Je bent waarschijnlijk hier omdat je een ankerplaats hebt ontworpen met behulp van engineeringsoftware, een of meer controles zijn mislukt, en je wist niet zeker wat je vervolgens moest veranderen.
Deze tutorial is geschreven voor nieuwe ingenieurs en technische studenten die het willen begrijpen ankerfoutmodi onder ACI 318-19 en hoe je een ontwerp logisch kunt aanpassen. Dit is geen vervanging voor de code. Voor volledige voorzieningen en vereisten, altijd verwijzen ACI 318-19 Hoofdstuk 17.
Het doel hier is om u te helpen herkennen wat mislukt, waarom het mislukt, en welke ontwerpparameters daadwerkelijk de capaciteit vergroten, in plaats van willekeurig veranderende ingangen.
Als je wilt zien hoe deze controles stap voor stap worden toegepast in een ontwerpworkflow, U kunt ook verwijzen naar de SkyCiv-software voor het ontwerpen van grondplaten, die alle ACI-ankercontroles rapporteert met volledige berekeningen.
Wat is een anker?
Een anker is doorgaans een stalen staaf die in beton is ingebed om een ander structureel element te verbinden, meestal een stalen basisplaat. Ankers brengen spanning over, schuintrekken, of gecombineerde krachten van staal in de betonnen steun.
Ankers worden gewoonlijk geclassificeerd op installatiemethode.
Ingegoten ankers
Ingestorte ankers worden geplaatst voordat het beton wordt gestort en worden ingebed naarmate het beton uithardt.
Achteraf geïnstalleerde ankers
Achteraf geïnstalleerde ankers worden in verhard beton geïnstalleerd door gaten te boren en het anker vast te zetten met behulp van:
- Mechanische expansie
- Kleef- of chemische binding
Welke is beter?
Geen van beide ankertypes is inherent beter. De keuze hangt af van de maakbaarheid, projectbeperkingen, en beschikbaarheid. Bijvoorbeeld, als een stalen kolom wordt toegevoegd aan een bestaande plaat of voet, Ingestorte ankers zijn geen optie meer, en achteraf geïnstalleerde ankers worden doorgaans gebruikt.
Beschikbaarheid is ook belangrijk, als ankertypen, De meest gunstige fundering selecteren, en installatielimieten zijn afhankelijk van de levering door de fabrikant. Veel voorkomende ankerfabrikanten zijn onder meer Hilti, De Walt, en Visser, elk biedt verschillende mechanische en lijmverankeringssystemen met productspecifieke ontwerpgegevens en installatievereisten.
Enkele ankers versus ankergroepen
Wanneer ankercontroles mislukken, het falen treedt niet altijd op bij slechts één anker. Afhankelijk van de indeling, Falen kan optreden bij een enkel anker of bij een groep ankers die samenwerken. ACI 318 maakt dit onderscheid omdat de heersende faalwijze en -capaciteit heel verschillend kunnen zijn.
Of een storing wordt beoordeeld als een falen van een enkel anker of een ankergroep mislukt hangt vooral af van de overlap van geprojecteerde faaloppervlakken. Deze overlap wordt doorgaans bepaald door de ankerafstand, inbeddingsdiepte, en randafstand.
Om dit gedrag tijdens het ontwerp te visualiseren, hulpmiddelen zoals de SkyCiv-software voor het ontwerpen van grondplaten geef geprojecteerde faalgebieden weer en bepaal automatisch of ankers individueel of als groep worden geëvalueerd op basis van geometrie.
Enkele ankers
Als ankers ver uit elkaar staan of een geringe inbeddingsdiepte hebben, hun verwachte faalgebieden overlappen elkaar niet. In dit geval, falen wordt geëvalueerd op individueel ankerniveau. Eén anker kan zijn limiet bereiken zonder significante bijdrage van aangrenzende ankers.
Ankergroepen
Wanneer ankers dichter bij elkaar worden geplaatst met voldoende inbeddingsdiepte, hun geprojecteerde faaloppervlakken overlappen elkaar. In dit geval, het beton beperkt de capaciteit van de hele groep, en falen treedt op wanneer het gecombineerde geprojecteerde faalgebied zijn limiet bereikt. De groepscapaciteit is niet gelijk aan de som van de individuele ankercapaciteiten.
Dit onderscheid is van cruciaal belang omdat verschillende ACI-spannings- en schuifcontroles expliciet veranderen, afhankelijk van het feit of het bezwijken wordt bepaald door een enkel anker of door een ankergroep.. Het verkeerd identificeren van het heersende type mislukking kan leiden tot onconservatieve of overdreven conservatieve ontwerpen.
Ontwerpvoorbeelden
Ontwerpvoorbeelden ter illustratie fouten bij één anker en ankergroep is te vinden in de SkyCiv-basisplaatontwerpbronnen. Hier vindt u een voorbeeld van een reeks ontwerpcontroles die zijn uitgevoerd door de SkyCiv-software voor het ontwerpen van grondplaten.
Ankerspanningscontroles per ACI 318-19
Wanneer ankers onder spanning staan, ACI 318-19 vereist meerdere controles. Elke controle komt overeen met een ander fysiek faalmechanisme. Als je het mechanisme eenmaal begrijpt, het wordt veel eenvoudiger om het ontwerp aan te passen.
Staalsterkte onder spanning
Bij de controle van ankerstaal wordt rekening gehouden met meegeven en scheuren van het ankerstaal.
Hoe u de trekcapaciteit van staal kunt vergroten
Kies een grotere ankerdiameter
Grotere diameters zorgen voor een groter trekoppervlak. Voor diameterselectie, Veel ingenieurs beginnen in het bereik van 1/2 inch naar 3/4 inch. Als de vraag groter is dan verwacht, vergroot de diameter. Dit oordeel verbetert met ervaring.
Verhoog de sterkte van het ankermateriaal
Hogere materiaalkwaliteiten verhogen de capaciteit maar verhogen ook de kosten. Gebruikelijke ankermaterialen zijn onder meer ASTM F1554. Een praktische ontwerpbenadering is om te beginnen met lagere kwaliteiten, zoals Grade 36, en vervolgens verhogen naar Graad 55 of rang 105 alleen als de vraag dit vereist.
Zorg voor meer ankers
Als de ankerdiameter en materiaalkwaliteit al zijn gemaximaliseerd en de controle van de staalspanning nog steeds van toepassing is, het toevoegen van meer ankers in dezelfde rij kan een optie zijn. Dit vereist doorgaans aanpassing van de afstand, randafstanden, of afmetingen van de basisplaat. Het toevoegen van extra rijen is toegestaan, maar het verandert de verdeling van de belasting en dat zou ook zo moeten zijn zorgvuldig geëvalueerd.
Capaciteitsvergelijking:
\( N_{naar} = A_{ik weet,N} f_{uta} \)
Betonuitbreeksterkte onder spanning
Betonuitbraak treedt op wanneer een kegelvormig gedeelte van beton loskomt van de steun. In dit geval, het ankerstaal blijft intact, maar het omringende beton faalt.
Deze faalwijze is van toepassing op kopankers, expansie ankers, schroef ankers, en ondersneden ankers.
Hoe u de uitbraakcapaciteit van beton kunt vergroten
Vergroot de inbeddingsdiepte
De uitbreekkegel wordt geïdealiseerd als zich uitstrekkend van het ingebedde uiteinde van het anker naar het betonoppervlak. Het vergroten van de inbeddingsdiepte vergroot de kegel en verhoogt de capaciteit aanzienlijk. De inbeddingsdiepte verhoogt ook direct de door ACI gedefinieerde basisuitbreeksterkte.
Vergroot de ankerafstand
Dicht bij elkaar geplaatste ankers beperken de breedte van het geprojecteerde bezwijkgebied. Door de afstand te vergroten, is een groter effectief ontsnappingsgebied mogelijk, vooral voor ankergroepen.
Randafstand vergroten
Ankers die dichtbij randen worden geplaatst, kunnen geen volledige uitbreekkegel ontwikkelen. Het vergroten van de randafstand resulteert vaak in een merkbare capaciteitstoename.
Gebruik beton met hogere sterkte
Het upgraden van beton van lagere kwaliteit naar beton van hogere kwaliteit verhoogt de basisuitbreeksterkte en is vaak effectief wanneer de geometrie beperkt is.
Ga indien nodig uit van ongescheurd beton
Ongescheurd beton biedt een iets hogere capaciteit. Deze veronderstelling mag alleen worden gebruikt als dit gerechtvaardigd is, omdat het de ontwerpaannames verandert.
Zorg voor versteviging die is ontworpen om spanning te dragen
Wanneer wapening expliciet is ontworpen en gedetailleerd om de trekkracht van het anker te dragen, Er kan worden afgezien van betonuitbraakcontroles. Dit moet een bewuste ontwerpbeslissing zijn, geen veronderstelling.
Capaciteitsvergelijking voor enkele ankers:
\( N_{cb} = frac{EEN_{Nc}}{EEN_{Onthouden}} \Psi_{ed,N} \Psi_{c,N} \Psi_{cp,N} N_b \)
Capaciteitsvergelijking voor ankergroepen:
\( N_{cbg} = frac{EEN_{Nc}}{EEN_{Onthouden}} \Psi_{eg,N} \Psi_{ed,N} \Psi_{c,N} \Psi_{cp,N} N_b \)
Uittreksterkte van het anker
Uittrekfout treedt op wanneer het anker uit het beton wordt getrokken zonder een volledige uitbreekkegel te vormen. Deze controle geldt voor instortankers en bepaalde achteraf geïnstalleerde mechanische ankers en wordt geëvalueerd alleen individuele ankers.
Voor achteraf geïnstalleerde ankers, capaciteit wordt bepaald door middel van experimentele testen. Voor ingegoten ankers, capaciteit is over het algemeen gebaseerd op ankerafmetingen.
Met ingegoten noppen met kop, De capaciteit wordt geregeld door het lager aan het ingebedde uiteinde, terwijl ze in gehaakte ankers zitten, het wordt bepaald door de effectieve haaklengte.
Hoe u een uittrekfout kunt oplossen
Gebruik bredere of dikkere ingebedde platen of grotere boutkoppen (Onder leiding van ankers)
Voor ankers met ingebedde uiteinden, het vergroten van het lageroppervlak verbetert de capaciteit. Bij gebruik van een ingebedde plaat, verhoog de plaatafmetingen of -dikte. Voor ankers met een ingebedde kop of moer, het selecteren van een grotere kop of moer aan het ingebedde uiteinde vergroot het lageroppervlak.
Verleng ankerhaken of vergroot de staafdiameter (Gehaakte ankers)
Korte haken of kleine ankerstangen kunnen tot uittrekking leiden, zelfs als de betonnen kegel niet bezwijkt. Langere haken of grotere hengels vergroten de capaciteit en verminderen het risico op uittrekken.
Gebruik beton met hogere sterkte
Het upgraden van beton van lagere kwaliteit naar beton van hogere kwaliteit verhoogt de uittreksterkte en is vaak effectief wanneer de geometrie beperkt is.
Gebruik indien nodig niet-scheurend beton
Ongescheurd beton biedt een betere uittrekweerstand. Hiervan mag alleen worden uitgegaan als de ontwerpvoorwaarden dit rechtvaardigen.
Uittrekfouten worden meestal aangepakt door de lageromstandigheden te verbeteren in plaats van de afstanden of randafstanden te veranderen.
Capaciteitsvergelijking voor kop:
\( N_{pn} = Psi_{c,p} N_p \)
waar,
\( N_p = 8A_{brg}f_c’ \)
Capaciteitsvergelijking voor Hooked:
\( N_{pn} = Psi_{c,p} N_p \)
waar,
\( N_p = 0,9f_c’e_h d_a \)
Uitblaassterkte van beton aan de zijkant
Zijwaartse uitbarsting treedt op wanneer een anker met een relatief diepe inbedding te dicht bij een vrije rand wordt geplaatst. In plaats van een uitbraakkegel naar boven te vormen, de kegel strekt zich zijwaarts uit, waardoor de zijkant van het beton breekt en uitblaast.
Deze faalwijze wordt bepaald door de relatie tussen de inbeddingsdiepte en de randafstand. Wanneer deze parameters op een bepaalde manier worden gedimensioneerd, dit faalmechanisme is mogelijk niet van toepassing.
Omdat betonnen kegels elkaar kunnen overlappen, zowel afzonderlijke ankers als ankergroepen moeten worden gecontroleerd.
Hoe u een klapband aan de zijkant kunt verhelpen
Randafstand vergroten
Het vergroten van de randafstand verbetert de nominale sterkte. Ook, een veel grotere randafstand, d.w.z.( ca_1 > \frac{h_{ef}}{2.5 }\) maakt deze fout niet van toepassing.
Pas de ankerafstand voor ankergroepen aan
In ankergroepen, meerdere ankers kunnen gelijktijdig een uitbarsting aan de zijkant veroorzaken. Afstandsankers verder uit elkaar, terwijl er nog steeds enige kegeloverlap mogelijk is, verhoogt de effectieve grootte en capaciteit van de betonkegel.
Verminder de inbeddingsdiepte van de ankerstang
Zeer lange ankerstangen nabij randen vergroten de kans op een klapband. Het gebruik van kortere staven ten opzichte van de randafstand kan ervoor zorgen dat deze controle niet van toepassing is.
Gebruik beton met hogere sterkte
Het upgraden van beton van lagere kwaliteit naar beton van hogere kwaliteit verhoogt de uitblaassterkte aan de zijkant en is vaak effectief als de geometrie beperkt is.
Capaciteitsvergelijking voor enkele ankers:
\( N_{sb} = 160c_{a1}\sqrt{EEN_{brg}}\lambda_asqrt{f'_c} \)
Capaciteitsvergelijking voor ankergroepen:
\( N_{net zo} = links(1 + \frac{s}{6c_{a1}}\Rechtsaf) N_{sb} \)
Hechtsterkte van zelfklevende ankers
Voor achteraf geïnstalleerde zelfklevende ankers, de hechtsterkte wordt gecontroleerd onder trekkrachten. De capaciteit wordt berekend op basis van het invloedsgebied van het gebonden anker en de karakteristieke hechtspanning. Karakteristieke waarden voor bindingsspanning zijn afkomstig van experimentele tests, en als testgegevens niet beschikbaar zijn, conservatieve waarden van ACI 318-19 Tafel 17.6.2.5 kan worden gebruikt.
Omdat invloedsgebieden elkaar kunnen overlappen, zowel afzonderlijke ankers als ankergroepen moeten worden geëvalueerd.
De obligatiecapaciteit is al goed:
-
De verbinding tussen het anker en de lijm
-
De verbinding tussen de lijm en het beton
Hoe de bindingscapaciteit te vergroten
Vergroot de ankerdiameter
Een grotere ankerdiameter voegt capaciteit toe aan de basishechtsterkte, evenals het invloedsgebied. De geometrie van het invloedsgebied wordt sterk beïnvloed door de diameter.
Vergroot de inbeddingsdiepte
Een diepere inbedding verhoogt de basishechtsterkte van een zelfklevend anker.
Vergroot de afstanden en randafstanden
Voor ankergroepen of enkele ankers dicht bij een rand, Door de afstanden en randafstanden aan te passen, wordt de beperking van het totale invloedsgebied opgeheven.
Gebruik een lijm met een hogere karakteristieke hechtspanning
Door een lijm met een hogere hechtsterkte te kiezen, wordt de capaciteit verbeterd. Een grotere karakteristieke bindingsspanning betekent een groter invloedsgebied, waardoor de capaciteit toeneemt.
Capaciteitsvergelijking voor enkele ankers:
\( N_a = frac{EEN_{Aan}}{EEN_{Nao}} \Psi_{ed,Aan} \Psi_{cp,Aan} N_{ba} \)
Capaciteitsvergelijking voor ankergroepen:
\( N_{oud} = frac{EEN_{Aan}}{EEN_{Nao}} \Psi_{eg,Aan} \Psi_{ed,Aan} \Psi_{cp,Aan} N_{ba} \)
Ankerafschuifcontroles per ACI 318-19
Afschuifcapaciteit van ankerstangen
Vergelijkbaar met het trekvermogen van ankerstangen, Bij de controle van het ankerstaal wordt rekening gehouden met meegeven en scheuren van het ankerstaal als gevolg van de uitgeoefende schuifbelasting. Deze faalwijze treedt op wanneer de staalsterkte van de ankerstaaf wordt bereikt voordat het omringende beton bezwijkt.
Het afschuifvermogen van ankerstangen hangt vooral af van de ankerdiameter, de materiaalsterkte van het staal, en het aantal ankers dat bestand is tegen de uitgeoefende belasting.
Hoe u de afschuifcapaciteit van staal kunt vergroten
Kies een grotere ankerdiameter
Vergelijkbaar met de treksterkte van anker, de schuifsterkte van ankers is afhankelijk van hun fysieke afmetingen. Het vergroten van de ankerdiameter vergroot het dwarsdoorsnedeoppervlak van het staal, wat resulteert in een hogere afschuifcapaciteit.
Verhoog de sterkte van het ankermateriaal
Als het vergroten van de diameter niet mogelijk is vanwege geometrische beperkingen, het selecteren van een sterker ankermateriaal kan worden overwogen. Veel voorkomende ankerstaafkwaliteiten zijn onder meer Grade 36, Cijfer 55, en Rang 105. Hogere sterkteklassen bieden een grotere weerstand tegen schuifkrachten.
Voeg meer ankers toe
Een andere benadering is het vergroten van het aantal ankers dat de belasting weerstaat. Door meer ankers toe te voegen, wordt de uitgeoefende kracht over extra elementen verdeeld en wordt de schuifkracht op elk afzonderlijk anker verminderd.
Capaciteitsvergelijking voor ingegoten noppenanker:
\( V_{naar} = A_{ik weet,V } f_{uta} \)
Capaciteitsvergelijking voor ingegoten bout en haakboutanker:
\( V_{naar} = 0,6A_{ik weet,V } f_{uta} \)
Als er opgebouwde voegen aanwezig zijn, de schuifsterkte van ankerstaven wordt verminderd met 80 procent volgens ACI-bepalingen.
Uitbraak van beton door afschuiving
De uitbreeksterkte van beton bij afschuiving treedt op wanneer een kegelvormig gedeelte van het beton loskomt van de steun als gevolg van de uitgeoefende schuifkrachten.. Dit falen kan optreden wanneer afschuiving evenwijdig aan de betonrand of loodrecht op de rand werkt.
ACI-bepalingen geven aan dat de capaciteit voor afschuiving evenwijdig aan een rand doorgaans groter is dan de capaciteit voor afschuiving die loodrecht op de rand werkt. Echter, het wordt nog steeds aanbevolen om beide richtingen te controleren, zoals geïmplementeerd in de SkyCiv-software voor het ontwerpen van grondplaten.
Hoe u de uitbraakcapaciteit van beton kunt vergroten
Randafstand vergroten
Door de randafstand van ankers tot de betonrand te vergroten, kan een grotere uitbreekkegel ontstaan. Hoe verder de ankers van de rand worden geplaatst, hoe groter het geprojecteerde faaloppervlak wordt. De fundamentele betonuitbreeksterkte bij afschuiving houdt ook rechtstreeks verband met de randafstand.
Vergroot de ankerafstand
Door de afstand tussen de ankers te vergroten, kan het geprojecteerde uitbreekgebied van de ankergroep groter worden. Dicht bij elkaar geplaatste ankers beperken de ontwikkeling van de uitbreekkegel, terwijl een grotere afstand ervoor zorgt dat er een groter faaloppervlak ontstaat.
Verhoog de dikte
De uitbreekkegel kan worden beperkt door de dikte van de betonnen steun. Als het ankeruiteinde zich te dicht bij de onderkant van de steun bevindt, de uitbraakkegel kan zich niet volledig ontwikkelen. Het vergroten van de dikte van de betonnen steun maakt een completere uitbraakprojectie mogelijk.
Vergroot de ankerlengte
De basisbetonuitbreeksterkte bij afschuifkracht wordt mede bepaald door de draaglengte van het anker. Voor ankers met constante stijfheid, deze lengte is doorgaans gelijk aan de inbeddingsdiepte van het anker. Voor koppelgecontroleerde expansieankers, de dragende lengte wordt doorgaans genomen als tweemaal de ankerdiameter. In alle gevallen, deze lengte mag niet groter zijn dan acht maal de ankerdiameter.
Vergroot de ankerdiameter
Het vergroten van de ankerdiameter vergroot ook de fundamentele uitbreeksterkte van het beton.
Gebruik beton met hogere sterkte
Het gebruik van beton met hogere sterkte verhoogt de basisuitbreeksterkte. Deze aanpak is vaak effectief wanneer geometrische parameters zoals afstand of randafstand niet gemakkelijk kunnen worden vergroot.
Ga indien van toepassing uit van ongescheurd beton
Het uitbreekvermogen van beton is iets hoger wanneer wordt aangenomen dat het beton niet gescheurd is. Deze aanname mag alleen worden gebruikt als dit gerechtvaardigd is door de ontwerpvoorwaarden.
Zorg voor versterking die is ontworpen om spanning te dragen
Als wapening opzettelijk is ontworpen en gedetailleerd om de ankerkrachten te dragen, betonuitbraak kan worden verhinderd. Wanneer goed ontworpen versteviging wordt aangebracht, ACI staat toe dat de uitbraakcontrole wordt opgeheven.
Capaciteitsvergelijking voor enkele ankers:
\( V_{cb} = frac{EEN_{Vc}}{EEN_{Vco}} \psi_{ed,V } \psi_{c,V } \psi_{h,V } V_b \)
Capaciteitsvergelijking voor ankergroepen:
\( V_{cbg} = frac{EEN_{Vc}}{EEN_{Vco}} \psi_{eg,V } \psi_{ed,V } \psi_{c,V } \psi_{h,V } V_b \)
Beton losraken als gevolg van afschuiving
Het loswrikken van beton is een andere faalwijze die gepaard gaat met ankers die aan afschuiving worden blootgesteld. Dit falen treedt op wanneer het anker een wigvormig gedeelte van beton omhoog trekt als gevolg van de uitgeoefende schuifkracht.
Volgens ACI-bepalingen, de uitbreeksterkte van het beton is gerelateerd aan de uitbreeksterkte van het beton onder trek. Deze faalwijze is van toepassing op verschillende ankertypen, inclusief kopankers, expansie ankers, schroef ankers, en ondersneden ankers.
Hoe u de capaciteit van het beton kunt vergroten
Vergroot de inbeddingsdiepte
De uitbreekkegel wordt geïdealiseerd als zich uitstrekkend van het ingebedde uiteinde van het anker naar het betonoppervlak. Door de inbeddingsdiepte te vergroten, wordt deze kegel groter en wordt de loshaalcapaciteit aanzienlijk vergroot. De inbeddingsdiepte vergroot ook de basisuitbreeksterkte gedefinieerd door ACI. Daarnaast, een grotere inbeddingsdiepte resulteert in een grotere kcp factor die wordt gebruikt bij de berekening van de losbreeksterkte, waardoor de loshaalcapaciteit verder wordt vergroot.
Vergroot de ankerafstand
Dicht bij elkaar geplaatste ankers beperken het geprojecteerde ontsnappingsgebied. Door de afstand tussen de ankers te vergroten, kan een groter effectief uitbraakgebied ontstaan, vooral voor ankergroepen.
Randafstand vergroten
Ankers die zich dichtbij randen bevinden, kunnen geen volledige uitbreekkegel ontwikkelen. Door de randafstand te vergroten, kan het uitbreekoppervlak uitzetten en wordt het uitbreekvermogen verbeterd.
Gebruik beton met hogere sterkte
Het gebruik van beton met een hogere sterkte verhoogt de basisuitbreeksterkte en kan het uitbreekvermogen verbeteren wanneer geometrische parameters niet kunnen worden gewijzigd.
Ga indien van toepassing uit van ongescheurd beton
Ongescheurd beton biedt een iets hogere capaciteit. Deze aanname mag alleen worden gebruikt als dit gerechtvaardigd is door de ontwerpvoorwaarden.
Capaciteitsvergelijking voor enkele ankers:
\( V_{cp} = reductiefactor voor gesneden draad{cp} N_{cp} \)
Capaciteitsvergelijking voor ankergroepen:
\( V_{cpg} = reductiefactor voor gesneden draad{cp} N_{cpg} \)
Ankerspanning- en schuifinteractiecontroles per ACI 318-19
Dit onderdeel wordt binnenkort gepubliceerd.
