Попередні випробування анкерів: розрахунок випробувального навантаження

Попереднє випробування — це випробування на об’єкті 5 анкерів, яке показує, чи може анкер витримати характеристичний вплив N_Ek (навантаження без коефіцієнтів) в основі, для якої виробник не має даних. BS 8539:2012+A1:2021 називає його спрощеним підходом до випробувань на допустимий опір (додаток B.2.3.1).

Його застосовують, коли для матеріалу основи немає анкера з відповідною Європейською технічною оцінкою (ETA), що на практиці зазвичай стосується кладки, або коли стан бетону ставить під сумнів дані ETA. Анкер однаково має бути того типу, який виробник схвалює для цієї категорії основи. 5 анкерів навантажують лише до випробувального навантаження, а не до руйнування, тому такі випробування завдають менше пошкоджень, ніж випробування до руйнування. Див. коли потрібні випробування на об’єкті.

Анкери для попереднього випробування встановлюють спеціально для нього й ніколи не використовують у роботі. Встановлюйте їх в основу, що відповідає робочій, у місці, де пошкодження не зашкодять конструкції й можуть бути усунені. Розміщуйте їх якомога далі від робочих анкерів і ніколи не ближче 3 × h_ef, якщо місця обмаль.

Випробувальне навантаження — це характеристичний вплив, помножений на коефіцієнт випробування й поділений на коефіцієнт зниження α_dist і коефіцієнт умов Ω:

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

• N_Ek, характеристичний вплив, — навантаження на один анкер за проєктом, без коефіцієнтів безпеки. Його надає проєктувальник.
• ν_test, коефіцієнт випробування, залежить від матеріалу анкера, матеріалу основи та від того, тривале навантаження чи короткочасне. Див. таблицю нижче.
• α_dist, коефіцієнт зниження, враховує опори містка, розташовані так близько до анкера, що можуть утримувати матеріал основи й завищувати результат. Він дорівнює 1.0, якщо опори достатньо рознесені. Див. вибір містка.
• Ω, коефіцієнт умов, враховує відмінності між випробуванням і реальною експлуатацією, наприклад випробування в сухих умовах для анкера, що працюватиме у вологих. Ω визначає проєктувальник.

Наш калькулятор випробувального навантаження виконає ці кроки за вас.

Для нейлонових анкерів застосовують вищі коефіцієнти через повзучість. Під тривалим навантаженням нейлон повільно деформується, тож анкер, який короткочасно витримав випробувальне навантаження, під час експлуатації все одно може зруйнуватися за меншого навантаження.

Проєктувальник обирає Ω, з'ясовуючи, чим реальна експлуатація анкера відрізнятиметься від випробування. Кожна відповідь дає значення:

• Як довго діятиме навантаження? Для короткочасних навантажень, як-от кріплення риштувань або обладнання для висотних робіт, Ω = 1.0. Для тривалого розтягувального навантаження Ω = 0.9.
• Чи буде анкер під час експлуатації у вологіших або гарячіших умовах, ніж під час випробування? Якщо в експлуатації він буде вологим, а випробовується сухим, Ω = 0.8. Якщо він працюватиме за температури, вищої за нормальний діапазон робочих температур виробника, а випробовується за нормальної температури, Ω = 0.8.
• Чи можуть робочі анкери потрапити в слабше місце, ніж випробувальні? На оштукатуреній або потинькованій стіні, де шви приховані або неможливо гарантувати розміщення анкерів у межах цеглин, а випробувальні анкери встановлено в суцільну цеглу, Ω = 0.75.
• Чи буде бетон із тріщинами? Для анкера, розрахованого на бетон у розтягнутій зоні, Ω = 0.7.

Якщо діє більше ніж одна умова, проєктувальник призначає єдине значення Ω для конкретного випадку. Цей посібник не містить правила їх поєднання; зверніться до проєктувальника.

αdist залежить від відстані між опорами adist та ефективної глибини анкерування hef. adist вимірюють до осі точкових опор або як відстань у світлі між суцільними опорами. Значення Staht — 127 mm для стандартних містків t25 і t60 та 375 mm і 575 mm для ширших містків — це відстань у світлі між опорами вздовж містка (технічні паспорти Staht); саме на цій основі побудована опублікована галузева таблиця містків. Це йде в запас надійності: опори чотириопорного містка насправді розташовані далі від анкера, тож відстань у світлі дає трохи вище випробувальне навантаження, але ніколи не нижче.

До h_ef = 150 mm. Якщо adist не менше 3 × hef, αdist = 1.0. Якщо adist менше 3 × hef, але більше 1.5 × hef, αdist = 0.4 + adist ÷ (5 × hef) (рівняння B.12 стандарту BS 8539). BS 8539 також обмежує потрібну відстань значенням 450 mm, але до hef = 150 mm величина 3 × hef ніколи не перевищує 450 mm, тож це обмеження не впливає на результат. Якщо adist дорівнює 1.5 × hef або менше, місток завузький для цього методу: використовуйте ширший. У бетоні для попереднього випробування також потрібно, щоб найближча опора була далі ніж 1.0 × hef від анкера, що перевіряється в розрахунковому прикладі B.

Глибше 150 mm. Рівняння B.12 не застосовується. У бетоні розміщуйте найближчу опору не ближче ніж 1.5 × hef від анкера, тобто adist має бути не менше 3 × hef. У кладці діють правила для цегли та блоків. EOTA TR 053 не вимагає зниження для багатошарових стін із дрібної повнотілої цегли, наприклад повнотілої керамічної, за умови що опори розташовані на відстані понад 1.5 × hef одна від одної і залишають простір для утворення зони руйнування. Див. вибір містка.

hef — це глибина до найнижчої точки, в якій анкер утримується в основі. Для нейлонових анкерів hef приймають рівною 50% номінальної глибини анкерування.

Хімічний анкер у повнотілій цеглі сприймає тривале розтягувальне навантаження. Проєктувальник задає NEk = 0.9 kN, hef = 60 mm і єдиний коефіцієнт Ω = 0.9 для тривалого навантаження. ν_test для ненейлонового анкера в кладці за тривалого навантаження дорівнює 4.

Зі стандартним містком Staht t25 (відстань між опорами a_dist = 127 mm — відстань у світлі між опорами вздовж містка (технічний паспорт Staht)):

• 3 × hef = 180 mm, що більше за 127 mm, тож αdist застосовується. 127 mm більше за 1.5 × h_ef (90 mm), тож рівняння B.12 діє.
• 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.

З містком Staht Bridge 375-25 (a_dist = 375 mm):

• 375 mm більше за 3 × hef (180 mm), тож αdist = 1.0.
• N_test = 3.6 ÷ (1.0 × 0.9) = 4.00 kN.

Ширший місток усуває зниження, тож анкери випробовують навантаженням 4.00 kN замість 4.86 kN. У цегляній кладці встановлюйте опори містка на цеглини, сусідні з тією, в якій закріплено анкер. Див. випробування в кладці.

Анкери для висотних робіт встановлюють у старий бетон сумнівного стану, тому проєктувальник вимагає попередніх випробувань. NEk = 3.0 kN, hef = 50 mm, навантаження короткочасне, тож Ω = 1.0. ν_test для ненейлонового анкера в бетоні за короткочасного навантаження дорівнює 2.

• Зі стандартним містком Staht t60 adist = 127 mm — відстань у світлі між опорами вздовж містка (технічний паспорт Staht), що менше за 3 × hef (150 mm) і більше за 1.5 × h_ef (75 mm), тож застосовується рівняння B.12.
• Найближча опора, на відстані 63.5 mm, розташована далі ніж 1.0 × h_ef (50 mm), як того вимагають попередні випробування в бетоні під час навантаження до випробувального значення.
• 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.

Нейлонові анкери кріпитимуть тимчасове огородження до старого бетону сумнівного стану, тому проєктувальник вимагає попередніх випробувань. NEk = 0.4 kN, навантаження короткочасне, тож Ω = 1.0. Номінальна глибина анкерування — 70 mm, тож hef = 35 mm. ν_test для нейлону за короткочасного навантаження дорівнює 3.5.

• Зі стандартним містком Staht t25 adist = 127 mm — відстань у світлі між опорами вздовж містка (технічний паспорт Staht), що більше за 3 × hef (105 mm), тож α_dist = 1.0.
• Найближча опора, на відстані 63.5 mm, розташована далі ніж 1.0 × h_ef (35 mm).
• N_test = 0.4 × 3.5 ÷ (1.0 × 1.0) = 1.40 kN.

Якщо всі 5 анкерів витримали випробувальне навантаження, характеристичну дію можна прийняти як допустимий опір у цій основі: NR,all = NEk (рівняння B.5 стандарту BS 8539). Після цього анкер можна застосовувати з таким навантаженням.

Якщо анкер не витримав випробувального навантаження, подальші дії визначає проєктувальник, і вирішують два питання. Чи можна просто встановити більше анкерів, наприклад розмістивши їх щільніше? І чи зруйнувався анкер поблизу випробувального навантаження, наприклад вище 0.8 × N_test?

• Так на обидва: залиште цей анкер і використайте більшу їх кількість зі зниженим допустимим опором, розрахованим, як показано нижче.
• Ні хоча б на одне: змініть специфікацію — на більший діаметр, глибше анкерування або інший тип анкера — і проведіть для нього нову серію попередніх випробувань.

Розрахунок зниженого допустимого опору:

1. Повільно доведіть усі 5 випробувальних анкерів до руйнування, фіксуючи для кожного навантаження на початку зміщення. Щоб уберегти конструкцію, можна зупинитися приблизно на 1.0 mm зміщення і вважати це навантаження руйнівним.
2. За середнім руйнівним навантаженням Nu,ave: NR,all = Nu,ave × αdist × Ω ÷ ν_ave (рівняння B.6).
3. За найменшим руйнівним навантаженням Nu,low: NR,all = Nu,low × αdist × Ω ÷ ν_low (рівняння B.7).
4. Прийміть менше з двох значень, але не більше середнього навантаження на початку зміщення N_1st,m.
5. Збільште кількість анкерів: n' = n0 × NEk ÷ NR,all (рівняння B.8), де n0 — початково запланована кількість. Округліть у більший бік.

У прикладі A з містком t25 випробувальне навантаження становило 4.86 kN. Один анкер руйнується при 4.2 kN, що вище за 0.8 × 4.86 = 3.89 kN, і на об'єкті можна встановити більше анкерів. Усі 5 доводять до руйнування: 4.2, 5.6, 6.1, 5.3 і 6.4 kN. Середнє навантаження на початку зміщення — 2.3 kN.

• Nu,ave = 27.6 ÷ 5 = 5.52 kN, Nu,low = 4.2 kN.
• α_dist × Ω = 0.823 × 0.9 = 0.741.
• За середнім: 5.52 × 0.741 ÷ 5 = 0.818 kN.
• За найменшим: 4.2 × 0.741 ÷ 4 = 0.778 kN.
• NR,all = 0.778 kN — менше значення. Воно нижче за N1st,m (2.3 kN), тож залишається в силі.
• Було заплановано 24 анкери: n' = 24 × 0.9 ÷ 0.778 = 27.8, тож потрібно 28 анкерів.

BS 8539 передбачає ще три методи, кожен з яких ґрунтується на випробуваннях до руйнування.

• Без ETA, статистичний підхід (додаток B.2.3.2): від 5 до 15 анкерів доводять до руйнування. NRk1 = αdist × NRu,m × (1 − K × v) × Ω, де NRu,m — середнє руйнівне навантаження, v — коефіцієнт варіації (не більше 30%), а K — статистичний коефіцієнт: 3.40 для 5 випробувань, 2.57 для 10 і 2.33 для 15. NR,all = NRk1 ÷ ν, але не більше N_1st,m. Значення ν обирає проєктувальник, наприклад 3–4 для статичних навантажень або 5 для нейлонових анкерів.
• Анкер з ETA у кладці поза межами ETA, 5–15 випробувань (додаток B.2.2.1): NRk1 = αdist × NRu,m × (1 − K × v) × β, де β береться з ETA (1, якщо не вказано), але не більше характеристичного опору за ETA. Тут β замінює Ω. Далі NR,all = NRk1 ÷ γM ÷ γF, де γM береться з ETA, а γF дорівнює 1.35 для постійних дій, 1.5 для змінних або 1.4, якщо вони невідомі чи змішані, і не більше N1st,m.
• Анкер з ETA, 15 або більше випробувань (додаток B.2.2): метод випробувань на об'єкті згідно з відповідним Європейським документом оцінювання (EAD) та його Технічним звітом EOTA.

Чим більше анкерів випробувано до руйнування, тим вищим, імовірно, буде допустимий опір, але випробування до руйнування завдають більше пошкоджень.