1. Вступ. Що таке SOFA?

Відповідаючи на дане питання, потрібно почати ось із чого. Основою для проєктування анкерних кріплень в Європі є підхід проєктування поданий в EN 1992-4. Однак зустрічається багато випадків, коли рішення не можна знайти, строго дотримуючись цього стандарту. Тому, на додаток до європейського стандарту EN 1992-4, компанія HILTI пропонує власний підхід до проєктування за так званим «методом SOFA». Абревіатура SOFA розшифровується як «Рішення для кріплень», що є методом проєктування, що виходить за рамки існуючих норм та є власною розробкою від компанії HILTI. Положення SOFA грунтуються на найсучасніших галузевих дослідженнях і проходять ретельну перевірку ключовими технічними експертами перед впровадженням у програмне забезпечення PROFIS Engineering.

Як для статичного, так і для динамічного (сейсмічного та втомного) навантаження, EN 1992-4 охоплює обмежений діапазон компонентів анкерів. Відстань між окремими анкерами в одному напрямку має бути однаковою, а максимально можливе розташування анкерів обмежується прямокутною конфігурацією 3x3, якщо він не обмежений ребром. Інші форми (наприклад, кругле або вільне розташування анкерів у сталевій пластині) виходять за рамки EN 1992-4. Допустима компоновка анкерування залежить від наступних параметрів:

·        Зазор між сталевою пластиною та кріпленням: Залежно від розташування кріплення щодо отвору в сталевій пластині передбачається, що не всі анкери рівномірно чинять опір навантаженню на зсув.

·        Напрямок навантаження: Відповідно до EN 1992-4, кріплення може бути завантажене зусиллями розтягу, зсувом або комбінацією між розтягом і зсувом.

·        Розташування кріплення щодо краю бетонного елемента: EN 1992-4 розрізняє кріплення, розташовані близько до краю та далеко від краю з певними вимогами щодо врахування їх розміщення.

Метод проєктування SOFA має три основні особливості:

1.    Конструктивні положення щодо розтягу, зсуву та комбінованого розтягу та зсуву для проєктування анкерів, що виходять за рамки EN 1992-4, що дозволяє охоплювати до 99 анкерів у групі.

2.    Покращено положення конструкції зсуву для кращого використання кріплення для режиму відмови «руйнування бетонної кромки».

3.    Конструктивні положення для різних навантаженнь та типів анкерів, не охоплених в EN 1992-4 (наприклад, протистояння близько до краю бетонного елемента)

Важливим моментом який буде викорстовуватись у більшості випадків при застосуванні методики SOFA Profis Engineering (PE), це  вимога заповнення проміжку між кріпленням і сталевою пластиною хімічним анкером, щоб гарантувати, що всі кріплення навантажені однаково. Дана особливість у майбутньому можливо буде описана у наступній статті.

Одним із головних завдань даної статті, є представити стислий огляд принципів розподілу зсуву в конструкції за методикою SOFA.

2. Прямокутне розташування анкерів до 3Х3

Підхід до проєктування EN 1992-4 передбачає, що навантаження на зсув передається на передній ряд при оцінці опору руйнування кромки бетону, що призводить до консервативних результатів, метод SOFA ж дозволяє врахування розподілу зсувних зусиль і на задній ряд анкерів.

В нашому програмному комплексі Profis Engineering закладено дотримання моделі розподілу зсуву, представленої на малюнку 1, яка перевіряє кожен випадок окремо. Наприклад при проектуванні кріплень в тонкостінних елементах може статися порушення кромки в задньому ряду анкерних кріплень, тому важливо перевіряти руйнування кромки для по кожного із рядів. Провівши перевіри Profis Engineering формує звіт розрахунку з виділенням найбільш критичного із рядів.

Малюнок 1. Розподіл навантаження на зсув по методиці SOFA для групи анкерів до 3х3 шт.

3. Прямокутне розташування анкерів за межами 3х

Відносно до принципів проєктування перерозподіл зсувних зусиль не допускається, коли в базовій плиті є більше 3 рядів анкерів. Це пов'язано з тим, що неможливо припустити достатню жорсткість опорної плити, і навантаження на зсув буде повністю розподілятися на передньому ряду відповідно до EC 2-4 (малюнок 2). По цій причині методика SOFA забезпечує гіршу стійкість до руйнування крайових ділянок з рядністю анкерів 4x2, ніж з 3x2, якщо врахувати однакову відстань між краєвими відстанями та параметрами основного матеріалу. Отримання більш високих коефіцієнтів використання при більшій кількості рядів може створити враження, що з конструкцією щось не так, однак це пов'язано з різними оцінками розподілу навантаження на зсув.

Малюнок 2. Розподіл навантаження на зсув при розташуванні анкерів 4х2

4. Інші розташування (неправильне, кругове, трикутне)

Як показує практика площину розподілу навантаження на зсув легко визначити за допомогою прямокутного розташування анкерів, оскільки ми наносимо навантаження на передні або задні ряди, і це досить зрозумілий процес завантаження групи анкерів. Однак при проектуванні з довільними конфігураціями (неправильними, круговими, трикутними і т. д.) визначення передачі навантаження на зсув на краю ускладнюється. У цих конфігураціях анкери, що сприяють опору прориву краю, оцінюються за допомогою «підходу пропускної здатності».

Такий підхід допомагає, коли два або більше кріпильних елементів лежать майже вздовж одного ряду (наприклад, невеликі відхилення по відношенню до відстані між анкерами); в такому випадку, найближчий анкер до краю не є єдиним, що розглядається.

Малюнок 3(а). Попадання двох анкерів в одну смугу

Малюнок 3(б). Другий анкер не попадає в одну смугу

Кріпильні елементи в межах ширини цієї смуги розглядаються в тій же площині напружень, що і передня, утворюючи таким чином штучний анкерний ряд. Посилаючись на наведений вище малюнок 3 (а), анкер 1 та 4 попадають в зону визначення несучої здатності, позначену червоною рамкою, що дозволяє передавати навантаження зсуву на більшу поверхню, позначену синіми лініями. Для варіанту, наведеного на малюнку 3 (б), відстань між двома анкерами вже недостатня для розгляду двох кріплень в одній робочій смузі, отже, повне навантаження на зсув прикладається до краю через одне анкерне кріплення.

Підсумовуючи, руйнування бетонної кромки часто є режимом відмови кріплення по навантаженням на зсув. Підхід SOFA для розподілу зсувних навантажень допомагає інженеру-конструктору активувати більш точний та ефективний підхід до проєктування, ніж подпний у EN 1992-4, при проектуванні прямокутних розташувань анкерів до 3x3 за допомогою:
·        розподілу навантажень на задній ряд;
·        забезпечення перевірки руйнування кромки з врахування комбінації навантажень та завантажень анкерів шляхом застосування повного зусилля на зсув/зріз переднього ряду.