міністерство освіти та науки України

харківський державний технічний університет будівництва та архітектури

УДК 651.58.668.3

Гелета Олександр Васильович

Технологія клейового закріплення у Бетоні металевих анкерів не круглого переРІЗУ

Спеціальність 05.23.08 – Технологія і організація промислового та                                                 цивільного будівництва

А в т о р е ф е р а т

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Харків – 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури.

Науковий керівник – кандидат технічних наук, професор кафедри безпеки життєдіяльності та інженерної екології Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури Кутовий Едуард Миколайович

Офіційні опоненти: Черненко Віталій Костянтинович,

доктор технічних наук, професор, завідувач кафедрою технології будівельного виробництва Київського національного університету будівництва та архітектури Міністерства освіти і науки України

Панченко Володимир Олексійович,

кандидат технічних наук, доцент кафедри будівельного виробництва та будівельних матеріалів Харківської державної академії міського господарства Міністерства освіти і науки України

Провідна установа: Придніпровська державна академія будівництва та архітектури Міністерства освіти і науки України

Захист відбудеться „ 11 ” лютого 2004 р. о 13.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.056.01 при Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури Міністерства освіти та науки України, за адресою: 61002, м. Харків, вул. Сумська, 40.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Харківського державного технічного університету будівництв та архітектури за адресою: м. Харків, вул. Сумська, 40.

Автореферат розісланий „ 9 ” січня 2004 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

д.т.н., професор Яковлева Р.А.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Кріплення технологічного обладнання на готових залізобетонних фундаментах гладкими циліндричними болтами (без гаків, відгинів, плитовин, конічних розширень і інших пристроїв), що встановлені в пробурені шпури і закріплені в них синтетичними клеями, широко застосовується при будівництві, реконструкції і ремонті промислових будинків і споруд різних галузей виробництва. Такі анкери використовуються також для установки закладних деталей, необхідних для кріплення будівельних металоконструкцій – площадок, містків, кронштейнів під різні комунікації, елементів обрамлення прорізів і т.д. Виробничі спостереження і результати досліджень технології анкероустановочних робіт з використанням різних клейових композицій (епоксидних, акрилових, силоксанових) свідчать про значну техніко-економічну ефективність цієї технології – зменшення витрат праці, тривалості робіт, витраті металу, цементу, коштів.

Тому подальше удосконалювання цієї технології є актуальним, а одним з його перспективних напрямків є використання анкерів не круглого перерізу – пластин і прокатних профілів, що закріплюються в шпурах прямокутного або круглого перерізу. Комплексні дослідження таких конструктивно-технологічних рішень раніше не проводилися.

Метою дослідження є розширення сфери застосування прогресивної технології клейового закріплення в бетоні металевих анкерів шляхом зменшення глибини їх закладення, наукове обґрунтування конструктивно-технологічних параметрів анкерів не круглого перерізу.

Робоча гіпотеза: застосування анкерів не круглого перерізу, що закріплюються клеями, дозволить зменшити глибину їх закладення, підвищити універсальність і розширити сферу їх застосування.

Область дослідження – технологія кріплення елементів будівельних конструкцій і обладнання до бетонних і залізобетонних конструкцій при будівництві, реконструкції і ремонті будинків та споруд.

Предмет дослідження – технологічні й організаційні параметри анкероустановочних робіт при використанні металевих анкерів не круглого перерізу, що закріплюються клеями.

Методичні основи дослідження – лабораторні і напіввиробничі експерименти, методи математичної обробки експериментальних даних, теоретичні дослідження з використанням сучасних уявлень про характеристики міцності і деформативні характеристики бетону, металу, клейових композицій.

Задачі дослідження:

- визначити параметри міцності та геометричні параметри анкерів прямокутного перерізу, а також анкерів із прокатних і гнутих профілів, що встановлюються у шпури відповідного перерізу або в циліндричні шпури;

- обґрунтувати вибір найбільш ефективних засобів механізації для утворення в бетоні шпурів з перерізами різних форм;

- розробити склад клейових композицій, що допускають установку клейових анкерів на вертикальних поверхнях будівельних конструкцій;

- обґрунтувати технологічні й організаційні параметри процесу установки анкерів не круглого перерізу;

- провести експериментальні дослідження для визначення характеристик міцності і технологічних характеристик клейових анкерних з’єднань.

Наукова новизна роботи полягає в тому, що вперше проведені комплексні дослідження технології клейового закріплення в бетоні металевих анкерів не круглого перерізу, у результаті яких:

- визначено характеристики міцності і геометричні характеристики анкерних з'єднань;

- обґрунтовано продуктивність сучасних ударно-обертальних машин при виконанні домінуючої по трудомісткості і тривалості операції утворення в бетоні шпурів круглого і, особливо, прямокутного перерізу;

- запропоновано узагальнені показники для оцінки технічного рівня і вибору цих машин;

- наведено склад клейових композицій для закріплення анкерів на горизонтальних і вертикальних поверхнях будівельних конструкцій;

- проведено експериментальні дослідження деформативних характеристик і характеристик міцності анкерів;

- запропоновано залежності та наведені вихідні дані для технологічних розрахунків процесу установки анкерів;

- намічені шляхи подальших досліджень в сфері удосконалення технології анкероустановочних робіт.

Практична значимість роботи полягає у розробці конструктивних і технологічних параметрів процесу клейового закріплення в бетоні металевих анкерів у виді пластин, прокатних і гнутих профілів, що використовуються як закладні деталі при будівництві і, особливо, при реконструкції та ремонті промислових будинків і споруд. Можливість зменшення глибини закладення в бетон таких анкерів дозволить підвищити їх універсальність і розширити область застосування. Результати дослідження є основою для розробки технічних рекомендацій з технології клейового закріплення анкерів не круглого перерізу.

Апробація роботи. Результати досліджень доповідалися і обговорювалися на науково-технічних конференціях Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури в 2000-2002 роках.

Реалізація результатів дослідження. Результати дослідження прийняті для впровадження проектно-будівельним концерном “Прогрес” при реконструкції цехів заводу залізобетонних конструкцій №4 під виробничі цехи ВАТ “Елеватормельмаш” (м. Харків, вул. Котлова, 191) і будинку універмагу “Україна” під оздоровчо-розважальний комплекс (м. Харків, пр. 50-річчя ВЛКСМ), а також АТЗТ “Макрокап Девелопмент Україна” при будівництві житлових комплексів з розвиненою макроструктурою “Павлово поле”, “Джокер” (м. Харків, вул. Героїв праці, 14), торгово-розважального й адміністративного центра “Ковчег”, центра морського туризму “Алушта-Марина”.

Сумарний розрахунковий економічний ефект складає 28770 грн.

Публікації. Основні положення дисертації опубліковані в 4-х наукових працях.

Структура й обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, 4 розділів, висновків, списку використаної літератури з 94 найменувань, чотирьох додатків, викладена на 136 аркушах машинописного тексту, містить 18 таблиць і 38 рисунків.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми дисертації, зазначені мета і задачі дослідження, наукова новизна і практичне значення роботи.

У першому розділі приведений аналіз інформації про результати раніше виконаних досліджень конструктивно-технологічних характеристик анкерів циліндричного перерізу, що закріплюються в готових залізобетонних конструкціях епоксидними, акриловими, силоксановими клеями. Висока ефективність, широка сфера застосування і значні обсяги практичного використання таких анкерів стали результатами досліджень Барча І.З., Ігоніна Л.А., Черкаського І.Г., Золотова М.С., Сергієнко А.І., Спіранде Р.А., Пагі Б.Ю., Морковської Н.Г., Гарбуза А.О., Панченка В.А., Нохріної Л.А. та ін.

Важливими висновками, зробленими в результаті зазначених досліджень, є: наявність лінійної залежності між напругою в анкері до появи в ньому пластичних деформацій і глибиною його закладення в бетон; постійність значення величини зчеплення анкера в діапазоні цієї лінійної залежності для різних діаметрів анкерів D і складу клейових композицій; рівноміцність анкерного з'єднання по сталі, бетону і клею досягається при глибині закладення циліндричного анкера lц = (7,510)d.

В усіх дослідженнях розглядалися тільки циліндричні анкери і, відповідно, методи та засоби механізації утворення в залізобетоні шпурів для установки таких анкерів.

Так як несуча здатність анкера, закріпленого в бетоні клеєм, залежить від глибини його закладення в бетон, тобто від площі його контактної поверхні, то збільшення цієї площі дає можливість зменшити глибину закладення анкера, що важливо при його установці в тонкостінних конструкціях; при цьому заощаджується метал, розширюється сфера застосування анкерів.

Одним з можливих рішень є застосування анкерів не круглого, а прямокутного чи іншого перерізу, тому що при однаковій глибині закладення величина контактної поверхні анкера залежить від периметра його перерізу.

Для анкера-пластини (рис. 1.1) при збільшенні глибина закладення анкера lп може бути значно зменшена (рис. 1.2).

Міркування про можливість і доцільність використання клейових анкерів не круглого перерізу вперше були висловлені співробітниками наукової частини Харківського ПромбуднДІпроекту кандидатами технічних наук Черкаським І.Г., Сергієнко А.І., Рабиновичем Е.А., але не отримали надалі розвитку і наукового обґрунтування. У даній роботі почата спроба заповнити цей пробіл на основі приведеної вище робочої гіпотези.

На підставі вищевикладеного сформульовані мета і задачі дослідження (рис. 1.3).

Другий розділ присвячений аналізу геометричних параметрів і параметрів міцності анкерів не круглого перерізу, що можуть установлюватися: а) у шпури прямокутного перерізу (рис. 2.1) і б) у циліндричні шпури (рис. 2.2).

Шпур прямокутного перерізу може бути утворений буравленням n близько розташованих циліндричних шпурів і руйнуванням перемичок між ними (рис. 2.3).

У цьому випадку площа перерізу шпуру

, | (2.1)

де

Об’єм бетону, що видаляється бурінням n циліндричних шпурів

, | (2.2)

руйнуванням перемичок між шпурами |

(2.3)

Відстані між шпурами t доцільно приймати в діапазоні від до в залежності від ширини анкера в.

З метою економії клею і надійного попереднього закріплення плоского анкера в шпурі (до отвердіння клею) доцільно приймати товщину анкера |

(2.4)

Тоді товщина клейового прошарку , а відстань між крайніми циліндричними шпурами |

(2.5.)

При t = 0,25 DШ об’єм перемичок VП складає 28% від об’єм шпуру VШ; при t = DШ він збільшується до 50,8%; загальний об’єм шпуру VШ збільшується на 45% і викликає збільшення термінів робіт і їх трудомісткості. При цьому виникає необхідність невиправданого збільшення ширини анкера в на 36%.

Запропонований автором кондуктор-шаблон, що фіксується в двох, утворених у першу чергу крайніх шпурах, дозволяє зменшити t до 0,25DШ.

Діаметр шпуру DШ, необхідний для установки анкерів не круглого перерізу шириною в і товщиною (або відношенням відповідних сторін прямокутника, у який уписується будь-який переріз анкера) дорівнює

,       де . | (2.6)

Граничний стан анкерного з'єднання (бетон – клейовий прошарок – метал) при розтяжному зусиллі F характеризується: досягненням у металевому анкері границі плинності; порушенням адгезійної міцності з'єднання по контактній поверхні анкера; порушенням зчеплення клейового прошарку з поверхнею бетону; виривом призми бетону.

Для забезпечення рівноміцності з'єднання повинні бути виконані наступні умови:

F RsАа | (2.7) | RaAa SШ | (2.9)

RaAa RSШ | (2.8) | SШ F | (2.10)

де Rs – розрахунковий опір анкера, що розтягує; Ra – границя плинності матеріалу анкера; R – тимчасовий опір бетону сколюванню; F – руйнівне навантаження для виривання призми бетону; – середня величина зчеплення на контакті клейового прошарку з металом; Aa – площа поперечного перерізу анкера; SШ – площа поперечного перерізу шпуру.

Для анкерів прямокутного перерізу, закріплених у циліндричних шпурах, за умовою рівноміцності анкера й адгезійної міцності клейового прошарку на його поверхні

, | (2.11)

за умовою рівноміцності анкера і міцності бетону на сколювання при торканні граней анкера внутрішньої поверхні шпуру |

(2.12) | (2.13)

де R – міцність бетону на стиснення.

При наявності клейового прошарку товщиною К між гранями анкера і поверхнею шпуру |

(2.14) | (2.15)

Для анкерів прямокутного перерізу, закріплених у шпурах прямокутного перерізу,

, | (2.16) | , | (2.17)

(2.18)

Результати розрахунків показують, що глибина закладення анкерів у циліндричних і в шпурах прямокутного перерізу за умовами адгезійної міцності і міцності бетону на сколювання при наявності клейового прошарку практично збігається (різниця складає 3%); наявність клейового прошарку в циліндричному шпурі зменшує глибину закладення анкера; зі збільшенням поперечного переріза анкера товщина клейового прошарку значно менше впливає на глибину його закладення.

Третій розділ присвячений технології клейового закріплення анкерів не круглого перерізу.

Розглянуто конструктивні, технологічні й економічні характеристики епоксидних, акрилових, силоксанових клейових композицій.

Істотними технологічними перевагами епоксидного клею при його використанні для закріплення в бетоні металевих анкерів будь-якого перерізу в різних просторових положеннях є можливості регулювання в широких межах технологічної життєздатності і початкової в'язкості. Остання істотно впливає на витікання клею зі шпуру при горизонтальному розташуванні анкера, тому в подальших дослідженнях застосовувалися високонаповнені епоксидні композиції (до 500 мас. частин наповнювача).

Витікання клею зі шпуру прямокутного перерізу описується рівнянням (3.1)

, | (3.1)

де Q – витрата рідини, см3/с; P – перепад тиску, кг/см2; – динамічний коефіцієнт в'язкості, Нс/м2; l2, l, DШ – ширина, глибина і діаметр шпуру, см.

По літературним даним і результатам проведених експериментів високонаповнена епоксидна композиція втрачає здатність плинності через 30-40 с після остаточного змішування компонентів при технологічній життєздатності 40-50 хв.

Домінуючим по тривалості і трудомісткості процесом при виробництві анкероустановочних робіт є утворення шпурів у затверділому бетоні.

Для утворення шпурів найбільше поширення одержали ручні електричні машини ударно-обертальної дії. У порівнянні з пневматичними машинами аналогічного призначення вони мають меншу вагу, більш універсальні, не вимагають спеціального енергоносія.

Багато відомих вітчизняних і зарубіжних фірм (Бош, Блэк энд Декер, Макита, Атлас, Спарки, Фиолент та ін.) виробляють по кілька десятків моделей машин практично однакового класу, тому вибір споживачем тієї чи іншої моделі представляє відомі труднощі, тому що однозначна оцінка машин на основі аналізу їх технічних характеристик, як правило, ускладнена – нерідкі випадки, коли деякі з них досить високі, а інші незадовільні.

Подібне положення викликає у користувача прагнення до вибору із сукупності характеристик машин одного головного узагальненого показника, що дозволяє з достатнім ступенем вірогідності судити про загальний технічний рівень машини.

Як показники комплексної оцінки пропонується використовувати наступні:

, ; | (3.2) | , ; | (3.3)

, | (3.4)

Найбільш інформативним є показник К3, що враховує значення потужності (W), максимального діаметра утвореного отвору (D), частоти ударів (n) і маси машини (М).

Запропоновані показники не претендують на повне охоплення якостей машин: не враховується вартість, напрацювання до відмови та інші їх якості. Тому в тих випадках, коли технологічні будівельні процеси вимагають утворення одиничних отворів або шпурів, застосування тієї чи іншої моделі не має істотного значення. Однак при необхідності утворення значної кількості шпурів, зокрема, при установці в бетоні із застосуванням клейових композицій металевих циліндричних і особливо профільних анкерів, вибір ручних ударно-обертальних машин з високими значеннями комплексних показників буде сприяти підвищенню продуктивності і полегшенню праці.

Для подальших експериментальних досліджень продуктивності утворення шпурів круглого і прямокутного перерізу обрані моделі з найкращими комплексними показниками. Необхідність проведення таких досліджень викликана тим, що наявні дані про продуктивність буріння в деяких випадках занижені, в інші завищені; вони суперечливі і, очевидно, недостатньо обґрунтовані для використання в технологічних розрахунках. Крім того, у раніше виконаних дослідженнях використовувалися машини й інструменти, що у даний час вважаються частково чи повністю морально застарілими.

Метою експериментальних досліджень було визначення залежності , де V – швидкість буріння, мм/хв.; D – діаметр шпуру (прийнятий рівним діаметру бурового інструмента), мм; l – глибина шпуру, мм; P – межа міцності бетону.

Шпури утворювалися в бетонних зразках і бетонних блоках класу В7,5 і В25.

Пробурювалось по 7 шпурів, при цьому визначалася за допомогою глибиноміра глибина шпуру, пробуреного за 60 с.

Як буровий інструмент застосовувалися стандартні долотчаті бури по бетону діаметром 10, 16, 20 і 24 мм фірми Бош із твердосплавними пластинами.

З метою проведення наступних експериментів по утворенню шпурів прямокутного перерізу шляхом видалення перемичок між близько розташованими в ряд шпурами буріння виконувалось таким чином, щоб у кожній серії експериментів шпури розташовувалися в ряд з відстанню між центрами 1,25D; 1,5D; 1,75D, що відповідає товщині перемичок між шпурами 0,25D; 0,5D; 0,75D. Для забезпечення зазначених міжцентрових відстаней використовувалися кондуктори.

Попередній експеримент по визначенню загального виду залежності при бурінні 7 шпурів діаметром 10 мм у бетоні класу В7,5 показав, що тривалість буріння Т прямо пропорційна глибині шпуру, тобто .

Тому можна спростити знайдену залежність за рахунок зменшення кількості змінних величин до двох, тобто .

На рис. 3.1 приведена залежність для двох класів бетону.

Регресійне рівняння швидкості буріння має вид:

, | (3.5)

де Х1, Х2 – безрозмірні кодовані перемінні.

Відтворюваність дослідів установлена за критерієм Кохрена, значимість коефіцієнтів – за критерієм Стьюдента, адекватність рівняння перевірена за критерієм Фішера.

Руйнування перемичок між близько розташованими в ряд циліндричними шпурами здійснювалось із застосуванням ударно-обертальних ручних електричних машин з механізмом відключення обертання при заміні бура зубилом.

У кожній серії експериментів у блоках з бетону класів В7,5 і В25 пробурювалось по 7 шпурів діаметром D = 10, 16, 20 і 24 мм при найменшій товщині перемичок між шпурами від 0,25D до 0,75D. Таким чином, було отримано 72 серії по 7 шпурів у кожній. Потім у кожній серії виконувалось руйнування спочатку двох крайніх, а потім двох середніх перемичок. Тривалість операцій вимірялася секундоміром. Продукти буріння і руйнування перемичок видалялися зі шпурів стисненим повітрям. Контроль якості утворених шпурів здійснювався шляхом введення в них металевої пластини товщиною 0,75D.

Один із прикладів результатів вимірів приведений на рис. 3.2.

Склад і послідовність операцій установки клейових анкерів приведені на рис. 3.3.

Для виконання технологічних розрахунків при проектуванні і виконання анкероустановочних робіт рекомендуються наступні залежності:

Маса клею для закріплення одного анкера складає

, | (3.6)

де АШ, Аа – площі перерізу шпуру й анкера; l – глибина закладення анкера; – об'ємна маса клею.

Кількість анкерів n, які можна закріпити одним замісом клею з масою Q, дорівнює

. | (3.7)

При наявності готових шпурів кожний з анкерів установлюється за час Туст., а загальна кількість анкерів із урахуванням технологічної життєздатності одного замісу Т складає

, | (3.8)

де tз – час приготування одного замісу.

, Туст. = Т1 + Т2 + ТЗ,

де Т1 – тривалість обробки поверхні анкера;

Т2 – тривалість заповнення шпуру клеєм;

ТЗ – тривалість вдавлення анкера в шпур.

При суміщенні операцій

Туст. = (Т1 + Т2)К1 + ТЗ = (Т1 + Т2)0,5 + ТЗ, | (3.9)

де К1 = 0,5 – коефіцієнт суміщення.

. | (3.10)

При установці анкерів прямокутного перерізу в шпури прямокутного перерізу

; | (3.11)

. | (3.12)

При установці анкерів прямокутного перерізу в циліндричні шпури із торканням граней анкера поверхні шпуру

| (3.13)

. | (3.14)

Необхідна для технологічних розрахунків технічна продуктивність утворення шпурів прямокутного перерізу може визначатися по приведеним у дисертації даним (один з результатів досліджень як приклад приведений на рис. 3.4).

У четвертому розділі приведені результати експериментальної перевірки несучої здатності анкерів.

Вивчався вплив на несучу здатність анкера наступних факторів: напрямку дії зсувної сили відносно площини склеювання; характеру просторового розташування анкера при зсуві, спрямованому паралельно площини склеювання; відстані між анкером і гранню бетонної конструкції.

Схеми іспитів анкерів приведені на рис. 4.1.

Анкери встановлювалися в блоках стін підвалу СП-6 з бетону класу В25; застосовувалася високонаповнена клейова композиція, що вносилася в шпури за допомогою штапелю; при випробуваннях використовувалися анкери-штаби зі сталі з межею текучості 285 Мпа з перерізом 50х8 мм. Як силова установка використовувалися ручна маслостанція і гідравлічний домкрат з максимальним зусиллям 50 т.

Для проведення експериментів були задіяні 5 партій зразків з напрямком дії сили перпендикулярно площині склеювання і 5 партій зразків з напрямком дії сили паралельно площині склеювання. Глибина шпуру приймалася від 30 до 90 мм для першої партії і від 30 до 120 мм для другої партії (по 15 зразків у кожній).

Вплив на міцність анкерного з'єднання глибини закладення анкера і напрямку дії зсувної сили щодо площини склеювання приведено на рис. 4.2.

Анкер прямокутного перерізу може бути розташований у бетоні таким чином, щоб його більша сторона (рис. 4.3, а) або менша сторона (рис. 4.3, б) дорівнювала глибині закладення при одній і тій же площі склеювання. Напрямок дії зсувної сили прийнято паралельним площини склеювання, тому що несуча здатність анкерного з'єднання при цьому вище, ніж при дії зсувної сили перпендикулярної площі склеювання.

Результати експериментів свідчать про те, що при обох варіантах розташування анкерів їх контактна площа відрізняється не більш, ніж на 4%, а несуча здатність – на 1,6-5,4%, тобто у відношенні міцності варіанти практично однакові. Однак з технологічної точки зору більш кращим є варіант (б), при якому глибина закладення істотно менше, і видалення перемичок між пробуреними циліндричними шпурами для утворення шпуру прямокутного перерізу вимагає менших витрат праці і часу.

Для визначення впливу на міцність анкерного з'єднання відстані між анкером і кутовою гранню бетонної конструкції досліджувалося 4 типи анкерів зазначеного вище перерізу, із глибиною закладення 30, 50, 80 і 100 мм. Відстані між анкерами і кутовою гранню бетонної конструкції приймалося від 40 до 120 мм. Методика дослідження аналогічна приведеній вище; зсувна сила спрямована паралельно площини склеювання, глибина закладення анкерів приймалася рівною більшій їх стороні. Результати приведені на рис. 4.4.

На рис. 4.4 кружками позначені крапки, ліворуч від яких відбувається руйнування кутової грані бетонної конструкції при різних глибинах закладення анкерів. Пунктирною лінією показана границя мінімального наближення анкера до кутової грані конструкції. Для практичних конструктивних рішень можна рекомендувати розташування анкерів, що сприймають навантаження до 100 кН, на відстані не менше 120 мм від кутової грані конструкції.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Основним результатом виконаних досліджень є наукове обґрунтування технічної й економічної доцільності способу закріплення в готових бетонних конструкціях за допомогою клею металевих анкерів не круглого перерізу (штабів, кутиків, швелерів та ін.) і визначення технологічних параметрів процесу їх закріплення. Застосування таких анкерів у порівнянні з добре дослідженими і широко застосовуваними циліндричними анкерами дозволяє зменшити глибину їх закладення в бетон і допускає установку анкерів у тонкостінних конструкціях, що розширює сферу їх застосування. Технічні труднощі, зв'язані з утворенням у бетоні шпурів не круглого перерізу, вирішуються шляхом обґрунтованого вибору і застосування сучасних засобів механізації.

У результаті досліджень підтверджена покладена в основу дисертації робоча гіпотеза про переважний вплив на міцність клейового анкерного з'єднання величини контактної поверхні анкера з клейовим прошарком і бетоном, яка у анкера не круглого перерізу більша контактної поверхні циліндричного анкера.

2. Раціональною сферою застосування таких анкерів є кріплення металевих столиків або інших деталей для обпирання балок, ригелів, стінових панелей, інженерних комунікацій при будівництві і, особливо, реконструкції будинків і споруд; ці анкери при дії на них зсувного зусилля мають істотно більшу несучу здатність у порівнянні з циліндричними анкерами.

3. Анкери прямокутного чи іншого не круглого перерізу можуть встановлюватися в шпури круглого або прямокутного перерізу. Для обох варіантів визначені геометричні параметри шпурів, у тому числі, з урахуванням технологічних особливостей утворення шпурів прямокутного перерізу (буріння циліндричних шпурів з наступним видаленням перемичок між ними) та врахуванням розмірів і конфігурації елементів анкера, що установлюється в бетон: діаметри, кількість шпурів, відстані між ними, об’єм бетону, що видаляється при бурінні та руйнуванні перемичок для різних співвідношень товщини і ширини анкера. Приведені в дисертації розрахункові залежності визначені за умови рівноміцності з'єднання по сталі, клейового прошарку і бетону. Установлено, що глибини закладення для обох варіантів по адгезійній міцності і міцності бетону на сколювання практично збігаються.

4. Для закріплення анкерів обґрунтоване застосування високонаповнених епоксидних композицій (до 500 мас. частин наповнювача), що володіють високими характеристиками міцностями (Rстиснення = 80 МПа, Rзсуву = 25 МПа, Rрозтягання. = 10 Мпа); високою в'язкістю, що допускає установку анкерів у горизонтальних шпурах, у тому числі, круглого перерізу; широким діапазоном регулювання технологічної життєздатності (від 65 до 180 хв.), що важливо для раціонального проектування виробництва анкероустановочних робіт.

5. Домінуючої по трудомісткості і тривалості операцією при установці анкерів, особливо, анкерів не круглого перерізу, є утворення шпурів прямокутного перерізу. У результаті аналізу основних технічних характеристик сучасних засобів механізації утворення в бетоні шпурів установлено, що для виконання зазначеної операції в нестаціонарних умовах будівництва найбільш прийнятні ручні електричні ударно-обертальні машини, якими можна пробурювати за допомогою запропонованого кондуктора серію близько розташованих шпурів, а потім, замінивши бур долотом при відключенні обертання, руйнувати перемички між шпурами.

6. Запропоновано комплексні узагальнені показники для порівняльної оцінки технічного рівня цих машин, що включають дані про їх потужність, максимальний діаметр буріння, частоту ударів, масу.

7. У результаті експериментів установлені залежності:

- швидкості та тривалості буріння від класу бетону (В7,5 і В25) і діаметра шпурів (10, 16, 20, 24 мм) при глибинах шпуру, рівних 5; 7,5; 10 діаметрам шпуру;

- для тих же умов – тривалості видалення перемичок від їх товщин, рівних 0,25; 0,5; 0,75 діаметра шпуру.

Отримані результати, що відносяться до сучасних машин нового покоління, істотно уточнюють відомі дані про швидкість буріння по бетону, а в частині утворення шпурів прямокутного перерізу є новими.

8. Експериментальні дослідження несучої здатності анкерів прямокутного перерізу підтвердили їх високу міцність при впливі на них зсувного навантаження, характерного для закладних деталей, сфера застосування яких зазначена в п.2.

Встановлено:

- несуча здатність анкерного з'єднання лінійно збільшується при глибині закладення анкера до 60-70 мм і при подальшому збільшенні глибини істотно не зростає;

- несуча здатність анкерів, площина склеювання яких паралельна напрямку дії зсувної сили, вище в середньому на 66% несучої здатності анкерів, площина склеювання яких перпендикулярна напрямку дії цієї сили;

- при однаковій площі склеювання варіанти розташування анкера в бетоні (глибина закладення дорівнює а –довгій або б – короткій стороні анкера) практично не впливають на несучу здатність з'єднання, однак більш кращий варіант (б), при якому перемички між шпурами мають меншу глибину;

- при навантаженнях до 100 кН відстань між анкером і кутовою гранню бетонної конструкції варто приймати не менше 120 мм.

9. Результати досліджень прийняті для впровадження в практику будівництва і реконструкції житлових, громадських і виробничих об'єктів проектно-будівельним концерном “Прогрес” і АТЗТ “Макрокап Девелопмент Україна”. Сумарний розрахунковий економічний ефект складає 28770 грн.

10. Результати роботи дозволяють намітити наступні шляхи подальших досліджень і дослідно-конструкторських розробок, спрямованих на удосконалювання конструктивно-технологічних рішень клейових анкерних з'єднань (у тому числі, що виходять за рамки спеціальності 05.23.08 – Технологія і організація промислового та цивільного будівництва):

- розробка клейових композицій з високою температурною стійкістю;

- перевірка несучої здатності анкерів, що встановлюються у шпури сегментної форми, утворені алмазними дисками;

- застосування спеціальних речовин, що розширюються, для руйнування перемичок між шпурами;

- розробка спеціального оснащення для закріплення анкерів-штабів у шпурах круглого перерізу шляхом їх вібраційного заповнення твердими цементно-піщаними сумішами.

Основний зміст дисертації опублікований в таких роботах:

1. Кутовой Э.Н., Гелета А.В. К вопросу применения анкеров прямоугольного сечения, закрепляемых в бетоне синтетическими клеями // Науковий вісник будівництва. – Харків: ХДТУБА ХОТВ АБУ, 2000. №10. – С. 113-117.

2. Кутовой Э.Н., Гелета А.В. Особенности образования в железобетонных конструкциях шпуров для заделки плоских металлических анкеров // Коммунальное хозяйство городов: научно-технический сборник. – К.: Техніка. Вып. 25, 2000.

3. Гелета А.В., Кутовой Э.Н. Сравнительная оценка основных эксплуатационных параметров ручных электрических ударно-вращательных машин // Науковий вісник будівництва. – Харків: ХДТУБА ХОТВ АБУ, 2002. №20. – С. 160-165.

4. Гелета А.В., Архипов О.В. Производительность электрических ударно-вращательных машин при бурении бетона // Коммунальное хозяйство городов. – Киев: Техніка. Вып. 47, серия: Технические науки и архитектура, 2003. – С. 26-34.

АНОТАЦІЯ

Гелета А.В. Технологія клейового закріплення в бетоні металевих анкерів не круглого перерізу.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.08 – Технологія і організація промислового та цивільного будівництва. Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури.

Обґрунтовано технічну і економічну доцільність способу закріплення в готових бетонних конструкціях за допомогою клеїв металевих анкерів не круглого перерізу (штабів, кутиків, швелерів та ін.) та визначені технологічні параметри процесу їх закріплення. Застосування таких анкерів дозволяє зменшити глибину їх закладення в бетон і допускає установку в тонкостінних конструкціях, що розширює область їх застосування.

Досліджено технологічні особливості утворення шпурів прямокутного перерізу (буріння циліндричних шпурів з наступним видаленням перемичок між ними) з врахуванням розмірів і конфігурації елементів анкера.

Приведено розрахункові залежності, що визначені за умови рівноміцності з'єднання по сталі, клейового прошарку і бетону.

Обґрунтовано застосування високонаповнених епоксидних композицій, що мають високі характеристики міцності та в’язкості, що допускає установку анкерів у горизонтальних шпурах.

Установлено залежності швидкості і тривалості буріння від класу бетону та діаметра шпурів при різних їх глибинах, а також тривалості видалення перемичок від їх товщини. Отримані результати, що відносяться до сучасних ударно-обертальних машин нового покоління, істотно уточнюють відомі дані про продуктивність буріння бетону, а в частині утворення шпурів прямокутного перерізу є новими. Запропоновано комплексні показники для оцінки загального технічного рівня цих машин. Проведені експериментальні дослідження несучої здатності анкерів прямокутного перерізу, які підтвердили їх високу міцність при впливі навантаження, характерного для закладних деталей.

Результати досліджень прийняті для впровадження в практику реконструкції цехів заводу залізобетонних конструкцій №4 під виробничі цехи ЗАТ „Елеватормельмаш” і будівлі універмагу „Україна” під оздоровчо-розважальний комплекс у м. Харкові (концерн „Прогрес”), а також будівництво житлових комплексів „Павлово поле”, „Джокер” у м. Харкові, торгово-розважального й адміністративного центра „Ковчег”, центра морського туризму „Алушта-Марина” (АТЗТ „Макрокап Девелопмент Україна”). Розрахунковий сумарний економічний ефект складає 28770 грн.

Ключові слова: реконструкція, ремонт, клейові анкери не круглого перерізу, утворення шпурів, технологічні параметри анкероустановочних робіт, несуча здатність анкерів.

Аннотация

Гелета А.В. Технология клеевого закрепления в бетоне металлических анкеров не круглого сечения.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.08 – Технология и организация промышленного и гражданского строительства. Харьковский государственный технический университет строительства и архитектуры.

Обоснована техническая и экономическая целесообразность способа закрепления в готовых бетонных конструкциях с помощью клеев металлических анкеров не круглого сечения (пластин, уголков, швеллеров и др.) и определены технологические параметры процесса их закрепления. Применение таких анкеров позволяет уменьшить глубину их заделки в бетон и допускает установку в тонкостенных конструкциях, что расширяет область их применения.

Исследованы технологические особенности образования шпуров прямоугольного сечения (бурение цилиндрических шпуров с последующим удалением перемычек между ними) с учетом размеров и конфигурации заделываемых в бетон элементов анкера.

Приведены расчетные зависимости, которые определены из условия равнопрочности соединения по стали, клеевой прослойки и бетону.

Обосновано применение высоконаполненных эпоксидных композиций, обладающих высокими прочностными характеристиками и вязкостью, допускающей установку анкеров в горизонтальных шпурах.

Установлены зависимости скорости и продолжительности бурения от класса бетона и диаметра шпуров при различных их глубинах, а также продолжительности удаления перемычек от их толщин. Полученные результаты, относящиеся к современным ударно-вращательным машинам нового поколения, существенно уточняют известные данные о производительности бурения по бетону, а в части образования шпуров прямоугольного сечения являются новыми. Предложены комплексные показатели для оценки общего технического уровня этих машин. Проведены экспериментальные исследования несущей способности анкеров прямоугольного сечения, которые подтвердили их высокую прочность при воздействии сдвигающей нагрузки, характерной для закладных деталей.

Результаты исследований приняты для внедрения в практику реконструкции цехов завода железобетонных конструкций №4 под производственные цеха ОАО “Элеватормельмаш” и здания универмага “Украина” под оздоровительно-развлекательный комплекс в г. Харькове (концерн “Прогресс”), а также строительство жилых комплексов, “Павлово поле”, “Джокер” в г. Харькове, торгово-развлекательного и административного центра “Ковчег”, центра морского туризма “Алушта-Марина” (АОЗТ “Макрокап Девелопмент Украина”). Расчетный суммарный экономический эффект составляет 28770 грн.

Ключевые слова: реконструкция, ремонт, клеевые анкеры не круглого сечения, образование шпуров, технологические параметры анкероустановочных работ, несущая способность анкеров.

Summary

A.V. Geleta “Technology of Adhesive Fixing the Metal Anchors with the Non-round Section in Concrete”

The dissertation for getting the scientific degree of candidate of technical sciences on the speciality 05.23.08 “Technology and Organization of the Industrial and Civil Construction”. The Kharkov State Technical University of Construction and Architecture.

The technical and economic expediency of the method of fixing the metal anchors with the non-round section (plates, corners, channel etc.) into the prefabricated concrete structures by means of glueing was grounded and the technological parameters of the fixing process were determined. Application of such anchors allows reducing a depth of their sealing in the concrete and makes possible to install them in the structures with the thin sides, which promotes widening the sphere of their use.

The technological peculiarities of forming bore-holes with the rectangular section (boring the cylindrical bore-holes with the following removing the bulkheads between them) have been investigated taking into account the dimensions and configuration of the anchor’s elements sealed into the concrete.

The calculation dependences, which were determined for the condition of the equal strength of steel, glue layer and concrete joints, were produced.

Use of the epoxy compositions with high filling having high strength and viscosity that allows installing the anchors in the horizontal bore-holes was grounded.

The dependences of the velocity and duration of boring on a concrete class and the bore-holes’ diameters for the different values of depth as well as the ones of duration of removing the bulkheads on their thickness were determined. The obtained results concerning the modern percussion- rotary machines of the new generation make the known data about the productivity of boring concrete essentially more exact and in the sphere of forming bore-holes with the rectangular section these are new. The complex indexes for estimation of the general technical level of the machines were offered. The experimental research of the bearing ability of the glue anchors with the rectangular section has been held and as a result their high strength under the shear load, which is typical for the imbedded items, has been confirmed.

The results of studies have been accepted for putting into practice for reconstruction of the workshops of the Concrete Product Plant №4 in the manufacturing workshops of "Elevatormelmash" and for the building of the department store "Ukraina" to be reconstructed in the sanitary-recreational complex (concern "Progress") as well as for construction of housing estates "Pavlovo pole", "Joker" in Kharkov, trade-recreational and administrative centre "Kovcheg", the centre of the sea tourism "Alushta-Marina" ("Маkrоcap Development Ukraine"). The calculation total economic effect is 28770 UHR.

Keywords: reconstruction, repair, glue anchors with not-round section, forming the bore-holes, technological parameters of the anchors installing work, bearing ability of the anchors.

Підг. до друку 8.01.04 | Формат 60х80 1/16

Друк – ризограф | Умовн. друк. аркуш. 1,3

Тираж 100 прим. | Замовлення № 763 Безкоштовно

ХДТУБА, 61002, м. Харків, вул. Сумська, 40