.
Для приготовления цементно-песчаного раствора используют напрягающий цемент /НЦ/ или портландцемент с расширяющей добавкой /РД/. Он укладывается вокруг стержня толщиной слоя 0,250,6 диаметра стержня, величиной свободного расширения при твердении коэффициент линейного расширения 0,3-2,0%. Этот мелкозернистый бетон может развивать давление на препятствие его расширению 0,9-3,0 МПа.
Выполнение адгезионного слоя из мелкозернистой бетонной смеси на основе НЦ или РД позволяет уменьшить длину заделки стержня за счет всестороннего оптимального давления на стержень и сцепления с бетоном конструкции за счет выбранной величины самонапряжения бетона.
Кроме того, использование подвижной смеси позволяет исключить вибрацию и снизить трудозатраты при устройстве анкера.
Предлагаемая расчетная формула определяет требуемую длину заделки стержня, учитывая расчетные сопротивления анкера и бетона адгезионного слоя
1 / d  0,74 RS / Rb + 2,4 , где 1 - длина заделки стержня в бетоне конструкции, мм;
d - диаметр стержня, мм; RS - расчетное сопротивление материала анкера растяжению,
МПа;
Rb- расчетное сопротивление мелкозернистого бетона сжатию, МПа.
Численные значения коэффициентов в формуле получены в результате обработки экспериментов по испытанию (выдергиванию) анкерных болтов диаметром 16 и 25 мм из бетона разной прочности, отношение RS / Rb изменялось от 3 до 12. Обработка результатов проводилась по методу наименьших квадратов, коэффициент корреляции - 0,938.
Па фиг. 1 представлено анкерное устройство; фиг.2 - вид А фиг.1.
Устройство состоит из стержня 1, окруженного адгезионным слоем из расширяющегося раствора 2, и скважины 3. Адгезионный слой 2 в процессе твердения расширяется, что обеспечивает обжатие стержня 1 и надежное его заанкеривание в бетоне. Всестороннее
сжатие стержня 1 увеличивает прочность и жесткость его сценления с бетоном.
На фиг. 3 приведен график зависимости относительной длины анкеровки стержня 1/d от соотношения прочностей материала анкера и бетона адгезионного слоя Rs/Rb- Результаты испытаний анкеров диаметрами 16 и 25 мм, которые использованы для получения графика показаны в таблице. Полученная прямая эмпирической зависимости 1 и возможные отклонения результатов от графика 2, равные в средней части ±5% приведены на фиг 3. Коэффициент корреляции формулы 0,938; она справедлива при d  14-27 мм и отношении Rs/Rb 3-12.
Монтаж анкерного устройства производят следуюш,им образом. Определяют длину зоны анкеровки, равную глубине скважины, пользуясь ползд1енной формулой. Например, необходимо заанкерить стержень класса А-1 диаметром 16 мм, RS 145 МНа расширяюш;ийся мелкозернистым бетоном класса ВЗО Rb 17 МПа.
Но формуле требуемая длина анкеровки равна 1/d-0,74 145/17+ 2,4-8,7 или l  d. 8,7 16. 8,7 «140 мм
По графику (фиг.З) получается та же длина анкеровки при Rs/Rb  145/17  8,5, длина анкеровки равна 1 /d«8,7.
Затем в железобетонной конструкции устраивают скважины требуемой глубины и диаметра, готовят цементно-песчаную растворную смесь 1:1 (по массе) удобной для работы подвижностью 4-14 см на напрягаюш;ем цементе НЦ-10 или НЦ-20, с водоцементным отношением 0,3, заполняются скважины растворной смесью до уровня, обеспечиваюш,его полное заполнение скважины после погружения в нее анкера. Опускают анкерный болт в скважину, уплотняют смесь ударами по стержню и фиксируют его положение. Через сутки после начала твердения раствор начинают увлажнять, что стимулирует его расширение и самонапряжение. После набора раствором прочности на сжатие около 20 МНа (ориентировочно через 3-5 суток в зависимости от температуры) можно производить затяжку болтов. Обозначения: НЦ Источники информации:
1, Пособие по проектированию анкерных болтов для крепления строительных конструкций и оборудования (к СНиП 2.09.03). ЦНИИПромзданий. М., 1993
2.SU. Авторское свидетельство № 209305, Кл. F16 М9/00, БИ № 4, 1968г.
3.SU. Авторское свидетельство № 419385, Кл. В28 В1/8, БИ № 10, 1974г. (Прототип)
4.СПиП 2.03.01-84. Бетонные и железобетонные конструкции. Стройиздат, М., 1985г., с.59.
Таблица напрягающий цемент, ПЦ - нортландцемент.