Новые приборы и методы испытании анкерной техники

Текст: С.И. Иванов, старший научный сотрудник лаборатории железобетонных конструкций и контроля качества НИИЖБ им. А.А. Гвоздева, С.Г. Рыков, генеральный директор ООО «Технополис».

Эта статья для специалистов, кто по роду своих профессиональных обязанностей, так или иначе, сталкивается с анкерными креплениями в строительстве при монтаже оборудования, навесных конструкций, проводит испытания анкерной техники в полевых или лабораторных условиях, оценивает несущую способность одиночных или групповых креплений на конкретных объектах строительства.

Полтора десятка лет назад оценить несущую способность анкерных креплений, производимых с помощью анкерных болтов или новых образцов зарубежной анкерной техники, было очень сложно - просто не хватало специальных знаний. Работы в этом направлении только начинались. ЦНИИ промзданий в 2000 г. было выпущено «Пособие по проектированию анкерных болтов для крепления строительных конструкций и строительного оборудования», МДС 31-4.2000, специалисты ЦНИИСК им. Кучеренко изучали зарубежный опыт и начали работы по оценке несущей способности анкерных креплений непосредственно на объектах строительства и в лабораторных условиях, лаборатория №2 НИИЖБ им. А.А. Гвоздева занималась проблемами расчета закладных деталей в железобетонных конструкциях, контролем за прочностью бетонных конструкций вновь возводимых объектов.

Помимо нехватки нормативных документов на методы испытаний анкерного крепежа в различных видах строительного основания отсутствовали и отечественные приборы, специально предназначенные для этого вида испытаний.

В результате целенаправленной работы ФГУ «ФЦС» и специалистов других заинтересованных организаций в 2011 г. был выпущен стандарт ФГУ «ФЦС» «Крепления анкерные. Метод определения несущей способности по результатам натурных испытаний», СТО 44416204-010-2010. Требования к приборам для проведения испытаний в этом документе оказались очень близки приборам для вырыва специальных анкеров при определении прочности бетона методом отрыва со скалыванием по ГОСТ 22690, произведенные СКБ «Стройприбор» в г. Челябинске. После переговоров с руководством СКБ «Стройприбор» в производственной программе специального конструкторского бюро появились необходимые приборы для испытаний анкеров на вырыв при действии осевой растягивающей нагрузки, при этом рост нагрузки и измерение перемещений выполнялся одновременно, в процессе нагружения анкера.

В настоящее время широкое распространение получили приборы СКБ «Стройприбор», предназначенные для испытаний различных типов дюбелей и анкеров в строительных основаниях вытягивающей нагрузкой при проведении натурных испытаний на объектах строительства. Приборы ПСО – МГ4А, ПСО – МГ4АД, ПОС – 50МГ4, имеют ручной привод, электронный блок управления, расположенный на самом приборе с возможностью подключения к ПК для переноса данных. Приборы с ручным приводом могут развивать усилия от 5 до 100кН и оснащаться встроенными датчиками перемещений. С их помощью можно подтвердить основные механические характеристики анкеров или дюбелей, при действии вытягивающей нагрузки, в конкретных видах строительного основания при проведении натурных испытаний на объектах строительства.

Однако следует признать, что чем выше требуется вытягивающее усилие, тем сложнее работать. Приборы, способные развивать 100кН имеют габаритные размеры, предельные для человека нормальной комплекции, бывают случаи, что хода исполнительных механизмов (12 мм) не хватает для завершения процесса разрушения анкерного крепления, а установка датчика перемещения с большим ходом просто невозможна из-за неизбежного увеличения веса и габаритов прибора. Кроме того, имеющиеся на рынке приборы, предназначенные для контроля прочности бетона и испытаний анкеров в условиях строительной площадки, в основном, либо не имеют датчиков перемещений, либо имеют встроенные датчики перемещений, использование которых вносит определенную неточность при оценке перемещений анкеров в процессе разрушения креплений [3].

Все это, а также необходимость в приборах большей мощности и точности для применения их при проведении испытаний анкерной техники в лабораторных условиях с целью установления нормированных параметров механических характеристик привели к разработке и созданию в СКБ «Стройприбор» целой линейки новых приборов (установок), максимально приспособленных для проведения испытаний анкерных креплений как в лабораторных условиях так и в условиях строительной площадки.

Первые образцы установок полтора года назад начали проходить испытания в лаборатории ООО «Технополис» и лаборатории №2 НИИЖБ. За это время были устранены мелкие, неизбежные при создании новой техники недостатки, скорректировано программное обеспечение.

Особенностью установок является то, что все входящие в их состав элементы наилучшим образом скомпонованы и служат достижению поставленной при их проектировании цели: обеспечить удобство работы при сохранении заданных параметров проведения испытаний.

На рис.1 показан общий вид установки, собранной для проведения испытаний.

На рис.2 представлена схема установки.

Установка состоит из силовозбудителя и блока управления с дисплеем, совмещенного с насосной станцией, имеет энергонезависимую память на 100 результатов измерений, часы реального времени и функцию передачи данных на персональный компьютер по USB интерфейсу, может работать как от сети, так и от встроенного аккумулятора.

Блок управления, панель блока управления, насосная станция и аккумулятор конструктивно размещены в переносном кейсе, изготовленномиз ударопрочного пластика. 

Установка может быть укомплектована любой из шести модификаций выпускаемого силовозбудителя (гидроцилиндра, на рис.1 показаны две модификации гидроцилиндра). При желании можно заказать несколько модификаций силовозбудителя с наибольшим пределом измерений силы от 50 до 300кН к одной установке, или приобретать их по мере необходимости. После соединения с блоком управления все модификации силовозбудителя автоматически находят с ним связь, что подтверждается индикацией на дисплее панели блока управления предела измерения силы установленного силовозбудителя.

В каждом силовозбудителе находится электронная плата и встроенный датчик перемещения. Для проведения лабораторных испытаний анкерной техники установка комплектуется дополнительным внешним датчиком перемещения. Гидравлическое соединение силовозбудителя с насосной станцией выполнено при помощи шланга высокого давления с быстросъемными соединениями (БСР).

В процессе нагружения производится автоматическая запись процесса с одновременным выводом на дисплей мгновенных значений силы, перемещения, текущего времени, графиков зависимости «нагрузка-перемещение», «нагрузка-время» или «перемещение-время». На дисплее панели блока управления может отражаться построение одной из перечисленных зависимостей. Если установка работает с внешним датчиком перемещения, то графики зависимости строятся и для показаний внешнего датчика. 

Данные проведенного испытания заносятся в архив блока управления с частотой 10 измерений (точек на графике) в секунду.

Прекратить испытание можно преждевременно, нажав на кнопку «СТОП», или задав одно из трех предварительных условий:

•  по величине спада нагрузки, когда сила, приложенная к анкеру, становится меньше максимальной;
•  по величине максимальной силы, прикладываемой к анкеру при проведении испытаний;
•  по величине максимального перемещения, измеренного встроенным или внешним датчиком перемещения.

Испытание прекращается автоматически, при перемещении штока силовозбудителя в крайнее верхнее положение, при достижении наибольшего предела измерения силы или при спаде испытательной нагрузки до нуля.

Результаты измерений выводятся на дисплей, передаются в память блока управления и на выходной разъем интерфейса связи с компьютером.

На рис. 3 дана фотография процесса проведения лабораторных испытаний механических анкеров с использованием установки ПСО–50МГ4АДМ.

На рис. 4 - испытания химических анкеров с использованием установки ПСО–300МГ4АДМ. Испытания проводятся на образцах лабораторных плит бетона с заданной прочностью.

Следует обратить внимание на то, что в комплект поставки входят один силовозбудитель с вилочным захватом, блок управления с насосной станцией, кабели связи силовозбудителя с блоком управления и с ПК, шланг высокого давления с быстросъемными соединениями. Выносной датчик перемещения и силовая рама в комплект поставки не входят и заказываются отдельно. Также можно приобрести эталонный динамометр типа ДМР-МГ4 для калибровки приборов установки.

Для использования установок при проведении испытаний анкерных креплений на сдвиг, на стенах зданий при проведении натурных испытаний, придется самим заниматься вопросами проектирования и изготовления специальной оснастки, что никак нельзя считать упущением разработчиков прибора. В ряде случаев (например - испытание при действии сдвигающей силы с учетом предельно допустимого краевого расстояния) доработка оснастки – минимальна (см. рис. 5).

Кроме того, большинством нормативных документов по испытаниям, при определенных условиях, допускается не выполнять испытания на сдвиг, принимая в качестве нормативной характеристики прочности сопротивление стали анкера срезу. 

Технические характеристики установок ПСО-МГ4АДМ приведены в таблице 1:

Так совпало, что к моменту начала выпуска серийных образцов установок, начала подтягиваться и отечественная нормативная база по методам испытаний анкеров различных видов и правилам обработки результатов проведенных испытаний, а именно:

•  разработан стандарт на испытание механических анкеров [5];
•  прошел общественное обсуждение и вводится в действие стандарт по испытанию клеевых (химических) анкеров [6];
•  разработан и находится в стадии обсуждения проект редакции стандарта «Анкеры пластиковые для крепления в бетоне и каменной кладке. Методы испытаний», который так же содержит и методику оценки результатов испытаний;
•  разработан стандарт по оценке результатов испытаний механических анкеров [4];
•  разрабатывается стандарт по оценке результатов испытаний клеевых анкеров: «Анкерные крепления к бетону с применением клеевых анкеров. Правила установления нормируемых параметров»;
•  разработан и готовится к публикации стандарт: «Анкеры механические, анкеры клеевые для крепления в бетоне в сейсмических районах. Методы испытаний».

В заключении хочется отметить, что специалисты ИЛ «Технополис» и сотрудники лаборатории №2 НИИЖБ им. А.А. Гвоздева, проведя многочисленные испытания анкеров на своих площадях «по-новому», на образцах импортного оборудования [1, 2], и на опытных образцах установок СКБ «Стройприбор», рекомендуют новое отечественное оборудование для испытаний анкерной техники как в лабораторных условиях, так и на объектах строительства, принимая во внимание цену, удобство работы, компактность и ремонтопригодность.

Список литературы

1. Иванов С. И. Лабораторные испытания анкерного крепления в бетоне. /Промышленное и гражданское строительство, № 1 -2017, с. 29-34.
2. Иванов С.И. Смотров В.А. Опыт лабораторных испытаний анкерного крепления в бетоне. / Технологии бетонов, № 5-6 (118-119) – 206, с. 27-29.
3. Рыков С.Г. Анкерные крепления: о чём говорят испытания? /Крепеж, клеи, инструмент и … № 4(54) 2015, с. 43-46.
4. СТО 36554501-052-2017 Анкерные крепления к бетону. Правила установления нормируемых параметров.
5. ГОСТ Р 56731-2015 Анкеры механические для крепления в бетоне. Методы испытаний.
6. ГОСТ Р 58387-2019 Анкеры клеевые для крепления в бетоне. Методы испытаний.