CC BY
31Научно-технический и производственный журнал
Расчет конструкций
УДК 711.641
В.И. ОБОЗОВ, д-р техн. наук, ЦНИИСКим. В.А. Кучеренко; А.А. ДАВИДЮК, инженер ([email protected]), ОАО «КТБЖБ » (Москва), М.О. ПАВЛОВА, канд. техн. наук, ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко; Е.В. ЛАЗАРЕВ, канд. техн. наук, ЗАО «Компания «СТЭС-Владимир» (Владимир)
Исследование несущей способности анкерного крепежа и гибких связей в кладке из легкобетонных блоков
Проведены экспериментальные исследования анкерного крепежа и гибких базальто-пластиковых связей, установленных в кладку из блоков легкого бетона на стекловидных заполнителях плотностью 600 кг/м3 и 800 кг/м3 и прочностью В2 и В5, на действие вырывающих усилий. Получены значения усилия вырыва для ряда анкерных крепежей и связей. Отслежены деформации, возникающие при действии продольных сил на анкерный узел. Установлены схемы и характер деформаций рассмотренных анкерных узлов.
Ключевые слова: ограждающие конструкции, химический анкер, распорный анкер, гибкая связь, фасадные конструкции.
Как известно, легкие бетоны для ограждающих стеновых конструкций на традиционных обжиговых заполнителях, таких как керамзит, шунгизит и другие, зачастую не удовлетворяют современным требованиям норм по тепловой защите зданий без применения эффективных утеплителей [1, 2]. В случае применения ячеистых и полистиролбетонов плотностью 600 кг/м3 и менее не всегда обеспечиваются требуемые деформативно-прочностные показатели, что создает ряд проблем при креплении навесных фасадных конструкций к наружным стенам [3, 4, 5].
В настоящее время все большее распространение получают легкие конструкционно-теплоизоляционные бетоны на пористых стекловидных заполнителях, обладающие повышенными физико-механическими свойствами в сравнении с равноплот-ными легкими и ячеистыми бетонами [6]. В качестве заполнителей для таких бетонов могут применяться вспученный туфо-аргиллитовый гравий (ВТГ), вспученный витрозитовый гравий (ВВГ), пеностеклогрануляты (ПСГ), стекловидный трепельный гравий, а также любые другие заполнители на основе кремнеземистых пород, запасы которых практически неограничены на территории страны. При проектировании наружных стен на основе легких бетонов на стекловидных заполнителях в климатических условиях Москвы можно полностью отказаться от дополнительного утепления при толщине стен не менее 450-500 мм с
Rtp=2,8-3,1m2oC/Bt. Кроме того, их высокие прочностные свойства обеспечивают повышенную несущую способность анкерных креплений в навесных фасадных конструкциях.
Впервые выполнены экспериментальные исследования несущей способности анкерного крепления и гибких связей, установленных в кладку стен из легких бетонных блоков на основе стекловидных заполнителей.
Для проведения испытаний были отобраны распорные и химические анкеры швейцарской фирмы «Mungo», рекомендованные для крепления навесных фасадных конструкций, и гибкие связи из базальто-пластиковой арматуры, предназначенные для соединения конструктивных слоев в стенах с облицовкой из кирпича. В качестве стеновых материалов использованы блоки из легкого бетона на основе заполнителей из гранулированного пеностекла марки «Неопорм», опытное производство которых открыто на заводе Компании «СТЭС-Владимир» во Владимире. Размер блоков 200X200X400 мм, плотность бетона 600 кг/ м3 и 800 кг/м3, класс по прочности на сжатие В2 (М25) и В5 (М75) соответственно. В качестве кладочного раствора использованы готовые сухие цементно-песчаные смеси.
На рис. 1 представлены 4 экспериментальных образца стен сечением 400X415 мм и высотой в 4 и 5 рядов. Установка анкеров выполнялась в блоки кладки из расчета один
Рис. 1. Экспериментальные образцы-столбы сечением 410^400мм на основе стеновых блоков из легкого бетона на гранулированном пеностекле марки «Неопорм»: а, б — из блоков плотностью D600, прочностью В2; в, г — из блоков плотностью D800, прочностью В5
12'2010 ~ |33
Расчет конструкций
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
Вид А
Рис. 2. Схема проведения испытаний несущей способности анкерных креплений в кладке на основе блоков из легкого бетона на стекловидных заполнителях: 1— передвижная опора; 2 — образец кладки; 3 — опоры прибора; 4 — индикатор часового типа; 5 — рукоятка для подачи нагрузки; 6 —гидравлический цилиндр (прибор HYDRAJAWS); 7 — опорная площадка прибора; 8 — манометр; 9 — анкерный элемент или гибкая связь; 10 — распределительная пластина; 11 — гидравлический пресс
Рис. 3. Испытание химических анкеров Mungo в кладке блоков легкого бетона на стекловидных заполнителях марки «Неопормбетон».
Рис. 4. Испытание распорных полиамидных дюбелей Mungo, установленных в кладку блоков легкого бетона на стекловидных заполнителях марки «Неопормбетон».
анкер на тычковую грань и два анкера на ложковую, гибкие связи закладывались в растворные швы из расчета две связи в пределах длины блока и одна связь в пределах высоты блока. Армирование швов выполнялось через каждые 2 ряда в образцах из 5 рядов кладки с помощью металлической сетки с ячейкой 50X50 мм из стержней 04 мм класса Вр1. Схема экспериментальных образцов представлена на рис. 2.
При проведении испытаний усилие на анкер или гибкую связь подавалось ступенями с шагом 1/10-1/20 от предполагаемой разрушающей нагрузки. Для фиксации величины остаточных деформаций (перемещений) анкерного узла на
этапах нагружения выполнялась разгрузка, что позволило оценить интервалы нагружения, при которых кладка работала в упругой или нелинейной стадиях. При проведении испытаний экспериментальные образцы-столбы помещались в гидравлический пресс либо нагружались штучными грузами под нагрузку, составляющую до 1/3 от разрушающей по СНиП 11-22-81* (Каменные и армокаменные конструкции).
В табл. 1-4 представлены значения вырывающих усилий и деформаций (Дв), полученные по результатам трех испытаний каждого типа анкеров и гибких связей. В таблицах указаны минимальные значения усилий полученных при
34
122010
Научно-технический и производственный журнал
Расчет конструкций
Таблица 1
Плотность блоков легкого бетона на стекловидных заполнителях Характеристика анкеров Экспериментальные значения
Марка химического анкера Диаметр, мм Глубина заделки, мм N™, кН Д;;р, мм
75 4,5 0,58
8 100 5,5 0,6
150 7 0,64
75 5 0,55
D600 10 100 6,5 0,63
150 9,5 0,68
75 5,5 0,53
ш 12 100 7 0,57
5 150 11 0,69
о с 75 6 0,63
5 8 100 8,5 0,65
150 10 0,55
75 6,5 0,57
D800 10 100 9 0,65
150 12 0,66
75 7 0,51
12 100 9,5 0,6
150 14 0,62
Таблица 2
Плотность блоков легкого бетона на стекловидных заполнителях Характеристика анкеров Экспериментальные значения
Марка анкера Диаметр дюбеля/ шурупа, мм Глубина заделки/ длина распорной зоны, мм N™, кН Двср, мм
D600 Mungo MBR 8/6 80/50 1,25 0,28
Mungo MB 8/6 100/70 2,25 0,5
Mungo MBRK 10/8 100/50 3, 0,55
Mungo MBK 10/8 120/70 3,5 0,64
Mungo MGD 14/12 100/75 4 0,78
D800 Mungo MBR 8/6 80/50 2,25 0,53
Mungo MB 8/6 100/70 3 0,61
Mungo MBRK 10/8 100/50 4,5 0,74
Mungo MBK 10/8 120/70 5 1,1
Mungo MGD 14/12 100/75 5,5 0,82
Таблица 3
Плотность блоков легкого бетона на стекловидных заполнителях Характеристика анкеров Экспериментальные значения
Марка анкера Диаметр дюбеля/ шурупа, мм Глубина заделки/ длина распорной зоны, мм N™, кН Двср, мм
8 95/45 2 0,36
D800 Mungo MHA-B 10 100/60 2,25 0,34
12 145/85 3,5 0,41
вырыве. В качестве значений Дв приняты средние значения деформации, соответствующие минимальным усилиям вы-рыва каждого типа анкерных связей.
При вырыве химических анкеров из кладки экспериментальных столбов происходило разрушение блока в зоне заделки анкеров с образованием конуса вырыва (рис. 3). Результаты испытаний химических анкеров представлены в табл. 1.
При испытаниях полиамидных фасадных дюбелей потеря несущей способности анкерного крепления, как правило, происходила без разрушения бетона (рис. 4). Результаты испытаний полиамидных дюбелей с металлическими шурупами представлены в табл. 2.
Испытания металлических распорных анкеров проводились в блоках плотностью D800; данный крепеж в соответствии с
12'2010
35
Расчет конструкций
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
Таблица 4
Участок анкеровки Характеристика связей Экспериментальные значения
Марка раствора Диаметр арматуры, мм Глубина заделки, мм N™, кН Д;;р, мм
75 2 0,71
100 3 0,75
125 4,5 1,01
4 150 5,5 1,26
175 6 1,26
200 6 1,16
Растворные швы 225 7 1,35
без армирования 250 7 1,28
100 3,5 0,69
6 150 6 1,04
175 6,5 1,1
200 7 1,13
7,5 100 3,5 0,63
150 6 1,12
М100 75 3,5 0,86
100 4 1,03
125 4,5 0,77
4 150 5,5 1,42
175 6,5 1,48
200 7 1,33
225 7,5 1,43
Растворные швы 75 4 0,67
с арматурной сеткой 100 5,5 0,89
6 125 6 0,88
150 6,5 0,94
225 8 1,05
250 9 1,06
100 5,5 1,09
7,5 150 6,5 1,15
200 8,5 1,46
каталогом фирмы Mungo применяется в материалах высокой плотности, таких как высокоплотный легкий бетон, природный камень, кирпич или тяжелый бетон. В процессе установки анкеров в блоки кладки момент затяжки составил не более половины требуемого значения, указанного в техническом руководстве по
монтажу (25 Нм, 40 Нм и 50 Нм для анкеров диаметром 08 мм, 010 мм и 012 мм соответственно). Результаты испытаний распорных металлических анкеров представлены в табл. 3.
Испытание гибких связей из базальто-пластиковой арматуры производилось с помощью специально изготовленного
Рис. 5. Испытание гибких связей из базальто-пластиковой арматуры, установленных в растворные швы кладки стеновых блоков из легкого бетона на стекловидных заполнителях марки «Неопормбетон»
36
12'2010
Научно-технический и производственный журнал
Расчет конструкций
захвата. При вырыве связи с глубиной заделки менее 100 мм в растворных швах без арматурной сетки происходило разрушение растворного шва с образованием конуса выры-ва (рис. 5). В случае испытания связей в растворных швах с армированием или без армирования с глубиной заделки более 100 мм разрушение анкерного узла происходило по цилиндрической поверхности связи без образования конуса вырыва. Связи, установленные в вертикальные швы кладки, выдергивались без видимых разрушений или вытаскивались руками, в основном по причине отсутствия достаточной зоны контакта с цементно-песчаным раствором вследствие наличия пустот в вертикальных швах. Результаты испытаний гибких базальто-пластиковых связей представлены в табл 4.
Таким образом, при проектировании конструкций наружных стен на цементно-песчаном растворе марки М100 с использованием гибких базальто-пластиковых связей рекомендуется анкеровку связей осуществлять только в горизонтальных швах, при этом глубина заделки должна составлять не менее 100 мм.
Выводы
1. Впервые, для блоков из легкого конструкционно-теплоизоляционного бетона на стекловидных заполнителях проведены экспериментальные испытания для определения вырывающих усилий анкерного крепежа и гибких базальто-пластиковых связей, установленных в кладку из этих блоков.
2. Получены значения деформаций, возникающих при действии продольных сил на анкерный узел. Установлены схемы и характер деформаций рассмотренных анкерных узлов.
3. Полученные результаты свидетельствуют о том, что несущая способность исследованных анкеров, установ-
ленных в блоках легкого бетона на стекловидных заполнителях марки «Неопорм», до 2 раз выше, чем аналогичных анкеров, установленных в равноплотных ячеистых бетонах.
4. Проведенные экспериментальные исследования будут способствовать более широкому использованию бетонов на стекловидных заполнителях в наружных стенах.
Список литературы
1. Давидюк А.Н., Давидюк А.А. Прочностные свойства легких бетонов на стекловидных заполнителях для многослойных ограждающих конструкций // Бетон и железобетон. 2008. № 6. С. 9-13.
2. Давидюк А.Н., Давидюк А.А. Деформативные свойства легких бетонов на стекловидных заполнителях // Бетон и железобетон. 2009. № 1, С. 10-13.
3. Обозов В.И., Давидюк А.А. Анализ повреждений кирпичной облицовки фасадов многоэтажных каркасных зданий // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. 2010. № 3. С. 51-57.
4. Ищук М.К. Отечественный опыт возведения зданий с наружными стенами из облегченной кирпичной кладки. М.: РИФ «СТРОЙМАТЕРИАЛЫ», 2009, 360 с.
5. Грановский А.В. Пути повышения надежности анкерных креплений // Технологии строительства. 2008. № 4. С. 13-14.
6. Давидюк А.Н. Легкие конструкционно-теплоизоляционные бетоны на стекловидных пористых заполнителях. Научное издание. М.: Красная звезда, 2008 г.
Открытое акционерное общество со 100% государственным капиталом « Конструкторско-технологическое бюро бетона и железобетона» (ОАО «КТБ ЖБ»)
Научно-техническое сопровождение и мониторинг большепролетных, высотных и других зданий с оценкой надежности конструктивных решений и проверкой технического состояния строительных конструкций
Строительное проектирование и конструирование зданий и сооружений, в т.ч. разработка предложений для усиления, реконструкции, капитального ремонта. Экспертиза проектной продукции.
Жилые и административные здания. Торговые комплексы. Коттеджи. Гаражи.
Научная деятельность.
Научно-технические и опытно-конструкторские разработки для строительства Разработка нормативно-технической документации. Разработка стандартов организации
Сертификация.
Проведение сертификационных испытаний и оформление сертификатов на конструкции, материалы и услуги.
Инженерно-геологические изыскания.
Выполнение комплекса работ по определению физико-механических свойств грунтов (полевые и лабораторные исследования грунтов)
Обследование технического состояния зданий и сооружений
Диагностика зданий и сооружений. Оценка физического износа здания.
Усиление строительных конструкций. Контроль качества строительно-монтажных работ. Мониторинг зданий и сооружений. Определение в лабораторных условиях прочности раствора и бетона по пробам отобранным из конструкций
Строительство и реконструкция зданий и сооружений. Перепланировка. Капремонт (выполнение любого этапа общестроительных работ: фундамент, ограждающие конструкции, кровля, облицовка фасадов, отделка)
Выполнение функций технического надзора.
109428, Москва, 2-я Институтская ул. д. 6 Телефон: (499)171-09-01 Факс: (499)171-64-10 www.ktbbeton.ru. E-mail: [email protected], [email protected]
122010
37
