Введение к работе
Актуальность темы. Современные проблемы градостроительства связаны как с разработкой новых архитектурно-композиционных решений зданий и сооружений, так и с реконструкцией и ремонтом существующей застройки. При этом в процессе реконструкции зданий и сооружений, восстановления и реставрации памятников архитектуры возникает необходимость крепления с помощью анкерных соединений к существующим конструкциям новых элементов, оборудования, направляющих лифтов и подъемников, строительных лесов, требуется установка и восстановление металлических затяжек арок и сводов и т. п. Особенно эффективны анкеры при усилении существующих каменных конструкций.
Эксплуатационная надежность соединений конструкций с помощью анкеров зависит от большого числа факторов, среди которых наиболее существенными являются:
прочностные и деформативные характеристики материала соединяемых конструкций;
физико-механические, геометрические и конструктивные особенности анкерных элементов;
конструктивные особенности стен, в которые крепятся анкеры (кладка из пустотелых камней и кирпичей, положение пустот относительно оси анкера и т.д.);
характер приложения нагрузки к анкеру - вдоль (вырыв) или перпендикулярно (срез анкера или сжатие материала под анкером) оси анкера.
В настоящее время на рынке строительных материалов отечественными и зарубежными производителями предлагается большое количество анкеров, дюбелей, шурупов различных конфигураций, типоразмеров, выполненных из разных материалов.
В существующей нормативно - технической документации отсутствуют методы расчета металлических анкеров, заделанных в кирпичную кладку, в стены из легких бетонов, на действие силовых факторов, вызывающих смятие кладки под анкером и вырыв анкера.
Отсутствие исследований в этой области осложняет стоящую перед инженерами-конструкторами задачу по обеспечению необходимого уровня надежности проектируемых конструкций и соединений.
Актуальность диссертационной работы обусловлена значительными объемами работ по реконструкции, ремонту и усилению зданий и сооружений, в том числе и памятников архитектуры, и возникающей в связи с этим проблемой рационального и надежного проектирования и использования анкерных элементов как для усиления существующих конструкций, так и для их соединения с вновь устанавливаемыми конструктивными элементами.
Цель диссертационной работы - на основе проведенных экспериментально-теоретических исследований разработать рекомендации по применению металлических анкеров для крепления конструктивных элементов к кладке стен из различных материалов и методику расчета анкерных соединений на действие вертикальных и горизонтальных нагрузок.
На защиту выносятся:
результаты экспериментальных исследований прочности и деформативности анкерных креплений с использованием анкеров различных типов и с различными геометрическими характеристиками, установленных в стены из тяжелого и легкого бетонов, а также в кладку стен из полнотелого и пустотелого кирпича при действии нагрузки, приложенной как вдоль, так и поперек анкера;
результаты численного анализа напряженно-деформированного состояния кладки стен в зоне заделки анкера;
методика расчета прочности анкерного соединения в зависимости от прочностных и конструктивных параметров анкера и кладки стен, в которую крепится анкер;
рекомендации по применению различных конструкций анкеров в строительной практике.
Научную новизну работы составляют:
экспериментальные данные о прочности и деформативности кладки стен из различных материалов в зоне заделки анкеров при различных силовых воздействиях;
данные о несущей способности анкерного узла в зависимости от конструктивных и физико-механических особенностей кладки стен и непосредственно самого анкера;
экспериментально установленные модели работы и схемы разрушения анкерного узла в зависимости от прочностных и конструктивных особенностей стен и самого анкера и характера приложения нагрузки;
- методика расчета анкерных креплений на действие усилий, приложенных вдоль и
поперек оси анкера в зависимости от характеристик материала стены, типа анкера,
его диаметра и глубины заделки;
Практическая значимость работы.
-
На основе выполненных экспериментальных исследований впервые получены данные о несущей способности металлических анкеров, заделанных в кладку стен из различного вида кирпича и камня при действии усилий, приложенных вдоль и поперек оси анкера.
-
На основе выявленных схем разрушения анкерных узлов предложены модели работы анкеров, заделанных в кладку стен из различных материалов при действии продольных и поперечных относительно оси анкера сил.
-
Разработаны рекомендации по расчету анкерных креплений в зависимости от прочностных и геометрических параметров как кладки стен, так и самих анкеров с использованием таблиц и графических зависимостей. Предложенная методика расчета рекомендована для включения в СНиП Н-22-81 «Каменные и армокаменные конструкции» и «Пособие» к СНиП.
-
Рекомендации по расчету и предложения по проектированию анкерных креплений были использованы при монтаже строительных лесов, подъемников и системы «вентилируемых» фасадов с применением наружной системы теплоизоляции на ряде объектов в г. Москве, в т.ч. при реконструкции облицовки главного корпуса МГУ им. Ломоносова.
-
Выбранное направление исследований связано:
- с планом научно-исследовательских работ Министерства науки и технологии РФ
-
- 2000 г.г., Государственный контракт № ГНТД/ГК - 035(00) - П от 14 января
-
года, наименование темы: «Разработать методы комплексной реконструкции и восстановления зданий и сооружений с оценкой состояния конструкций и обеспечения их долговечности». Пункт 2.1. «Провести экспериментальные исследования и разработать методику расчета заделки анкеров в кирпичную кладку при различных силовых воздействиях»;
- с договором о творческом содружестве между ГУЛ ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко и
Российским представительством ЗАО «Хилти Дистрибьюшн ЛТД» с целью
широкого внедрения в строительство анкерных систем фирмы H1LTI, расширения
4 области их применения и разработки нормативной документации по применению анкеров HILTI на строительных объектах России. Апробация работы осуществлена:
в докладах на НТС Ученого Совета ГУЛ ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко «Каменные и армокаменные конструкции» в ноябре 1998 г., ноябре 1999 г. и мае 2000 г.г.;
в докладе на научно- технической конференции по итогам научно-исследовательских работ студентов и молодых ученых факультета ПГС в МГСУ им. В.В. Куйбышева в апреле 2000 года.
Публикации:
Основные положения диссертации и результаты исследований опубликованы в 4-х печатных трудах.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, f-* глав, основных выводов, списка литературы и Приложений.
Полный объем диссертации 210 страниц, в том числе: 123 страниц печатного текста, 83 рисунков, 31 таблиц, список использованной литературы из 34 наименований и 24 страниц Приложений.
Диссертационная работа выполнена в 1997-2000 годах в Лаборатории кирпичных, блочных и панельных зданий ГУЛ ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко под руководством кандидата технических наук А.В. Грановского и при научной консультации кандидата технических наук С.А. Воробьевой.
