Существующие нормативные документы в области испытания анкерного крепления не позволяют получить достаточное количество данных, необходимых для расчета надежного анкерного крепления. С учетом отечественного и зарубежного опыта предложена система нормативных документов по испытанию, оценке результатов и проектированию анкерного крепления. Предложения опробованы при оценке нового продукта (анкера) и в настоящее время оформляются в виде нормативных документов.

УДК 624.016

С.И. ИВАНОВ, канд. техн. наук, НИИЖБ им. А.А. Гвоздева, В.А. СМОТРОВ, инженер по сертификации компании Hilti

Ключевые слова: механические анкера, анкерное крепление в основании из тяжелого бетона, система нормативных документов в области анкерного крепления, лабораторные испытания анкерного крепления, программа испытаний, оценка результатов испытаний
Keywords: mechanical anchors, anchoring at the base of heavy concrete, system of normative documents in the field of anchoring, anchoring laboratory tests, test program, evaluation of the test results

В настоящее время в области испытаний анкерного крепления действует стандарт организации [3]. Как записано в стандарте, документ «предназначен для определения несущей способности анкеров различных типов по результатам натурных испытаний анкерных креплений элементов несущих конструкций навесных фасадных систем к строительным основаниям из бетона и каменной кладки… при действии вытягивающего усилия N».

Наличие стандарта позволило внести методическое единообразие в методику проведения и оценку результатов испытаний. Стандарт позволяет проводить испытаний с использованием обычной измерительной аппаратуры в «полевых условиях».

Однако большинство анкерных креплений работает в условиях гораздо более сложных, чем крепления фасадных систем. При их проектировании возникают дополнительные вопросы, основные из которых:

• При проектировании анкерного крепления проектируемого основания еще нет, времени ждать его изготовления нет, поэтому необходимо иметь данные по несущей способности анкеров до получения результатов испытаний.

• Необходим учет особенностей работы анкеров в различных основаниях. Так, в статье [2] показано, что «чем выше модуль упругости и плотность материала основания, тем меньше влияет скорость нагружения на величину разрушающей нагрузки». Поэтому следует различать методику испытаний анкерного крепления, установленного в тяжелом бетоне, и крепления, установленного в легком, ячеистом бетоне или же основании из каменной кладки.

• Необходим учет усилий, перпендикулярных оси установки анкера.

• Необходим учет напряженного состояния основания и возможность образования и раскрытия трещин в процессе эксплуатации конструкции (силовые трещины, трещины вследствие коррозии арматуры и др.).

• Учет установки анкеров вблизи от края или угла бетонного основания и в основании малой толщины.

• Учет возможных нарушений условий монтажа (отступление от диаметра сверла, недостаточный или увеличенный момент затяжки, некачественная очистка отверстий и др.)

Для решения поставленных вопросов и разработки универсальной методики оценки любого (не только фасадного) анкерного крепления в лаборатории железобетонных конструкций и контроля качества НИИЖБ им. А.А. Гвоздева предлагается:

1. На настоящем этапе исследований рассматривать испытания с учетом следующих условий:

• основания из тяжелого бетона;

• испытываются только механические анкера (по классификации [1]);

• действуют только статические и квази­статические нагрузки без учета сейсмических нагрузок.

2. Для указанных ограниченных условий были разработаны следующие предложения:

• разделить испытания и обработку результатов испытаний. По каждому из видов работ разработать отдельный нормативный документ;

• разделить лабораторные испытаний, предназначенные для оценки анкерного продукта, и «натурные» испытания в полевых условиях [1].

В настоящее время разработан нормативный документ [1], регламентирующий методику проведения испытаний, и утвержден для добровольного применения с 1 июня 2016 г.

Нормативный документ, регламентирующий выбор программы испытаний, количество испытаний, методику обработки результатов испытаний, в настоящее время еще разрабатывается. Разработка выполняется с учетом отечественного и зарубежного [4] опыта. Основные особенности разрабатываемого документа:

• все испытания предлагается разделить на две группы:

1) испытания для определения механических характеристик анкеров, необходимых для расчета анкерного крепления (табл. 1);

Таблица 1. Серии испытаний для определения механических характеристик

№ серии	Проверяемый показатель (характеристика)	Класс бетона основания	Ширина трещин	Сверло для выполнения отверстий	Расстояния установки	Толщина основания	Примечания
Работа анкера на растяжение
1.1	Определение нормативного сопротивления растяжению в бетоне без трещин (без влияния края)	В15	0	dcut,m	s>scr,N ≥3hef c>ccr,N≥1,5hef	≥hmin	Одиночный анкер
1.2		В25	0
1.3		В60	0
1.4	Определение нормативного сопротивления растяжению в бетоне с трещинами (без влияния края)	В15	0,4
1.5		В25	0,4
1.6		B60	0,4
Работа анкера на сдвиг
1.7	Определение нормативного сопротивления сдвигу без влияния края	B15	0	dcut,m	c>ccr,N	≥hmin	Одиночный анкер
Краевые и межосевые расстояния
1.8	Раскалывание основания. Определение критического расстояния ccr, sp	В15	0	dcut,m	s>scr, sp c1=c2=ccr, sp	hmin	Одиночный анкер в углу
1.9	Определение минимальных краевых и межосевых расстояний	В15	0	dcut,m	s=smin c=cmin	hmin	Группа из 2-х анкеров у края

2) испытания для проверки восприимчивости анкеров к условиям монтажа, которые предназначены для оценки и корректировки механических характеристик при изменении условий монтажа или отступления от требований предприятия-изготовителя (в качестве примера в табл. 2 приведены испытания для механических анкеров с контролем момента затяжки). Если результаты испытаний 2-й группы будут соответствовать требованиям табл. 2, то данные, полученные в 1-й группе испытаний, остаются без изменений. В противном случае они должны быть скорректированы с помощью учета рассчитываемых коэффициентов условий работы.

Таблица 2. Серии испытаний для проверки восприимчивости анкеров к условиям монтажа и использования в бетоне с трещинами

№ серии	Проверяемый показатель (характеристика)	Класс бетона основания	Ширина трещин	Диаметр сверла	Расстояния установки	Момент затяжки T/Tinst	Допустимое макс α
2.1	Работа анкера, установленного с нарушением условий монтажа	B25	0,4	dcut,m	s>scr,N ≥3hef c>ccr,N≥1, 5hef	0,5	≥0,95
2.2	Работа анкера в бетоне низкой прочности	В15	0,5	dcut,max		1/0,5	≥0,85
2.3	Работа анкера в бетоне высокой прочности	B60	0,5	dcut,min		1/0,5	≥0,85
2.4	Работа анкера при повторяющейся нагрузке	В15	0	dcut,m		1/0,5	≥1,0
2.5	Работа анкера при превышении момента установки	В60	0	dcut,m		1,3	—
2.6	Работа анкера в циклической трещине	В25	0,1-0,3	dcut,max		1/0,5	≥0,9

• Схему испытаний выбирает заказчик (см. табл. 3) и согласовывает с лабораторией, выполняющей испытания, и экспертом, выполняющим оценку.

По результатам оценки выдается техническое свидетельство на проверяемый анкер. Техническое свидетельство не распространяется на неиспытанные анкера (промежуточные диаметры, эффективные глубины установки и др.) и на не использованные в испытаниях условия установки. То есть чем меньше программа испытаний, тем меньше область применения анкера, отраженная в техническом свидетельстве.

Для проверки на практике сделанных предложений было выполнено испытание одного продукта (одного типа анкера) по полной программе (схема 1 по табл. 3).

Таблица 3. Программа испытаний

Схема испытания	В15	В25	В60	Вид основания		Примечание
				С трещинами	Без трещин
1	Х	Х	Х	Х	Х	Основная
2		Х	Х	Х	Х	Схемы испытаний получены сокращением объема испытаний «Схемы 1»
3	Х	Х		Х	Х
4		Х		Х	Х
5	Х	Х	Х		Х
6		Х	Х		Х
7	Х	Х			Х
8		Х			Х

Программа испытаний включала испытание 4-х диаметров, установленных в 3-х видах бетона, с учетом и без учета трещин в основании, что составило 327 испытаний (рис. 1 и 2).

При проведении испытаний решались следующие задачи: отлаживалась методика испытаний; подбиралось измерительное оборудование; оптимизировалась конструкция опытных образцов.

Следует отметить, что испытанный продукт еще не был представлен на рынке, но имел Европейскую техническую оценку (ETA).

После обработки результатов испытаний и сверки с имеющимся ЕТА было установлено, что:

• большая часть показателей совпала с данными ЕТА (например, данные по прочности при действии продольной силы в основании без трещин совпали с точностью до десятых единиц);

• были выявлены отдельные параметры, отличающиеся от данных ЕТА (например, для 2-х из 4-х диаметров минимальные краевые расстояния в бетоне В25 были на 15-20% больше, чем в ЕТА). Одна из возможных причин – различия в составе бетона (в первую очередь по виду заполнителя) основания и неоднородность бетона.

Выводы:

1. Разработаны предложения по программе, количеству, методике проведения и обработке результатов лабораторных испытаний анкерного крепления.

2. Предложения оформлены в виде нормативных документов.

3. Для проверки работоспособности разработанных предложений выполнена оценка одного нового анкера по предложенной методике (схема 1 табл. 3), в процессе которой были опробованы и скорректированы сделанные предложения, установлена ориентировочная трудоемкость и длительность испытаний для оценки анкерных креплений.

Работа выполнена в лаборатории железобетонных конструкций и контроля качества НИИЖБ под руководством Болгова А.Н. и Вальтера Бергера (Walter Berger, Hilti).

Библиографический список

1. ГОСТ Р 56731-2015. Анкеры механические для крепления в бетоне. Методы испытаний.

2. Грановский А.В., Киселев Д.А. О корректности существующих методов испытаний анкеров на вырыв из различных стеновых материалов и возможных областях их применения. – http://vectornk.ru/metody-ispytanij-ankerov-na-vyryv

3. СТО 44416204-09-2010. Крепления анкерные. Метод определения несущей способности анкеров по результатам натурных испытаний.

4. ETAG 001. Guideline for European technical approval of metal anchors for use in concrete.