Исследование несущей способности анкерного крепежа и гибких связей в кладке из легкобетонных блоков

Научно-технический и производственный журнал

Расчет конструкций

УДК 711.641

В.И. ОБОЗОВ, д-р техн. наук, ЦНИИСКим. В.А. Кучеренко; А.А. ДАВИДЮК, инженер

Исследование несущей способности анкерного крепежа и гибких связей в кладке из легкобетонных блоков

Проведены экспериментальные исследования анкерного крепежа и гибких базальто-пластиковых связей, установленных в кладку из блоков легкого бетона на стекловидных заполнителях плотностью 600 кг/м3 и 800 кг/м3 и прочностью В2 и В5, на действие вырывающих усилий. Получены значения усилия вырыва для ряда анкерных крепежей и связей. Отслежены деформации, возникающие при действии продольных сил на анкерный узел. Установлены схемы и характер деформаций рассмотренных анкерных узлов.

Ключевые слова: ограждающие конструкции, химический анкер, распорный анкер, гибкая связь, фасадные конструкции.

Как известно, легкие бетоны для ограждающих стеновых конструкций на традиционных обжиговых заполнителях, таких как керамзит, шунгизит и другие, зачастую не удовлетворяют современным требованиям норм по тепловой защите зданий без применения эффективных утеплителей [1, 2]. В случае применения ячеистых и полистиролбетонов плотностью 600 кг/м3 и менее не всегда обеспечиваются требуемые деформативно-прочностные показатели, что создает ряд проблем при креплении навесных фасадных конструкций к наружным стенам [3, 4, 5].

В настоящее время все большее распространение получают легкие конструкционно-теплоизоляционные бетоны на пористых стекловидных заполнителях, обладающие повышенными физико-механическими свойствами в сравнении с равноплот-ными легкими и ячеистыми бетонами [6]. В качестве заполнителей для таких бетонов могут применяться вспученный туфо-аргиллитовый гравий (ВТГ), вспученный витрозитовый гравий (ВВГ), пеностеклогрануляты (ПСГ), стекловидный трепельный гравий, а также любые другие заполнители на основе кремнеземистых пород, запасы которых практически неограничены на территории страны. При проектировании наружных стен на основе легких бетонов на стекловидных заполнителях в климатических условиях Москвы можно полностью отказаться от дополнительного утепления при толщине стен не менее 450-500 мм с

Rtp=2,8-3,1m2oC/Bt. Кроме того, их высокие прочностные свойства обеспечивают повышенную несущую способность анкерных креплений в навесных фасадных конструкциях.

Впервые выполнены экспериментальные исследования несущей способности анкерного крепления и гибких связей, установленных в кладку стен из легких бетонных блоков на основе стекловидных заполнителей.

Для проведения испытаний были отобраны распорные и химические анкеры швейцарской фирмы «Mungo», рекомендованные для крепления навесных фасадных конструкций, и гибкие связи из базальто-пластиковой арматуры, предназначенные для соединения конструктивных слоев в стенах с облицовкой из кирпича. В качестве стеновых материалов использованы блоки из легкого бетона на основе заполнителей из гранулированного пеностекла марки «Неопорм», опытное производство которых открыто на заводе Компании «СТЭС-Владимир» во Владимире. Размер блоков 200X200X400 мм, плотность бетона 600 кг/ м3 и 800 кг/м3, класс по прочности на сжатие В2 (М25) и В5 (М75) соответственно. В качестве кладочного раствора использованы готовые сухие цементно-песчаные смеси.

На рис. 1 представлены 4 экспериментальных образца стен сечением 400X415 мм и высотой в 4 и 5 рядов. Установка анкеров выполнялась в блоки кладки из расчета один

Рис. 1. Экспериментальные образцы-столбы сечением 410^400мм на основе стеновых блоков из легкого бетона на гранулированном пеностекле марки «Неопорм»: а, б — из блоков плотностью D600, прочностью В2; в, г — из блоков плотностью D800, прочностью В5

12'2010 ~ |33

Расчет конструкций

ц м .1

Научно-технический и производственный журнал

Вид А

Рис. 2. Схема проведения испытаний несущей способности анкерных креплений в кладке на основе блоков из легкого бетона на стекловидных заполнителях: 1— передвижная опора; 2 — образец кладки; 3 — опоры прибора; 4 — индикатор часового типа; 5 — рукоятка для подачи нагрузки; 6 —гидравлический цилиндр (прибор HYDRAJAWS); 7 — опорная площадка прибора; 8 — манометр; 9 — анкерный элемент или гибкая связь; 10 — распределительная пластина; 11 — гидравлический пресс

Рис. 3. Испытание химических анкеров Mungo в кладке блоков легкого бетона на стекловидных заполнителях марки «Неопормбетон».

Рис. 4. Испытание распорных полиамидных дюбелей Mungo, установленных в кладку блоков легкого бетона на стекловидных заполнителях марки «Неопормбетон».

анкер на тычковую грань и два анкера на ложковую, гибкие связи закладывались в растворные швы из расчета две связи в пределах длины блока и одна связь в пределах высоты блока. Армирование швов выполнялось через каждые 2 ряда в образцах из 5 рядов кладки с помощью металлической сетки с ячейкой 50X50 мм из стержней 04 мм класса Вр1. Схема экспериментальных образцов представлена на рис. 2.

При проведении испытаний усилие на анкер или гибкую связь подавалось ступенями с шагом 1/10-1/20 от предполагаемой разрушающей нагрузки. Для фиксации величины остаточных деформаций (перемещений) анкерного узла на

этапах нагружения выполнялась разгрузка, что позволило оценить интервалы нагружения, при которых кладка работала в упругой или нелинейной стадиях. При проведении испытаний экспериментальные образцы-столбы помещались в гидравлический пресс либо нагружались штучными грузами под нагрузку, составляющую до 1/3 от разрушающей по СНиП 11-22-81* (Каменные и армокаменные конструкции).

В табл. 1-4 представлены значения вырывающих усилий и деформаций (Дв), полученные по результатам трех испытаний каждого типа анкеров и гибких связей. В таблицах указаны минимальные значения усилий полученных при

34

122010

Научно-технический и производственный журнал

Расчет конструкций

Таблица 1

Плотность блоков легкого бетона на стекловидных заполнителях Характеристика анкеров Экспериментальные значения

Марка химического анкера Диаметр, мм Глубина заделки, мм N™, кН Д;;р, мм

75 4,5 0,58

8 100 5,5 0,6

150 7 0,64

75 5 0,55

D600 10 100 6,5 0,63

150 9,5 0,68

75 5,5 0,53

ш 12 100 7 0,57

5 150 11 0,69

о с 75 6 0,63

5 8 100 8,5 0,65

150 10 0,55

75 6,5 0,57

D800 10 100 9 0,65

150 12 0,66

75 7 0,51

12 100 9,5 0,6

150 14 0,62

Таблица 2

Плотность блоков легкого бетона на стекловидных заполнителях Характеристика анкеров Экспериментальные значения

Марка анкера Диаметр дюбеля/ шурупа, мм Глубина заделки/ длина распорной зоны, мм N™, кН Двср, мм

D600 Mungo MBR 8/6 80/50 1,25 0,28

Mungo MB 8/6 100/70 2,25 0,5

Mungo MBRK 10/8 100/50 3, 0,55

Mungo MBK 10/8 120/70 3,5 0,64

Mungo MGD 14/12 100/75 4 0,78

D800 Mungo MBR 8/6 80/50 2,25 0,53

Mungo MB 8/6 100/70 3 0,61

Mungo MBRK 10/8 100/50 4,5 0,74

Mungo MBK 10/8 120/70 5 1,1

Mungo MGD 14/12 100/75 5,5 0,82

Таблица 3

Плотность блоков легкого бетона на стекловидных заполнителях Характеристика анкеров Экспериментальные значения

Марка анкера Диаметр дюбеля/ шурупа, мм Глубина заделки/ длина распорной зоны, мм N™, кН Двср, мм

8 95/45 2 0,36

D800 Mungo MHA-B 10 100/60 2,25 0,34

12 145/85 3,5 0,41

вырыве. В качестве значений Дв приняты средние значения деформации, соответствующие минимальным усилиям вы-рыва каждого типа анкерных связей.

При вырыве химических анкеров из кладки экспериментальных столбов происходило разрушение блока в зоне заделки анкеров с образованием конуса вырыва (рис. 3). Результаты испытаний химических анкеров представлены в табл. 1.

При испытаниях полиамидных фасадных дюбелей потеря несущей способности анкерного крепления, как правило, происходила без разрушения бетона (рис. 4). Результаты испытаний полиамидных дюбелей с металлическими шурупами представлены в табл. 2.

Испытания металлических распорных анкеров проводились в блоках плотностью D800; данный крепеж в соответствии с

12'2010

35

Расчет конструкций

ц м .1

Научно-технический и производственный журнал

Таблица 4

Участок анкеровки Характеристика связей Экспериментальные значения

Марка раствора Диаметр арматуры, мм Глубина заделки, мм N™, кН Д;;р, мм

75 2 0,71

100 3 0,75

125 4,5 1,01

4 150 5,5 1,26

175 6 1,26

200 6 1,16

Растворные швы 225 7 1,35

без армирования 250 7 1,28

100 3,5 0,69

6 150 6 1,04

175 6,5 1,1

200 7 1,13

7,5 100 3,5 0,63

150 6 1,12

М100 75 3,5 0,86

100 4 1,03

125 4,5 0,77

4 150 5,5 1,42

175 6,5 1,48

200 7 1,33

225 7,5 1,43

Растворные швы 75 4 0,67

с арматурной сеткой 100 5,5 0,89

6 125 6 0,88

150 6,5 0,94

225 8 1,05

250 9 1,06

100 5,5 1,09

7,5 150 6,5 1,15

200 8,5 1,46

каталогом фирмы Mungo применяется в материалах высокой плотности, таких как высокоплотный легкий бетон, природный камень, кирпич или тяжелый бетон. В процессе установки анкеров в блоки кладки момент затяжки составил не более половины требуемого значения, указанного в техническом руководстве по

монтажу (25 Нм, 40 Нм и 50 Нм для анкеров диаметром 08 мм, 010 мм и 012 мм соответственно). Результаты испытаний распорных металлических анкеров представлены в табл. 3.

Испытание гибких связей из базальто-пластиковой арматуры производилось с помощью специально изготовленного

Рис. 5. Испытание гибких связей из базальто-пластиковой арматуры, установленных в растворные швы кладки стеновых блоков из легкого бетона на стекловидных заполнителях марки «Неопормбетон»

36

12'2010

Научно-технический и производственный журнал

Расчет конструкций

захвата. При вырыве связи с глубиной заделки менее 100 мм в растворных швах без арматурной сетки происходило разрушение растворного шва с образованием конуса выры-ва (рис. 5). В случае испытания связей в растворных швах с армированием или без армирования с глубиной заделки более 100 мм разрушение анкерного узла происходило по цилиндрической поверхности связи без образования конуса вырыва. Связи, установленные в вертикальные швы кладки, выдергивались без видимых разрушений или вытаскивались руками, в основном по причине отсутствия достаточной зоны контакта с цементно-песчаным раствором вследствие наличия пустот в вертикальных швах. Результаты испытаний гибких базальто-пластиковых связей представлены в табл 4.

Таким образом, при проектировании конструкций наружных стен на цементно-песчаном растворе марки М100 с использованием гибких базальто-пластиковых связей рекомендуется анкеровку связей осуществлять только в горизонтальных швах, при этом глубина заделки должна составлять не менее 100 мм.

Выводы

1. Впервые, для блоков из легкого конструкционно-теплоизоляционного бетона на стекловидных заполнителях проведены экспериментальные испытания для определения вырывающих усилий анкерного крепежа и гибких базальто-пластиковых связей, установленных в кладку из этих блоков.

2. Получены значения деформаций, возникающих при действии продольных сил на анкерный узел. Установлены схемы и характер деформаций рассмотренных анкерных узлов.

3. Полученные результаты свидетельствуют о том, что несущая способность исследованных анкеров, установ-

ленных в блоках легкого бетона на стекловидных заполнителях марки «Неопорм», до 2 раз выше, чем аналогичных анкеров, установленных в равноплотных ячеистых бетонах.

4. Проведенные экспериментальные исследования будут способствовать более широкому использованию бетонов на стекловидных заполнителях в наружных стенах.

Список литературы

1. Давидюк А.Н., Давидюк А.А. Прочностные свойства легких бетонов на стекловидных заполнителях для многослойных ограждающих конструкций // Бетон и железобетон. 2008. № 6. С. 9-13.

2. Давидюк А.Н., Давидюк А.А. Деформативные свойства легких бетонов на стекловидных заполнителях // Бетон и железобетон. 2009. № 1, С. 10-13.

3. Обозов В.И., Давидюк А.А. Анализ повреждений кирпичной облицовки фасадов многоэтажных каркасных зданий // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. 2010. № 3. С. 51-57.

4. Ищук М.К. Отечественный опыт возведения зданий с наружными стенами из облегченной кирпичной кладки. М.: РИФ «СТРОЙМАТЕРИАЛЫ», 2009, 360 с.

5. Грановский А.В. Пути повышения надежности анкерных креплений // Технологии строительства. 2008. № 4. С. 13-14.

6. Давидюк А.Н. Легкие конструкционно-теплоизоляционные бетоны на стекловидных пористых заполнителях. Научное издание. М.: Красная звезда, 2008 г.

Открытое акционерное общество со 100% государственным капиталом « Конструкторско-технологическое бюро бетона и железобетона»

Научно-техническое сопровождение и мониторинг большепролетных, высотных и других зданий с оценкой надежности конструктивных решений и проверкой технического состояния строительных конструкций

Строительное проектирование и конструирование зданий и сооружений, в т.ч. разработка предложений для усиления, реконструкции, капитального ремонта. Экспертиза проектной продукции.

Жилые и административные здания. Торговые комплексы. Коттеджи. Гаражи.

Научная деятельность.

Научно-технические и опытно-конструкторские разработки для строительства Разработка нормативно-технической документации. Разработка стандартов организации

Сертификация.

Проведение сертификационных испытаний и оформление сертификатов на конструкции, материалы и услуги.

Инженерно-геологические изыскания.

Выполнение комплекса работ по определению физико-механических свойств грунтов

Обследование технического состояния зданий и сооружений

Диагностика зданий и сооружений. Оценка физического износа здания.

Усиление строительных конструкций. Контроль качества строительно-монтажных работ. Мониторинг зданий и сооружений. Определение в лабораторных условиях прочности раствора и бетона по пробам отобранным из конструкций

Строительство и реконструкция зданий и сооружений. Перепланировка. Капремонт

Выполнение функций технического надзора.

109428, Москва, 2-я Институтская ул. д. 6 Телефон: (499)171-09-01 Факс: (499)171-64-10 www.ktbbeton.ru. E-mail: ktb@ktbbeton.ru, marketing@ktbbeton.ru

122010

37