Сравнительный анализ методов расчета длины анкеровки арматуры

Стандартные бетонные конструкции прекрасно справляются с усилиями сжатия. Для гарантированной компенсации растягивающихся нагрузок необходима анкеровка арматуры. Чтобы минимизировать вероятность развития коррозии стальных элементов, изделия располагают на расстоянии от 2 до 7 сантиметров от наружной поверхности. Специалисты называют такой подход защитным слоем. В столбчатых и ленточных фундаментах активно применяются арматурные каркасы, а также плавающие плиты с универсальной сеткой. Участки сложной модификации обязательно усиливаются отдельными стержнями.

Технология анкеровки

Описание

Предварительно напряженные железобетонные конструкции и другие аналогичные изделия отличаются тем, что натянутая до высоких показателей арматура включается в работу еще в процессе изготовления. В остальных случаях металлические детали воспринимают усилия от внешних воздействий. В предварительно напряженных изделиях активно используется анкеровка арматуры. Только в этом случае профессиональные строители могут обеспечить высокую степень надежности в течение всего эксплуатационного срока. В большинстве случаев самой эффективной считается та анкеровка, при которой можно минимизировать итоговую стоимость и трудоемкость работ.

Во время натяжения на упоры обязательно используется несколько разновидностей арматуры:

  • прочная проволока периодического профиля;
  • канаты из двух прядей;
  • горячекатаная стержневая арматура периодического профиля, которая сегодня пользуется наибольшим спросом.

Армирование фундамента

Характеристика

Профессиональная анкеровка арматуры в бетоне может осуществляться самыми разными способами. Сами специалисты выделяют несколько ключевых разновидностей:

  1. Применение различных петель, крюков и лапок.
  2. Прочные выступы арматурного профиля (исключительно прямые изделия).
  3. Использование вспомогательных стальных изделий, которые отличаются поперечным сечением.
  4. Универсальные приспособления, монтируемые исключительно на концах арматуры.

В независимости от длины анкеровки арматуры по СП, фиксация в бетоне прямых элементов может использоваться для строительной заготовки с периодическим профилем. Исполнителю таких работ необходимо понимать, что максимальные показатели сцепления железобетона и металла наблюдаются только в том случае, если на начальном этапе были достигнуты оптимальные прочностные показатели раствора. Надежность фиксации напрямую зависит и от того, есть ли в системе поперечное сжатие.

Анкеровка арматуры в плитах может похвастаться оптимальными показателями только в том случае, если в системе не предусмотрено поперечное сжатие. Крюки допустимы для тех строительных ситуаций,когда основная стальная заготовка абсолютно гладкая. Лапки монтируются исключительно на периодические по профилю стержни.

Обустройство сложного фундамента

Способы закрепления арматурных стержней в бетонном элементе

Существует 4 варианта анкеровки арматурных стержней в бетоне:

  • Прямая. Закрепляется прямой конец прута. Этот способ применяется только для арматурной стали периодического профиля.
  • С загибом на конце, который может иметь форму петли, лапки, крюка. Загиб в форме лапки используется только для рифленой арматуры. Анкеровка загибом не подходит для сжатой арматуры периодического профиля.
  • Сварка с монтажом поперечной арматуры.
  • Монтаж на концах стальных стержней анкерных устройств.

Для гладких растянутых прутов могут применяться: загибы в виде петель и крюков, приваренные поперечные пруты, анкерные устройства.

Параметры изделий

Для расчета анкеровки эксперты используют целый ряд обязательных показателей. В противном случае будет сложно добиться желаемого результата. Основным рабочим параметром является длина анкеровки арматуры в бетоне. Все нюансы определяются с особой тщательностью. Итоговая длина заделки устанавливается проектировщиками с максимальной тщательностью. Для этих целей могут использоваться специальные графики. Эксперты учли класс арматуры, а также итоговое напряжение в прутке.

Программа для расчета анкерного армирования

Анкеровка арматуры в бетоне

В железобетонных конструкциях закрепление концов арматуры в бетоне — анкеровка — осуществляется запуском арматуры за рас­сматриваемое сечение на длину зоны передачи усилий с арматуры на бетон (обусловленную сцеплением арматуры с бетоном).

Арматура из гладких стержней класса A240 должна иметь по кон­цам анкера в виде полукруглых крюков диаметром 2, 5d (рис. 4.5а). Анкерами гладких стержней в сварных сетках и каркасах служат стержни поперечного направления, поэтому их применяют без крю­ков на концах. Также не имеют крюков на концах арматурные стержни периодического профиля, обладающие значительно луч­шим сцеплением с бетоном.

Анкеровку арматуры осуществляют одним из следующих способов или их сочетанием:

— в виде прямого окончания стержня (прямая анкеровка);

— с загибом на конце стержня в виде крюка, отгиба (лапки) или петли;

— с приваркой или установкой поперечных стержней;

— с применением специальных анкерных устройств на конце стержня.

Прямую анкеровку и анкеровку с лапками допускается применять только для арматуры периодического профиля. Для растянутых гладких стержней следует предусматривать крюки, петли, приваренные поперечные стержни или специальные анкерные устройства.

Лапки, крюки и петли не рекомендуется применять для анкеровки сжатой арматуры, за исключением гладкой арматуры, которая может подвергаться растяжению при некоторых возможных сочетаниях нагрузки.

При расчете длины анкеровки арматуры следует учитывать способ анкеровки, класс арматуры и ее профиль, диаметр арматуры, прочность бетона и его напряженное состояние в зоне анкеровки, конструктивное решение элемента в зоне анкеровки (наличие поперечной арматуры, положение стержней в сечении элемента и др.).

Базовую (основную) длину анкеровки, необходимую для передачи усилия в арматуре с полным расчетным значением сопротивления Rs на бетон, определяют по формуле:

,

где As и us — соответственно площадь поперечного сечения анкеруемого стержня арматуры и периметр его сечения, определяемые по номинальному диаметру стержня;

Rbond — расчетное сопротивление сцепления арматуры с бетоном, принимаемое равномерно распределенным по длине анкеровки и определяемое по формуле:

,

здесь Rbt — расчетное сопротивление бетона осевому растяжению;

h1 — коэффициент, учитывающий влияние вида поверхности арматуры, принимаемый равным:

1,5 — для гладкой арматуры;

2,5 — для арматуры периодического профиля;

h2 — коэффициент, учитывающий влияние размера диаметра арматуры, принимаемый равным:

1,0 — при диаметре арматуры ds £ 32 мм;

0,9 — при диаметре арматуры 36 и 40 мм.

Требуемую расчетную длину анкеровки арматуры с учетом конструктивного решения элемента в зоне анкеровки определяют по формуле:

,

где lo,an — базовая длина анкеровки;

As,cal, As,ef — площади поперечного сечения арматуры соответственно, требуемая по расчету и фактически установленная;

a — коэффициент, учитывающий влияние на длину анкеровки напряженного состояния бетона и арматуры и конструктивного решения элемента в зоне анкеровки .

При анкеровке стержней периодического профиля с прямыми концами (прямая анкеровка) или гладкой арматуры с крюками или петлями без дополнительных анкерующих устройств для растянутых стержней принимают a = 1,0 , а для сжатых — a = 0,75.

Допускается уменьшать длину анкеровки в зависимости от количества и диаметра поперечной арматуры, вида анкерующих устройств и величины поперечного обжатия бетона в зоне анкеровки (например, от опорной реакции), но не более чем на 30%.

В любом случае фактическую длину анкеровки принимают не менее 0,3×lo,аn, а также не менее 15ds и 200 мм.

Усилие, воспринимаемое анкеруемым стержнем арматуры Ns определяют по формуле:

где Rbond , us, As, α – см. выше;

ls — расстояние от конца анкеруемого стержня до рассматриваемого поперечного сечения элемента.

На крайних свободных опорах элементов длина запуска растянутых стержней за внутреннюю грань свободной опоры при выполнении условия Q £ Qb1 должна составлять не менее 5ds.

При устройстве на концах стержней специальных анкеров в виде пластин, шайб, гаек, уголков, высаженных головок и т.п. площадь контакта анкера с бетоном должна удовлетворять условию прочности бетона на смятие. Кроме того, при проектировании привариваемых анкерных деталей следует учитывать характеристики металла по свариваемости, а также способы и условия сварки.


Рис.4.3. Анкеровка арматуры: а – круглых гладких стержней; б – стержней периодического профиля

Используемые устройства

Для классической стержневой арматуры, изготовленной из горячекатаной стали, чаще всего применяются анкеры в виде коротышей, приваренных шайб, нарезных наконечников (классические гайки), закладных деталей. Каждая деталь отличается своими техническими характеристиками. Если анкерное изделие располагается под небольшим углом, тогда нужно предусмотреть незначительное углубление в бетоне. Выступы будут целесообразны в том случае, если общая конструкция не имеет ограничений по соседним элементам и технологическому оборудованию. Если все эти особенности присутствуют, тогда следует использовать углубления.

Когда анкеровка арматуры расположена над поверхностью бетона, изделие может быть подвержено негативному воздействию коррозии. Для предотвращения негативных последствий и преждевременного разрушения конструкции металлическую сетку обязательно покрывают слоем бетона.

Прочный каркас из анкерованной арматуры

Анкеровка хомутов и поперечной арматуры

(1) Анкеровка хомутов и поперечной арматуры обычно обеспечена при помощи загибов или крюков или посредством приваренной поперечной арматуры. Стержень должен быть внутри крюка или загиба.

(2) Анкеровка должна быть выполнена согласно рисунку 8.5. Сварка должна быть выполнена согласно EN ISO 17660 и должна иметь несущую способность согласно 8.6 (2) .

Примечание

— Определение угла загиба см. рисунок 8.1.

Примечание

— Для c) и d) защитный слой не должен быть менее 3Æ или 50 мм.

Рисунок 8.5 — Анкеровка хомутов

Анкеровка путем приварки стержней

(1) Дополнительно к 8.4 и 8.5 анкеровка может быть достигнута путем приварки поперечных стержней (см. рисунок 8.6), упирающихся в бетон.

Рисунок 8.6 — Приваренный поперечный стержень как анкерное устройство

(2) Анкерующая способность одного приваренного поперечного стержня (диаметр 14–32 мм), приваренного к внутренней стороне главного стержня, составляет Fbtd

. Значение для s
sd
в формуле (8.3) может быть уменьшено на
Fbtd
/
As
, где
As
— площадь сечения стержня.

Примечание

— Значение
Fbtd
может быть указано в национальном приложении. Рекомендуемое значение определяется следующим образом:

, но не более Fwd

, (8.8N)

где Fwd

— расчетное значение поперечного усилия сварки (определяемое как произведение некоторого коэффициента на
Asfyd
; например, 0,5
Asfyd
, причем
As
— площадь поперечного сечения анкерую­щего стержня, а
fyd
— расчетное значение его предела текучести);

ltd

— расчетная длина поперечного стержня:

lt

— длина поперечного стержня, но не более расстояния между заанкериваемыми стержнями;

Æt

— диаметр поперечного стержня;

std

— напряжение в бетоне:

scm

— сжатие в бетоне перпендикулярно обоим стержням (среднее значение, сжатие со знаком плюс);

y

— функция:
y =
0,015
+
0,14
e(
–0,18
x)
;

x

— функция, учитывающая геометрию:
x
= 2(
c

t
) + 1;

c

— защитный слой бетона в направлении, перпендикулярном обоим стержням.

(3) Если два стержня одинакового диаметра приварены к противоположным сторонам анкерно закрепляемого стержня, то рассчитанная согласно 8.6 (2) несущая способность может быть удвоена при условии, что защитный слой бетона внешнего стержня соответствует требованиям раздела 4.

(4) Если два стержня приварены по одну сторону с минимальным расстоянием между ними 3Æ, несущая способность должна быть увеличена умножением на коэффициент 1,41.

(5) Для номинального диаметра стержня не более 12 мм несущая способность анкеровки приваренного поперечного стержня существенно зависит от расчетной прочности сварного соединения. Она может быть определена следующим образом:

, (8.9)

где Fwd

— расчетное значение несущей способности на срез сварки (см. 8.6 (2));

Æt

— номинальный диаметр поперечного стержня: Æ
t
£ 12 мм;

ÆI

— номинальный диаметр анкерно закрепляемого (заанкериваемого) стержня: Æ
I
£ 12 мм.

Если используются два приваренных поперечных стержня с минимальным расстоянием между ними Æt

, то несущая способность анкеровки согласно выражению (8.9) должна быть умножена на коэффициент 1,41.

Правильный расчет

Чтобы выполнить анкеровку арматуры в плитах из бетона, нужно учитывать все строительные нюансы. Расчет операции заделки стальных изделий осваивается на изучении следующих показателей:

  1. Максимальная прочность железобетона.
  2. Показатель напряжения на участке сцепления.
  3. Разновидность анкеровки.
  4. Профиль используемой арматуры.
  5. Глубина и длина закладки стальных деталей.
  6. Сечение стержней.

Упрощенный способ расчета важных показателей (длина, глубина) позволяет мастерам выполнить качественно все строительные работы в максимально сжатые сроки. Для этих целей можно задействовать специальную таблицу, которая включает в себя различные показатели. Изучить все необходимые данные можно при помощи компьютерной программы. Если внести все данные, то в итоге можно получить комплексный расчет анкеровки.

Усиление несущих конструкций

Комплексные расчеты

Необходимую глубину анкеровки арматуры в бетоне определяют на стадии разработки проекта с помощью сложных инженерных расчетов. При их проведении учитывают:

  • выбранную технологию анкеровки;
  • прочностные показатели бетона и его напряженное состояние в зоне анкеровки;
  • профиль и класс арматурных стержней;
  • конструктивное решение элементов в зоне закрепления стержней;
  • величину нагрузки на основание;
  • сечение конструктивных железобетонных элементов.

Таблица для примерного определения длины анкеровки в бетоне для некоторых значений нагрузок

Диаметр анкера, ммМаксимальная нагрузка, кНРасчетная нагрузка, кНРекомендуемая нагрузка, кНРекомендуемое расстояние от края, ммРекомендуемое расстояние между осями анкеров, мм
На вырывНа срезНа вырывНа срезНа вырывНа срезНа вырывНа срез
822,210,110,28,17,35,880100100
1036,615,618,112,513,08,990130130
1250,523,124,718,517,713,2110150150
1679,041,838,833,527,823,9130170170
20101,366,849,753,435,538,2150190210
24136,695,764,376,646,054,7190240240
30237,1123,0115,397,082,469,3300350350

Стержни и сердечники

Эксперты привыкли выполнять анкеровку тех пучков, которые состоят из 12, 18 и 24 проволок. Итоговая технология напрямую зависит от степени натяжения арматуры на упоры или же бетон. Если строители используют гидравлические домкраты двойного действия, тогда уместно будут смотреться устройства в виде стальных пробок и колодок, разработанные на базе НИИЖБ.

В процессе изготовления клиньев и пробок, эксперты прибегают к термической обработке материала, так как это позволяет в несколько раз повысить твердость стали. Современное производство гильзостержневых и гильзовых анкеров основано на применении пучков, канатов, прядей. Эксперты предъявляют повышенное требование к физико-механическим свойствам стали. Для стержней и сердечников производители используют более прочный материал, за счет чего нет необходимости изготавливать объемные изделия.

Назначение арматуры

В нормальных эксплуатационных условиях ленты и плиты испытывают в верхней части характерное сжатие. Прочностные показатели бетона в 50 раз превосходят прочность растяжения. Анкерное армирование подошвы стальными прутками позволяет избежать разрушения фундамента и последующего раскрытия трещин. За счет этого конструкция способна выдержать гораздо большие нагрузки растяжения. При зимнем вспучивании ситуация кардинально меняется. Грунт стремится вытолкнуть фундамент на поверхность. Если глинистые почвы перенасыщены водой, то во время промерзания они увеличиваются в объеме. Меняется итоговое направление сил (сжатие у подошвы, растяжение в цокольной части).

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 4 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: