Preliminarieji inkarų bandymai: kaip apskaičiuoti bandymo apkrovą

Preliminarusis bandymas – tai bandymas statybvietėje su 5 inkarais, parodantis, ar inkaras gali atlaikyti charakteristinį poveikį N_Ek (apkrovą be koeficientų) pagrindo medžiagoje, kuriai gamintojas neturi duomenų. BS 8539:2012+A1:2021 B.2.3.1 priede jis vadinamas supaprastintu leistinojo atsparžio bandymų metodu.

Jis taikomas, kai pagrindo medžiagai nėra inkaro su atitinkamu Europos techniniu įvertinimu (ETA), o tai praktikoje dažniausiai reiškia mūrą, arba kai betono būklė kelia abejonių dėl ETA duomenų. Inkaras vis tiek turi būti tokio tipo, kurį gamintojas patvirtina tos kategorijos pagrindo medžiagai. 5 inkarai apkraunami tik iki bandymo apkrovos, o ne iki suirimo, todėl bandymai padaro mažiau žalos nei bandymai iki suirimo. Žr. kada reikia bandyti statybvietėje.

Preliminariojo bandymo inkarai montuojami specialiai jam ir niekada nenaudojami darbe. Montuokite juos darbo sąlygas atitinkančioje pagrindo medžiagoje, tokioje vietoje, kur bet kokia žala nepakenks konstrukcijai ir ją bus galima ištaisyti. Laikykite juos gerokai atokiau nuo naudosimų inkarų ir niekada ne arčiau kaip 3 × h_ef, kai trūksta vietos.

Bandymo apkrova – tai charakteristinis poveikis, padaugintas iš bandymo koeficiento ir padalytas iš mažinimo koeficiento α_dist bei būklės koeficiento Ω:

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

• N_Ek, charakteristinis poveikis, – tai projekte vienam inkarui tenkanti apkrova be patikimumo koeficientų. Ją pateikia projektuotojas.
• ν_test, bandymo koeficientas, priklauso nuo inkaro medžiagos, pagrindo medžiagos ir nuo to, ar apkrova ilgalaikė, ar trumpalaikė. Žr. lentelę žemiau.
• α_dist, mažinimo koeficientas, įvertina tilto atramas, pastatytas taip arti inkaro, kad jos gali sulaikyti pagrindo medžiagą ir padidinti rezultatą. Jis lygus 1,0, kai atramos kojos yra pakankamai toli viena nuo kitos. Žr. kaip pasirinkti tiltą.
• Ω, būklės koeficientas, įvertina bandymo ir realaus naudojimo skirtumus, pvz., bandymą sausomis sąlygomis inkarui, kuris bus drėgnas. Ω nustato projektuotojas.

Mūsų bandymo apkrovos skaičiuoklė atliks šiuos veiksmus už jus.

Nailoniniams inkarams taikomi didesni koeficientai dėl valkšnumo. Ilgai veikiamas apkrovos, nailonas pamažu deformuojasi, todėl inkaras, trumpai atlaikęs bandomąją apkrovą, eksploatuojant vis tiek gali suirti esant mažesnei apkrovai.

Projektuotojas pasirenka Ω įvertindamas, kuo faktinis inkaro naudojimas skirsis nuo bandymo. Kiekvienas atsakymas suteikia vertę:

• Kiek laiko veiks apkrova? Trumpalaikėms apkrovoms, pvz., tvirtinant pastolius ar aukštalipių įrangą, Ω = 1,0. Ilgalaikei tempimo apkrovai Ω = 0,9.
• Ar naudojimo metu inkaras bus drėgnesnėje ar karštesnėje aplinkoje nei bandymo metu? Jei naudojant jis bus drėgnas, o bandomas sausas, Ω = 0,8. Jei jis veiks aukštesnėje nei gamintojo nurodytas įprastas eksploatavimo temperatūrų intervalas temperatūroje, o bandomas įprastoje temperatūroje, Ω = 0,8.
• Ar darbiniai inkarai gali atsidurti silpnesnėje vietoje nei bandomieji? Ant tinkuotos sienos, kur siūlės paslėptos arba inkarų neįmanoma išlaikyti plytų viduje, o bandomieji inkarai įrengti pilnavidurėje plytoje, Ω = 0,75.
• Ar betonas bus su plyšiais? Inkarui, skirtam tempiamam betonui, Ω = 0,7.

Jei taikoma daugiau nei viena sąlyga, projektuotojas nustato vieną Ω vertę konkrečiam atvejui. Šiame vadove nepateikiama taisyklė, kaip jas derinti; kreipkitės į projektuotoją.

αdist priklauso nuo atramų tarpo adist ir efektyviojo įgilinimo gylio hef. adist matuojamas iki taškinių atramų ašies arba kaip laisvasis tarpas tarp ištisinių atramų. Staht nurodomi dydžiai – 127 mm t25 ir t60 standartiniams tilteliams bei 375 mm ir 575 mm platesniems tilteliams – yra laisvasis atstumas tarp kojų išilgai tiltelio (Staht duomenų lapai); tuo remiasi ir pramonės skelbiama tiltelių lentelė. Tai atsargos pusėje: keturkojo tiltelio kojos iš tikrųjų stovi toliau nuo ankerio, todėl laisvasis tarpas duoda šiek tiek didesnę bandymo apkrovą, bet niekada ne mažesnę.

Iki h_ef = 150 mm. Jei adist yra ne mažesnis kaip 3 × hef, αdist = 1,0. Jei adist mažesnis nei 3 × hef, bet didesnis nei 1,5 × hef, αdist = 0,4 + adist ÷ (5 × hef) (BS 8539 B.12 lygtis). BS 8539 taip pat riboja reikiamą tarpą iki 450 mm, tačiau iki hef = 150 mm 3 × hef niekada neviršija 450 mm, todėl ši riba rezultato nekeičia. Jei adist yra 1,5 × hef ar mažesnis, tiltelis šiam metodui per siauras – naudokite platesnį. Betone preliminariam bandymui taip pat reikia, kad artimiausia atrama būtų toliau nei 1,0 × hef nuo ankerio, kaip tikrinama B pavyzdyje.

Giliau nei 150 mm. B.12 lygtis netaikoma. Betone artimiausią atramą laikykite ne arčiau kaip 1,5 × hef nuo ankerio, t. y. adist turi būti ne mažesnis kaip 3 × hef. Mūre taikomos plytoms ir blokeliams skirtos taisyklės. Pagal EOTA TR 053 daugiasluoksnėse sienose iš mažų pilnavidurių plytų, pavyzdžiui, pilnavidurių keraminių plytų, sumažinimo nereikia, jei atramos yra toliau nei 1,5 × hef viena nuo kitos ir palieka vietos susidaryti suirimo kūgiui. Žr. tiltelio pasirinkimas.

hef – tai gylis iki žemiausio taško, kuriame ankeris laikosi pagrindo medžiagoje. Nailoniniams ankeriams hef imamas kaip 50 % vardinio įgilinimo gylio.

Cheminis ankeris pilnavidurėje plytoje laiko ilgalaikę tempimo apkrovą. Projektuotojas nurodo NEk = 0,9 kN, hef = 60 mm ir vieną Ω = 0,9 ilgalaikei apkrovai. Nenailoniniam ankeriui mūre esant ilgalaikei apkrovai ν_test = 4.

Su Staht t25 standartiniu tilteliu (atramų tarpas a_dist = 127 mm – laisvasis atstumas tarp kojų išilgai tiltelio (Staht duomenų lapas)):

• 3 × hef = 180 mm, t. y. daugiau nei 127 mm, todėl taikomas αdist. 127 mm yra daugiau nei 1,5 × h_ef (90 mm), todėl galioja B.12 lygtis.
• 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.

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

• 375 mm yra daugiau nei 3 × hef (180 mm), todėl αdist = 1,0.
• N_test = 3,6 ÷ (1,0 × 0,9) = 4,00 kN.

Platesnis tiltelis pašalina sumažinimą, todėl ankeriai bandomi 4,00 kN, o ne 4,86 kN apkrova. Plytų mūre tiltelio kojas statykite ant plytų šalia tos, kurioje yra ankeris. Žr. bandymai mūre.

Ankeriai aukštalipių darbams montuojami į senesnį betoną, kurio būklė abejotina, todėl projektuotojas reikalauja preliminarių bandymų. NEk = 3,0 kN, hef = 50 mm, apkrova trumpalaikė, todėl Ω = 1,0. Nenailoniniam ankeriui betone esant trumpalaikei apkrovai ν_test = 2.

• Su Staht t60 standartiniu tilteliu adist = 127 mm – laisvasis atstumas tarp kojų išilgai tiltelio (Staht duomenų lapas); tai mažiau nei 3 × hef (150 mm) ir daugiau nei 1,5 × h_ef (75 mm), todėl taikoma B.12 lygtis.
• Artimiausia atrama, esanti 63,5 mm atstumu, yra toliau nei 1,0 × h_ef (50 mm), kaip reikalaujama atliekant preliminarius bandymus betone apkraunant iki bandymo apkrovos.
• 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.

Nailoniniais ankeriais laikina tvora bus tvirtinama prie senesnio betono, kurio būklė abejotina, todėl projektuotojas reikalauja preliminarių bandymų. NEk = 0,4 kN, apkrova trumpalaikė, todėl Ω = 1,0. Vardinis įgilinimas 70 mm, todėl hef = 35 mm. Nailonui esant trumpalaikei apkrovai ν_test = 3,5.

• Su Staht t25 standartiniu tilteliu adist = 127 mm – laisvasis atstumas tarp kojų išilgai tiltelio (Staht duomenų lapas); tai daugiau nei 3 × hef (105 mm), todėl α_dist = 1,0.
• Artimiausia atrama, esanti 63,5 mm atstumu, yra toliau nei 1,0 × h_ef (35 mm).
• N_test = 0,4 × 3,5 ÷ (1,0 × 1,0) = 1,40 kN.

Kai visi 5 ankeriai atlaiko bandymo apkrovą, charakteristinis poveikis gali būti laikomas leistinuoju atsparumu toje pagrindo medžiagoje: NR,all = NEk (BS 8539 B.5 lygtis). Tada ankerį galima naudoti esant tokiai apkrovai.

Jei ankeris nepasiekia bandymo apkrovos, tolesnius veiksmus sprendžia projektuotojas, o tai lemia du klausimai. Ar darbui galima tiesiog panaudoti daugiau ankerių, pavyzdžiui, išdėstant juos tankiau? Ir ar ankeris suiro arti bandymo apkrovos, pavyzdžiui, viršijus 0,8 × N_test?

• Taip į abu: palikite tą patį ankerį ir naudokite daugiau jų, taikydami mažesnį leistinąjį atsparumą, apskaičiuotą kaip nurodyta toliau.
• Ne bent į vieną: pakeiskite specifikaciją – didesnis skersmuo, gilesnis įgilinimas ar kito tipo ankeris – ir atlikite naują preliminarių bandymų seriją.

Mažesnio leistinojo atsparumo apskaičiavimas:

1. Visus 5 bandomuosius ankerius lėtai apkraukite iki suirimo, užfiksuodami kiekvieno pirmojo poslinkio apkrovą. Kad būtų tausojama konstrukcija, galima sustoti esant maždaug 1,0 mm poslinkiui ir tą apkrovą laikyti suirimo apkrova.
2. Pagal vidutinę suirimo apkrovą Nu,ave: NR,all = Nu,ave × αdist × Ω ÷ ν_ave (B.6 lygtis).
3. Pagal mažiausią suirimo apkrovą Nu,low: NR,all = Nu,low × αdist × Ω ÷ ν_low (B.7 lygtis).
4. Naudokite mažesnę iš dviejų reikšmių, bet ne didesnę už vidutinę pirmojo poslinkio apkrovą N_1st,m.
5. Padidinkite ankerių skaičių: n' = n0 × NEk ÷ NR,all (B.8 lygtis), kur n0 – iš pradžių planuotas skaičius. Apvalinkite į didesnę pusę.

A pavyzdyje su t25 tilteliu bandymo apkrova buvo 4,86 kN. Vienas ankeris suyra esant 4,2 kN, t. y. daugiau nei 0,8 × 4,86 = 3,89 kN, o darbui galima panaudoti daugiau ankerių. Visi 5 apkraunami iki suirimo: 4,2, 5,6, 6,1, 5,3 ir 6,4 kN. Vidutinė pirmojo poslinkio apkrova – 2,3 kN.

• Nu,ave = 27,6 ÷ 5 = 5,52 kN, o Nu,low = 4,2 kN.
• α_dist × Ω = 0,823 × 0,9 = 0,741.
• Pagal vidurkį: 5,52 × 0,741 ÷ 5 = 0,818 kN.
• Pagal mažiausią: 4,2 × 0,741 ÷ 4 = 0,778 kN.
• NR,all = 0,778 kN – mažesnė reikšmė. Ji mažesnė už N1st,m (2,3 kN), todėl galioja.
• Darbui buvo numatyti 24 ankeriai: n' = 24 × 0,9 ÷ 0,778 = 27,8, todėl reikia 28 ankerių.

BS 8539 numato dar tris būdus, kurių kiekvienas grindžiamas bandymais iki suirimo.

• Be ETA, statistinis metodas (B.2.3.2 priedas): iki suirimo apkraunama nuo 5 iki 15 ankerių. NRk1 = αdist × NRu,m × (1 − K × v) × Ω, kur NRu,m – vidutinė suirimo apkrova, v – variacijos koeficientas (ne daugiau kaip 30 %), o K – statistinis koeficientas: 3,40 esant 5 bandymams, 2,57 – 10 ir 2,33 – 15. NR,all = NRk1 ÷ ν, bet ne daugiau kaip N_1st,m. ν pasirenka projektuotojas, pavyzdžiui, 3–4 statinėms apkrovoms arba 5 nailoniniams ankeriams.
• ETA turintis ankeris mūre, kuriam ETA netaikoma, 5–15 bandymų (B.2.2.1 priedas): NRk1 = αdist × NRu,m × (1 − K × v) × β, kur β imamas iš ETA (1, jei nenurodytas), bet ne daugiau už ETA nurodytą charakteristinį atsparumą. Čia β pakeičia Ω. Tada NR,all = NRk1 ÷ γM ÷ γF, kur γM imamas iš ETA, o γF yra 1,35 nuolatiniams poveikiams, 1,5 kintamiesiems poveikiams arba 1,4, kai jie nežinomi ar mišrūs, bet ne daugiau kaip N1st,m.
• ETA turintis ankeris, 15 ar daugiau bandymų (B.2.2 priedas): taikomas atitinkamo Europos vertinimo dokumento (EAD) ir jo EOTA techninės ataskaitos bandymų statybvietėje metodas.

Kuo daugiau ankerių išbandoma iki suirimo, tuo didesnis tikėtinas leistinasis atsparumas, tačiau bandymai iki suirimo daro daugiau žalos.