При заливке свежего бетона анкерные болты устанавливаются непосредственно в процессе, создавая прочное соединение, необходимое для новых зданий, где важны значительные нагрузки и сейсмостойкость. Для старых конструкций, требующих модернизации или усиления, применяются анкеры, устанавливаемые после бетонирования. Они могут быть механическими или химическими и монтируются в уже затвердевший бетон. Такие анкеры обеспечивают необходимую гибкость, но требуют тщательной очистки отверстий и точного соблюдения этапов установки. Системы, устанавливаемые в бетон, хорошо сопротивляются как выдергивающим, так и боковым нагрузкам, а также лучше переносят подвижки во время землетрясений. Механические анкеры, устанавливаемые после бетонирования, отлично работают при воздействии только осевых растягивающих усилий, тогда как химические аналоги демонстрируют высокую надежность даже в треснувшем бетоне и в бетонных каменных блоках.
Г-образная форма этих изогнутых анкеров помогает предотвратить их выдергивание из неглубоких фундаментов, таких как те, которые используются для уличных фонарей. Их конструкция позволяет лучше сцепляться с бетоном при воздействии вертикальных нагрузок и бокового ветрового давления. Для более тяжелых применений, например, опор машин или соединения стальных конструкций, прямые анкеры работают лучше, особенно в сочетании с опорными пластинами. Они распределяют нагрузку на большие участки бетона, поэтому строительные бригады часто отдают им предпочтение в крупных проектах. Резьбовые штанги предлагают другое решение там, где важна возможность регулировки. Они хорошо входят в стальные колонны и элементы каркаса. Когда рабочие устанавливают эти штанги в небольшие полости, заполненные раствором, конструкция становится значительно более устойчивой в местах с повышенной вибрацией. Кроме того, такая компоновка хорошо переносит перепады температуры — что особенно важно на заводах и других промышленных объектах.
Химические анкеры работают за счёт использования эпоксидных или гибридных смол для фиксации резьбовых штанг внутри просверленных отверстий. Это обеспечивает равномерное распределение напряжений по точкам крепления и позволяет надёжно работать даже с треснувшим бетоном или бетонными каменными блоками (CMUs). С другой стороны, механические анкеры полагаются на силы расширения, такие как клинья, втулки или вставные элементы. Как правило, они являются более дешёвым решением для прочного, неповреждённого бетона, но хуже справляются с хрупкими материалами или материалами с низкой прочностью. Испытания во время землетрясений показывают, что химические анкеры сохраняют около 90 % своей прочности после многократных циклов нагрузки, в то время как механические сохраняют лишь около 60–70 %. Что касается стен из бетонных блоков (CMU), особенно с полостями для связей кладки, то клеевые анкеры предотвращают раскалывание блоков. Клиновые анкеры, напротив, могут вызывать проблемы, такие как отколы или разрушение основного материала блоков, что никому не нужно.
Предел прочности при растяжении анкерного болта, по сути, показывает, какое тянущее усилие он может выдержать, прежде чем необратимо деформироваться. Стандарт ASTM F1554 устанавливает правила для таких болтов, и особняком здесь стоит марка 55, поскольку она имеет минимальный предел текучести около 55 000 фунтов на кв. дюйм. Особенность этой марки заключается в её способности гнуться, не ломаясь, что помогает поглощать энергию при движении. Именно поэтому инженеры часто выбирают марку 55 при работе с вибрирующими или подвижными элементами — например, опорами мостов или соединениями, рассчитанными на землетрясения. В противоположность этому, марка 105 обеспечивает значительно большую прочность при статических нагрузках — минимум около 105 000 фунтов на кв. дюйм. Это делает её идеальной для массивных конструкций, таких как фундаменты высотных зданий или крепления тяжёлого оборудования. Однако здесь существует компромисс: марка 105 растягивается примерно на 15%, тогда как марка 55 — на 21%. Поэтому, если в применении требуется определённая управляемая гибкость, а не просто высокая прочность, марка 55, как правило, является более предпочтительным выбором, несмотря на более низкие показатели общей прочности.
| Свойство | ASTM F1554 Grade 55 | ASTM F1554 Grade 105 |
|---|---|---|
| Предельная прочность | 55,000 фунтов на кв. дюйм | 105,000 фунтов на кв. дюйм |
| Устойчивость к растяжению | 75,000–95,000 фунтов на кв. дюйм | 125,000–150,000 фунтов на кв. дюйм |
| Elongation | минимум 21% | минимум 15% |
| Типичный вариант использования | Динамические/вибрационные, сейсмические | Высокие статические нагрузки |
Сопротивление срезу анкерного болта показывает, насколько хорошо он может выдерживать боковые нагрузки, действующие на него сбоку, а не строго по оси — что особенно важно для инженеров при расчётах на воздействие сильного ветра, землетрясений, вызывающих колебания зданий, или вибраций от близлежащего оборудования. Теперь поговорим о расстоянии до края — это просто измерение того, насколько далеко от края бетонной конструкции находится центр нашего болта. Согласно руководствам AISC Design Guide 1, чтобы болты работали должным образом и не теряли прочность, это расстояние должно быть как минимум в семь раз больше диаметра самого болта. Например, если устанавливается болт диаметром один дюйм, необходимо оставить не менее семи дюймов между болтом и краем бетонной стены или пола. Соблюдение этих правил помогает обеспечить устойчивость всей конструкции под нагрузкой и избежать неприятных сюрпризов вроде неожиданного растрескивания бетона в неподходящий момент.
Материал, из которого изготавливаются анкерные болты, действительно имеет большое значение с точки зрения их эксплуатационных характеристик и срока службы. Углеродистая сталь достаточно доступна по цене и обеспечивает хорошую прочность на растяжение для объектов внутри зданий, где нет влаги. Однако, если оставить такие болты на открытом воздухе или во влажных помещениях без защиты, они довольно быстро начнут ржаветь. Горячее цинкование меняет ситуацию, поскольку цинк соединяется со стальной поверхностью на молекулярном уровне, обеспечивая хорошую защиту от коррозии в обычных наружных условиях. Тем не менее, стоит отметить, что даже такая обработка со временем разрушается при воздействии кислой почвы или агрессивных химикатов. В случае морских сооружений, очистных сооружений или химических производств нержавеющая сталь становится предпочтительным выбором. В частности, в соответствии со стандартами ASTM, такими как A193 B8M или B8 (которые охватывают марки 316 и 304), эти материалы устойчивы ко многим видам коррозионного воздействия, включая питтинг, коррозию в зазорах и коррозионное растрескивание под напряжением. Практические испытания показывают, что такие болты могут сохранять работоспособность более полувека, даже находясь под постоянным воздействием морской воды.
| Материал | Лучший выбор для | Ограничение |
|---|---|---|
| Углеродистую сталь | Бюджетные проекты, сухие интерьеры | Склонен к коррозии без покрытия |
| Оцинкованная сталь | Наружные конструкции, умеренный климат | Цинк разрушается в кислых грунтах |
| Нержавеющую сталь | Воздействие морской среды / химикатов | Более высокая первоначальная стоимость |
Правильный подбор исключает гальваническую несовместимость (например, использование нержавеющих анкеров с шайбами из углеродистой стали) и предотвращает коррозионное растрескивание под напряжением от хлоридов — важные аспекты для долговечных соединений, соответствующих нормативам
Очень важно правильно подобрать соответствующую спецификацию ASTM, поскольку от этого во многом зависит надёжность сооружений. Возьмём, к примеру, ASTM A307. Это болты из углеродистой стали низкой или средней прочности, предназначенные для обычных задач, не слишком ответственных. Большинство специалистов не рекомендуют их использовать в основных точках крепления конструкций, так как они просто не рассчитаны на такие нагрузки. Сравните с ASTM F1554 — стандартом для высокопрочных анкерных болтов, прошедших термообработку. Класс 55 обеспечивает хороший баланс между гибкостью и прочностью, что делает его подходящим для мест, где возможны колебания или смещения из-за землетрясений. Класс 105 идёт ещё дальше, обеспечивая повышенную прочность, необходимую для надёжных фундаментов, способных удерживать всё вместе без деформаций. При работе в условиях, склонных к коррозии и ржавчине, инженеры часто выбирают болты из нержавеющей стали по ASTM F593, изготовленные из хромоникелевых сплавов, таких как марки 304 или 316. Они служат намного дольше, чем обычные углеродистые или оцинкованные аналоги, которые со временем разрушаются. Перед окончательным утверждением проекта специалисты тщательно проверяют отчётные документы производителя и убеждаются, что все сертификаты соответствуют реальным требованиям проекта по нагрузкам, условиям окружающей среды и местным строительным нормам, включая стандарты IBC, руководства ACI 318 и требования ASCE 7. Имеют значение даже мелкие детали: правильная глубина заделки, точно выровненные отверстия, точные значения крутящего момента и тщательный контроль в соответствии с требованиями AISC DG1 и ACI 355.4 — всё это вносит вклад в лучший результат. Национальный институт стандартов и технологий провёл исследование и выявил тревожный факт: мосты, в которых использовались болты, неправильно указанные по спецификации, демонстрировали примерно на 30 % меньшую усталостную прочность. Поэтому помните: соблюдение этих стандартов — это не просто бумажная работа, а вопрос безопасности зданий и их долговечности.
EN
