Förprovning av infästningar: så beräknas provlasten

En förprovning är ett platsprov på 5 infästningar som visar om en infästning kan bära den karakteristiska lasten N_Ek (lasten utan partialkoefficienter) i ett underlag som tillverkaren saknar data för. BS 8539:2012+A1:2021 kallar det den förenklade metoden för prov av tillåten bärförmåga, i Annex B.2.3.1.

Den används när det inte finns någon infästning med en relevant europeisk teknisk bedömning (ETA) för underlaget, vilket i praktiken oftast gäller murverk, eller när betongens skick gör ETA:ns värden tvivelaktiga. Infästningen måste ändå vara en typ som tillverkaren godkänner för den kategorin av underlag. De 5 infästningarna belastas bara upp till provlasten, inte till brott, så proven orsakar mindre skada än brottprov. Se när du behöver göra platsprov.

Infästningarna för en förprovning monteras särskilt för provet och används aldrig i arbetet. Placera dem i underlag som motsvarar arbetets, på ett ställe där eventuell skada inte påverkar konstruktionen och kan repareras. Håll dem på gott avstånd från infästningar som ska användas, och aldrig närmare än 3 × h_ef där utrymmet är begränsat.

Provlasten är den karakteristiska lasten multiplicerad med en provfaktor och sedan dividerad med reduktionsfaktorn α_dist och förhållandefaktorn Ω:

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

• N_Ek, den karakteristiska lasten, är den last som dimensioneringen lägger på en infästning, utan säkerhetsfaktorer. Den anges av projektören.
• ν_test, provfaktorn, beror på infästningens material, underlaget och om lasten är långvarig eller kortvarig. Se tabellen nedan.
• α_dist, reduktionsfaktorn, tar hänsyn till att provbryggans stöd står så nära infästningen att de kan hålla ihop underlaget och höja resultatet. Den är 1,0 när benen står tillräckligt långt isär. Se välja provbrygga.
• Ω, förhållandefaktorn, tar hänsyn till skillnader mellan provet och den verkliga användningen, till exempel prov i torra förhållanden för en infästning som kommer att bli våt. Projektören bestämmer Ω.

Vår provlastkalkylator går igenom stegen åt dig.

Nylonankare får högre faktorer på grund av krypning. Under långvarig belastning deformeras nylon långsamt, så ett ankare som klarar provlasten under kort tid kan ändå brista vid en lägre last i drift.

Projektören väljer Ω genom att fråga sig hur ankarets verkliga användning kommer att skilja sig från provet. Varje svar ger ett värde:

• Hur länge verkar lasten? För korttidslaster, till exempel förankring av ställningar eller för klätterarbete på höga byggnader, Ω = 1,0. För en varaktig draglast, Ω = 0,9.
• Blir ankaret blötare eller varmare i drift än vid provet? Om det blir blött i drift men provas torrt, Ω = 0,8. Om det blir varmare än tillverkarens normala driftstemperaturområde men provas vid normal temperatur, Ω = 0,8.
• Kan bruksankarna hamna i svagare underlag än provankarna? På en putsad vägg, där fogarna är dolda eller ankarna inte kan hållas inom tegelstenarna, och provankarna sitter i massivt tegel, Ω = 0,75.
• Kommer betongen att vara sprucken? För ett ankare avsett för betong i dragzon, Ω = 0,7.

När flera villkor gäller anger projektören ett enda Ω för fallet. Den här guiden ger ingen regel för hur de kombineras – fråga projektören.

αdist beror på stödavståndet adist och det effektiva förankringsdjupet hef. adist mäts till centrumlinjen för punktstöd, eller som fri bredd mellan kontinuerliga stöd. Stahts värden, 127 mm för standardbryggorna t25 och t60 samt 375 mm och 575 mm för de bredare bryggorna, är det fria avståndet mellan fötterna längs bryggan (Stahts datablad), vilket är den grund som branschens publicerade bryggtabell använder. Det ligger på den säkra sidan: fötterna på en fyrbent brygga står i själva verket längre från ankaret, så det fria avståndet ger en något högre provlast, aldrig en lägre.

Upp till h_ef = 150 mm. Om adist är minst 3 × hef är αdist = 1,0. Om adist är mindre än 3 × hef men större än 1,5 × hef är αdist = 0,4 + adist ÷ (5 × hef) (ekvation B.12 i BS 8539). BS 8539 begränsar också det erforderliga avståndet till 450 mm, men upp till hef = 150 mm överstiger 3 × hef aldrig 450 mm, så begränsningen påverkar inte resultatet. Om adist är 1,5 × hef eller mindre är bryggan för smal för den här metoden: använd en bredare. I betong kräver ett förprov dessutom att närmaste stöd står mer än 1,0 × hef från ankaret, vilket kontrolleras i räkneexempel B.

Djupare än 150 mm. Ekvation B.12 gäller inte. I betong ska närmaste stöd stå minst 1,5 × hef från ankaret, vilket innebär ett adist på minst 3 × hef. I murverk gäller reglerna för tegel och block. Enligt EOTA TR 053 krävs ingen reduktion i flerskiktsväggar av små massiva stenar, till exempel massivt lertegel, förutsatt att stöden står mer än 1,5 × hef isär och lämnar plats för brottet att utvecklas. Se välja brygga.

hef är djupet till den lägsta punkt där ankaret griper i underlaget. För nylonpluggar räknas hef som 50 % av det nominella förankringsdjupet.

Ett kemankare i massivt tegel bär en varaktig draglast. Projektören anger NEk = 0,9 kN, hef = 60 mm och ett enda Ω på 0,9 för den varaktiga lasten. ν_test för ett ankare som inte är av nylon i murverk vid långtidslast är 4.

Med Staht standardbrygga t25 (stödavstånd a_dist = 127 mm, det fria avståndet mellan fötterna längs bryggan (Stahts datablad)):

• 3 × hef = 180 mm, vilket är mer än 127 mm, så αdist tillämpas. 127 mm är mer än 1,5 × h_ef (90 mm), så ekvation B.12 gäller.
• 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 är mer än 3 × hef (180 mm), så αdist = 1,0.
• N_test = 3,6 ÷ (1,0 × 0,9) = 4,00 kN.

Den bredare bryggan tar bort reduktionen, så ankarna provas till 4,00 kN i stället för 4,86 kN. I tegelmurverk ska bryggans fötter placeras på stenarna intill den som håller ankaret. Se provning i murverk.

Ankare för arbete på höga höjder ska sättas i äldre betong vars skick är osäkert, så projektören begär förprov. NEk = 3,0 kN, hef = 50 mm, korttidslast, så Ω = 1,0. ν_test för ett ankare som inte är av nylon i betong vid korttidslast är 2.

• Med Staht standardbrygga t60 är adist = 127 mm, det fria avståndet mellan fötterna längs bryggan (Stahts datablad), vilket är mindre än 3 × hef (150 mm) och mer än 1,5 × h_ef (75 mm), så ekvation B.12 gäller.
• Närmaste stöd, på 63,5 mm, står mer än 1,0 × h_ef (50 mm) från ankaret, vilket förprov i betong kräver vid belastning upp till provlasten.
• 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.

Nylonpluggar ska fästa ett tillfälligt byggplank i äldre betong vars skick är osäkert, så projektören begär förprov. NEk = 0,4 kN, korttidslast, så Ω = 1,0. Det nominella förankringsdjupet är 70 mm, så hef = 35 mm. ν_test för nylon vid korttidslast är 3,5.

• Med Staht standardbrygga t25 är adist = 127 mm, det fria avståndet mellan fötterna längs bryggan (Stahts datablad), vilket är mer än 3 × hef (105 mm), så α_dist = 1,0.
• Närmaste stöd, på 63,5 mm, står mer än 1,0 × h_ef (35 mm) från ankaret.
• N_test = 0,4 × 3,5 ÷ (1,0 × 1,0) = 1,40 kN.

När alla 5 ankare klarar provlasten får den karakteristiska lasten tas som tillåten bärförmåga i det underlaget: NR,all = NEk (ekvation B.5 i BS 8539). Ankaret kan då användas vid den lasten.

Om ett ankare inte når provlasten avgör projektören hur man går vidare, och två frågor är avgörande. Kan arbetet helt enkelt använda fler ankare, till exempel genom att de sätts tätare? Och brast ankaret nära provlasten, till exempel över 0,8 × N_test?

• Ja på båda: behåll ankaret och använd fler, med en lägre tillåten bärförmåga beräknad enligt nedan.
• Nej på någon av dem: ändra specifikationen, till större diameter, djupare förankring eller en annan typ av ankare, och gör en ny omgång förprov på den.

Beräkning av den lägre tillåtna bärförmågan:

1. Belasta alla 5 provankare långsamt till brott och notera lasten vid första rörelse för varje ankare. För att skona konstruktionen kan du avbryta vid ca 1,0 mm rörelse och räkna den lasten som brottlast.
2. Från medelbrottlasten Nu,ave: NR,all = Nu,ave × αdist × Ω ÷ ν_ave (ekvation B.6).
3. Från den lägsta brottlasten Nu,low: NR,all = Nu,low × αdist × Ω ÷ ν_low (ekvation B.7).
4. Använd det lägre av de två värdena, begränsat till medellasten vid första rörelse N_1st,m.
5. Skala upp antalet ankare: n' = n0 × NEk ÷ NR,all (ekvation B.8), där n0 är det ursprungligen planerade antalet. Avrunda uppåt.

I exempel A med bryggan t25 var provlasten 4,86 kN. Ett ankare brister vid 4,2 kN, vilket är över 0,8 × 4,86 = 3,89 kN, och arbetet kan använda fler ankare. Alla 5 belastas till brott: 4,2, 5,6, 6,1, 5,3 och 6,4 kN. Medellasten vid första rörelse är 2,3 kN.

• Nu,ave = 27,6 ÷ 5 = 5,52 kN och Nu,low = 4,2 kN.
• α_dist × Ω = 0,823 × 0,9 = 0,741.
• Från medelvärdet: 5,52 × 0,741 ÷ 5 = 0,818 kN.
• Från det lägsta värdet: 4,2 × 0,741 ÷ 4 = 0,778 kN.
• NR,all = 0,778 kN, det lägre värdet. Det ligger under N1st,m (2,3 kN), så det gäller.
• Arbetet planerades med 24 ankare: n' = 24 × 0,9 ÷ 0,778 = 27,8, så det behövs 28 ankare.

BS 8539 anger tre andra metoder, var och en baserad på brottprovning.

• Utan ETA, statistisk metod (Annex B.2.3.2): 5 till 15 ankare belastas till brott. NRk1 = αdist × NRu,m × (1 − K × v) × Ω, där NRu,m är medelbrottlasten, v variationskoefficienten (högst 30 %) och K en statistisk faktor: 3,40 för 5 prov, 2,57 för 10 och 2,33 för 15. NR,all = NRk1 ÷ ν, högst N_1st,m. Projektören väljer ν, till exempel 3 till 4 för statiska laster eller 5 för nylonpluggar.
• ETA-ankare i murverk utanför ETA:n, 5 till 15 prov (Annex B.2.2.1): NRk1 = αdist × NRu,m × (1 − K × v) × β, med β från ETA:n (1 om inget anges), högst ETA:ns karakteristiska bärförmåga. Här ersätter β Ω. Därefter NR,all = NRk1 ÷ γM ÷ γF, med γM från ETA:n och γF 1,35 för permanenta laster, 1,5 för variabla laster eller 1,4 där de är okända eller blandade, och högst N1st,m.
• ETA-ankare, 15 eller fler prov (Annex B.2.2): provningsmetoden på plats enligt tillämpligt europeiskt bedömningsdokument (EAD) och tillhörande EOTA Technical Report.

Ju fler ankare som provas till brott, desto högre blir troligen den tillåtna bärförmågan, men brottprov orsakar större skador.