Основные параметры закрепления конструкций

Особенности закрепления любых конструкций определяются тремя основными элементами:

• - основание (материал, в который производится закрепление);
• - закрепляемый элемент (что закрепляется);
• - крепёжный элемент (чем закрепляется).

Вместе они образуют устойчивую к нагрузкам и воздействию внешней среды крепежную систему.

В этой системе выбор третьего элемента определяется характеристиками первых двух, хотя далеко не всегда однозначно. Тем не менее, логика выбора крепежного элемента всегда состоит в поиске ответов как минимум на 2 вопроса:

• - К какому материалу проводится закрепление?
• - Что будет закрепляться к основанию?

Дополнительная уточняющая информация об особенностях среды в месте закрепления, о нагрузках и особенностях внешнего вида монтируемой конструкции помогает выбрать несколько, а иногда и единственно применимый в данном случае типоразмер крепежного элемента.

Прежде всего, особенности монтажа обуславливаются спецификой материала, в который производится закрепление – т.е. характеристиками материала основания.

Материалы, которые чаще всего используются в качестве основания при закреплении различных конструкций, можно объединить в следующие группы (по убыванию прочности):

Контролируемые нагрузки

Нагрузочные параметры:

N – нагрузка на вырывание крепежной детали (тяговая сила),

T – нагрузка на срез (поперечная сила),

M – изгибающий момент.

Геометрические параметры:

a – краевое расстояние (от оси крепежного элемента от края базового материала),

s – осевое расстояние (между осями крепежных элементов),

D – диаметр отверстия под крепление,

L – длина крепежного элемента,

t – толщина прикрепляемого изделия (полезная длина),

hm – толщина базового материала,

h – глубина сверления отверстия по анкеровку,

ha – глубина анкеровки.

Приведенные на рисунке направления действия сил не охватывает все возможных случаев, т.к. чаще всего возникает сочетание действия вырывающей и срезающей сил, равнодействующей которых является угловая сила.

В технический условиях на применение анкеров и дюбелей или в технических каталогах приводятся разрушающие нагрузки и(или) допустимые нагрузки. Их определяют на основе специальных испытаний на разрушение крепления каждого типа и размера анкера (дюбеля) в тех или иных базовых материалах. Причем чем мощнее исследовательская база производителя, чем серьезней подход к определению нагрузок,  тем надежнее крепление, смонтированное на базе анкеров и дюбелей данного производителя.

Силы, действующие на крепеж несущих конструкций характеризуются величиной, направлением, точкой приложения, постоянством или непостоянством во времени.

Виды и причины разрушений

• Самый распространенный случай отказа крепежа – облом основы анкерного крепления.

Причинами облома могут быть:

• слишком высокая тяговая нагрузка N, превышающая

     расчетную;

• недостаточная прочность основного материала для заданной нагрузки;
• недостаточная глубина анкеровки hm.
• Разрушение (растрескивание) базового материала. Возможные причины:
• неправильно рассчитаны или не выдержаны при монтаже краевые (a) или осевые (s) расстояния;
• малы размеры базовой детали;
• неправильная ориентация распорных элементов,
• слишком высокое распорное давление.

Крепление многих анкеров и дюбелей осуществляется за счет трения распорной части о стенки отверстия в основном материале. Высокая сила трения обеспечивается большими усилиями прижима распорной части к стенкам отверстия. Однако, это давление создает в зоне анкера напряженную область в основном материале, а при установке нескольких анкеров (дюбелей) на малом расстоянии друг от друга эти зоны перекрываются. Дополнительные напряжения при превышении пределов прочности базового материала вызывают его разрушение (растрескивание). Поэтому при проектировании крепления (особенно тяжело нагруженного) необходимо обязательно учитывать расстояния до края базового материала (угла стены, края плиты перекрытия и т.п.), а при групповой установке и расстояния между креплениями.

Вытягивание (вырыв)крепежной детали из основного материала – еще один случай отказа крепления

Основные причины:

• неправильно выбран вид крепежного элемента или его типоразмер – который не соответствует величине и характеру прилагаемой нагрузки или базовому материалу;
• не соблюдены требования и рекомендации по установке крепежа – например, отверстие имеет больший, чем требуется, диаметр.

• Облом анкера (разрыв, срез или излом)

Основные причины:

• недостаточная прочность крепежа для приложенной нагрузки;
• при эксплуатации была приложена нагрузка выше допустимой расчетной.

Надо сказать, что этот случай отказа крепежа сравнительно редок. Дело в том, что прочность стального анкера обычно выше прочности базового материала, да и сила трения при анкеровке меньше усилия разрыва анкера. Поэтому вероятность возникновения такого случая меньше, чем одного из предыдущих.