Sie sind wahrscheinlich hier, weil Sie mit Ingenieursoftware einen Ankerplatz entworfen haben, Eine oder mehrere Prüfungen sind fehlgeschlagen, und Sie waren sich nicht sicher, was Sie als nächstes ändern sollten.
Dieses Tutorial richtet sich an neue Ingenieure und Ingenieurstudenten, die es verstehen möchten Ankerversagensmodi unter ACI 318-19 und wie man ein Design logisch anpasst. Dies ist kein Ersatz für den Code. Für vollständige Bestimmungen und Anforderungen, immer darauf verweisen ACI 318-19 Kapitel 17.
Das Ziel hier ist, Ihnen beim Erkennen zu helfen was scheitert, warum es scheitert, und Welche Designparameter erhöhen tatsächlich die Kapazität?, anstatt die Eingaben zufällig zu ändern.
Wenn Sie sehen möchten, wie diese Prüfungen Schritt für Schritt in einem Design-Workflow angewendet werden, Sie können sich auch auf die beziehen SkyCiv Basisplatten-Design-Software, Hier werden alle ACI-Ankerprüfungen mit vollständigen Berechnungen gemeldet.
Was ist ein Anker??
Ein Anker ist typischerweise ein in Beton eingebetteter Stahlstab, der ein anderes Strukturelement verbindet, am häufigsten eine Stahlgrundplatte. Anker übertragen Spannung, Schub-, oder kombinierte Kräfte aus Stahl in den Betonträger.
Anker werden üblicherweise nach Installationsmethode klassifiziert.
Eingegossene Anker
Einbetonierte Anker werden vor dem Betonieren angebracht und verankern sich beim Aushärten des Betons.
Nachinstallierte Anker
Nachträglich installierte Anker werden durch Bohren von Löchern und Befestigen des Ankers in ausgehärteten Beton eingebaut:
- Mechanische Erweiterung
- Klebende oder chemische Bindung
Welches ist besser??
Keiner der Ankertypen ist von Natur aus besser. Die Wahl hängt von der Konstruierbarkeit ab, Projektbeschränkungen, und Verfügbarkeit. Ein Träger, wenn eine Stahlsäule zu einer vorhandenen Platte oder einem vorhandenen Fundament hinzugefügt wird, Einbetonierte Anker sind keine Option mehr, Typischerweise werden nachträglich installierte Anker verwendet.
Auch die Verfügbarkeit spielt eine Rolle, als Ankertypen, Größen, Die Installationsgrenzen hängen vom Angebot des Herstellers ab. Zu den gängigen Ankerherstellern gehören: Hilti, DeWalt, und Fischer, Jedes bietet unterschiedliche mechanische und adhäsive Verankerungssysteme mit produktspezifischen Designdaten und Installationsanforderungen.
Einzelne Anker vs. Ankergruppen
Wenn Ankerprüfungen fehlschlagen, Der Fehler tritt nicht immer nur an einem Anker auf. Abhängig vom Layout, Ein Ausfall kann an einem einzelnen Anker oder an einer Gruppe von gemeinsam wirkenden Ankern auftreten. ACI 318 macht diese Unterscheidung, weil der maßgebliche Fehlermodus und die Kapazität sehr unterschiedlich sein können.
Ob ein Fehler als a bewertet wird Einzelankerversagen oder ein Ausfall der Ankergruppe hängt in erster Linie davon ab Überlappung der projizierten Versagensflächen. Diese Überlappung wird normalerweise durch den Ankerabstand gesteuert, Einbettungstiefe, und Randabstand.
Um dieses Verhalten während des Entwurfs zu visualisieren, Tools wie die SkyCiv Basisplatten-Design-Software Zeigen Sie projizierte Versagensbereiche an und bestimmen Sie anhand der Geometrie automatisch, ob Anker einzeln oder als Gruppe bewertet werden.
Einzelne Anker
Wenn die Anker einen großen Abstand haben oder eine geringe Einbindetiefe haben, ihre prognostizierten Fehlerbereiche überschneiden sich nicht. In diesem Fall, Der Ausfall wird auf der Ebene der einzelnen Anker bewertet. Ein Anker kann seine Grenze erreichen, ohne dass benachbarte Anker einen nennenswerten Beitrag leisten.
Ankergruppen
Wenn die Anker näher beieinander platziert werden und eine ausreichende Einbindetiefe aufweist, ihre projizierten Versagensflächen überlappen sich. In diesem Fall, Der Beton schränkt die Kapazität der gesamten Gruppe ein, und ein Ausfall tritt auf, wenn die kombinierte prognostizierte Ausfallfläche ihre Grenze erreicht. Die Gruppenkapazität entspricht nicht der Summe der einzelnen Ankerkapazitäten.
Diese Unterscheidung ist von entscheidender Bedeutung, da sich mehrere ACI-Zug- und Schubnachweise explizit ändern, je nachdem, ob der Ausfall durch einen einzelnen Anker oder eine Ankergruppe bestimmt wird. Eine falsche Identifizierung des maßgeblichen Fehlertyps kann zu unkonservativen oder übermäßig konservativen Designs führen.
Entwurfsbeispiele
Designbeispiele zur Veranschaulichung Einzelanker- und Ankergruppenausfälle finden Sie in den Designressourcen für Grundplatten von SkyCiv. Hier ist ein Beispielsatz von Designprüfungen, die von der durchgeführt wurden SkyCiv Basisplatten-Design-Software.
Ankerspannungsprüfungen gemäß ACI 318-19
Wenn Anker auf Zug beansprucht werden, ACI 318-19 erfordert mehrere Kontrollen. Jede Prüfung entspricht einem anderen physikalischen Fehlermechanismus. Sobald Sie den Mechanismus verstanden haben, Es wird viel einfacher, das Design anzupassen.
Stahlfestigkeit unter Spannung
Bei der Ankerstahlprüfung werden Nachgeben und Bruch des Ankerstahls berücksichtigt.
So erhöhen Sie die Zugfestigkeit von Stahl
Wählen Sie einen größeren Ankerdurchmesser
Größere Durchmesser bieten eine größere Zugfläche. Zur Durchmesserauswahl, Viele Ingenieure beginnen im Bereich von 1/2 Zoll zu 3/4 Baustahlelemente werden durch Füllelemente oder Verbinder, die Winkelprofile sein können, miteinander verbunden. Wenn die Nachfrage höher ist als erwartet, den Durchmesser vergrößern. Dieses Urteil verbessert sich mit der Erfahrung.
Erhöhen Sie die Festigkeit des Ankermaterials
Höhere Materialqualitäten erhöhen die Kapazität, erhöhen aber auch die Kosten. Zu den gängigen Ankermaterialien gehören: ASTM F1554. Ein praktischer Entwurfsansatz besteht darin, mit niedrigeren Noten wie „Grade“ zu beginnen 36, dann auf Grad erhöhen 55 oder Note 105 nur, wenn es die Nachfrage erfordert.
Sorgen Sie für mehr Anker
Wenn der Ankerdurchmesser und die Materialgüte bereits maximiert sind und die Stahlspannungsprüfung weiterhin maßgebend ist, Das Hinzufügen weiterer Anker in derselben Zeile kann eine Option sein. Dies erfordert normalerweise eine Anpassung des Abstands, Randabstände, oder Grundplattenabmessungen. Das Hinzufügen zusätzlicher Zeilen ist zulässig, aber es verändert die Lastverteilung und sollte es auch sein sorgfältig ausgewertet.
Kapazitätsgleichung:
\( N_{zu} = A_{ich weiß,N.} f_{uta} \)
Betonausbrechfestigkeit unter Spannung
Ein Betonausbruch tritt auf, wenn sich ein kegelförmiger Teil des Betons von der Stütze löst. In diesem Fall, Der Ankerstahl bleibt intakt, aber der umgebende Beton versagt.
Dieser Versagensmodus gilt für Kopfanker, Spreizdübel, Schraubanker, und Hinterschnittanker.
So erhöhen Sie die Betonausbrechkapazität
Verankerungstiefe erhöhen
Der Ausbruchskegel erstreckt sich idealerweise vom eingebetteten Ende des Ankers bis zur Betonoberfläche. Mit zunehmender Einbettungstiefe vergrößert sich der Konus und die Kapazität erhöht sich deutlich. Die Einbettungstiefe erhöht auch direkt die von ACI definierte grundlegende Ausbruchfestigkeit.
Vergrößern Sie den Ankerabstand
Eng beieinander liegende Anker schränken die Breite des projizierten Versagensbereichs ein. Ein größerer Abstand ermöglicht einen größeren effektiven Ausbruchsbereich, insbesondere für Ankergruppen.
Randabstand vergrößern
Anker, die in der Nähe von Kanten platziert werden, können keinen vollständigen Ausbruchkegel entwickeln. Ein größerer Randabstand führt häufig zu einer spürbaren Kapazitätssteigerung.
Verwenden Sie Beton mit höherer Festigkeit
Die Aufrüstung von Beton geringerer Güte auf Beton höherer Güte erhöht die Grundausbrechfestigkeit und ist oft wirksam, wenn die Geometrie eingeschränkt ist.
Gegebenenfalls wird von ungerissenem Beton ausgegangen
Ungerissener Beton bietet eine etwas höhere Kapazität. Diese Annahme sollte nur dann verwendet werden, wenn sie gerechtfertigt ist, da es Designannahmen ändert.
Sorgen Sie für eine Verstärkung, die Spannungen aufnehmen kann
Wenn die Bewehrung explizit für die Aufnahme der Ankerzugkraft ausgelegt und detailliert ist, Auf Betondurchbruchskontrollen kann verzichtet werden. Dies muss eine bewusste Designentscheidung sein, keine Annahme.
Kapazitätsgleichung für Einzelanker:
\( N_{cb} = frac{EIN_{Nc}}{EIN_{Merken}} \Psi_{ed,N.} \Psi_{c,N.} \Psi_{cp,N.} N_b \)
Kapazitätsgleichung für Ankergruppen:
\( N_{cbg} = frac{EIN_{Nc}}{EIN_{Merken}} \Psi_{ec,N.} \Psi_{ed,N.} \Psi_{c,N.} \Psi_{cp,N.} N_b \)
Ankerauszugsfestigkeit
Ein Ausreißversagen tritt auf, wenn der Anker aus dem Beton herausgezogen wird, ohne dass sich ein vollständiger Ausbrechkegel bildet. Diese Prüfung gilt für einbetonierte Anker und bestimmte nachträglich installierte mechanische Anker und wird bewertet Nur einzelne Anker.
Für nachträglich installierte Anker, Die Kapazität wird durch experimentelle Tests bestimmt. Für einbetonierte Anker, Die Kapazität basiert im Allgemeinen auf den Ankerabmessungen.
In eingegossenen Kopfbolzen, Die Kapazität wird durch die Lagerung am eingebetteten Ende gesteuert, während in Hakenankern, sie wird durch die effektive Hakenlänge gesteuert.
So beheben Sie einen Auszugsfehler
Verwenden Sie breitere oder dickere eingebettete Platten oder größere Schraubenköpfe (Anker mit Kopf)
Für Anker mit eingebetteten Enden, Durch die Vergrößerung der Lagerfläche wird die Tragfähigkeit verbessert. Bei Verwendung einer eingebetteten Platte, Erhöhen Sie die Plattenabmessungen oder -dicke. Für Anker mit eingebettetem Kopf oder Mutter, Durch die Auswahl eines größeren Kopfes oder einer größeren Mutter am eingebetteten Ende wird die Auflagefläche vergrößert.
Ankerhaken verlängern oder Stangendurchmesser vergrößern (Hakenanker)
Kurze Haken oder kleine Ankerstangen können zum Ausreißen führen, auch wenn der Betonkegel nicht versagt. Längere Haken oder größere Stangen erhöhen die Kapazität und verringern das Risiko eines Herausziehens.
Verwenden Sie Beton mit höherer Festigkeit
Die Aufrüstung von einem Beton geringerer Qualität auf einen Beton höherer Qualität erhöht die Ausreißfestigkeit und ist oft wirksam, wenn die Geometrie eingeschränkt ist.
Gegebenenfalls rissfreien Beton verwenden
Ungerissener Beton bietet eine bessere Auszugsfestigkeit. Dies sollte nur dann angenommen werden, wenn die konstruktiven Gegebenheiten dies rechtfertigen.
Ausreißfehler werden in der Regel durch eine Verbesserung der Lagerbedingungen behoben, anstatt Abstände oder Kantenabstände zu ändern.
Kapazitätsgleichung für Kopf:
\( N_{pn} = Psi_{c,p} N_p \)
wo,
\( N_p = 8A_{brg}f_c’ \)
Kapazitätsgleichung für Hooked:
\( N_{pn} = Psi_{c,p} N_p \)
wo,
\( N_p = 0,9f_c’e_h d_a \)
Festigkeit des seitlichen Ausblasens von Beton
Ein seitliches Ausblasen tritt auf, wenn ein Anker mit relativ tiefer Einbettung zu nahe an einer freien Kante platziert wird. Anstatt einen Ausbruchskegel nach oben zu bilden, Der Kegel erstreckt sich seitlich, Dadurch bricht die Seitenfläche des Betons und platzt heraus.
Dieser Versagensmodus wird durch das Verhältnis zwischen Einbindetiefe und Randabstand bestimmt. Wenn diese Parameter auf bestimmte Weise dimensioniert werden, Dieser Fehlermechanismus ist möglicherweise nicht anwendbar.
Da sich Betonkegel überlappen können, Es müssen sowohl Einzelanker als auch Ankergruppen überprüft werden.
So beheben Sie einen seitlichen Blowout
Randabstand vergrößern
Durch die Vergrößerung des Randabstandes wird die Nennfestigkeit verbessert. Ebenfalls, ein viel größerer Randabstand d.h.( ca_1 > \frac{h_{ef}}{2.5 }\) macht diesen Fehler nicht anwendbar.
Passen Sie den Ankerabstand für Ankergruppen an
In Ankergruppen, Mehrere Anker können zum gleichzeitigen Ausblasen der Seitenfläche führen. Anker weiter auseinander platzieren, wobei immer noch eine gewisse Kegelüberlappung möglich ist, Erhöht die effektive Größe und Kapazität des Betonkegels.
Reduzieren Sie die Einbindetiefe der Ankerstange
Sehr lange Ankerstangen in Randnähe erhöhen die Gefahr eines Durchbruchs. Die Verwendung kürzerer Stäbe im Verhältnis zum Randabstand kann dazu führen, dass diese Prüfung nicht anwendbar ist.
Verwenden Sie Beton mit höherer Festigkeit
Die Aufrüstung von Beton geringerer Qualität auf Beton höherer Qualität erhöht die Ausblasfestigkeit an der Seitenfläche und ist oft wirksam, wenn die Geometrie eingeschränkt ist.
Kapazitätsgleichung für Einzelanker:
\( N_{jdm} = 160c_{a1}\sqrt{EIN_{brg}}\lambda_a\sqrt{f’_c} \)
Kapazitätsgleichung für Ankergruppen:
\( N_{als} = left(1 + \frac{s}{6c_{a1}}\richtig) N_{jdm} \)
Haftfestigkeit von Klebeankern
Für nachträglich angebrachte Klebeanker, Die Haftfestigkeit wird unter Zugkräften überprüft. Die Tragfähigkeit wird anhand der Einflussfläche des Verbundankers und der charakteristischen Verbundspannung berechnet. Charakteristische Verbundspannungswerte stammen aus experimentellen Tests, und wenn keine Testdaten verfügbar sind, konservative Werte von ACI 318-19 Tabelle 17.6.2.5 kann verwendet werden.
Da sich Einflussbereiche überschneiden können, Sowohl Einzelanker als auch Ankergruppen müssen ausgewertet werden.
Die Anleihekapazität ist bereits berücksichtigt:
-
Die Verbindung zwischen Anker und Kleber
-
Die Verbindung zwischen Kleber und Beton
So erhöhen Sie die Bindungskapazität
Ankerdurchmesser vergrößern
Ein größerer Ankerdurchmesser erhöht die Kapazität der Grundbindungsfestigkeit, sowie den Einflussbereich. Die Geometrie des Einflussbereichs wird stark vom Durchmesser beeinflusst.
Verankerungstiefe erhöhen
Eine tiefere Einbettung erhöht die Grundhaftfestigkeit eines Klebeankers.
Abstände und Randabstände vergrößern
Für Ankergruppen oder Einzelanker nahe einer Kante, Durch Anpassen der Abstände und Kantenabstände wird die Einschränkung des gesamten Einflussbereichs aufgehoben.
Verwenden Sie einen Klebstoff mit höherer charakteristischer Haftspannung
Die Wahl eines Klebstoffs mit höherer Klebkraft verbessert die Kapazität. Eine größere charakteristische Bindungsspannung bedeutet einen größeren Einflussbereich, Dadurch wird die Kapazität erhöht.
Kapazitätsgleichung für Einzelanker:
\( N_a = frac{EIN_{Bereits}}{EIN_{Nao}} \Psi_{ed,Bereits} \Psi_{cp,Bereits} N_{ba} \)
Kapazitätsgleichung für Ankergruppen:
\( N_{ag} = frac{EIN_{Bereits}}{EIN_{Nao}} \Psi_{ec,Bereits} \Psi_{ed,Bereits} \Psi_{cp,Bereits} N_{ba} \)
Ankerscherprüfungen gemäß ACI 318-19
Dieser Abschnitt wird in Kürze veröffentlicht.
Überprüfung der Ankerspannung und der Scherwechselwirkung gemäß ACI 318-19
Dieser Abschnitt wird in Kürze veröffentlicht.
