ПОЛТАВСЬКИЙ національний ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ ЮРІЯ КОНДРАТЮКА

СКЛЯРОВ В'ЯЧЕСЛАВ ОЛЕКСАНДРОВИЧ

УДК 691.58.688.3

МІЦНІСТЬ І РОЗРАХУНКОВІ ХАРАКТЕРИСТИКИ

АНКЕРНИХ БОЛТових з’єднань НА МОДИФІКОВАНИХ

АКРИЛОВИХ КЛЕЯХ

Спеціальність 05.23.01 - Будівельні конструкції, будинки і споруди

а в т о р е ф е р а т

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ПОЛТАВА - 2003

Дисертація є рукопис.

Робота виконана в Харківській державній академії міського господарства, Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник | доктор технічних наук, професор МОЛОДЧЕНКО Геннадій Анатолійович,

завідувач кафедрою будівельних конструкцій Харківської державної академії міського господарства

Офіційні опоненти | доктор технічних наук, професор Дорофеєв Віталій Степанович,

завідувач кафедри залізобетонних та кам’яних конструкцій Одеської державної академії будівництва та архітектури

кандидат технічних наук, доцент Семко Олександр Володимирович,

докторант кафедри конструкцій з металу, дерева та пластмас Полтавського національного технічного університету ім. Юрія Кондратюка

Провідна установа | Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, Міністерства освіти і науки України, м. Харків

Захист дисертації відбудеться 28.10. 2003 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 44.052.02 при Полтавському національному технічному університеті імені Юрія Кондратюка за адресою: 36601, м. Полтава, Першотравневий проспект, 24.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Полтавського державного національного університету імені Юрія Кондратюка за адресою: 36601, м. Полтава, Першотравневий проспект, 24.

Автореферат розісланий 26.09.2003 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої

ради В.В.Чернявський

ЗАГАЛЬНА характерИстика РОБОТИ

Актуальність досліджень. У зв'язку з великим обсягом модернізації, ремонту і реконструкції існуючих будинків і споруд різних галузей промисловості, важливим є скорочення термінів проведення робіт, що багато в чому залежить від підвищення продуктивності праці. Велике значення мають також економія матеріальних, енергетичних і трудових ресурсів, зниження ручних робіт у будівництві.

Одним із шляхів вирішення цих проблем є використання анкерних з'єднань у будівельному виробництві для закладення в бетон сталевих болтів за допомогою клеїв. Такі конструкції характеризуються відсутністю складних підготовчих процесів, значним скороченням витрат сталі, цементу і трудовитрат, термінів ремонту, реконструкції і будівництва будинків та споруд з найменшими затратами.

У Харківській державній академії міського господарства розроблений модифікований акриловий клей, що за своїми адгезійними і когезійними властивостями не тільки перевершує застосовувані в даний час клеї, але і відзначається високими технологічними властивостями: він малокомпонентний (полімер, наповнювач, модифікуючи добавки, що підвищують міцнісні властивості клею), простий й надійний в приготуванні.

Для успішного застосування конструкцій анкерних болтових з’єднань на модифікованих акрилових клеях необхідно знати їх міцність, деформативність при різних видах навантаження (короткочасному і довгостроково діючому), а також необхiдну глибину закладення болтів у бетон.

При виконанні розрахунків анкерних болтових з'єднань відповідно до вимог СНиП 2.09.03-85 “Сооружения промышленных предприятий” треба мати ряд розрахункових параметрів, що на сьогодні не вивчені.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана за координаційним планом Міністерства освіти і науки України, завдання 21 - “Створення нових технологій, методів організації і механізації будівельних процесів, що забезпечують ефективність будівництва і модернізацію будинків і споруд”.

Мета роботи. Визначення міцності й деформативності анкерних болтових з’єднань модифікованими акриловими клеями з бетоном при впливі на них короткочасних, довгостроково діючих і динамічних висмикуючих зусиль для встановлення глибини закладення та параметрів, необхідних для розрахунку клейових анкерів.

Задачі досліджень. Для досягнення поставленої мети визначені наступні задачі:

1. Експериментально дослідити короткочасну, тривалу й втомлену міцності анкерних болтових з’єднань на модифікованих акрилових клеях.

2. Дослідити деформативність зазначених з’єднань при короткочасному навантаженні.

3. Дослідити вплив різних рівнів довгостроково діючих висмикуючих зусиль на деформацію клейових анкерів.

4. Визначити глибину закладення анкерних болтів, використовуваних для кріплення технологічного устаткування і будівельних конструкцій.

5. Визначити коефіцієнти навантаження і стабільності зусиль попереднього затягування анкерних болтових з’єднань на модифікованих акрилових клеях, необхідні для їхнього розрахунку.

6. Провести дослідно-промислове впровадження кріплення технологічного устаткування анкерними болтами на модифікованих акрилових клеях.

Об'єкт дослідження - анкерні болтові з'єднання на акрилових клеях для кріплення устаткування і будівельних конструкцій.

Предмет дослідження - установлення глибини закладення анкерів на модифікованих акрилових клеях, їх короткочасної, тривалої й втомленої міцності, деформативності, коефіцієнтів навантаження і стабільності попереднього затягу.

Методи дослідження:

- аналітичні, засновані на розгляді діаграми “зусилля - зсув” елементів анкерного болтового з'єднання й отриманих залежностей для коефіцієнта навантаження; емпіричні - одержання залежностей для опису міцності й деформативності анкерного болтового з'єднання на модифікованих акрилових клеях;

- експериментальне встановлення глибини закладення, міцнісних і дефор-мативних характеристик анкерних болтових з'єднань;

- порівняльний аналіз отриманих результатів, їхня обробка з використанням методів математичної статистики.

Наукова новизна отриманих результатів:

- визначена глибина закладення анкерних болтів у бетон модифікованими акриловими клеями для кріплення технологічного устаткування і будівельних конструкцій, яка гарантує необхідну надійність з’єднання;

- досліджені короткочасна, тривала й втомлена міцності анкерних болтів на модифікованих акрилових клеях;

- досліджена деформативність клейових анкерів при їх короткочасному навантаженні визначена їх жорсткість, залежно від глибини закладення болтів та їхніх діаметрів;

- досліджена деформативність клейових анкерів при тривалому навантаженні

залежно від рівня висмикуючих зусиль, глибини закладення і діаметрів анкера;

- розрахунково-експериментальним шляхом визначені коефіцієнти навантаження і стабільності попереднього затягу k для вказаних клейових анкерів.

Практичне значення отриманих результатів. Отримано розрахункові характеристики досліджених анкерних болтів, закладених у бетон модифікованими акриловими клеями, що забезпечують надійне кріплення технологічного устаткування і будівельних конструкцій. При цьому значно знижуються матеріальні й трудові витрати, а також зменшуються терміни прикладення проектних навантажень до кріпильних вузлів. Крім того, результати розробки дозволяють здійснювати розрахунок анкерних болтів на модифікованих акрилових клеях, а також їхнє конструювання.

Впровадження. Результати дисертаційної роботи впроваджені при реконструкції Одеського заводу радіально-свердлильних верстатів, підприємства “Електротехнічний завод “Тріол” (м. Харків) і на заводі “Гідрозалізобетон” (м. Чугуїв).

Особисто отримані здобувачем результати:

- виконано аналіз конструктивних рішень анкерних болтових з'єднань і методів їхнього розрахунку при короткочасному, тривалому і динамічному навантаженнях;

- експериментально визначено глибини закладення клейових анкерів для кріплення устаткування і будівельних конструкцій;

- отримано експериментальні дані щодо короткочасної, тривалої і втомленої міцності клейового з’єднання болтів з бетоном, дані про переміщення завантаженого і незавантаженого кінців анкера при різних видах навантаження;

- розроблено методику експериментально-теоретичної оцінки розрахункових параметрів клейових болтових з'єднань.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень доповідалися на науково-технічних конференціях Харківської державної академії міського господарства (1998, 2000 і 2002 р.), п'ятій і шостій Українських науково-технічних конференціях “Застосування пластмас у будівництві й міському господарстві” (2000, 2002 рр.), третій Українській науково-технічній конференції “Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди” (2001 р.), Всеукраїнській науково-технічній конференції “Реконструкція будівель та споруд. Досвід і проблеми” (2001 р.), Міжнародній науково-практичній конференції “Сталий розвиток міст” (2002 р.), Міжнародній науково-технічній конференції “Будівництво, реконструкція і відновлення будинків і споруд міського господарства” (2002 р.), на Міжнародних семінарах “Моделювання й оптимізація в матеріалознавстві” МОК'40 і MOK'41 (2001, 2002 р.), першій Харківській обласній конференції “Тобі Харківщина - пошук молодих” (2002 р.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 7 статей, 6 тез доповідей, отримано два патенти України на винахід.

Обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаної літератури з 153 найменувань і 3 додатків, викладена на 172 сторінках, у тому числі: 122 стор. основного тексту, 66 ілюстрації і рисунки, 22 таблиці. У додатку приведено опис програми для статистичної обробки експериментальних даних - 6 стор. і акти впровадження - 3 стор.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовані актуальність, наукова новизна і практична цінність роботи, дана її загальна характеристика, приведені дані впровадження.

У першому розділі дисертації здійснений огляд літературних джерел, присвячених теоретичному й експериментальному дослідженням анкерних болтових з’єднань для технологічного устаткування і будівельних конструкцій. Аналізом установлена велика розмаїтість типів анкерних кріплень, що розрізняються конструкцією, способами установки, а також передачі навантажень на фундаменти або будівельні конструкції. Найбільш економічними є анкерні кріплення, встановлювані на готових фундаментах при новому будівництві і при реконструкції діючих виробництв. Їх можна розділити на дві групи. До першої групи віднесені глухі болти, встановлювані в шанці з наступним заливанням високоміцним розчином, і знімні болти, без наступного заливання. До досліджень першої групи відносяться роботи Вишневського П.Ф., Киянова И.Д., Маршева В.З., Ельят М.Л., Дегмат М.П., Матвєєва В.В., Кузьмича А.А. та ін.

До другої групи віднесені болти, встановлювані в утворені після бетонування фундаментів свердловини, завдяки цьому вони більш економічні, ніж анкерні болтові з’єднання першої групи. Болтові з’єднання можуть бути глухими і знімними.

Глухі болти встановлюють у пробурені в конструкції свердловини і закріплюють цементними розчинами, твердими цементно-піщаними сумішами і синтетичними клеями. Тут необхідно відзначити дослідження Алексієнка П.П., Барча І.З., Зайцева І.І., Золотова М.С., Ігоніна Л.А., Клименка В.З., Кузиної О.Л., Лисенка В.А., пагі Б.Ю., Подлегаєва І.М., Черкаського І.Г., Шарстука В.Н., Шутенка Л.М., Сооk R.A., Fagundo F.E., Biller M.H., Walter E., Ammann W. та ін.

Склади модифікованого акрилового клею з підвищеною міцністю при стиску, розтягу й зсуві, збільшеною термостійкістю до 1300С розроблені й досліджені Гарбуз А.О., Золотовим М.С., Золотовим С.М., Шутенко Л.М. Дані про міцносні й деформативні характеристики анкерів на модифікованих акрилових клеях відсутні.

На підставі виконаного аналізу стану питання сформульовані задачі досліджень.

Другий розділ присвячений дослідженню короткочасної і тривалої міцності анкерного болтового з'єднання на модифікованих акрилових клеях. На першому етапі оціночними дослідами по висмикуванню клейових анкерів з бетону встановлено, що при глибині закладення і менше руйнування відбувалося по контакту клей-бетон, тобто повною мірою реалізовувалися міцнісні й деформативні властивості клейового прошарку. З огляду на сказане, для оцінки переваг однієї з трьох розглянутих акрилових композицій з модифікаторами окисом цинку, метакриловою кислотою або меленою слюдою проведені досліди по висмикуванню короткочасним навантаженням клейового закладення анкера довжиною 8 ( = 20 мм) з бетонних призм класу В15 перерізом 200 х 200 мм і висотою 160 мм. У цих експериментах (і у всіх наступних) використовувалися гладкі анкери із сталі марки ВСт3кп2 (ДСТУ 2651-94, ДСТ 380-94). Випробувано 18 зразків по шість для кожної з розглянутих клейових композицій.

Отримані середні величини короткочасної міцності клейових закладень з модифікаторами окисом цинку, метакриловою кислотою і меленою слюдою відповідно склали 284,7; 274,8 і 283,7 МПа. Незначний розкид даних підтверджує практично однакові їх міцнісні якості, у зв'язку з чим всі подальші дослідження виконувалися на одному складі модифікованого акрилового клею з використанням як добавки окису цинку (Zn).

Другий етап досліджень передбачав експериментальну оцінку ефективної глибини закладення анкера для кріплення устаткування і будівельних конструкцій. З цією метою проведені досліди з міцності клейових закладень анкерів при різній їхній глибині. Варіювали глибину закладення 10 , 9 8 і 7, при цьому діаметр анкерів ( = 20 мм) і діаметр отворів у бетонних призмах ( = 36,6 мм) зберігалися постійними. Випробувано чотири серії зразків анкерних болтових з’єднань по 6 штук в кожній. Установлено, що руйнування зразків з’єднань при відбувалося по розриву анкера, при руйнування мало змішаний характер - по розриву анкера або по контакту клей-анкер, а при і 7 практично всі руйнування відбулися по контакту клей-анкер.

Таким чином установлений характер короткочасного руйнування з’єднань по розриву анкера, що відбувається при глибині закладення , і характер руйнування по контакту клей-анкер при , що й обумовило методику подальших експериментів.

При дослідженні короткочасної міцності з урахуванням стабільності характеру руйнування були прийняті дві основні глибини закладення - 10 і 8 при діаметрах від 12 до 56 мм, що практично реалізуються у практиці анкероустановочних робіт.

З огляду на те, що при передбачався розрив анкера, було зменшено кількість зразків у кожній серії до 3 шт, а при зберігалася їхня кількість 6 штук. Для побудови узагальненого графіка короткочасної міцності для анкерів діаметром 12 - 56 мм проведені досліди для глибини і 7. Всього виготовлено і випробувано 96 зразків, а для = 16, 24 і 30 - ще 3 х 20 = 60.

Випробування здійснювали на зразках анкерних болтових з'єднань, що являли собою бетонні призми або блоки, в які закладали анкери за допомогою модифікованого окисом цинку акрилового клею. Анкери встановлювали в призми після досягнення 28-денного їхнього віку. У бетонних блоках вік бетону не враховувався, отвори бурили перфораторами.

Зміни короткочасної міцності болтових з’єднань у функції глибини закладення клейових анкерів представлені на рис. 1. Вони описуються рівняннями регресії виду

, (1)

де а (мм), b (безрозмірний) і с (МПамм) - дослідні коефіцієнти.

Аналізуючи отримані дані і зважаючи на результати дослідів Барча І.З., Милославського С.Л., Смолянінова Ю.М., Зайгеместера Л.И., Золотова М.С. при закладенні анкерів у бетон епоксидними клеями, Барча І.З., Подлегаєва І.М. на основі віброзачеканки; Золотова М.С., Зайцева І.М., Стисіна Б.Е., Пагі Б.Ю., Шутенка Л.М., Смолянінова Ю.М. та ін. акриловими клеями, відзначимо, що адгезійне руйнування закладення анкера в бетоні відбувається після досягнення в анкері межі текучості при . При цьому руйнування з'єднання мало адгезійний характер. Ця величина і рекомендована названими авторами для практичного використання при кріпленні устаткування до фундаментів. У наших експериментах для модифікованих окисом цинку акрилових складів глибина закладення анкера, при якій відбувається таке адгезійне руйнування, становила 8 . На підставі викладеного рекомендується для кріплення устаткування на готових фундаментах глибину закладення анкерного болтового з’єднання з використанням модифікованих складів акрилових клеїв , а для кріплення будівельних конструкцій і їхнього з'єднання один з одним , що відбиває підвищений ступінь відповідальності останніх.

Тривалу міцність закладення визначали експериментально за розробленою методикою, відповідно до якої клейові анкери були завантажені зусиллями, що відповідають напруженням 0,9 . Для анкерів ці напруження були прийняті 424, 418 і 406 МПа відповідно для болтів 16, 24 і 30 мм. Клейові анкери з навантажували і випробували (рис. 2) для таких же діаметрів болтів при напруженнях 0,9, отриманих при короткочасних випробу- |

ваннях. Результати дослідів з визначення тривалої міцності для з’єднань з анкерами = 16 мм представлені на рис. 3.

Тривалу міцність клейових анкерів визначали за формулою

, (2)

де t - час випробувань, діб.; а (МПа/діб.с), b (діб.) і с (безрозмірний) - коефіцієнти, отримані в результаті статистичної обробки експериментальних даних методом найменших квадратів.

З графіка (рис. 3) випливає, що збільшення тривалодіючого зусилля, прикладеного до анкера, приводить до зменшення часу до руйнування анкерного з'єднання.

Рис. 2. Загальний вигляд установки для випробування анкерних болтових

з'єднань на тривалу міцність

Зі збільшенням діаметра анкера спостерігається незначне зниження величини граничних величин довгостроково діючих напружень. Для нормативного опору анкерів із сталі ВСт3кп2, рівного 238 МПа, розрахункові значення тривалої міцності склали 195,9 МПа, що вище розрахункового опору анкера 185 МПа, який рекомендується нормами СНиП ІІ-23-81*.

Рис. 3. Графік тривалої міцності анкерних болтових з'єднань при 16 мм і

У третьому розділі приведені результати досліджень деформативності закладень на модифікованому акриловому клеї. У затягнутому анкерному з'єднанні (сталевий анкер - станина устаткування - підкладки або бетонна підлива; сталевий анкер - будівельна конструкція - бетонна підлива - фундамент) зовнішнє навантаження від працюючого устаткування розподіляється між вхідними в з'єднання елементами відповідно до діаграми (рис. 4) пропорційно їхній жорсткості. Діюче на анкер зусилля безпосереднє залежить від величини його затягування і змінюється в часі. Перший фактор оцінюється коефіцієнтом навантаження , другий - коефіцієнтом стабільності k зусилля попереднього затягування.

Після попереднього затягування анкера зусиллям F останній на вільній довжині одержує переміщення

. (3)

Одночасно відбувається переміщення завантаженого кінця клейового закладення

(4)

і переміщення елементів анкерного з'єднання, що з’єднуються, (станина устаткування, підкладки або підбетонка, тіло будівельної конструкції) на величину

Рис. 4. Діаграма зусиль і деформацій у затягнутому болтовому з'єднанні

, (5)

де , - відповідно довжина вільної частини анкера і висота елементів фундаменту, що з’єднуються, (мм); Аф - відповідно перерізи анкера й елементів, що з’єднуються, мм2; - відповідно модуль пружності анкера і приведений модуль пружності елементів, що з’єднуються, МПа; ; , - коефіцієнти податливості вільної частини анкера, клейового закладення та елементів, що з’єднуються, (мм/н).

Розглянемо трансформацію зусиль у складових елементах анкерного кріплення при прикладенні розрахункового зусилля Р, що перевищує зусилля попереднього затягування на величину . Анкер одержить додатковий зсув , при якому

, (6)

де - жорсткість анкера; .

Зусилля попереднього затягування при цьому зменшиться на величину :

. (7)

Використовуючи умову сумісності деформацій елементів системи у вигляді

(8)

і залучаючи умову рівності додаткових зусиль у з'єднанні

, (9)

отримуємо вираз

, (10)

в якому коефіцієнт навантаження.

Величина переміщення елементів, що з’єднуються, після прикладення розрахункового навантаження Р представлена як

. (11)

Заміняючи в умові (7) переміщення через відповідні зусилля і жорсткості, одержимо величину залишкового зусилля в елементах з'єднання, що з’єднуються:

. (12)

З огляду на те, що

Р = Р + Р, (13)

після перетворення одержимо вираз

(14)

що дозволяє оцінити умову міцності анкерного з'єднання, при якому відбувається повне розвантаження елементів, що з’єднуються (аварійна ситуація). При цьому Р" = 0 і

. (15)

Використовуючи (14), можна розрахувати і мінімальне зусилля попереднього затягування, при якому елементи, що з’єднуються, повністю розвантажуються:

. (16)

З приведеного аналізу випливає, що для розрахунку коефіцієнта навантаження і параметрів силової взаємодії елементів анкерного кріплення необхідні дослідження жорсткісних характеристик клейового закладення болтів.

Короткочасним навантаженням випробували клейові закладення анкерів діаметром 16, 24, 30 і 56 мм, тривалим навантаженням - 16, 24 і 30 мм. Глибину закладення приймали рівною і . У процесі експериментів використано схеми випробувань аналогічні випробуванням на міцність. На кожний вид випробувань приймали по 3-4 зразки - близнюки. У процесі експериментів на короткочасну дію висмикуючого навантаження проводили вимірювання зсувів завантаженого і незавантаженого кінців анкера індикаторами годинникового типу з точністю 0,001 мм.

Зсуви незавантаженого кінця анкера для та при короткочасному завантаженні описані поліномом 3-й ступеня

де а (мкм), b , с і d постійні коефіцієнти.

Аналіз результатів показує, що зі збільшенням діаметра анкера збільшується величина зсувів. Найбільше зростання зсувів спостерігається після досягнення межі текучості сталі аж до напружень, рівних межі міцності закладення анкера () чи межі міцності болта при розтягу (при ).

Для створення навантаження при тривалих випробуваннях використовували п'яти-, десяти і п'ятнадцатитонні пружини. У часі фіксували індикаторами зсув незавантаженого кінця анкера. Зсув незавантаженого кінця анкера при тривалому навантаженні описуються рівнянням регресії

,

де а (мкм), b (МПа), с (мкм), d (безрозмірний) дослідні параметри.

Аналіз даних експериментів свідчить, що незалежно від глибини закладення анкерів при величинах довгостроково діючих нормальних розтягуючих напружень на їхньому завантаженому кінці, рівних межі пружності , зсув незавантажених кінців у перші 15 діб зростає за лінійним законом. Потім його зростання сповільнюється і залежно від рівня напружень стабілізується протягом 20...30 діб. Максимальні зсуви при склали для анкера = 16 - 43 мкм, = 24 мм - 47 мкм і= 30 мм - 50 мкм. При глибині закладення анкерів ці зсуви відповідно були рівні 40, 42 і 46 мкм.

При глибинах закладення у випадку впливу на них довгостроково діючих висмикуючих навантажень відповідних нормальним розтягуючим напруженням 260, 254 і 251 МПа, зсув незавантаженого кінця анкера мав незатухаючий характер. Ці зразки анкерних з'єднань руйнувалися після 26...33 діб.

За результатами статистичної обробки експериментальних даних побудовані графіки залежності жорсткості анкерних болтових з’єднань від діаметрів ds при ds і 10ds. Вони свідчать про лінійну залежність від їх (рис. 5) і описуються емпіричною залежністю

де (Н)/мм2 досвідний параметр.

При матиме вигляд

,

при відповідно

.

Рис. 5. Жорсткість анкерного болтового з’єднання на модифікованому акриловому клеї |

Коефіцієнт навантаження досліджували на анкерних з’єднаннях з діаметром болтів 16 мм при різних рівнях напружень попереднього затягування - 50, 100 і 125 МПа. Для цьоого була використана спеціальна установка, що дозволяє контролювати величину зовнішнього навантаження Р і зсув верхнього торця анкера щодо поверхні підливи (див. табл.).

Експериментами встановлено, що коефіцієнт навантаження зі збільшенням зовнішньої сили Р зростає від нуля до скінченної величини аж до відриву станини устаткування від фундаменту. У зв'язку з цим для розрахунку анкерних з'єднань були

Значення коефіцієнтів навантаження зо дослідними даними

Діаметр

болтів

Глибина

закладення | Діаметр болта

16мм | 24мм | 30мм | 56мм

Значення при | 0,208 | 0,283 | 0,330 | 0,479

Значення при | 0,235 | 0,315 | 0,365 | 0,517

встановлені найбільш несприятливі значення коефіцієнта навантаження. Таке значення коефіцієнта визначали за залежністю, що описує стан анкерного з'єднання в момент відриву станини від фундаменту (умова, коли ). Значення коефіцієнта для анкерів 16, 24, 30 і 56 мм і глибині їхнього закладення відповідно і визначали з урахуванням встановлених експериментальних величин жорсткості і Сф.

У четвертому розділі досліджено стабільність попереднього затягування анкерних болтів на модифікованому акриловому клеї при статичному і динамічному навантаженні, а також втомлена міцність закладення. В експериментах вивчали стабільність попереднього затягування анкерів для схем обпирання станини устаткування на фундамент, підкладку або підливу (безпідкладочний монтаж).

Навантаження зразків клейового анкерування проводили тривалодіючим статичним або динамічним навантаженням. Усі дослідження виконували для анкерів діаметром =16 мм при двох глибинах анкерування: і . Зусилля у завантаженій частині анкера виміряли методом електротензометрії за допомогою наклеєних тензорезисторів типу ПКБ 20-200 з коефіцієнтом тензочутливості S = 2,05.

Для закладення клейового анкера бетонні зразки, виготовляли з бетону класу В15 з розмірами 400 х 400 мм і висотою 260 мм.

При статичному навантаженні анкерних болтів схема завантаження, зразки й устаткування для дослідження падіння зусилля попереднього затягування від тривалодіючого статичного навантаження були такі самі, що й при випробуваннях по визначенню коефіцієнта навантаження.

Перед випробуваннями анкерних з'єднань болти відповідно до вимог СНиП 2.09.03-85 були затягнуті до досягнення в їхній різьбовій частині напружень 140 МПа. Таке напруження склало попереднє зусилля затягування в болті 21 кН. У процесі випробувань реєстрували показання тензорезисторами деформації, а по них визначали напруження у вільній частині анкера. Загальна тривалість експерименту становила 360 діб.

Дослідження стабільності попереднього затягування при динамічному навантаженні виконували на пульсаторі ЦДМ-ПУ 100 (з частотою 400 циклів прикладення навантаження за хвилину). Схема завантаження в обох випадках прийнята з розрахунком передачі динамічного навантаження на анкер через станину устаткування, як це має місце в реальних умовах. На початку експерименту створювали попереднє зусилля затягування анкера рівне 29,5 кН згідно із СНиП 2.09.03-85, що створило напруження в болті по різьбленню 204 МПа. Після цього включали пульсатор і навантаження поступово доводили до такої величини, щоб верхня межа напруження в анкері склала 204 МПа, а нижня - 185 МПа. Розрахункове зусилля в анкерному болті Р = 26,8 кН. Коефіцієнт асиметрії циклу при експериментах склав . Відповідно до вимог випробування проводили до досягнення числа циклів навантаження .

Експерименти показали, що при статичному навантаженні падіння зусилля попереднього затягування болтів залежить від глибини їхнього закладення в бетон, а також виду обпирання станини устаткування.

У результаті обробки даних експериментів установлені коефіцієнти стабільності k зусилля попереднього затягування, відповідно рівні 1,49 і 1,38 для і 1,43 і 1,33 для .

Аналогічні явища спостерігалися при динамічних випробуваннях. У результаті їх встановлені коефіцієнти стабільності k, відповідно рівні при обпиранні устаткування на підкладки і підливи 1,82 і 1,64 при і 1,95 і 1,79 при .

У результаті обробки отриманих коефіцієнтів рекомендується при розрахунку анкерних болтів на модифікованих акрилових клеях приймати величину коефіцієнта стабільності незалежно від виду обпирання: при статичному довгодіючому завантаженні при - = 1,49; при - = 1,43; при динамічному завантаженні відповідно = 1,95 і = 1,82.

Експерименти по визначенню втомленої міцності показали наступне. Після циклів навантажень руйнування зразків анкерних з'єднань обох партій не спостерігалося.

Після випробування зразків на витривалість при прийнятому коефіцієнті асиметрії циклу навантаження вони були зруйновані статичним навантаженням. Характер руйнування зразків залежав від глибини закладення анкера в бетон .

При глибинах закладення руйнування зразків анкерних з'єднань відбувалося в результаті висмикування анкера, тобто по контакту клей-анкер. При цьому міцність з'єднання склала 286,2 МПа. Зниження міцності в порівнянні з міцністю з'єднань при короткочасному навантаженні не відбулося.

При глибинах закладення руйнування зразків з'єднання відбувалося в результаті розриву анкерів у місці їхніх завантажених кінців. Значення міцності було аналогічним при випробуваннях зразків на короткочасний статичний вплив.

У п'ятому розділі приведено результати дослідно-промислового впровадження анкерних болтів на модифікованих акрилових клеях при кріпленні технологічного устаткування до фундаментів. Так, у 1999-2001 рр. при реконструкції Одеського заводу радіально-свердлильних верстатів за допомогою болтів на модифікованих акрилових клеях встановлено 108 одиниць верстатного устаткування. Усього було встановлено 1244 фундаментних болти. Спостереження за станом анкерних болтів показало, що при експлуатації металорізальних верстатів зниження міцності анкерних з'єднань не відбувалося.

У результаті впровадження запропонованого способу виконання робіт було зекономлено 12т металу, 630 м3 бетону, 144 м3 лісоматеріалів, 2162 люд./днів трудових витрат. Крім того, установка анкерних болтів на акриловому клеї складу 3 дозволила в 14 разів скоротити терміни уведення верстатів в експлуатацію.

У квітні 2001 р. на науково-виробничому підприємстві “Електротехнічний завод “Тріол” (м. Харків) за допомогою 96 анкерних болтів на акрилових клеях було закріплено 12 одиниць верстатного устаткування. Застосування анкерних болтів на акрилових клеях дозволило зменшити витрату металу на 0,8 т, бетону - на 6,8 м3, лісоматеріалів - на 16 м3, трудових витрат - на 24 люд.-дня. Крім того, застосування клейових анкерів дало змогу скоротити термін введення в експлуатацію верстатів у 14 разів.

У вересні 2001 р. на заводі “Гідрозалізобетон” (м. Чугуїв) ВАТ “Південспецбуд” при будівництві підвищеного шляху для вивантаження сипких вантажів із залізничних вагонів були використані анкерні болти на модифікованих акрилових клеях для кріплення опорних листів шляхи. Вони були також застосовані для кріплення технологічних конструкцій (ємкості для цементу, великих і дрібних заповнювачів). У результаті використання анкерних болтів була зменшена витрата металу на 1,6 т, бетону - на 15,8 м3, трудових витрат - на 68,8 люд.-днів.

Виконаний техніко-економічний розрахунок показав, що застосування таких конструкцій анкерних болтів знижує витрату металу майже в 2,3 раза в порівнянні з традиційної, трудових витрат більше ніж у 20 разів.

Порівняння з конструкціями анкерних болтів на інших клеях (наприклад, епоксидних) свідчать, що витрата металу зменшується на 15...20%, трудовит-рат - на 14...20%.

Крім того, дана конструкція анкерних болтів дозволяє скоротити термін введення в експлуатацію технологічного устаткування в 14 разів.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Експериментально досліджена короткочасна, тривала й втомлена міцність анкерних болтів на модифікованих акрилових клеях.

2. На підставі аналізу експериментів різних авторів рекомендується для кріплення технологічного устаткування закладати анкерні болти на глибину 8ds. З огляду на велику відповідальність і тривалість експлуатації будівельних конструкцій для їхнього кріплення анкерні болти треба закладати на глибину .

3. Випробування на тривалу міцність показало наступне: анкерні з'єднання з глибиною закладення болта за весь період спостереження не руйнувалися; руйнування анкерних з'єднань зі спостерігалося при часі дії тривалого діючого навантаження більше 5000 годин (200 діб).

4. Установлено, що коефіцієнт тривалої міцності або опору для анкерних клейових з'єднань на модифікованих клеях глибиною закладення болтів складає .

5. Визначено розрахунковий опір анкерних болтів при по їхньому різьбленню, який дорівнює 195,9 МПа, що вище встановленого СНиП ІІ-23-81.

При глибинах закладення анкерних болтів розрахунковий опір їх визначається за ДСТ 24379-80* або СНиП ІІ-23-81*.

6. Дослідження деформативності клейового анкера при короткочасному завантаженні показали, що зсуви незавантаженого кінця болта мають лінійний характер аж до межі пружності.

7. При тривалій дії висмикуючих зусиль деформативність незавантаженого кінця анкера, за інших рівних умов залежить від діаметра і глибини закладення. Збільшення діаметра анкера приводить до зростання деформативності з'єднання. Зі збільшенням глибини закладення анкера при const сповільнюється зростання і зменшується деформативність з'єднання.

Стабілізація зростання деформації незавантаженого кінця анкера відбувається після 20...30 діб тривалої дії висмикуючих зусиль, що викликають у завантаженому кінці анкера напруження (185...237) МПа.

8. Установлені значення коефіцієнта навантаження для анкерів при і при розрахункових напруженнях. При цьому чисельне значення змінюється від 0,202 до 0,517.

9. Експериментально визначений коефіцієнт стабільності зусиль попереднього затягування анкерних болтів на модифікованих акрилових клеях. Незалежно від способу обпирання станини устаткування на фундамент як при дії статичних, так і динамічних навантажень 1,95 для анкерів з глибиною закладення і 1,82 при .

10. Експерименти по визначенню втомленої міцності клейових анкерів показали, що після числа циклів навантажень руйнування їх не спостерігалося. Залишкова міцність зразків анкерних з'єднань практично дорівнює їхній статичній міцності.

11. Техніко-економічне порівняння пропонованої конструкції анкерних болтів на модифікованих акрилових клеях у порівнянні з існуючими свідчить про її значну економічність. Впровадження конструкції тільки на Одеському заводі радіально-свердлильних верстатів дозволило зменшити витрату металу на 12 т, бетону - на 630 м3, лісоматеріалів - на 144 м3, трудових витрат - на 2612 люд.-днів. Вона також впроваджена на електротехнічному заводі “Тріол” (м. Харків) і заводі “Гідрозалізобетон” (м. Чугуєв).

СПИСОК ПРАЦЬ ЗДОБУВАЧА

1. Молодченко Г.А., Скляров В.А. Длительная прочность анкерных болтов на модифицированных акриловых клеях // Ресурсозберігаючі матеріали, конструкції, будівлі та споруди: Зб. наук. праць. - Рівне, 2000. - Вип. 5. - С. 75-81.

2. Скляров В.А. Стабильность усилия предварительной затяжки модифицированным акриловым клеем // Науковий вісник будівництва. - Харків: ХГТУСА, 2001. - Вып. 12. - С. 101-103.

3. Молодченко Г.А., Скляров В.А. Влияние глубины заделки на прочность клеевого анкера // Моделирование и оптимизация в материаловедении. Тез. докладов международного семинара МОК’40. - Одесса, 2001. - С. 90-91.

4. Молодченко Г.А., Скляров В.А. Деформативность анкерных болтов на модицированных акриловых клеях // Коммунальное хозяйство городов: Науч.- техн. сб. - К.: Техніка, 2001. - Вып. 27. - С. 175-186.

5. Молодченко Г.А., Скляров В.А. Определение коэффициента основной нагрузки для анкерных болтов на акриловых клеях // Ресурсозберігаючі матеріали, конструкції, будівлі та споруди: Зб. наук. праць. - рівне, 2001. - Вип. 6. - С. 264-269.

6. Скляров В.А. Распределение усилий в клеевом анкере при креплении оборудования к фундаментам // Коммунальное хозяйство городов: Науч.- техн. сб. - К.: Техніка, 1998. - Вып. 16. - С. 24-28.

7. Скляров В.А. Жесткость анкерных болтов на акриловых клеях // Науковий вісник будівництва. - Харьков: ХГТУСА, 2000. - Вип. 10. - С. 67-72.

8. Скляров В.А., Молодченко Г.А. Применение анкерных болтов на акриловых клеях при реконструкции промышленных предприятий // Будівельні конструкції: Міжвідомчий науково-технічний збірник. - К.: НДІБК, 2001. - Вип. 54. - С. 610-614.

9. Патент № 39555А. Україна. МКИ СО9J4/02, СО8L33/12. Самотвердіюча клейова композиція / Шутенко Л.М., Волювач С.В., Скляров В.О. та інші. - № 2000105734. Заявл. 10.10.2000. Опубл. 15.06.2001.

10. Патент № 49587А. Україна МКИ С09J4/00, СО8L33/12. Самотвердіюча клейова композиція / Шутенко Л.М., Волювач С.В., Скляров В.О. та ін. - № 2002010074; Заявл. 03.01.2002. Опубл. 16.09.2002.

11. Молодченко Г.А., Скляров В.А. Стабильность усилия предварительной затяжки анкерных болтов на акриловых клеях // Коммунальное хозяйство городов: Науч.-техн. сб. вип. 39. - К.: Техніка, 2002. - С. 74-87.

12. Молодченко Г.А., Скляров В.А. Прочность и усилия предварительной затяжки анкерных болтов на акриловых клеях при динамических нагружениях // Коммунальное хозяйство городов: Науч.-техн. сб. Вип. 43. - К.: Техніка, 2002. - С. 9 - 16.

анотації

Скляров В.О. Міцність та розрахункові характеристики анкерних болтових з’єднань на модифікованих акрилових клеях. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук із спеціальності 05.23.01 - “Будівельні конструкції, будівлі та споруди”. Полтавський національний технічний університет імені Юрія Кондратюка, Полтава, 2003. Міністерство освіти і науки України.

Дисертація присвячена визначенню міцності й деформативності анкерних болтових з'єднань з бетоном модифікованими акриловими клеями при впливі на них короткочасних, довгостроково діючих і динамічних висмикуючих зусиль з метою встановлення глибини закладання анкера, а також параметрів необхідних для виконання розрахунку зазначених з'єднань.

У результаті експериментів визначена глибина закладення анкерних болтів у бетон модифікованими акриловими клеями для кріплення технологічного устаткування і будівельних конструкцій.

Визначено деформації анкерних болтових з'єднань при короткочасних і довгостроково діючих навантаженнях.

На підставі теоретичних і експериментальних досліджень визначені коефіцієнти навантаження ч і k стабільності попереднього затягування анкерних болтів.

Експерименти по визначенню втомної міцності анкерних болтових з'єднань на модифікованих акрилових клеях показали, що вони не руйнувалися після 6?106 циклів навантаження.

Виконані дослідно-промислове впровадження та економічна оцінка показали ефективність застосування анкерних болтових з'єднань на модифікованих акрилових клеях.

Ключові слова: акриловий клей модифікований; анкерні болтові з'єднання; глибина закладення; короткочасна, тривала та втомна міцність; деформативність; коефіцієнт навантаження; коефіцієнт стабільності попереднього затягу анкерних болтів.

Скляров В.А. Прочность и расчетные характеристики анкерных болтовых соединений на модифицированных акриловых клеях. Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01 - “Строительные конструкции, здания и сооружения”. Полтавский национальный технический университет имени Юрия Кондратюка, Полтава, 2003. Министерство образования и науки Украины.

Диссертация посвящена определению прочности и деформативности анкерных болтовых соединений с бетоном модифицированными акриловыми клеями при воздействии на них кратковременных, длительно действующих и динамических выдергивающих усилий с целью установления глубины анкеровки, а также параметров необходимых для выполнения расчета указанных соединений.

В результате экспериментов определена глубина заделки анкерных болтов в бетон модифицированными акриловыми клеями, которая равна для крепления технологического оборудования и для крепления строительных конструкций.

Исследование длительной прочности показали, что при указанных глубинах заделки обеспечивается надежная работа анкерных болтовых соединений на модифицированных акриловых клеях.

Исследования деформаций анкерных болтовых соединений при кратковременных и длительно действующих нагрузках показали, что при расчетных напряжениях в болтах они незначительны. При достижении в них напряжений выше предела текучести при глубине заделки анкеров разрушение соединения происходило по контакту клей-анкер, при - по сечению болта. В этом случае смещения незагруженного конца анкера достигали значительных размеров.

По результатам статистической обработки результатов экспериментов деформативности анкерных болтовых соединений определена их жесткость С3.

На основании теоретических и экспериментальных исследований по определению деформативности анкерных болтовых соединений на модифицированных акриловых клеях определен коэффициент нагрузки ?, который необходим для расчета указанного соединения согласно СНиП 2.09.03-85.

По результатам экспериментов определена стабильность предварительной затяжки анкерных болтов на модифицированных акриловых клеях при статистическом и динамическом нагружениях.

В результате обработки данных указанных экспериментов установлен коэффициент k стабильности предварительной затяжки, который зависит от глубины заделки болтов в бетон и вида нагружения (статического или динамического).

Эксперименты по определению усталостной прочности анкерных болтовых соединений на модифицированных акриловых клеях показали, что они не разрушались после 6?106 циклов нагружений. После завершения указанных экспериментов была определена остаточная прочность образцов при действии кратковременных выдергивающих усилий. Испытанные образцы разрушались при глубинах заделки анкеров по контакту клей-анкер, а при – по сечению болта. значения остаточной прочности аказались аналогичными значениям, полученным при испытаниях образцов анкерных болтовых соединений на кратковременное статическое воздействие.

Выполненные опытно-промышленное внедрение и экономическая оценка показали эффективность применения анкерных болтовых соединений на модифицированных акриловых клеях.

Ключевые слова: акриловый клей модифицированый; анкерные болтовые соединения; глубина заделки; кратковременная, длительная и усталостная прочность; деформативность; коэффициент нагрузки; коэффициент стабильности предварительной затяжки анкерных болтов.

Sklayrov V.A. durabilit and settlement characteristics anchor bolts connections on modified acrylic glues. The manuscript.

The Dissertation on competition of a scientific degree of Cand. Tech. Sci. on a speciality 05.23.01 - " Building designs, buildings and constructions ". The Poltava national technical university of a name of Jury Kondratjuka, Poltava, 2003. The Ministry of Education and sciences of Ukraine.

The dissertation is devoted to definition of durability and deformation anchor connections with concrete modified acrylic by glues at influence on them short-term, is long working and dynamic pulling out efforts with the purpose of an establishment of depth of anchoring, and also parameters necessary for performance of calculation of the specified connections.

As a result of experiments depth of closing up anchor bolts in concrete modified