Предварителни изпитвания на анкери: определяне на изпитвателното натоварване

Предварителното изпитване е изпитване на място върху 5 анкера, което показва дали даден анкер може да поеме характеристичното въздействие N_Ek (натоварването без коефициенти) в основен материал, за който производителят няма данни. BS 8539:2012+A1:2021 го нарича опростен подход за изпитвания за допустимо съпротивление, в Приложение B.2.3.1.

Прилага се, когато за основния материал няма анкер със съответна Европейска техническа оценка (ETA), което на практика обикновено означава зидария, или когато състоянието на бетона поставя под съмнение стойностите от ETA. Анкерът все пак трябва да е тип, одобрен от производителя за съответната категория основен материал. Петте анкера се натоварват само до изпитвателното натоварване, а не до разрушаване, затова изпитванията причиняват по-малко щети от изпитванията до разрушаване. Вижте кога е нужно изпитване на място.

Анкерите за предварително изпитване се монтират специално за него и никога не се използват в обекта. Поставете ги в основен материал, съответстващ на обекта, на място, където евентуални щети не вредят на конструкцията и могат да бъдат поправени. Дръжте ги достатъчно далеч от анкерите, които ще се използват, и никога по-близо от 3 × h_ef при ограничено пространство.

Изпитвателното натоварване е характеристичното въздействие, умножено по изпитвателен коефициент и разделено на редукционния коефициент α_dist и коефициента на условията Ω:

N_test = N_Ek × ν_test ÷ (α_dist × Ω) (уравнение B.4 от BS 8539)

• N_Ek, характеристичното въздействие, е натоварването, което проектът предвижда за един анкер, без коефициенти на сигурност. Предоставя се от проектанта.
• ν_test, изпитвателният коефициент, зависи от материала на анкера, основния материал и дали натоварването е продължително или краткотрайно. Вижте таблицата по-долу.
• α_dist, редукционният коефициент, отчита опори на моста, поставени толкова близо до анкера, че могат да задържат основния материал и да завишат резултата. Той е 1.0, когато краката са достатъчно раздалечени. Вижте избор на мост.
• Ω, коефициентът на условията, отчита разликите между изпитването и реалната употреба, напр. изпитване в сухи условия на анкер, който ще бъде във влажна среда. Ω се определя от проектанта.

Нашият калкулатор за изпитвателно натоварване изпълнява тези стъпки вместо вас.

За найлоновите анкери се прилагат по-високи коефициенти заради пълзенето. При продължително натоварване найлонът бавно се деформира, така че анкер, издържал изпитвателното натоварване за кратко време, може все пак да се разруши при по-ниско натоварване в експлоатация.

Проектантът избира Ω, като преценява доколко реалната експлоатация на анкера ще се различава от изпитването. Всеки отговор дава стойност:

• Колко дълго ще действа натоварването? При краткотрайни натоварвания, например анкериране на скеле или за работа на височина, Ω = 1,0. При продължително опънно натоварване Ω = 0,9.
• Ще бъде ли анкерът по-влажен или по-горещ в експлоатация, отколкото при изпитването? Ако в експлоатация ще е във влажна среда, а се изпитва на сухо, Ω = 0,8. Ако ще работи при температура над нормалния експлоатационен температурен диапазон на производителя, а се изпитва при нормална температура, Ω = 0,8.
• Може ли работните анкери да попаднат на по-слабо място от изпитваните? При измазана стена, където фугите са скрити или анкерите не могат да се поставят гарантирано в тухлите, а изпитваните анкери са в плътна тухла, Ω = 0,75.
• Ще бъде ли бетонът напукан? За анкер, предназначен за бетон в опънната зона, Ω = 0,7.

Когато са приложими повече от едно условие, проектантът определя една обща стойност на Ω за конкретния случай. Това ръководство не дава правило за комбинирането им; обърнете се към проектанта.

αdist зависи от разстоянието между опорите adist и ефективната дълбочина на анкериране hef. adist се измерва до оста на точковите опори или като светло разстояние между непрекъснатите опори. Стойностите на Staht – 127 mm за стандартните мостове t25 и t60 и 375 mm и 575 mm за по-широките мостове – са светлото разстояние между краката по дължината на моста (технически листове на Staht), каквато е и основата на публикуваната в бранша таблица за мостове. Това е в посока на сигурността: краката на четирикрак мост всъщност са по-далеч от анкера, така че светлото разстояние дава малко по-висок изпитвателен товар, никога по-нисък.

До h_ef = 150 mm. Ако adist е поне 3 × hef, αdist = 1,0. Ако adist е по-малко от 3 × hef, но повече от 1,5 × hef, αdist = 0,4 + adist ÷ (5 × hef) (уравнение B.12 от BS 8539). BS 8539 ограничава и необходимото разстояние до 450 mm, но до hef = 150 mm 3 × hef никога не надвишава 450 mm, така че ограничението не променя резултата. Ако adist е 1,5 × hef или по-малко, мостът е твърде тесен за този метод: използвайте по-широк. В бетон предварителното изпитване изисква също най-близката опора да е на повече от 1,0 × hef от анкера, както се проверява в пример Б.

По-дълбоко от 150 mm. Уравнение B.12 не се прилага. В бетон дръжте най-близката опора на поне 1,5 × hef от анкера, което означава adist поне 3 × hef. В зидария се прилагат правилата за тухли и блокове. EOTA TR 053 не изисква намаление при многослойни стени от малки плътни тухли, например плътни глинени тухли, при условие че опорите са на повече от 1,5 × hef една от друга и оставят място за формиране на разрушението. Вижте избор на мост.

hef е дълбочината до най-ниската точка, в която анкерът захваща основата. За найлонови дюбели приемете hef като 50% от номиналната дълбочина на анкериране.

Химически анкер в плътна тухла поема продължително опънно натоварване. Проектантът задава NEk = 0,9 kN, hef = 60 mm и единичен коефициент Ω от 0,9 за продължителното натоварване. ν_test за ненайлонов анкер в зидария при дълготрайно натоварване е 4.

Със стандартния мост Staht t25 (разстояние между опорите a_dist = 127 mm, светлото разстояние между краката по дължината на моста (технически лист на Staht)):

• 3 × hef = 180 mm, което е повече от 127 mm, така че се прилага αdist. 127 mm е повече от 1,5 × h_ef (90 mm), така че уравнение B.12 е валидно.
• α_dist = 0,4 + 127 ÷ (5 × 60) = 0,4 + 0,423 = 0,823.
• N_test = 0,9 × 4 ÷ (0,823 × 0,9) = 3,6 ÷ 0,741 = 4,86 kN.

С моста Staht Bridge 375-25 (a_dist = 375 mm):

• 375 mm е повече от 3 × hef (180 mm), така че αdist = 1,0.
• N_test = 3,6 ÷ (1,0 × 0,9) = 4,00 kN.

По-широкият мост премахва намалението, така че анкерите се изпитват на 4,00 kN вместо на 4,86 kN. В тухлена зидария поставете краката на моста върху тухлите до тази, в която е анкерът. Вижте изпитване в зидария.

Анкери за височинни работи се монтират в стар бетон със съмнително състояние, затова проектантът изисква предварителни изпитвания. NEk = 3,0 kN, hef = 50 mm, краткотрайно натоварване, така че Ω = 1,0. ν_test за ненайлонов анкер в бетон при краткотрайно натоварване е 2.

• Със стандартния мост Staht t60 adist = 127 mm, светлото разстояние между краката по дължината на моста (технически лист на Staht), което е по-малко от 3 × hef (150 mm) и повече от 1,5 × h_ef (75 mm), така че се прилага уравнение B.12.
• Най-близката опора, на 63,5 mm, е на повече от 1,0 × h_ef (50 mm), както изискват предварителните изпитвания в бетон при натоварване до изпитвателния товар.
• α_dist = 0,4 + 127 ÷ (5 × 50) = 0,4 + 0,508 = 0,908.
• N_test = 3,0 × 2 ÷ (0,908 × 1,0) = 6,0 ÷ 0,908 = 6,61 kN.

Найлонови дюбели ще закрепват временна ограда към стар бетон със съмнително състояние, затова проектантът изисква предварителни изпитвания. NEk = 0,4 kN, краткотрайно натоварване, така че Ω = 1,0. Номиналното анкериране е 70 mm, така че hef = 35 mm. ν_test за найлон при краткотрайно натоварване е 3,5.

• Със стандартния мост Staht t25 adist = 127 mm, светлото разстояние между краката по дължината на моста (технически лист на Staht), което е повече от 3 × hef (105 mm), така че α_dist = 1,0.
• Най-близката опора, на 63,5 mm, е на повече от 1,0 × h_ef (35 mm).
• N_test = 0,4 × 3,5 ÷ (1,0 × 1,0) = 1,40 kN.

Когато и 5-те анкера издържат изпитвателния товар, характеристичното въздействие може да се приеме за допустимо съпротивление в тази основа: NR,all = NEk (уравнение B.5 от BS 8539). След това анкерът може да се използва при този товар.

Ако анкер не достигне изпитвателния товар, проектантът решава какво следва, като се отговаря на два въпроса. Може ли обектът просто да поеме повече анкери, например като се монтират по-близо един до друг? И разруши ли се анкерът близо до изпитвателния товар, например над 0,8 × N_test?

• Да и на двата: запазете анкера и използвайте повече бройки при по-ниско допустимо съпротивление, изчислено както е посочено по-долу.
• Не на някой от тях: променете спецификацията – по-голям диаметър, по-дълбоко анкериране или друг тип анкер – и проведете нова серия предварителни изпитвания.

Изчисляване на по-ниското допустимо съпротивление:

1. Натоварете и 5-те изпитвани анкера до разрушаване, бавно, като отбелязвате товара при първо преместване на всеки. За да щадите конструкцията, можете да спрете при около 1,0 mm преместване и да приемете този товар за разрушаващ.
2. От средния разрушаващ товар Nu,ave: NR,all = Nu,ave × αdist × Ω ÷ ν_ave (уравнение B.6).
3. От най-ниския разрушаващ товар Nu,low: NR,all = Nu,low × αdist × Ω ÷ ν_low (уравнение B.7).
4. Използвайте по-ниската от двете стойности, ограничена до средния товар при първо преместване N_1st,m.
5. Увеличете броя на анкерите: n' = n0 × NEk ÷ NR,all (уравнение B.8), където n0 е първоначално планираният брой. Закръглете нагоре.

В пример А с моста t25 изпитвателният товар беше 4,86 kN. Един анкер се разрушава при 4,2 kN, което е над 0,8 × 4,86 = 3,89 kN, а обектът може да поеме повече анкери. И петте се натоварват до разрушаване: 4,2, 5,6, 6,1, 5,3 и 6,4 kN. Средният товар при първо преместване е 2,3 kN.

• Nu,ave = 27,6 ÷ 5 = 5,52 kN, а Nu,low = 4,2 kN.
• α_dist × Ω = 0,823 × 0,9 = 0,741.
• От средната стойност: 5,52 × 0,741 ÷ 5 = 0,818 kN.
• От най-ниската: 4,2 × 0,741 ÷ 4 = 0,778 kN.
• NR,all = 0,778 kN, по-ниската стойност. Тя е под N1st,m (2,3 kN), така че остава.
• За обекта са планирани 24 анкера: n' = 24 × 0,9 ÷ 0,778 = 27,8, така че са необходими 28 анкера.

BS 8539 дава три други пътя, всеки от които се основава на изпитвания до разрушаване.

• Без ETA, статистически подход (Приложение B.2.3.2): от 5 до 15 анкера се натоварват до разрушаване. NRk1 = αdist × NRu,m × (1 − K × v) × Ω, където NRu,m е средният разрушаващ товар, v – коефициентът на вариация (не повече от 30%), а K – статистически коефициент: 3,40 за 5 изпитвания, 2,57 за 10 и 2,33 за 15. NR,all = NRk1 ÷ ν, не повече от N_1st,m. Проектантът избира ν, например от 3 до 4 за статични натоварвания или 5 за найлонови дюбели.
• Анкер с ETA в зидария извън обхвата на ETA, 5 до 15 изпитвания (Приложение B.2.2.1): NRk1 = αdist × NRu,m × (1 − K × v) × β, с β от ETA (1, ако не е зададен), не повече от характеристичното съпротивление по ETA. Тук β заменя Ω. След това NR,all = NRk1 ÷ γM ÷ γF, с γM от ETA и γF 1,35 за постоянни въздействия, 1,5 за променливи въздействия или 1,4, когато са неизвестни или смесени, и не повече от N1st,m.
• Анкер с ETA, 15 или повече изпитвания (Приложение B.2.2): методът за изпитване на обекта от съответния Европейски документ за оценяване (EAD) и неговия Технически доклад на EOTA.

Колкото повече анкери се изпитат до разрушаване, толкова по-високо вероятно ще е допустимото съпротивление, но изпитванията до разрушаване нанасят повече щети.