انکراژ در بتن
بهطورکلی انکرها یا اعضای مهاری قطعاتی فولادی با اشکال مختلف هستند. که وظیفه مهار کردن و اتصال اجزای مختلف سازه ای یا غیر سازهای به المانهای بتنی سازه ای و انتقال صحیح نیروهای اعمالی به سازه اصلی را دارند. در عملیات انکراژ در بتن همیشه قسمتی از انکرها درون بتن مدفون می شود. تا با مکانیزم های مختلف نیروها را به بتن سازهای منتقل نماید، و قسمت دیگر آن بیرون از سطح بتن قرار می گیرد تا بتواند جزء الحاقی موردنظر را به آن متصل کند.
این بارها بهصورت کشش، برش و یا ترکیبی از این دو می تواند باشد. انکراژ در بتن به روش های گونانی صورت میگیرد که در ادامه به آن پرداخته خواهد شد.
انکرها به صورت کلی به دو دسته تعلق میگیرند.
به انکرهایی گفته می شود که قبل از بتن ریزی و حین آرماتوربندی در عضو بتنی قرار گرفته و بعد از بتن ریزی به اندازه عمق کاشت خود مدفون می شود. به عنوان مثال میلگردهای کاشته شده در فونداسیون که برای نصب صفحه کف ستون (Base Plate) استفاده می شوند از این دسته هستند.
معادل فارسی خاصی برای این دسته انکرها وجود ندارد در صورت نیاز پیشنهاد بنده عبارت “انکرهای پیش کاشته” است. در زیر به انواع مختلف این دسته انکرها اشاره خواهد شد.
۱-a. Headed Bolt Anchors
همانطور که از نام آن برداشت می شود به پیچهای معمولاً کله شش گوش اطلاق می گردد که از سمت کله آن در بتن قرار می گیرد و از سمت رزوه دار آنکه بیرون از بتن است میتوان قطعه الحاقی را متصل نمود. طبیعتاً بارهای کششی اعمالی از طریق سطح تماس کله پیچ با بتن روی آن منتقل می شود.
۱-b. Headed Stud Anchors
این انکرها در واقع همان گل میخه ایی هستند که به عنوان برش گیر در سقفهای عرشه فولادی مورد استفاده قرار می گیرند. که با تفنگ های خاصی روی تیرآهن های سقف جوش می شوند. این نوع انکرها معمولاً به صورت گروهی به یک قطعه خاص فولادی مطابق استاندارد AWS – D1.1 جوش شده و سپس با جانمایی از قبل تعیین شده درون قالب بتن قرار میگیرند. مکانیزم انتقال بار مانند پیچ کله دار می باشد.
۱-c. Hooked Bolt Anchors
این نوع انکرها در واقع همان میله ها یا میلگردهای خم دار هستند که قسمت خم دار آنها در بتن مدفون شده و وظیفه انتقال نیروها را به عهده دارد. این انکرها معمولاً کاربرد سازه ای داشته و اغلب به عنوان بولت جهت نصب صفحه کف ستون مورد استفاده می گیرند (برای این منظور سر آزاد میلگرد رزوه دار میشود). انکراژ در بتن اینها غالباً به صورت عصایی ۹۰ درجه (L-Bolt) و ۱۸۰ درجه (J-Bolt) هستند.
همانطور که از مفهوم کلمه برداشت می شود به انکرهایی اطلاق می شود که پس از اجرای بتن و عمل آوری آن از طریق سوراخکاری، کاشت انکر و در نهایت فعالسازی اجرا می گردند. این انکرها بسته به نحوه کاشت، فعالسازی و مکانیزم انتقال بار انواع مختلفی دارند که در ادامه شرح داده خواهد شد.
معادل فارسی خاصی برای این دسته انکرها وجود ندارد در صورت نیاز پیشنهاد بنده عبارت “انکرهای پس کاشته” است. در زیر به انواع مختلف این دسته انکرها اشاره خواهد شد.
۲-a. Adhesive Anchors
اصطلاحاً به این دسته انکرهای شیمیایی گفته می شود که از یک میله فولادی رزوه دار و چسب مخصوص تشکیل شده است. متریالهای به کار رفته در این چسب ها متنوع هستند، این ترکیبات شیمیایی شامل پلیمرهای ارگانیک (مانند اپوکسیها، پلیاورتانها، پلیاسترها، متیلمتاکریلاتها، وینیلاسترها و…) ویا پلیمرهای ارگانیک و غیر ارگانیک می باشند. برای نصب این انکرها ابتدا سوراخی به قطر حداکثر ۵/۱ برابر قطر میله انکر در بتن سخت شده زده شده سپس چسب مورد نظر درون سوراخ تزریق گردیده و پس از آن میله فولادی درون سوراخ پر از چسب فرو برده می شود. پس از خشک شدن چسب انکر فعال می گردد و بارهای وارده از طریق چسبندگی بین بتن و چسب و همزمان بین چسب و میله منتقل می شود، در واقع مکانیزم انتقال بار همان باند یا قید چسبندگی است.
۲-b. Undercut Anchors
انکرهایی هستند که برای نصب آنها پس از سوراخکاری عملیات خاصی به نام Undercutting انجام می گردد، در این فرآیند انتهای سوراخ را به شکل مخروطی گشاد می کنند تا انتهای غلاف انکر (Sleeve) که قسمت باز شونده آن قرار دارد بتواند با روش فعالسازی خاص خود در قسمت گشاد شده درگیری مکانیکی (Mechanical Interlock) ایجاد کند و بهواسطه این درگیری بتواند نیروها را منتقل نماید. این انکرها انواع و اقسام زیادی دارند برندهای مختلف با اشکال و مکانیزم های فعالسازی مختلف تولید می کنند. در برخی از این نوع انکرها ابتدا با یک دریل مخصوص Undercutting انجام شده سپس انکر کاشته و فعال میگردد (مانند HAD-P) و در برخی دیگر Undercutting در حین نصب با ابزار نصب مخصوص به خود انجام می شود (مانند HSU-R). همچنین فعالسازی انکرها که در واقع باز شدن قسمت انتهایی غلاف آن میباشد، به دو روش ضربهای و پیچشی است که در ادامه توضیحات تکمیلی داده خواهد شد.
۲-c. Expansion Anchors
به انکرهایی اطلاق می شود که از طریق باز شدن قسمت بازشونده انتهای غلاف آن به سمت جداره سوراخ فعال میگردند و به واسطه اصطکاک و کنش سطحی بین بتن و پره های بازشده انکر انتقال نیروها انجام می شود.
با توجه به نحوه فعال شدن این نوع انکرها به دو دسته اصلی تقسیم می شوند.
۲-c-1. Displacement-Controlled Expansion Anchors
این دسته انکرها شامل یک عدد گوی یا پین هستند که با حرکت خود به سمت انتهای بازشونده غلاف باعث بازشدن و فعالسازی انکر می گردد. متداول ترین فرم این انکرها Drop-in Anchors هستند که در ایران به انکرهای تو پیچ ضربهای معروف اند که گوی آنها از طریق اعمال ضربه چکش به سنبه انکر (ابزار فعالسازی) به انتهای انکر هدایتشده و فعالسازی صورت میپذیرد. برای نصب تأسیسات ساختمانی و ساپورتهای آن به وفور از این تیپ انکر استفاده می شود چراکه قابلیت نصب راد یا پیچ متری جهت گرفتن آویز از سقف دارد. به عنوان مثال می توان به انکر R-DCA شرکت Rawlplug اشاره کرد.
۲-c-2. Torque-Controlled Expansion Anchors
این دسته انکرها شامل یک میله فولادی رزوه دار به همراه مهره است که در انتهای آن یک یا چند غلاف بازشونده (Sleeve) و یک قطعه مخروطی در کنار هم قرار دارد. پس از
سوراخکاری و کاشت انکر مهره آن به سمت سفت شدن چرخانده میشود تا جایی که گشتاور پیچشی موجود به حدنصاب تعیین شده در کاتالوگ محصول که توسط شرکت سازنده تهیه شده است، برسد. این کار باعث میشود که مخروط انتهای انکر به سمت غلاف بازشونده حرکت کرده و آنها به سمت دیواره سوراخ بتن باز کند و فعالسازی به این ترتیب کامل میگردد. متداولترین فرم این انکرها Wedge Anchors هستند که در ایران غالباً با نام های رولبولت و اکسپنشن بولت شناخته می شوند که برای نصب ساپورتهای تأسیسات ساختمانی کاربرد فراوانی دارند. برای مثال می توان به انکر R-HPTII-ZF شرکت Rawlplug اشاره کرد.
- یکی از انواع بسیار خاص این دسته انکرها، Hollow Ceiling Anchors هستند که برای کاشت در سقفهای سازهای توخالی یا حفرهدار مانند هالوکور، کوبیاکس، یوبوت و… که بهدلیل ضخامت کم بتن از انکرهای روتین نمیتوان استفاده نمود، کاملاً مناسب هستند. برای نصب این انکرها ابتدا سوراخکاری تا جایی که کل ضخامت بتن سوراخ گردد، انجام شده و انکر درون سوراخ قرار میگیرد، سپس یک عدد راد یا میله رزوهدار داخل انکر پیچیده شده تا از طول انکر کاملاً عبور کند. فعالسازی این انکر نیز بهصورت پیچشی است یعنی با سفت کردن مهره روی راد مخروطی انتهای انکر به سمت غلاف بازشونده حرکت کرده و پرههای آن از بالا به سطح بتن چنگ میزنند. یکی از بهترین انکرهای با این فرمت مدل FHY شرکت Fischer میباشد.
فرمهای گوناگون خرابی در سیستم انکراژ
به طور کلی با توجه به انواع و اقسام مختلف انکر، روش های انکراژ، مکانیزم های انتقال بار، شدت و نوع بارهای وارده، فواصل انکرها از هم و همچنین از لبه ها و… مودهای متفاتی از خرابی در خود انکر ویا بتن دور انکر ممکن است که اتفاق بیفتد که در ادامه شرح داده می شوند.
-
Pullout Failure
به حالتی از خرابی اطلاق میگردد که در آن انکر تحت نیروی کششی اعمال شده از داخل سوراخ به سمت بیرون حرکت کند بدون آنکه به ظرفیت نهایی بتن و فولاد انکر نزدیک شویم. معمولاً در انکرهای Post-installed مکانیکی این مود خرابی حاکم بر طراحی میگردد چراکه میزان نیروی مقاوم درگیر بین بتن و انکر (نسبت به انکرهای Cast-in ) به حدی نیست که بتواند بتن یا فولاد را به حد مقامت نهایی آنها نزدیک کند و بیرونزدگی خیلی زودتر اتفاق میفتد.
- Pull-through Failure
همان بیرونزدگی انکر از بتن است با این تفاوت که اولاً غلاف درگیر شده با بتن از بدنه انکر جدا میشود و ثانیاً خردشدگی جزئی سطح بتن اطراف انکر وجود ندارد. عدم نصب و فعالسازی صحیح و همچنین پایین بودن کیفیت انکر میتواند باعث این نوع خرابی باشد.
-
Splitting Failure
در این حالت خرابی که تحت نیروی کششی اتفاق میوفتد بتن دچار شکستگی و ترک در اطراف انکر یا گروهی از انکرها و در راستای صفحهای که از محور انکر عبور میکند، میشود.
-
Steel Failure
اگر درگیری انکر با بتن به حدی باشد که نیروهای اعمالی بتوانند فولاد انکر را به حدود مقاومت نهایی آن برساند این امر باعث گسیختگی و بریده شدن خود انکر میگردد که این موضوع هم تحت نیروهای کششی و هم نیروهای برشی میتواند اتفاق بیفتد.
-
Concrete Breakout Failure
نیروهای اعمالی از انکر باعث به وجود آمدن نوعی توزیع تنش مخروطی شکل در بتن میگردد که در صورت تجاوز تنشها از حدود مقاومت نهایی سطح بیرونی این مخروط یا گوه تنش به سطح شکست آن تبدیل شده و اصطلاحاً بتن قلوه کن میشود.
این نوع خرابی هم تحت نیروهای کششی با مکانیزم فوق میتواند به وقوع بپیوندد و هم اینکه برای انکرهای تحت نیروهای برشی که به لبه بتن نزدیک هستند به دلیل اینکه مخروط توزیع تنش نمیتواند کامل تشکیل شود این قلوهکن شدن از سمت لبه بتن اتفاق میفتد. اساساً حداقل فاصله انکر از لبه بتن که در آییننامهها و کاتالوگ انکرها به آن اشاره شده است به منظور جلوگیری از این مسئله محاسبه و تعیین گردیده است.
-
Concrete Pryout Failure
چنانچه انکری دور از لبه بتن و تحت نیروی برشی باشد و این نیرو باعث خردشدگی موضعی بتن در همان جهت گردد و همچنین صلبیت آن انکر زیاد باشد، این امر باعث میشود که انکر تمایل به حرکت در خلاف جهت نیروی برشی اعمالی داشته باشد و در نهایت منجر به شکست مخروط تنش بتن در جهت مخالف میشود. این خرابی نیز نوعی از قلوهکن شدن تحت برش است اما با مکانیزم کاملاً متفاوت.
-
Side-face Blowout Failure
این مود خرابی برای انکرهای با عمق کاشت نسبتاً طولانی و با فاصله کم از لبه و تحت نیروی کششی بالقوه است که بهصورت ترکیدگی بتن از عمق لبه آزاد بدون آنکه سطح بالایی آن دچار خرابی گردد، خود را نشان میدهد.
اصطلاحات کاربردی
-
Anchor Group
اگر تعدادی انکر کنار هم قرار گرفته باشند که از نظر نوع، ظاهر و عمق کاشت مؤثر یکسان بوده و همچنین فاصله بین آنها از حداقل فاصله مجاز کمتر باشد که در نتیجه مخروط توزیع تنش انکرها دچار همپوشانی بشود، اصطلاحاً به آنها گروه انکر گفته میشود.
-
Anchor Reinforcement
آرماتور بندی به کار رفته جهت انتقال کامل بارهای طراحی که برای اطراف انکر طراحی و اجرا میگردند تا بتن در آن ناحیه بهخصوص دچار خرابیهای موضعی نگردد، مانند انواع سنجاقیها و انواع میلگردهای خمدار (Hairpins). البته این تقویتها بیشتر در مورد انکرهای پیش کاشت مطرح میشود.
-
Attachment
قطعه الحاقی که بوسیله انکرها به عضو بتنی متصل میشود.
-
Distance Sleeve
غلافی که در بعضی انکرهای Undercut، Displacement–Controlled Expansion و
Torque–Controlled Expansion وجود دارد ولی قابلیت بازشوندگی ندارند.
-
Edge Distance
فاصله بین لبه سطح آزاد بتن تا مرکز سطح نزدیکترین انکر
-
Effective Embedment Depth
به مکانی که در آن نقطه نیروهای اعمالی بین بتن و انکر منتقل میگردند عمق کاشت مؤثر گفته میشود.
-
Expansion Sleeve
غلاف بازشونده در انکرهای Expansion
-
MPII (Manufacturer’s Printed Installation Instruction)
دستورالعمل چاپ شده روی جعبه انکر توسط شرکت سازنده آن جهت اجرای صحیح تحت شرایط مختلف نصب
-
Setting of an Anchor
فرآیند فعالسازی مکانیزم انتقال بار انکر به جداره سوراخ بتن که انواع مختلفی دارد.
نویسنده : مهندس سیدعلی موسوی