Forudgående ankertest: sådan beregnes prøvebelastningen

En forudgående test er en test på stedet med 5 ankre, der viser, om et anker kan bære den karakteristiske last N_Ek (lasten uden partialkoefficienter) i et underlag, som producenten ikke har data for. BS 8539:2012+A1:2021 kalder det den forenklede metode til test af tilladt modstand, i Annex B.2.3.1.

Den bruges, når der ikke findes et anker med en relevant europæisk teknisk vurdering (ETA) til underlaget, hvilket i praksis oftest betyder murværk, eller når betonens tilstand rejser tvivl om ETA'ens værdier. Ankeret skal stadig være en type, som producenten godkender til den kategori af underlag. De 5 ankre belastes kun op til prøvebelastningen, ikke til brud, så testene giver mindre skade end brudtest. Se hvornår du skal teste på stedet.

Ankrene til en forudgående test monteres specielt til den og bruges aldrig i opgaven. Sæt dem i et underlag, der svarer til opgaven, et sted hvor eventuel skade ikke skader konstruktionen og kan udbedres. Hold dem godt på afstand af ankre, der skal bruges, og aldrig tættere end 3 × h_ef, hvor pladsen er trang.

Prøvebelastningen er den karakteristiske last ganget med en testfaktor og derefter divideret med reduktionsfaktoren α_dist og tilstandsfaktoren Ω:

N_test = N_Ek × ν_test ÷ (α_dist × Ω) (ligning B.4 i BS 8539)

• N_Ek, den karakteristiske last, er den last, projekteringen påfører ét anker, uden sikkerhedsfaktorer. Den oplyses af den projekterende.
• ν_test, testfaktoren, afhænger af ankerets materiale, underlaget og om lasten er langtids- eller korttidslast. Se tabellen nedenfor.
• α_dist, reduktionsfaktoren, tager højde for broens understøtninger, der står så tæt på ankeret, at de kan holde underlaget sammen og give et for højt resultat. Den er 1,0, når benene står langt nok fra hinanden. Se valg af bro.
• Ω, tilstandsfaktoren, tager højde for forskelle mellem testen og den faktiske brug, f.eks. test under tørre forhold for et anker, der vil blive vådt. Den projekterende fastsætter Ω.

Vores beregner til prøvebelastning gennemgår trinene for dig.

Nylonankre får højere faktorer på grund af krybning. Når nylon belastes over lang tid, deformeres det langsomt, så et anker, der klarer prøvelasten i kort tid, alligevel kan svigte ved en lavere last i brug.

Den projekterende vælger Ω ved at vurdere, hvordan ankerets reelle anvendelse vil afvige fra prøvningen. Hvert svar giver en værdi:

• Hvor længe virker lasten? Ved korttidslaster, f.eks. forankring af stilladser eller arbejde i højden, er Ω = 1,0. Ved en vedvarende trækbelastning er Ω = 0,9.
• Vil ankeret være vådere eller varmere i brug end under prøvningen? Hvis det vil være vådt i brug, men prøves tørt, er Ω = 0,8. Hvis det vil blive varmere end producentens normale driftstemperaturområde, men prøves ved normal temperatur, er Ω = 0,8.
• Kan de endelige ankre ende i svagere materiale end prøveankrene? På en pudset eller berappet væg, hvor fugerne er skjulte eller ankrene ikke kan holdes inde i murstenene, og prøveankrene sidder i massiv mursten, er Ω = 0,75.
• Vil betonen være revnet? For et anker dimensioneret til beton i trækzone er Ω = 0,7.

Hvis flere forhold gør sig gældende, angiver den projekterende én samlet Ω for tilfældet. Denne vejledning giver ingen regel for, hvordan de kombineres; spørg den projekterende.

αdist afhænger af understøtningsafstanden adist og den effektive forankringsdybde hef. adist måles til aksen for punktunderstøtninger eller som den frie bredde mellem gennemgående understøtninger. Stahts værdier, 127 mm for standardbroerne t25 og t60 samt 375 mm og 575 mm for de bredere broer, er den frie afstand mellem fødderne på langs af broen (Staht-datablade), hvilket er det grundlag, branchens offentliggjorte brotabel bygger på. Det er på den sikre side: Fødderne på en firbenet bro står faktisk længere fra ankeret, så den frie afstand giver en lidt højere prøvelast, aldrig en lavere.

Op til h_ef = 150 mm. Hvis adist er mindst 3 × hef, er αdist = 1,0. Hvis adist er mindre end 3 × hef, men større end 1,5 × hef, er αdist = 0,4 + adist ÷ (5 × hef) (ligning B.12 i BS 8539). BS 8539 begrænser desuden den nødvendige afstand til 450 mm, men op til hef = 150 mm overstiger 3 × hef aldrig 450 mm, så begrænsningen ændrer ikke resultatet. Hvis adist er 1,5 × hef eller mindre, er broen for smal til denne metode: Brug en bredere. I beton kræver en forundersøgelse også, at den nærmeste understøtning står mere end 1,0 × hef fra ankeret, som det kontrolleres i regneeksempel B.

Dybere end 150 mm. Ligning B.12 gælder ikke. I beton skal den nærmeste understøtning stå mindst 1,5 × hef fra ankeret, hvilket betyder en adist på mindst 3 × hef. I murværk gælder reglerne for mursten og blokke. EOTA TR 053 kræver ingen reduktion i flerskallede vægge af små massive sten, f.eks. massive teglsten, forudsat at understøtningerne står mere end 1,5 × hef fra hinanden og giver plads til, at brudkeglen kan dannes. Se valg af bro.

hef er dybden til det laveste punkt, hvor ankeret griber fat i underlaget. For nylondybler sættes hef til 50 % af den nominelle forankringsdybde.

Et limanker i massiv tegl bærer en vedvarende trækbelastning. Den projekterende oplyser NEk = 0,9 kN, hef = 60 mm og en enkelt Ω på 0,9 for den vedvarende last. ν_test for et anker, der ikke er af nylon, i murværk under langtidsbelastning er 4.

Med Staht t25-standardbroen (understøtningsafstand a_dist = 127 mm, den frie afstand mellem fødderne på langs af broen (Staht-datablad)):

• 3 × hef = 180 mm, hvilket er mere end 127 mm, så αdist finder anvendelse. 127 mm er mere end 1,5 × h_ef (90 mm), så ligning B.12 gælder.
• 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.

Med Staht Bridge 375-25 (a_dist = 375 mm):

• 375 mm er mere end 3 × hef (180 mm), så αdist = 1,0.
• N_test = 3,6 ÷ (1,0 × 0,9) = 4,00 kN.

Den bredere bro fjerner reduktionen, så ankrene prøves til 4,00 kN i stedet for 4,86 kN. I murværk sættes broens fødder på stenene ved siden af den sten, ankeret sidder i. Se prøvning i murværk.

Ankre til arbejde i højden monteres i ældre beton, hvis tilstand er usikker, så den projekterende beder om forundersøgelser. NEk = 3,0 kN, hef = 50 mm, korttidsbelastning, så Ω = 1,0. ν_test for et anker, der ikke er af nylon, i beton under korttidsbelastning er 2.

• Med Staht t60-standardbroen er adist = 127 mm, den frie afstand mellem fødderne på langs af broen (Staht-datablad), hvilket er mindre end 3 × hef (150 mm) og mere end 1,5 × h_ef (75 mm), så ligning B.12 gælder.
• Den nærmeste understøtning, ved 63,5 mm, står mere end 1,0 × h_ef (50 mm) fra ankeret, som forundersøgelser i beton kræver under belastning til prøvelasten.
• 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.

Nylondybler skal holde et midlertidigt byggepladshegn fast i ældre beton, hvis tilstand er usikker, så den projekterende beder om forundersøgelser. NEk = 0,4 kN, korttidsbelastning, så Ω = 1,0. Den nominelle forankringsdybde er 70 mm, så hef = 35 mm. ν_test for nylon under korttidsbelastning er 3,5.

• Med Staht t25-standardbroen er adist = 127 mm, den frie afstand mellem fødderne på langs af broen (Staht-datablad), hvilket er mere end 3 × hef (105 mm), så α_dist = 1,0.
• Den nærmeste understøtning, ved 63,5 mm, står mere end 1,0 × h_ef (35 mm) fra ankeret.
• N_test = 0,4 × 3,5 ÷ (1,0 × 1,0) = 1,40 kN.

Når alle 5 ankre holder prøvelasten, kan den karakteristiske last regnes som den tilladte bæreevne i det pågældende underlag: NR,all = NEk (ligning B.5 i BS 8539). Ankeret kan derefter anvendes ved denne last.

Hvis et anker ikke når prøvelasten, afgør den projekterende, hvad der skal ske, og to spørgsmål er afgørende. Kan opgaven blot klare sig med flere ankre, f.eks. ved at sætte dem tættere? Og svigtede ankeret tæt på prøvelasten, f.eks. over 0,8 × N_test?

• Ja til begge: Behold ankeret, og brug flere af dem, med en lavere tilladt bæreevne beregnet som nedenfor.
• Nej til et af dem: Ændr specifikationen til en større diameter, dybere forankring eller en anden ankertype, og udfør en ny serie forundersøgelser.

Beregning af den lavere tilladte bæreevne:

1. Belast alle 5 prøveankre langsomt til brud, og notér lasten ved første bevægelse for hvert anker. For at skåne konstruktionen kan du stoppe ved ca. 1,0 mm bevægelse og regne den last som brudlasten.
2. Ud fra den gennemsnitlige brudlast Nu,ave: NR,all = Nu,ave × αdist × Ω ÷ ν_ave (ligning B.6).
3. Ud fra den laveste brudlast Nu,low: NR,all = Nu,low × αdist × Ω ÷ ν_low (ligning B.7).
4. Brug den laveste af de to, dog højst den gennemsnitlige last ved første bevægelse N_1st,m.
5. Opskalér antallet af ankre: n' = n0 × NEk ÷ NR,all (ligning B.8), hvor n0 er det oprindeligt planlagte antal. Rund op.

I eksempel A med t25-broen var prøvelasten 4,86 kN. Ét anker svigter ved 4,2 kN, hvilket er over 0,8 × 4,86 = 3,89 kN, og opgaven kan klare sig med flere ankre. Alle 5 belastes til brud: 4,2, 5,6, 6,1, 5,3 og 6,4 kN. Den gennemsnitlige last ved første bevægelse er 2,3 kN.

• Nu,ave = 27,6 ÷ 5 = 5,52 kN, og Nu,low = 4,2 kN.
• α_dist × Ω = 0,823 × 0,9 = 0,741.
• Ud fra gennemsnittet: 5,52 × 0,741 ÷ 5 = 0,818 kN.
• Ud fra den laveste: 4,2 × 0,741 ÷ 4 = 0,778 kN.
• NR,all = 0,778 kN, den laveste værdi. Den ligger under N1st,m (2,3 kN), så den gælder.
• Opgaven var planlagt med 24 ankre: n' = 24 × 0,9 ÷ 0,778 = 27,8, så der skal bruges 28 ankre.

BS 8539 angiver tre andre metoder, der alle bygger på brudprøvninger.

• Ingen ETA, statistisk metode (bilag B.2.3.2): 5 til 15 ankre belastes til brud. NRk1 = αdist × NRu,m × (1 − K × v) × Ω, hvor NRu,m er den gennemsnitlige brudlast, v variationskoefficienten (højst 30 %) og K en statistisk faktor: 3,40 for 5 prøvninger, 2,57 for 10 og 2,33 for 15. NR,all = NRk1 ÷ ν, dog højst N_1st,m. Den projekterende vælger ν, f.eks. 3 til 4 for statiske laster eller 5 for nylondybler.
• ETA-anker i murværk uden for ETA'en, 5 til 15 prøvninger (bilag B.2.2.1): NRk1 = αdist × NRu,m × (1 − K × v) × β, med β fra ETA'en (1, hvis den ikke er angivet), dog højst ETA'ens karakteristiske bæreevne. Her træder β i stedet for Ω. Derefter er NR,all = NRk1 ÷ γM ÷ γF, med γM fra ETA'en og γF på 1,35 for permanente laster, 1,5 for variable laster eller 1,4, hvor de er ukendte eller blandede, dog højst N1st,m.
• ETA-anker, 15 eller flere prøvninger (bilag B.2.2): prøvningsmetoden på byggepladsen i det relevante europæiske vurderingsdokument (EAD) og den tilhørende EOTA Technical Report.

Jo flere ankre der prøves til brud, desto højere bliver den tilladte bæreevne sandsynligvis, men brudprøvninger forårsager større skader.