錢至棽

(福建省廈門第一中學(xué) 福建廈門 361003)

0 引言

混凝土構(gòu)件的預(yù)埋件需通過錨筋與構(gòu)件本體緊密連接。目前，預(yù)埋件與錨筋的連接通常采用T形焊接，即采用壓力埋弧焊或穿孔塞焊實現(xiàn)錨筋與錨板的連接。

預(yù)埋件與錨筋間采用焊接連接存在許多問題，主要有：焊接引起預(yù)埋件受熱變形，給后續(xù)施工造成困難；焊接易損傷錨筋，降低錨筋的抗拉強(qiáng)度，影響了連接效果；焊接產(chǎn)生的有害氣體，影響職業(yè)健康，也不利于環(huán)保[1]。此外，采用焊接方法增加了材料的消耗和成本，作業(yè)工序復(fù)雜，生產(chǎn)效率低。采用手工焊時，焊接質(zhì)量主要依賴于施工管理和工人的素質(zhì)，質(zhì)量不易控制。

除上述問題外，焊接連接也不符合相關(guān)規(guī)范規(guī)定，如《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010-2010第9.7.2條條文說明規(guī)定，對于有抗震要求的重要預(yù)埋件不宜采用以錨固鋼筋承力的形式，而宜采用錨筋穿透截面后，固定在背面錨板上的夾板式雙面錨固形式。

為解決上述問題，筆者研發(fā)了一種新型的錨筋及錨筋與錨板連接方式，即新型混凝土預(yù)埋件連接結(jié)構(gòu)。下文是該結(jié)構(gòu)的總體思路、實施方案、有益成效簡述。

1 總體思路

傳統(tǒng)的混凝土預(yù)埋件與錨筋之間采用焊接連接，預(yù)埋件各部分連成一體，很難做到標(biāo)準(zhǔn)化、大批量生產(chǎn)。而新型的預(yù)埋件連接結(jié)構(gòu)改變了預(yù)埋件與錨筋的連接方式，變焊接連接為螺栓連接，預(yù)埋件各部分采用分離式做法，配件均可以拆開，預(yù)埋時才拼裝連接，可實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化定型生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

新的連接結(jié)構(gòu)由預(yù)埋件錨板、新型錨筋及緊固件組成，錨筋為兩頭帶有螺紋的新型錨筋，錨板則開設(shè)錨筋孔，預(yù)埋件預(yù)埋時通過鎖緊錨筋的緊固螺母，實現(xiàn)預(yù)埋件與錨筋的連接。該連接結(jié)構(gòu)改變了現(xiàn)有錨筋與預(yù)埋件連接的傳統(tǒng)做法，改進(jìn)了預(yù)埋件與錨筋的 連接方式，可實現(xiàn)二者的快速連接。

2 實施方案

新型預(yù)埋件連接結(jié)構(gòu)的錨板、錨筋、緊固件采用特殊構(gòu)造定型制作，按需生產(chǎn)、成批加工、分別儲存，澆筑混凝土構(gòu)件前完成預(yù)埋件連接結(jié)構(gòu)組裝、安放就位。各部件可實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，預(yù)埋件設(shè)計能做到按需配置。預(yù)埋時，按照設(shè)計圖紙，將錨筋穿過錨板的錨筋孔，鎖緊緊固螺母，完成預(yù)埋件組裝，并將組裝好的預(yù)埋件安裝就位于混凝土構(gòu)件鋼筋骨架內(nèi)，澆筑、養(yǎng)護(hù)混凝土，完成混凝土構(gòu)件施工。

以下是該連接結(jié)構(gòu)技術(shù)方案的詳細(xì)介紹。

2.1 錨筋

錨筋采用帶肋鋼筋加工制作，宜選用HRB400、HRBF400、RRB400型號鋼筋。錨筋兩端設(shè)有螺紋錨頭，有半圓錨筋、六角錨筋、沉頭錨筋、平頭錨筋4種型式，設(shè)計、施工可按需配置，如圖1～圖4所示。

圖1 半圓錨筋示意圖

圖2 六角錨筋示意圖

圖3 沉頭錨筋示意圖

圖4 平頭錨筋示意圖

除平頭錨筋兩端均為無帽錨頭外，其余3種錨筋的預(yù)埋件錨板近端錨頭為帶帽錨頭，而遠(yuǎn)端錨頭為無帽錨頭。預(yù)埋件錨板近端的錨筋錨頭帽形狀有半圓、六角、沉頭3種型式，外形分別與半圓鉚釘帽、六角螺栓帽及沉頭鉚釘帽形狀相似。當(dāng)錨頭帽不宜凸出預(yù)埋件錨板外側(cè)時，可采用沉頭錨筋。但應(yīng)注意，設(shè)置該種錨筋的預(yù)埋件錨筋不應(yīng)軸向受拉。

半圓、六角、沉頭3種錨筋的帶帽錨頭采用鐓粗滾圓、滾軋螺紋的方式制作，平頭錨筋及前述3種錨筋的無帽錨頭則采用鋼筋剝肋、滾軋螺紋的方式制作，形成錨筋兩端的帶螺紋錨頭。錨筋鐓粗宜采用熱鐓粗工藝[2]，錨頭帽可結(jié)合熱鐓粗工藝采用鑄模制作。

除平頭錨筋為通長同徑外，其余3種的帶帽錨頭段均比錨筋桿體粗，帶帽錨頭段直徑不小于錨筋桿體直徑與錨筋桿體原材的鋼筋縱肋高之和，宜略大于錨筋桿體直徑與錨筋桿體原材的鋼筋縱肋高之和。錨筋錨頭長度應(yīng)根據(jù)下文的緊固件配置要求設(shè)置，并應(yīng)保證鎖緊緊固件后錨頭端面絲頭外露長度不小于1.0倍螺距；而錨頭螺紋尺寸則應(yīng)根據(jù)下文的緊固件螺孔內(nèi)螺紋尺寸設(shè)置。

2.2 緊固件

緊固件宜選用45號鋼板或45號鍛鋼制作，有六角螺母、帶錨固板螺母、等厚圓形錨固板3種型式[3]，設(shè)計、施工可按需配置。等厚圓形錨固板外形和常見的全錨固板相似，外觀為圓形，沿厚度方向截面一致，可與六角螺母、帶錨固板螺母搭配使用。帶錨固板螺母則與常見的半錨固板相似，沿厚度方向為變截面，是圓形錨固板與螺母合二為一，如圖5所示。

圖5 帶錨固板螺母示意圖

常見的錨固板主要用于鋼筋的機(jī)械錨固，本連接結(jié)構(gòu)的帶錨固板螺母，除用于預(yù)埋件錨板錨筋的遠(yuǎn)端錨固外，還用于鎖緊錨筋，實現(xiàn)錨筋與錨板的緊密連接。帶錨固板螺母用于錨筋的機(jī)械錨固時，總厚度不應(yīng)小于錨筋直徑，承壓面面積不應(yīng)小于錨筋桿體面積的9.0倍(錨筋全錨固)或4.5倍(錨筋部分錨固)，錨筋桿體凈間距不宜小于5.0倍錨筋桿體直徑(錨筋全錨固)或1.5倍錨筋桿體直徑(錨筋部分錨固)。

目前，普通螺母的內(nèi)螺紋尺寸與錨固板的內(nèi)螺紋標(biāo)準(zhǔn)不一。由于本連接結(jié)構(gòu)的緊固件除用于錨筋與錨板的連接外，還用于錨筋的機(jī)械錨固，因此，緊固件內(nèi)螺紋尺寸統(tǒng)一采用錨固板的內(nèi)螺紋尺寸標(biāo)準(zhǔn)，而螺孔孔徑則按相應(yīng)的錨筋錨頭直徑選用。

2.3 錨板及錨筋孔

預(yù)埋件錨板開設(shè)錨筋孔，錨板尺寸及錨筋孔大小應(yīng)根據(jù)預(yù)埋件受力情況設(shè)置。錨筋孔有圓形、錐形、沉頭三種型式，如圖6～圖9所示，設(shè)計、施工可按需配置。

圖6 圓形錨筋孔示意圖

圖7 內(nèi)牙圓形錨筋孔示意圖

圖8 錐形錨筋孔示意圖

圖9 沉頭錨筋孔示意圖

圓形錨筋孔有帶牙與不帶牙之分[4]，無牙圓形錨筋孔用于穿插半圓錨筋、六角錨筋、平頭錨筋，帶牙錨筋孔用于穿插六角錨筋、平頭錨筋。無牙圓形錨筋孔穿插錨筋較為簡單，直接插入即可；而帶牙的錨筋孔穿插錨筋則需采用旋入方式，以加強(qiáng)錨板與錨筋的整體連接。無牙圓形錨筋孔外形與常見的鋼構(gòu)件螺栓孔相似，孔徑為錨筋帶帽錨頭直徑+2mm；帶牙圓形錨筋孔孔徑則與錨筋帶帽錨頭直徑相同，其內(nèi)螺紋采用錨固板的內(nèi)螺紋尺寸標(biāo)準(zhǔn)。

錐形錨筋孔為圓形錨筋孔的改進(jìn)形式，可用于半圓錨筋、六角錨筋的穿插。孔口形狀為斜錐形，用于緊固錨板與錨筋的連接。緊貼錨筋錨頭帽底面的孔徑為錨筋帶帽錨頭直徑+2mm，另一側(cè)孔徑則與錨筋帶帽錨頭直徑相同。

沉頭錨筋孔用于穿插沉頭錨筋，外形與常見的沉頭鉚釘孔相似，沉頭帽帽孔斜段孔徑為沉頭帽直徑+2mm，直段孔徑為沉頭錨筋帶帽錨頭直徑+2mm。

2.4 連接結(jié)構(gòu)

新型錨筋與預(yù)埋件錨板的連接結(jié)構(gòu)由預(yù)埋件錨板、錨筋、緊固件三者組成，預(yù)埋件錨板設(shè)有前文所述的錨筋孔。為簡單起見，附圖的預(yù)埋件錨板僅繪制帶有無牙圓形錨筋孔及沉頭錨筋孔的錨板，圖10～圖12為半圓錨筋與錨板連接結(jié)構(gòu)示意圖，圖13～圖14為沉頭錨筋與錨板連接結(jié)構(gòu)示意圖，圖15～圖17為平頭錨筋與錨板連接結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10 半圓錨筋與錨板連接結(jié)構(gòu)示意圖一

圖11 半圓錨筋與錨板連接結(jié)構(gòu)示意圖二

圖12 半圓錨筋與錨板連接結(jié)構(gòu)示意圖三

圖13 沉頭錨筋與錨板連接結(jié)構(gòu)示意圖一

錨筋兩端都設(shè)有緊固件，每端的緊固件可采用一種型式單獨設(shè)置，也可采用多種型式組合設(shè)置。因為相對預(yù)埋件錨板遠(yuǎn)端的錨筋緊固件同時作為錨筋的機(jī)械錨固之用，所以遠(yuǎn)端的錨筋緊固件一般采用帶錨固板螺母；而近端則視錨筋錨頭帽型式選用。半圓錨筋、六角錨筋一般選用六角螺母作為緊固螺母，有需要時也可加設(shè)等厚圓形錨固板配合使用，也可采用帶錨固板螺母作為緊固螺母。沉頭錨筋一般選用六角螺母作為緊固螺母，并同時加設(shè)等厚圓形錨固板作為加勁板使用，也可采用帶錨固板螺母作為緊固螺母。平頭錨筋未設(shè)有錨頭帽，相對預(yù)埋件錨板近端的緊固件采用帶錨固板螺母和六角螺母配合使用，或采用帶錨固板螺母、六角螺母及等厚圓形錨固板組合，也可全部采用錨固板螺母。

圖14 沉頭錨筋與錨板連接結(jié)構(gòu)示意圖二

圖15 平頭錨筋與錨板連接結(jié)構(gòu)示意圖一

圖16 平頭錨筋與錨板連接結(jié)構(gòu)示意圖二

圖17 平頭錨筋與錨板連接結(jié)構(gòu)示意圖三

2.5 預(yù)埋做法

混凝土構(gòu)件澆筑前應(yīng)安裝預(yù)埋件，通過鎖緊錨筋的緊固螺母，實現(xiàn)預(yù)埋件與錨筋的連接。

半圓錨筋、六角錨筋采用設(shè)有無牙圓形錨筋孔的預(yù)埋件錨板時，其預(yù)埋做法大同小異，下文以半圓錨筋為例展開說明。預(yù)埋時，先將半圓錨筋插入錨板錨筋孔，拉出錨筋，使錨頭帽底面緊貼錨板；旋緊六角螺母或緊固螺母組合，使錨筋與錨板緊密連接；旋入相對錨板遠(yuǎn)端的帶錨固板螺母直至螺母卡住錨筋桿體縱肋，完成錨筋遠(yuǎn)端的機(jī)械錨固。安裝帶錨固板螺母時，應(yīng)注意其安裝方向，使其主承壓面朝向較大承壓方向。需要指出的是，六角錨筋采用設(shè)有有牙圓形錨筋孔的預(yù)埋件錨板時，應(yīng)先旋入錨筋，之后旋緊六角螺母或緊固螺母組合，使錨筋與錨板緊密連接。

為加強(qiáng)沉頭錨筋與錨板的相互連接，沉頭錨筋與錨板的緊固螺母采用圓形錨固板與六角螺母組合或帶錨固板螺母。預(yù)埋時，先將沉頭錨筋插入錨板錨筋孔，拉出錨筋，使錨頭帽底面緊貼錨板；旋緊圓形錨固板與六角螺母組合或帶錨固板螺母，使錨筋與錨板緊密連接。相對錨板遠(yuǎn)端的帶錨固板螺母安裝方法與半圓錨筋的機(jī)械錨固端相同，也應(yīng)注意其安裝方向，使其主承壓面朝向較大承壓方向。

由于平頭錨筋全長同徑，其裝配方法比較特殊。一般而言，靠近預(yù)埋件錨板的錨筋端需鎖上錨固板螺母和六角螺母，并應(yīng)考慮錨板厚度，因此，該端錨頭長度較另一端為長。預(yù)埋時，先將用做緊固的六角螺母或錨固板螺母旋入錨頭直至螺母卡住錨筋縱肋，然后將錨筋插入無牙圓形錨筋孔或旋入有牙圓形錨筋孔；接著旋入錨板外側(cè)的錨固板螺母并反向施力，同時鎖緊錨固板兩側(cè)的錨固板螺母和六角螺母，使錨筋與錨板緊密連接；鎖緊相對錨板遠(yuǎn)端的錨固板螺母，完成錨筋遠(yuǎn)端的機(jī)械錨固。錨板處的錨固板螺母，其承壓面應(yīng)緊貼錨板。

裝配好整個錨筋與錨板的連接結(jié)構(gòu)后，將預(yù)埋件放入已綁扎安放的混凝土構(gòu)件鋼筋骨架內(nèi)，采用臨時固定措施如鐵絲將預(yù)埋件綁緊固定，即可完成預(yù)埋件預(yù)埋，之后可以澆筑混凝土。

3 有益成效

上述是新型混凝土預(yù)埋件連接結(jié)構(gòu)的實施方案，該結(jié)構(gòu)已向國家知識產(chǎn)權(quán)局申報實用新型專利。本結(jié)構(gòu)改變了現(xiàn)有錨筋與預(yù)埋件連接的傳統(tǒng)做法，解決了采用焊接連接存在的施工工序復(fù)雜、工期長以及施工精度差、質(zhì)量低等問題，克服了焊接使預(yù)埋件受熱變形、使錨筋受損以及材料用量大、產(chǎn)生有害氣體等缺點。其主要優(yōu)點有以下五方面。

3.1 受力合理

從受力分析來看，新型混凝土預(yù)埋件連接結(jié)構(gòu)僅改變錨筋與錨板的連接方式，不改變預(yù)埋件的受力方式，傳力路徑清晰、合理，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的性能沒有削弱，結(jié)構(gòu)安全有保障。

3.2 制作簡單

新型混凝土預(yù)埋件連接結(jié)構(gòu)的主要部件是錨板、錨筋及緊固件，構(gòu)件安排緊湊，設(shè)計精巧。錨板可采用鋼板經(jīng)裁切、沖孔、焊接成型，也可采用開模澆鑄成型；錨筋可采用工程中常用的帶肋鋼筋經(jīng)端頭熱熔鐓粗、滾軋螺紋制作。緊固件雖構(gòu)造特殊，但外形與常見的螺母、錨固板相似，制作工藝也很成熟。

若生產(chǎn)數(shù)量大，所有部件均可批量生產(chǎn)、開模鑄造，加工工藝更簡便，加工精度也更有保證。其中的錨筋與緊固件可標(biāo)準(zhǔn)化定型生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

可見，新型混凝土預(yù)埋件連接結(jié)構(gòu)制作簡單，質(zhì)量可靠，易于推廣使用。

3.3 安裝快捷

新型混凝土預(yù)埋件連接結(jié)構(gòu)變錨筋與錨板焊接連接為螺栓連接，安裝方式簡單、快捷、高效，施工質(zhì)量有保證。

3.4 儲存方便

新型混凝土預(yù)埋件連接結(jié)構(gòu)部件采用分離式做法，錨板、錨筋及緊固件均可以拆開，預(yù)埋時才拼裝連接，各種配件均可分別儲存，占用空間小，儲存、運輸方便。

3.5 造價節(jié)省

由于新型混凝土預(yù)埋件連接結(jié)構(gòu)改變了錨筋與錨板的連接形式，可大批量標(biāo)準(zhǔn)化定型生產(chǎn)，生產(chǎn)成本降低；其次，新型連接結(jié)構(gòu)的安裝方式簡單，也可降低人工費用。因此，采用新型混凝土預(yù)埋件連接結(jié)構(gòu)可降低成本，節(jié)省造價。

4 結(jié)論

新型混凝土預(yù)埋件連接結(jié)構(gòu)改變了預(yù)埋件與錨筋的連接方式，變焊接連接為螺栓連接；其次，改變傳統(tǒng)的錨筋型式，新型錨筋的兩端為滾壓有螺紋的錨頭。預(yù)埋件錨板上開設(shè)錨筋孔，當(dāng)錨筋穿過錨板后，鎖緊緊固螺母，實現(xiàn)錨筋與預(yù)埋件錨板的連接。該結(jié)構(gòu)可解決前述預(yù)埋件與錨筋焊接連接存在的問題，做到施工快捷、質(zhì)量可控、節(jié)能環(huán)保。本結(jié)構(gòu)制作工藝簡捷，施工方式快速、可控，是裝配式建筑的創(chuàng)新探索，具有較高的實用價值，值得大面積推廣使用。