Классификация анкерных креплений

Классификация анкерных креплений

Анкерные крепления можно классифицировать по нескольким принципам: 

• по виду материала базовой основы
• по принципу крепления
• по величине, характеру и направлению прилагаемых нагрузок
• по конструкции анкера и его элементов
• по материалу, из которого изготовлен анкер
• по назначению

Наиболее распространенная классификация анкеров по конструкции представлена в табл.1.

Клиновые анкеры (анкерные болты) 

Благодаря простоте, ценовой доступности, легкости установки при высокой несущей способности эти анкеры получили очень широкое распространение. Другие

названия – «анкер-болт», «анкер-шпилька»  Конструктивно он представ-ляет собой стальной стержень 1 с резьбой на одном конце и клином на другом. На конусную часть одета разрезная распорная втулка (гильза) 2. Обычно анкер снабжается гайкой и шайбой 3, 4. Анкер устанавливают в предварительно подготовленное отверстие, диаметр которого должен весьма точно соответствовать диаметру анкера. При затягивании гайки 3 клин распирает втулку (гильзу) 2, которая за счет трения о стенки отверстия и выступов фиксируется в бетоне.

Анкер выдерживает установленные нагрузки при выполнении следующих условий:

• достаточный момент затяжки гайки 3 до требуемого, обеспечивающего необходимую силу трения;
• четко выдержанное по диаметру отверстие и отсутствие раковин в бетоне, дабы анкер при затягивании не «вылез» из него;
• достаточная прочность основы, так как для обеспечения нагрузочной способности анкер при расклинивании дополнительно нагружает базовый материал;
• выполнение требований по краевым и осевым расстояниям при групповой установки анкеров.

Клиновые анкеры используют для установки оборудования, балок, навесов и др. конструкций в бетоне при статических нагрузках и в сжатых зонах основного материал. Применение анкеров со втулками специальной конструкции позволяет использовать их и в растянутых зонах бетона. Клиновые анкеры выпускаются в некоторых модификациях, конструкционная особенность которых: обеспечивает повышенную надежность фиксации анкера от прокручивания; анкера с двумя распорными втулками снижает вероятность «вылезания» анкера из отверстия при затягивании гайки.

Втулочные анкеры 

Втулочные анкеры (др. названия «анкер-гильза», «распорный анкер») имеют более сложную конструкцию по сравнению с клиновыми. Они более универсальны как по возможностям установки, так и по применению, хотя и более догоростоящи при одинаковой несущей способности. Такие анкеры включают в себя стальную втулку по всей длине анкера и распорнотяговую систему.

На рис. представлена простейшая конструкция, в которой втулка 2 сплошная и имеет разрезы в распорной части. В других конструкциях втулка может быть составной из двух и более частей. У высоконагруженных втулочных анкеров одна втулка является распорной и может иметь достаточно сложную конструкцию (с дораспором), а вторая – несущая, между ними могут быть пластиковые элементы для компенсации динамических вибраций. Эти анкеры по своим нагрузочным характеристикам часто превышают клиновые и применяются для ответственных промышленных креплений.

Другая группа втулочных анкеров – для средних и малых нагрузок, имеют особую форму вырезов во втулке, что обеспечивает не только распор втулки, но и скручивание ее по оси, обеспечивая лучшее прилегание.

В клиновых анкерах анкер-болт воспринимает все виды нагрузок. У втулочных анкеров срезающие и изгибающие нагрузки воспринимаются втулкой, а вырывающие (тяговые) – болтом (шпилькой). Обычно втулочные анкеры поставляются в комплекте с болтами, шайбами и гайками, т.е. всем необходимым для монтажа. Учитывая более сложную конструкцию и большую универсальность втулочных анкеров, производители выпускают огромную их номенклатуру с различными конструктивными особенностями.

Установка втулочных анкеров производиться в предварительно просверленное  отверстие (в том числе и при сквозном монтаже). При затягивании гайки (болта) клиновая гайка распирает втулку с разрезами, прижимая ее к стенкам отверстия. Чем выше момент затяжки – тем выше сила трения и надежность крепления на вырыв, но тем выше нагрузка на основной (базовый) материал крепления. Т.к. аналогично клиновым анкеровка втулочных анкеров осуществляется трением, требования к установке практически аналогичны вышеприведенным. Втулочные анкеры имеют более длинную распорную часть, что позволяет получить значительный распор (больший, чем у клиновых). Поэтому
к таким анкерам не предъявляется столь жестких требований по точности изготовления отверстий в базовом материале. Кроме того, при большей поверхности соприкосновения распорной втулки с основным материалом, втулочные анкеры порой допускается устанавливать не только в бетоне, но и в более слабом материале (например, в кирпиче).

Разжимные анкеры

Разжимные анкеры имеют достаточно сложную конструкцию. Их можно считать разновидностью втулочных, но в отличие от последних, втулка в разжимных анкерах составная, она состоит из четырех ламелей 1, выполненных в виде сегментов одного цилиндра и образующих втулку (гильзу). Ламели соединены с одного конца кольцом 2, а на другом стянуты пружиной 4. Внутри цилиндра образованного ламелями находится коническая четырехгранная гайка 3.

Разжимание ламелей происходит при затягивании гайки 3 болтом или шпилькой. Основным достоинством разжимных анкеров является обеспечение очень большого распора, что позволяет устанавливать их не только в бетоне, но и в обоженном или силикатном кирпиче и других «слабых» строительных материалах, а также в пустотелых материалах. Мощные ламели гильзы выдерживают весьма серьезные нагрузки, поэтому при установке в «слабых» материалах они уплотняют его при разжиме, предотвращая «выдергивание» анкера. Конечно нагрузка, выдерживаемая анкером, в «слабых» основах меньше, чем в бетоне. В пустотелых материалах гильза распирается даже в пустотах, цепляясь за их края. Вторым важным достоинством описываемых анкеров является минимальность требований к точности подготовки отверстий под монтаж. Третье – разжимные анкеры пожалуй единственные по конструкции, которые позволяют демонтировать анкер (извлечь из отверстия) при снятии нагрузки. К сожалению, это не всегда возможно (гильза порой застревает в отверстии, особенно, если имеются внутренние пустоты). Пожалуй единственный недостаток рассматриваемых анкеров – их высокая стоимость.

Забивные (ударные) анкеры

К забивным или ударным относятся анкеры, фиксация которых в базовом материале осуществляется в результате ударов. Обычно анкерное устройство предусматривает расклинивание анкера и увеличение его наружного диаметра, при этом в зависимости от конструкции удары наносятся или по клину, находящемуся внутри анкера, или по самому анкеру, если клин упирается в дно отверстия. Самые распространенные классические забивные анкеры конструктивно очень просты. Они состоят из распорной втулки 1, имеющей внутреннюю резьбу с одного конце и разрезную часть с внутренним конусом с другого конца. Внутри находится конический клин 2. Анкеры устанавливаются в отверстия соответствующее его наружному диаметру D полностью и расклиниваются ударами по клину 2. Удары производятся молотком через  дорн (бородок), вставляемый внутрь анкера, при этом расклинивается распорная часть и увеличивается сила трения между анкером и стенками отверстия. Забивные анкеры устанавливаются в твердые сплошные материалы в основном в бетоны, чаще всего они используются для потолочных креплений. Простота установки, отсутствие частей выступающих за поверхность основного материала и дешевизна делает описываемые анкеры весьма привлекательным для покупателя. Анкер выдерживает не очень высокие нагрузки по сравнению с клиновыми или втулочными, установка их требует выполнения ряда условий:

• хорошее соответствие отверстия в материале наружному диаметру анкера;
• достаточная сила удара расклинивания, что требует высокой прочности базового
  материала;
• выполнение требований по краевым и осевым расстояниям при групповой установки анкеров.

Конструктивно забивные анкеры всех производителей очень близки. Размерный ряд практически одинаков: М6х25, М8х30, М10х40, М12х50, М16х65, М20х80, где первая цифра – диаметр резьбы, а вторая – длина анкера. Возможные модификации анкеров этого типа заключаются в той или иной форме нарезки или накатки на внешней поверхности распорной части, наличием или отсутствием буртика и т.п. Известны конструкции ударных анкеров, в которых расклинивание осуществляется не клином, наход/span>span style=>• универсальность, за счет большого распора – возможность монтажа как в прочных основах, так и в материалах низ-кого качества, как в сплошных, так и пустотелых материалахspan style=font face=>>ящимся внутри анкера, а гвоздем, проходящим насквозь через тело анкера. К ним можно отнести разновидности потолочных анкеров (металлические дюбель-гвозди).

Анкеровка ударным анкером осуществляется трением, при этом, учитывая сравнительно небольшую длину анкера, усилие расклинивания должно быть достаточно большим. Это существенно нагружает базовый материал. Применения забивных анкеров в тяговых зонах бетона весьма ограничено, вибростойкость их невелика.

Химические анкеры

Все вышеописанные анкеры соединяются с базовым строительным материалом за счет механической связи – это силы трения или(и) силы упора (зацепления за выступы, полости, края и т.п.). Существуют анкеры, в которых эта связь осуществляется за счет сил межмолекулярного взаимодействия (адгезионных и когезионных). Они получили название «химические анкеры».

Фактически химическая анкеровка – это приклеивание металлического анкера к строительному материалу. В предварительно подготовленное отверстие или полость помещается специальный клеевой состав, в который в свою очередь погружается сам анкер. После полимеризации химического состава образуется очень прочная атмосферо-
и коррозионностойкая связь. При этом отвердевший состав обладает не только отличными адгезионными качествами к большинству строительным материалам, но и не уступает им по своим прочностным свойствам. В качестве клеевого состава используются искусственные смолы на основе полиуретана, акрила, полиэфира с добавлением кварцевого песка, цементных смесей и др. Полимеризация (застывание, отвердение) смол происходит при их смешивании с отвердителями, поэтому клеевые составы в основном двухкомпонентые.

Химические анкеры обладают очень высокими несущими свойствами, универсальны и могут устанавливаться практически в любых базовых материалах, отсутствие распора позволяет устанавливать их в условиях минимальных краевых и осевых расстояний, отсутствие жестких требований к размерам отверстий и простота установки существенно облегчают процесс монтажных работ. К недостаткам химических анкеров можно отнести значительный промежуток времени между установкой анкера и возможностью приложения к нему нагрузки, необходимый для полимеризации смолы. Он составляет от 20…40 мин. (в зависимости от типа состава) при температуре 20 0С до 5…6 часов при –50С, при низких температурах анкеровка вообще невозможна. Кроме того клеевой состав имеет ограниченный срок хранения, т.к. смолы даже при отсутствии отвердителя частично полимеризуются и теряют свои свойства. Обычно гарантированный срок хранения клеевых составов составляет 12 месяцев.

Химический анкер состоит из двух частей: клеевой связующий состав и металлический резьбовой стержень (шпилька, арматура, втулка с внутренней резьбой), помещаемый в клеевой состав и служащий для установки оборудования, конструкций, колонн, коммуникаций и т.д. Они изготавливаются из оцинкованных сталей той или иной требуемой прочности или из нержавеющих коррозионностойких сталей. Анкерные стержни (закладные элементы) поставляются обычно отдельно от клеевого состава, они могут иметь различные размеры (длину и диаметр) в зависимости от расчетных нагрузок и разнообразные конструкции от простой шпильки до сложных стержней и втулок, применяемых в тяговых зонах разорванного бетона, при динамических и вибронагрузках, в пустотелых материалах, в «слабых» материалах (например, пенобетон). Диаметр отверстия под анкеровку должно быть примерно на 2 мм больше диаметра стержня, отверстия должно быть тщательно очищено от пыли, мусора и влаги.

Совершенно уникальные возможности предоставляет химическая анкеровка при установке в пустотелых строительных материалах (эффективный, щелевой, «дырчатый» кирпич или строительные блоки). Производители крепежной техники предлагают ряд приспособлений, позволяющих быстро и эффективно устанавливать анкеры в таких основах. При этом нерапорная анкеровка осуществляется за счет внутреннего упора, причем для упора используются внутренние полости в кирпичах или блоках.

Специальные анкеры

Среди выпускаемых анкеров существует огромная номенклатура устройств, специфичных по своему назначению, по способу установки, по типу основного базового материала и т.д. В настоящем обзоре сделана попытка как-то систематизировать их.

Потолочные анкеры

К так называемым потолочным анкерам относится особая разновидность забивных анкеров не имеющие обычно резьбового элемента для крепления, а являющиеся сами законченным крепежным устройством. По принципу крепления они напоминают гвозди (иногда их называют гвоздевыми анкерами) и устанавливаются путем забивания в отверстие, выполненное в строительном материале. Такая легкость установки и предопределило их название («потолочные»), хотя применяются они не только на потолках. Обычно их используют для крепления реек, планок, деревянной обрешетки, металлических профилей, стеновых панелей, цепей и тросов, потолочных подвесов, воздуховодов и т.д. Нагрузки, воспринимаемые описываемыми анкерами сравнительно невелики, и применять их для ответственных креплений не рекомендуется. Анкеры этого типа имеют либо плоскую головку (шляпку), либо элемент для подвешивания (гайку, крюк, проушину). Анкеровка потолочных анкеров осуществляется трением, причем встречаются как саморасклинивающиеся анкеры, так и анкеры с принудительным расклиниванием.

Рамные анкеры (дюбели)

Для установки оконных рам и дверных проемов из древесины, металла и полимеров, а также для крепления
деревянных реек, брусов и т.д. широко применяются специализированные рамные анкеры, которые также называются металлическими рамными дюбелями или гильзовыми дюбелями. Описываемые анкеры выпускаются двух диаметров 8 и 10 мм. Наиболее распространены анкеры 10 мм. Конструктивно они включают разрезную втулку (гильзу) из листового металла с высокой антикоррозийной защитой за счет алюминиево-цинкового покрытия, винт М6, проходящий внутри втулки, с потайной или реже сферической головкой и клиновидную разжимную гайку. Главной особенностью данных анкеров является то, что при затягивании винта гайка втягивается в гильзу и распирает ее, не притягивая при этом закрепляемую деталь к строительному материалу. Это важно при дистанционном монтаже и закреплении уже выставленных элементов. Специальные выштампованные усики не допускают проворачивания анкера при закручивании винта, они же блокируют анкер в осевом направлении. Десятимиллиметровые анкеры выпускаются следующих размеров по длине: 72, 92, 112, 132, 152, 182 и 202 мм.

Другой вариант исполнения рамного дюбеля – пластмассовый. Похожий конструктивно на рамный анкер (металлический дюбель) он имеет полиамидную (нейлоновую) гильзу. Винт с метрической резьбой заменяется на шуруп, а конусная гайка на полимерный конус армированный стекловолокном. Принцип действия такого дюбеля аналогичен вышеописанному, а преимущества – повышенная коррозионная стойкость и термоизоляция. В общем-то пластмассовый дюбель нельзя считать анкером, он является дюбелем в чистом виде и рассматривается в разделе анкеров только в связи с конструктивным и функциональным совпадением его с рамными анкерами.

Анкеры для пустотелых и тонкостенных строительных материалов

Широкое распространение в последнее время тонкостенных и пустотелых строительных материалов (гипсокартон, ДСП, ГВЛ, стеновые панели и т.п.) предопределило и развитие соответствующей крепежной техники. В настоящее время разработано множество разновидностей специализированных дюбелей (будут рассмотрены ниже) и анкеров для крепления в подобные строительные материалы. Малая толщина для крепления не позволяет использовать самый распространенный принцип – анкеровку трением. Поэтому для крепления применяются принципы внешнего (для тонкостенных материалов) или внутреннего (для пустотелых) упоров.Среди металлических анкеров с метрической резьбой для рассматриваемых строительных материалов можно выделить две их разновидности:

• анкеры (металлические дюбели) для пустотелых материалов, которые еще  называют – винт Молли, анкер Мола и др.;
• самоустанавливающиеся анкеры.

Анкеры Молли очень широко распространены при креплениях на плитах (гипсокартон, ГВЛ, ДСП и т.д.), на металлических листах, на перекрытиях с пустотами и т.п. Анкер из оцинкованной стали состоит из полой цанги(втулки) и винта.  Цанга в свою очередь, состоит из нерапорной части, длина которой подбирается под толщину несущей основы, и нескольких фиксирующих сегментов. Бортик цанги защищает его от проваливания в отверстие. Острые зубцы на бортике предотвращают проворачивание анкера. До деформации цанга имеет цилиндрическую форму и минимальные радиальные размеры, в таком виде анкер вставляется в подготовленное отверстие. Затем с помощью специальных монтажных щипцов винт вытягивается наружу, цанга деформируется, и создаются фиксирующие сегменты, образующие упор с обратной стороны полости.