Каков основной механизм, с помощью которого одиночный распорный анкер противостоит сдвигающей силе?

В структурных соединениях одиночные распорные анкеры должны не только выдерживать растягивающие силы, перпендикулярные основному материалу, но, что особенно важно, также должны противостоять силам сдвига (сдвигающей нагрузке), действующим параллельно поверхности. Характеристики сдвига являются определяющим показателем для оценки общей безопасности и надежности любой анкерной системы. Глубокое профессиональное понимание механизма, с помощью которого эти анкеры противостоят сдвигу, имеет первостепенное значение для качественного инженерного проектирования.

I. Двойные механизмы сопротивления сдвигу

Основные механизмы, с помощью которых одинарный анкер расширения Сопротивление сдвиговой силе подразделяется на два основных действия: действие сдвига стали и трение и опора бетона. На практике эти два механизма работают одновременно, но их доминирующий вклад варьируется в зависимости от типа анкера, качества установки и конкретного сценария нагрузки.

1. Действие сдвига стали (механизм разрушения металла)

Этот механизм является наиболее прямым и предсказуемым при расчете грузоподъемности. По мере увеличения сдвиговой нагрузки стальной материал анкерного стержня или соединенных компонентов становится основным источником сопротивления.

Описание механизма: Поперечная сила действует непосредственно на поперечное сечение анкера. При условии, что окружающий бетон обладает достаточной прочностью, чтобы предотвратить значительный наклон или смещение анкера, предельное сопротивление анкера будет зависеть от предельной прочности на сдвиг его стального материала. Критической точкой отказа является срез или разрезание анкерного стержня или соединительной резьбы.
Контролирующие факторы. Прочность стали на сдвиг в первую очередь определяется диаметром анкера и маркой стали (например, нержавеющая сталь марок 5,8, 8,8 или А4). Увеличение диаметра и марки стали приводит к почти пропорциональному увеличению предела прочности стали на сдвиг.
Вид разрушения: Разрушение чистой стали при сдвиге представляет собой идеализированное состояние, которое обычно возникает вблизи плоскости сдвига (поверхности контакта между анкером и прикрепленным приспособлением). Расчеты конструкции обычно основаны на эмпирических отношениях между прочностью стали на разрыв и ее прочностью на сдвиг для определения предельной прочности на сдвиг.

2. Трение и подшипниковое действие (механизм взаимодействия бетона)

Это составляет основополагающий механизм сопротивления сдвигу одинарных распорных анкеров, который особенно преобладает при более низких нагрузках или сразу после установки.

Сила трения. Применяя заданный крутящий момент, одиночный анкер создает радиальное давление через свою распорную втулку, плотно прижимая ее к стенке скважины. Эта сила предварительного натяжения создает перпендикулярную силу реакции между основным материалом (бетоном) и прикрепленным крепежом. Когда применяется внешняя сила сдвига, эта сила трения является первой линией защиты от бокового смещения (скольжения).
- Решающая роль: крутящий момент при установке и конструкция компенсационной втулки имеют решающее значение для вклада трения. Недостаточный крутящий момент приводит к низкому трению, что делает анкер склонным к смещению под нагрузкой сдвига.
Бетонная опора: как только сдвиговая нагрузка превышает доступное трение, анкер начинает испытывать незначительное боковое скольжение до тех пор, пока сторона анкерного стержня не достигнет прочного контакта с бетонной стенкой скважины. В этот момент анкер передает усилие сдвига на стенку отверстия путем прямого дробления или опоры.
- Разработка механизма: Бетон непосредственно перед анкером испытывает интенсивное локализованное давление, сопротивляясь внешней силе сдвига через опору бетона. Прочность бетона в этой опорной зоне и плотность прилегания анкера к стенке отверстия (т. е. качество монтажа) напрямую влияют на способность к сдвигу.

III. Критические факторы, определяющие характеристики сдвига

Окончательная прочность на сдвиг одного распорного анкера не является фиксированным числом; это сложный результат, на который влияет сочетание профессиональных факторов:

Прочность бетона: более высокая прочность бетона на сжатие (например, C30, C40) увеличивает способность бетона противостоять локальному дроблению и боковому давлению, тем самым повышая общую способность к сдвигу.
Диаметр анкера и марка стали: это внутренние свойства, определяющие прочность стали на сдвиг. Увеличение этих факторов приводит к существенному и предсказуемому увеличению несущей способности.
Качество установки: слишком большие отверстия или недостаточный крутящий момент при установке резко снижают вклад трения анкера и эффективную площадь контакта подшипника, что приводит к значительному снижению способности к сдвигу.
Влияние расстояния и расстояния до края. Если анкеры установлены слишком близко к краю бетона (недостаточное расстояние до края) или слишком близко друг к другу (недостаточное расстояние), сдвиговая нагрузка может вызвать локальное раскалывание или разрушение края бетона. В таких сценариях режим разрушения меняется от сдвига стали к разрушению кромки бетона, что приводит к резкому и опасному снижению несущей способности. Профессиональные нормы предусматривают строгие требования к минимальному расстоянию и расстоянию от края.

IV. Профессиональные режимы разрушения при сдвиге

При сдвиговой нагрузке режим разрушения анкера является ключевым моментом при инженерном проектировании и проверке:

Разрыв стали: сдвиговая нагрузка превышает предельную прочность стали на сдвиг, и стержень полностью разрывается. Обычно это происходит в анкерных креплениях с большими краевыми расстояниями и в высокопрочном бетоне.
Разрушение края бетона (прорыв): сдвиговая нагрузка приводит к разрушению и растрескиванию бетона возле края, образуя коническую или клиновидную поверхность разрушения. Это распространенный и критический вид отказа в приложениях с малым краевым расстоянием.
Предел текучести или отказ крепежа: если прочность анкера значительно выше, чем у прикрепленного крепежа (например, кронштейна или стального профиля), разрушение при сдвиге может произойти в соединенном компоненте, а не в самом анкере.