Строительные анкеры для бетона: европейская сертификация и критерии выбора

1. Европейские сертификаты для анкеров

Все строительные анкеры, которые применяются для ответственных конструкций в пределах Европейского Союза, должны соотвествовать требованиям соотвествующего европейского сертификата ETA (European Technical Assessment/Approval). Сертификаты ETA являются единственным механизмом, посредством которого производители могут получать независимое подтверждение того, что их анкеры могут безопасно применяться в строительных конструкциях по всей Европе.

Эти сертификаты ETA выдают после тщательных испытаний на соответствие требованиям специальных руководящих документов ETAG (или EAD) [1]. Сертификацией строительных материалов, в том числе, анкеров, занимается специальная европейская сертификационная организация — EOTA (European Organisation for Technical Assessment).

В настоящее время организацией EOTA опубликованы следующие руководящие документы ETAG, на основе которых производится сертификация анкеров:

ETAG 001
ETAG 014
ETAG 020
ETAG 029

Кроме этих основных документов, опубликованы несколько технических отчетов, которые охватывают различные стороны применения анкеров:

TR 018
TR 020
TR 023
TR 029
TR 045

Все эти документы доступны на сайте организации EOTA www.eota.eu.

2. Анкеры для применения в бетоне

Документ ETAG 001 «Металлические анкеры для применения в бетоне» включает 6 частей и 4 приложения.

Термины, применяемые ниже к анкерам, согласованы с отечественными нормативными документами ГОСТ 27017-86, ГОСТ Р 56731-2015 и СТО 36554501-039-2014.

Согласно документу ETAG 001-1 для бетона применяются три основных типа анкеров:

анкеры распорные;
анкеры с уширением;
анкеры химические.

1.1. Распорные анкеры

Различают распорные анкеры двух типов:

с контролем момента затяжки (рисунок 1) и
с контролем перемещения (рисунок 2).

Рисунок 1 — Пример распорного анкера с контролем момента затяжки [1]

Рисунок 2 — Примеры распорных анкеров с контролем перемещения [1]

У распорных анкеров с контролем момента затяжки распор достигается за счет момента, который прилагается к винту или болту. Прочность закрепления анкера в основании контролируется этим моментом.

У распорных анкеров с контролем перемещения распор обычно достигается за счет воздействия на втулку или конус. На рисунке 2а втулка расширяется под воздействием вдвигаемого в нее конуса; прочность закрепления анкера в основании контролируется расстоянием, которое проходит конус. На рисунке 2б втулка вдвигается в распорный элемент; прочность закрепления анкера в основании контролируется расстоянием, которое проходит втулка.

1.2. Анкеры с уширением

Анкеры с уширением закрепляются в основании главным образом за счет механического запирания, которое обеспечивает уширение в бетоне.

Это уширение может выполняться:

забиванием или вкручиванием втулки анкера в предварительно подготовленное отверстие с уширением (рисунок 3а);
забиванием или вкручиванием втулки анкера на болт с расширением в предварительно подготовленное цилиндрическое отверстие (рисунок 3б);

Рисунок 3 — Примеры анкеров с уширением [2]

Кроме того, к анкерам с уширением относятся также так называемые анкеры-шурупы [3], которые устанавливаются:

вкручиванием анкера в подготовленное цилиндрическое отверстие; специальная резьба анкера нарезает внутреннюю резьбу на стенках отверстия в ходе установки анкера; эти анкеры называют также «бетонными шурупами» (рисунок 4).

Рисунок 4 — Анкеры-шурупы [3]

1.3. Химические анкеры

Химические анкеры (рисунок 5) закрепляются в высверленном отверстии за счет склеивания его металлических частей со стенками высверленного отверстия с установленным в нем клеевым составом.

Рисунок 5 — Пример химического анкера [2]

3. Основные размеры отверстий для различных типов анкеров

Размеры отверстий для установки анкеров различных типов показаны на рисунке 6.

Рисунок 6 — Размеры отверстий под анкеры различных типов [2]

Обозначения на рисунке 5:

d — диаметр резьбы болта/анкера;
d₀— диаметр отверстия;
d₁— диаметр уширения отверстия;
d₂ — диаметр уширения анкера;
d_nom— наружный диаметр анкера;
h₀— глубина цилиндрической части отверстия;
h₁— максимальная глубина отверстия;
h_ef — эффективная длина крепления анкера;
h_nom — общая длина заглубления анкера в бетоне.

4. Типы установки анкеров

Установленные анкеры должны работать так, как это предназначено их производителем. После установки анкера, включая вкручивание, кронштейн или другая прикрепляемая деталь должна быть прижата к поверхности бетона (рисунки 7а и 7б). Типы анкеров без непосредственного прижатия к бетону (рисунок 7в) проходят при сертификации дополнительные испытания.

Рисунок 7 — Типы установки анкеров [2]

5. Влияние материала основы

5.1. Бетон

Характеристики анкеров обычно относятся к бетону европейской марки С20/25, однако некоторые характеристики могут иметь более высокие значения для более высокой прочности бетона до марки С50/60. В обозначении марки бетона первое число обозначает минимальную прочность бетона в Н/мм² при испытании цилиндрического образца диаметром 150 мм, второе число — кубического образца со стороной 150 мм.

5.2. Бетон с трещинами и без трещин

Бетон может растрескиваться по различным причинам, в основном в результате нагружения конструкции (бетон с трещинами в зоне растяжения, бетон без трещин в зоне сжатия). Стальная арматура в бетоне предназначена для восприятия растягивающих напряжений. От наличия или отсутствия в бетоне трещин зависит выбор типа анкера.

Технические характеристики большинства анкеров обычно указываются для бетона без трещин. В общем случае наличие арматуры не оказывает положительного влияния на технические характеристик анкера. Если при выполнении отверстия под анкер сверло попало на арматуру, то это «неудачное» отверстие заполняют прочным безусадочным цементным раствором. Новое отверстие должно располагаться от этого «неудачного» отверстия на расстоянии не менее, чем его фактическая глубина [4].

5.3. Кирпичная кладка

Стены из кирпичной кладки считаются неудобными материалам для крепления с помощью анкеров. Основные причины этого следующие [4]:

прочность кладки может различаться от 5 до 70 Н/мм²;
компоненты кладки (кирпичи) могут быть сплошными или иметь отверстия;
раствор может быть или слабым, или в части стыков его может не быть вообще.

Для таких случаев подходят химические анкеры, так как они не вызывают растягивающих напряжений в материале основы, а также заполняют все малые полости и трещины. Требования к химическим анкерам для кирпичной кладки определяет ETAG 029.

6.Тип нагрузок на анкер

При выборе типа анкера необходимо определить, каким нагрузкам он будет подвергаться: растягивающим, сдвиговым или их комбинации. Кроме того, необходимо учитывать изгибающие моменты, действующие на анкер.

Величина нагрузки, приложенной к анкеру, должна быть меньше, чем рекомендуемая производителем анкера для данного вида нагрузки с учетом понижающих коэффициентов. В случае комбинированных нагрузок нужно проверить, не выходит ли комбинация нагрузок за допустимые пределы. Некоторые анкеры могут быть значительно прочнее на сдвиг, чем на растяжение. Такими являются, например, анкеры с толстыми распорными втулками [4].

7. Расстояния анкеров между собой и анкеров от края бетона

Когда растягивающая нагрузка прилагается к анкеру, она образует конус напряжений в бетоне, который сопротивляется этой приложенной нагрузке (рисунок 8). Способность этого конуса сопротивляться растягивающей нагрузке зависит от прочности бетона при растяжении. Площадь основания конуса зависит от глубины установки анкера.

Рисунок 8 — Конусы напряжений анкеров [4]

Для группы анкеров их конусы напряжений могут накладываться друг на друга. Такой объединенный «конус» будет иметь меньшую несущую способность, чем суммарная несущая способность одиночных анкеров, конусы которых не пересекаются. Аналогичным является влияние слишком близкого края бетонной основы: часть несущего конуса может «обрезаться» краем бетонной основы. Поэтому при размещении анкеров нужно принимать во внимание расстояния, как между самими анкерами, так и между анкером и краем основы.

8. Глубина установки анкера

Сопротивление бетонного конуса для всех анкеров зависит от величины эффективной глубины установки анкера h_ef (рисунок 8). С увеличением заглубления анкера его эффективность возрастает до тех пор, пока не изменится форма выхода анкера из строя. Например, от формы «выкол бетонного конуса» к формам «вырывание анкера» или «разрушение стали» [4].

Рисунок 8 — Эффективная глубина установки анкера [4]

9. Статические и динамические нагрузки

Технические характеристики, которые приводятся производителями анкеров, обычно относятся к статическим нагрузкам. Если нагрузки на анкер носят динамический характер, то это требует специального рассмотрения.

Динамические воздействия обычно классифицируются в три группы:

Усталостные нагрузки
Сейсмические нагрузки
Ударные нагрузки

Не все анкеры подходят для этих ситуаций, и в таких случаях рекомендуется применять специальные анкеры или консультироваться с изготовителями анкеров.

10. Коррозия

При выборе анкера важно учитывать особенности окружающей среды, в которой он будет работать. Коррозии анкера можно избежать, если предусмотреть соответствующие меры, например, применение специальных защитных покрытий или нержавеющих сталей.

Источники:

1. ETAs & Design Methods for Anchors used in Construction, CFA Guidance Note, 2013

2. ETAG 001-1 (2013)

3. ETAG 001-3 (2013)

4. Code of Practice for the Design and Installation of Anchors, 2010

Навесной вентилируемый фасад Alucom