Под анкерными устройствами подразумевают группы анкеров, предназначенные для решения тех или иных задач при строительстве, реконструкции, ремонте зданий, сооружений, конструкций. Анкеры широко применяются не только в качестве крепежа строительных конструкций, но и различного оборудования – как для временного, так и для постоянного закрепления к основанию (полу, стенам и пр.).
Разновидности анкерных устройств для стальных канатов
В строительстве зданий и сооружений с большепролетными ответственными конструкциями широко применяются стальные канаты для удержания висячих покрытий, несущих элементов мостов, железобетонных пролетов, корпусов тяжеловесного оборудования и агрегатов (например, реакторов в ядерной энергетике). Канаты сочетают преимущества проволоки повышенной прочности и арматуры. Для того чтобы стальные канаты обеспечивали эффективное решение тех или иных задач, их закрепляют в специальных анкерных устройствах. Такие устройства должны обеспечивать надежную заделку канатов без какого-либо влияния на их механические характеристики (не снижать прочность и пр.).
В общем случае различают универсальные и специальные способы закрепления в зависимости от типов стальных канатов. Для универсального крепления, подходящего для всех канатов, применяются так называемые заливные анкеры.
Заливные анкеры – стальные анкеры, в которых концы проволоки заливаются цинковым сплавом. Усилия передаются в узлы опорных конструкций через торец таких анкерных устройств, которые могут быть выполнены в виде стаканов с:
- конической полостью;
- цилиндрической полостью.
Также используются анкеры в виде скоб, гильзоклиновые анкеры.
Анкеры с конической полостью
Анкера с конической полостью в основном изготавливаются из стального сплава марки ВСт3сп5, но по согласованию с заказчиком могут также выполняться из стали марки 25. Если используется сталь марки 45, то возможно ее замена на 14Г2 или 10Г2С1.
Анкеры с конической полостью обозначаются номерами от 1 до 11, соответствующие диаметру стальных канатов от 16-20 мм до 60-72 мм при наружном диаметре самого анкера от 60 до 190 мм.
Анкеры с цилиндрической полостью
Анкеры в виде стаканов с цилиндрической полостью выпускаются 2-х типов:
- Круглые по ГОСТ 3063-66 и 3068-74 под диаметр стального каната от 10-13 до 42,5 мм.
- Квадратные по ГОСТ 3068-74 под диаметр каната 60 и 72 мм.
Заливные анкеры в виде скоб
Если используется шарнирное крепление стальных канатов к опорным конструкциям, то следует использовать анкеры в виде скоб. Такие крепежные элементы могут быть 2-х видов: сварные и гнутые скобы.
Устройства в виде сварных скоб выпускаются по ГОСТ 3063-66, 3068-74, и предназначены для закрепления стальных канатов диаметром от 10-13 до 42,5 мм (круглые) и 55, 68 мм (квадратные). Анкеры в виде гнутых скоб предназначены для канатов диаметром от 10-13 мм до 76 мм.
Анкерные устройства в виде гнутых скоб изготавливают из стальной полосы (горячекатаной). Отверстия под канат и крепеж к опорам высверливают уже после изгиба полосы.
Гильзоклиновые анкеры
При статических нагрузках целесообразно использовать гильзоклиновые анкерные устройства. Закрепление стального каната осуществляется за счет того, что металл гильзы затекает между проволоками или прядями, в профили наружных проволок. Гильзоклиновые устройства практично применять массово.
Материалы анкерных устройств для стальных канатов
Для анкеров в виде стаканов с конической полостью допустимые марки стали указаны выше. Для анкеров в виде стаканов с цилиндрической полостью, в виде сварных и гнутых скоб используется сталь марки 09Г2С. При этом пластины гнутых скоб по согласованию с заказчиком могут изготавливаться и из других стальных сплавов.
Гильзоклиновые анкеры производятся из стали марки Ст20, ВСт3пс без термической обработки (гильзы), Ст45 с термической обработкой (клин).
Материал заливки – сплав ЦАМ (9-11% алюминия, 1-2% меди, 0,03-0,06% магния и остальное процентное содержание цинка). Данный сплав плавится при температуре 450 C. Если невозможно использовать ЦАМ, то допускается применение близких по составу сплавов на основе цинка с температурой плавления порядка 460-480 C.
Наружные анкеры канатов необходимо обетонировать. Бетон для защиты анкерных устройств от воздействий окружающей среды должен быть армирован, и иметь надежную связь с бетоном основания. Если выполнить это не представляется возможным, то предусматривают инъецирование цементного раствора или иной способ антикоррозийной защиты.
Анкерные крепления к бетону: особенности расчета
Анкерные крепления – анкеры или группы анкеров, представляющие собой узел строительной конструкции, предназначенные для крепления конструктивных элементов и оборудования к бетонному основанию класса B15-B60. На такие крепления действуют усилия растяжения или сдвига при воздействии статических нагрузок. Анкеры относятся к закладным деталям, поскольку могут закладываться в основание перед заливкой бетоном, а также закрепляться в подготовленных отверстиях готового основания.
Расчет анкеров для крепления к бетону, железобетону и кирпичу
Расчет анкерных крепежей осуществляется в соответствии с требованиями и методиками по ГОСТ 27751. При этом проводится 2 вида расчетов: по предельным состояниям первой группы (по прочности), второй группы (по деформациям). При проектировании анкерных устройств для крепления в твердых основаниях учитывают следующие факторы:
- Толщина фундамента (стены или другого основания, к которому осуществляется закрепление анкеров).
- Минимальное расстояние до края основания.
- Минимальное межосевое расстояние.
Когда проводят расчет группы анкеров, то должны выполняться следующие условия:
- Нагрузки рассчитываются с учетом перераспределения усилий между анкерами.
- В группу крепежей входят однотипные анкеры одинакового размера.
- При расчете группы на сдвиг диаметры отверстий под анкеры принимают равными определенным табличным значениям – при наличии зазоров свыше табличных данных требуется их заполнение составами, прочность которых соответствует прочности основания.
Разрушения анкеров, т.е. достижение их предельного состояния, при котором нарушается анкерное крепление конструкций к основанию, могут быть следующими в зависимости от типа действующих усилий:
- Усилия на растяжения: разрушение по стали, по контакту с бетонным основанием, от выкалывания бетона, от раскалывания основания, комбинированное разрушение.
- Усилия на сдвиг: от стали без учета плеча силы, по стали с учетом плеча силы, от выкалывания бетона, от откалывания краев бетонного основания.
Анкерные устройства в мостостроении
Устройства анкерного типа широко применяются при возведении мостов различного назначения, в частности – при строительстве мостовых сооружения с монорельсовыми дорогами. В данном случае необходимо обеспечить устойчивость узкого пролета с высоко расположенным центром масс. Поэтому кроме традиционных опор применяются анкерные связи пролетных строений с опорными элементами.
Анкерные связи в мостовых сооружениях имеют следующие особенности:
- Предотвращение «сброса» пролетов с опорных частей на участках криволинейной формы, на которых при движении подвижного состава возникают значительные центробежные силы.
- Податливость анкерных устройств имеется только в продольном направлении, и, соответственно ограничиваются поперечные смещения пролетов.
Конструктивно анкерные устройства для мостов представляют собой натяжные элементы из проволочных прядей, закрепляющиеся на нижнем поясе пролетного строения и в нижнем сечении ригеля опоры. Для обеспечения подвижности (перемещения) анкеров в ригеле опоры предусматривается канал с уширением в нижней части. Уширение можно получить либо при заливке бетона, либо путем сверления установками алмазного бурения готового бетонного элемента.
Снизу уширения канала устанавливается анкерная плита, назначение которой – передача давления натяжного элемента непосредственно на тело опоры. Для этой цели в анкерной плите есть отверстие для пропуска проволочной пряди. С 2-х сторон натяжной элемент фиксируется посредством анкерных зажимов. Сам натяжной элемент может выполняться из стального арматурного каната.
Анкерные зажимы для закрепления натяжного элемента выполняются в виде обоймы с центральным коническим отверстием и трехлепесткового цангового конуса.
Долговечность и надежность анкерных устройств мостовых сооружений под монорельсовые дороги напрямую зависит от качества антикоррозийной защиты. Обязательно проводится защита тяжей с зажимами. Требуется полностью исключить вероятность попадания влаги в каналы в ригелях с тяжами.
Грунтовые анкеры
Грунтовые анкеры являются неотъемлемым элементом в технологии укрепления грунтов и устройства систем инженерной защиты. В отличие от анкеров для бетона грунтовые данные крепежные элементы предназначены для закрепления в прочном слое грунта для передачи растягивающих усилий от конструкций непосредственно на грунтовое основание. Типовой крепеж конструктивно состоит из оголовка, анкерной тяги и заделки (корня). С массивом грунта анкерные устройства соединяются с помощью инъекционного раствора.
Грунтовые анкеры изготовляются в соответствии с ГОСТ Р 57355-2016 (EN 1537:2014). Различают временные и постоянные анкерные крепежи. К постоянным относятся анкеры, срок службы которых составляет не менее 2-х лет. Временные используются для закрепления конструкций в грунте до их заключительного монтажа, т.е. на период монтажных работ.
Применение типовых решений в системах инженерной защиты
Кроме строительства, ремонта и реконструкции объектов промышленного, гражданского строительства, различных сооружений анкерные устройства широко применяются при организации инженерной защиты.
Можно выделить следующие типовые решения:
- Противооползневая защита. Для закрепления оползневого склона с изменением рельефа используется свайная стенка с обвязочной и распределительной балкой, водосборными лотками и водоотводной трубкой. Конструкция закрепляется посредством грунтовых анкеров, которые передают удерживающие усилия на распределительную балку и обеспечивают заделку свайной стенки в массив склона. Другой вариант противооползневой защиты – на основе армогрунтовой подпорной стены с георешеткой, где грунтовые анкеры передают удерживающие усилия стене. Также возможно устройство анкерных креплений с прижимными плитами, где анкеры устанавливают вглубь грунта, устойчивого к оползням, сквозь поверхность скольжения склона
- Системы водоотведения на участках со склонами. Для предотвращения эрозии почвы и для отведения влаги из грунта обустраивается дренажная система. В нижней части дренажной канавы с дренажной трубой предусматривается подпорная стена, закрепляемая на основании в т.ч. посредством анкеров.
- Защита от камнепада. Противокамнепадные барьеры, как правило, представляют собой типовой анкерный узел на основе стойки с полотном кольчужной сетки для удержания камней от падения на объекты инфраструктуры. Основной узел защиты состоит из подвижной шарнирной части, анкерной пластины и болтов, ростверка грунтовых анкеров.
- Противоселевые барьеры. Конструкции с барьером, устанавливаемым поперек долины селевого потока, обеспечивают остановку, удержание твердых габаритных составляющих потока. Как и в случае с противокамнепадными барьерами, применяется шарнирная опорная часть, ростверк грунтовых анкеров, стойки и оттяжки.
- Селепропуски. Сооружения различного типа требуют надежного устройства основания в грунте и крепления стенок к этому основанию посредством анкеров.
- Защита сооружений от лавинных воздействий. Массивные лавинорезы устанавливаются на железобетонном основании и закрепляются посредством анкерных крепежей вокруг защищаемого объекта (мачты, опоры и иных конструкций). Другое типовое решение основано на использовании гибкого щита, работающего на статические нагрузки. Установка щита осуществляется посредством грунтовых анкеров, объединенных в ростверк.
- Берегоукрепление. Шпунтовые ограждения часто применяются для укрепления берегов искусственных водоемов. Давление грунтового массива передается на анкерную конструкцию через тяги и распределительную балку.
Возможно и другое использование анкерных устройств – например, для защиты инженерных коммуникаций при подземной прокладке.
Дополнительные сведения об анкерных устройствах
Еще одна область применения анкерных устройств – прокладка трубопроводов на вечномерзлых грунтах. Для закрепления трубопроводов применяются вмораживаемые стержневые анкеры в соответствии с рекомендациями Р 621-87. Стержневое анкерное устройство представляет собой конструкцию из двух стержневых анкеров и двух компенсаторов, соединяемых штангами, силового пояса, футеровочного мата и прокладки.
К анкерным устройствам также относят элементы систем обеспечения безопасности при выполнении работ на высоте. Это устройства страховки рабочих в соответствии с ГОСТ EN 795 и требованиями технического регламента ТР ТС 019/2011.
Учитывая все перечисленное ранее, можно отметить, что анкерные устройства – это крепежные комплекты или системы, принцип работы которых основан на анкерном крепеже в основание из твердого полнотелого материала или в грунт с закреплением посредством инъекционного раствора. Впрочем, отдельно выделяются анкеры для пустотелых строительных материалов, а также для дерева и иных материалов малой прочности и плотности.
Обязательным условием использования анкеров является проведение заводских испытаний на способность выдерживать эксплуатационные нагрузки (усилия), наличие надежного антикоррозийного покрытия в соответствии с условиями эксплуатации анкерных устройств.
