Расчет закладных деталей в железобетонных конструкциях

размещено: 09 Сентября 2012
обновлено: 09 Сентября 2012

Рекомендации по проектированию стальных закладных деталей для железобетонных конструкций/НИИЖБ. -М.: Стройиздат, 1984. -87 с.

Закладные детали могут быть выполнены в виде:

стальных пластин с приваренными к ним анкерными стержнями (рис. 3, а);

стальных пластин, прикрепляемых к бетону с помощью анкерных болтов (рис. 3б).

анкерного стержня с кольцом, пластиной или крюком для крепления альпенийского снаряжения. (рис. 3, в);

стальных пластин, прикрепляемых к бетону с помощью сквозных анкерных болтов, закрепленных на накладке (рис. 3, г).

Рис. 3. Закладные детали:

• 1 – стальная пластина; 2 – анкерный стержень; 3 – анкерный болт;
• 4 – шайба; 5 – гайка; 6 – отверстие; 7 – анкерный стержень с кольцом

для крепления; 8 – накладка.

К закладной детали колонны приварен раскос стальных связей, растянутый силой от действия ветровых нагрузок 270 кН(рис. 2); пластина закладной детали из стали марки ВCт3кп2 (Ry = 205 МПа); анкеры закладной детали из арматуры класса А-III (Rs = 365 МПа); для колонн принят тяжелый бетон класса В30 (Rbt = 1,2 МПа; Rb = 17 МПа); схема армирования колонны показана на рис.2; в колонне действует продольная сила, минимальная величина которой равна 1100 кН; изгибающий момент в колонне на уровне закладной детали в плоскости анкеров М = 40 кНЧм.

Раскос – строительный элемент, соединяющий два узла каркаса, фермы и т. п. Раскос располагается по диагонали замкнутого контура и обеспечивает жесткость конструкции.

Требуется запроектировать анкеры закладной детали, определить толщину пластины, проверить прочность бетона на выкалывание и определить смещение закладной детали в направлении усилия и раскосе.

Расчет. Вертикальное расположение рядов анкеров принимаем, как показано на рис. 4. Усилие в раскосе раскладываем на нормальную силу N, приложенную к закладной детали с эксцентриситетоме0 = 100 мм, и сдвигающую силу Q:

N = 270 cos 56° 20ў = 270Ч0,555 = 150 кН;

Q = 270 sin 56° 20ў = 270Ч0,832 = 225 кH.

По формуле (2)находим наибольшее растягивающее усилие в одном ряду анкеров при z =0,42 м иМ = Ne0 = 150Ч0,1 = 15 кНЧм:

Наибольшее сжимающее усилие в одном ряду анкеров вычисляем по формуле (4):

т. е. прижатие пластины к бетону отсутствует.

Сдвигающее усилие Qan, приходящееся на одни ряд анкеров, определяем по формуле (3) при = 0:

Задаваясь диаметром анкеров, равным 16 мм, для бетона класса В30 с анкерами из арматуры класса A-III находим j = 0,49.

Следовательно, принимаем в каждом ряду по два анкера диаметром 18 мм (Аап = 509 мм2). Проверим значение Аап при j = 0,46, соответствующем принятому диаметру 18 мм.

В каждом ряду оставляем по два анкера диаметром 18 мм.

Расстояние между анкерами принимаем:

• а) по горизонтали -минимальным, равным 5d = 5Ч18 = 90 мм;
• б) в вертикальном направлении(т.е. в направлении сдвигающей силы) – равным 140 мм > 7d = 7Ч18 = 120 мм.

Определим толщину пластины закладной детали. Поскольку фасонка, передающая отрывающую силу на закладную деталь, расположена посредине расстояния между вертикальными рядами анкеров, толщину пластины определяем расчетом по прочности пластины как консольной балки с вылетом 35 мм на действие растягивающего усилия в одном анкере, равного:

Ширину консольной балки принимаем b = 80 мм. Расчет производим из условия M Ј RyW, где М = 36600Ч35 = 1280000 НЧмм, Ry = 205 МПа;

Толщину пластины из полосовой стали принимаем равной 22 мм.

и обеспечиваются требования любого вида сварки стержней 0,75d = 0,75Ч18 = 13,5 мм N = 150 кН.

Проверим условие при h =200 мм 328000 мм2,

т.е. площадь Ah превышает площадь, вычисленную выше при h = 300 мм. Следовательно, прочность бетона на выкалывание обеспечена.

Смещение закладной детали по направлению сдвигающей силы определяем по формуле при jcс= 1.

Смещение закладной детали по направлению отрывающей силы находим как сумму смещений анкеров и прогиба пластины закладной детали.

1. Смещение анкера наиболее растянутого ряда от действия усилия

При этом прогиб пластины на этом уровне, определенный в соответствии с той же расчетной схемой, что и для определения толщины пластины, составит:

Тогда полное смешение на уровне наиболее растянутого ряда анкеров равно:

ai = aan,t + apl,t = 0,079 + 0,074 = 0,153 мм.

2. Смещение анкера наименее растянутого ряда от действия растягивающего усилия, равного

При этом прогиб пластины на этом уровне будет равен:

а полное смещение –

Используя линейную интерполяцию, определим смещение закладной детали на уровне приложения отрывающей силы, т.е. на расстоянии 210-100 = 110 мм от наиболее растянутых анкеров:

Смещение закладной детали в направлении усилия в раскосе равно:

• 1. В качестве анкерных стержней и болтов следует использовать арматурную сталь периодического профиля диаметром 12-25 мм. Для болтов предпочтительно использовать арматурную сталь винтового профиля.
• 2. Расчет бетона на выкалывание анкерными стержнями (болтами) и определение числа и диаметра анкерных стержней выполняют так же, как и расчет при использовании закладных деталей, устанавливаемых в опалубку перед бетонированием конструкции.
• 3. При креплении закладных деталей к бетону, приклеивают стальные пластины по их плоскостям и вклеивают анкерные стержни и болты в отверстия (рис. 5).

Рис. 5. Крепление закладных деталей к бетонным, железобетонным и каменным элементам конструкций:

1 – бетонный, железобетонный или каменный элемент; 2 – клей; 3 – стальная пластина; 4 – анкерный стержень; 5 – отверстие, заполненное клеем; 6 – шайба и гайка; 7 – анкерный болт; 8 – накладка.

Rв,sh1 – расчетное сопротивление соединения сдвигу принимают по табл. 2

Количество отвердителя, % оптимального количества

Коэффициент т при глубине вклеивания анкерного стержня, см

• 1,10
• 1,10

• 0,95
• 0,95

• 0,80
• 0,80

• 0,65
• 0,65

• 0,55
• 0,55

• 1,10
• 1,00

• 0,95
• 0,85

• 0,80
• 0,70

• 0,65
• 0,60

• 0,55
• 0,50

• 1,10
• 0,75

• 0,95
• 0,65

• 0,80
• 0,55

• 0,65
• 0,45

• 0,55
• 0,40

• 0,90
• 0,45

• 0,75
• 0,38

• 0,60
• 0,30

• 0,50
• 0,25

• 0,40
• 0,25

Примечания: 1. Над чертой приведены значения для соединений "бетон – клей", под чертой – “клей – анкерный стержень”.

• 4. Оптимальное количество отвердителя, вводимого в состав клея, рекомендуется принимать (% массы эпоксидной смолы): УП-0633М – 16, сложного амина – 15, диэтилентриамина – 9.
• 5. Расчетную глубину вклеивания анкерных стержней, вычисляют дважды (проверяют скалывание по соединениям “бетон – клей” и "клей – анкерный стержень”) и назначают соответствующий диаметр цилиндра скалывания и расчетное сопротивление соединения сдвигу.

Показатель прочности соединения

Значение показателя прочности соединения, МПа

"клей – анкерный стержень”

Расчетное сопротивление Rв,sh1

Временное сопротивление Rв,sh2

Среднеквадратическое отклонение Rв,sh3

Примечания: 1. При расчетах на долговременную нагрузку и выносливость значение показателя прочности следует умножать на коэффициенты соответственно 0,6 и 0,7.

6. Прочность соединения "бетон – клей" приведена при наличии в зоне приклеивания закладных деталей бетона класса В40. Чтобы установить прочность соединения при бетонах других классов, следует вводить поправочный коэффициент, принимаемый по табл. 3.

Класс бетона по прочности на сжатие

7. Допускается глубину вклеивания анкерных стержней назначать менее установленной. При этом число анкерных стержней, работающих на выдергивание, в наиболее напряженном ряду nsup следует вычислять по формуле:

где n – число анкерных стержней, работающих на выдергивание, в наиболее напряженном ряду.

ф(х) – функция нормального распределения (табулирована);

Rqu и Rqv – соответственно среднее значение и среднеквадратическое отклонение прочности заделки анкерных стержней, МПа;

Глубину вклеивания анкерных стержней рекомендуется назначать равной не менее 10 диаметров стержня.

8. Глубину вклеивания одиночного анкерного стержня (см. рис. 3, в) необходимо назначать не менее вычисленной по формуле (1), при этом расчетная сила Q (кН) не должна превышать вычисленную по формуле (2) и расчетное сопротивление стержня срезу.

При воздействии на анкерный стержень только сдвигающей силы глубину вклеивания допускается снижать до 7 диаметров анкерного стержня.

9. Диаметр канала для вклеивания анкерных стержней и болтов необходимо выбирать таким, чтобы в процессе установки закладных деталей обеспечивалось попадание стержней – в каналы или болтов в отверстия закладной детали, исходя при этом из допустимых отклонений от проектных размеров между осями отверстий и стержней (болтов). Не рекомендуется назначать диаметр канала таким, чтобы проектный слой клея между стержнем и поверхностью канала превышал 15 мм.

Допускается вклеивать анкерные стержни (болты) в пазы, если поверх пазов уложен слой армированного бетона или через них выше стержней проходит поперечная (к стержням) арматура.

• 10. Если к стальным пластинам закладных деталей с анкерными стержнями или болтами после приклеивания будут непосредственно привариваться элементы конструкций, то между пластинами и бетоном (см. рис. 2) предусматривают вместо клея использование цементного раствора, укладываемого слоем 5-15 мм.
• 11. Прочность закрепления стальных пластин, прикрепляемых к бетону с помощью сквозных анкерных болтов (см. рис. 2, г), проверяют обычными методами.

По данным примера запроектировать анкеры закладной детали при вклеивании с бетонном действии силы, равной 570 кН.

По формуле определяем общую площадь сечения наклонных анкеров Aan, приваренных в нахлестку.

что соответствует площади четырех анкеров диаметров 22 мм.

Поскольку увеличение диаметра или числа анкеров по сравнению с принятыми в данном случае приведет к существенному увеличению размеров пластины закладной детали и примыкающих к ней элементов, оставляем четыре наклонных анкера диаметром 18 мм (Aan,tot,i = 1018 мм2), а нормальные анкеры, будем рассчитывать на действие сдвигающей силы, равной Q – 0,9RsAan,tot,i,т.е. на действие

Q = 494000 – 0,9Ч365Ч1018 = 159000 Н = 159 кН.

Нормальные анкеры располагаем в три ряда по высоте закладной детали (nan = 3) и, определяем площадь анкеров одного ряда при М = 0и = 0.

Коэффициент j1 определяем по формуле . Так как = 0,

Задаваясь диаметром нормальных анкеров, равным 20 мм, для бетона класса В25 и арматуры класса A-III находим j= 0,41.

Тогда по формуле получим

Принимаем в каждом ряду по два анкера диаметром 20 мм (Аan = 628 мм2).

Располагаем нормальные анкеры на минимальном расстоянии один от другого: в горизонтальном направлении 5d = 5Ч20 = 100 мм, в вертикальном (т.е. вдоль действия силы Q) -7d = 7Ч20 = 140 мм)

По формуле определяем минимально допустимую длину нормальных анкеров при w= 0,7 и Dl= 11. Находим коэффициент jс по формуле.

принимаем la = 270 мм (с усилением их концов анкерными пластинами размером 50ґ50 мм).

Проверяем бетон под этими пластинами на смятие.

Площадь смятия равна:

Aloc = Apl – Aan1 = 50Ч50 – 314 = 2186 мм2.

Расчетную площадь Ad определяем как симметричную по отношению к площади смятия Aloc :

Ad = 100Ч140 = 14000 мм2.

Тогда по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона (без предварительного напряжения)" (М., 1977), коэффициент bb будет равен:

Коэффициент jb для бетона класса В25 равен jb = 1. Определим силу смятия Nloc. Поскольку в окружающем закладную деталь бетоне трещины отсутствуют, а la = 270 мм

Описание:

Название русское: Рекомендации по проектированию стальных закладных деталей для железобетонных конструкций

Разработан в: НИИЖБ Госстроя СССР 109389, Москва, 2-я Институтская ул., д. 6
ЦНИИпромзданий Госстроя СССР 127238, г. Москва, Дмитровское ш., 46
МНИИТЭП ГлавАПУ Мосгорисполкома
ЦНИИЭП жилища 127434, Москва, Дмитровское шоссе, д. 9, корп, Б, ЦНИИЭП жилища

Утверждён в: НИИЖБ Госстроя СССР (01.01.1984)

Опубликован в: Стройиздат № 1984

Область и условия применения: Рекомендации распространяются на проектирование стальных сварных и штампованных закладных деталей для конструкций из тяжелого и легкого бетонов при действии статических нагрузок.

Оглавление: Основные буквенные обозначения
1 Основные положения по проектированию
2 Основные виды закладных деталей
3 Материалы
4 Расчет закладных деталей
5 Конструктивные требования
Приложение. Примеры расчета