新型混凝土預埋件連接結構

錢至棽

(福建省廈門第一中學 福建廈門 361003)

0 引言

混凝土構件的預埋件需通過錨筋與構件本體緊密連接。目前，預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錨筋與錨板的連接。

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

除上述問題外，焊接連接也不符合相關規范規定，如《混凝土結構設計規范》GB50010-2010第9.7.2條條文說明規定，對于有抗震要求的重要預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，即新型混凝土預埋件連接結構。下文是該結構的總體思路、實施方案、有益成效簡述。

1 總體思路

傳統的混凝土預埋件與錨筋之間采用焊接連接，預埋件各部分連成一體，很難做到標準化、大批量生產。而新型的預埋件連接結構改變了預埋件與錨筋的連接方式，變焊接連接為螺栓連接，預埋件各部分采用分離式做法，配件均可以拆開，預埋時才拼裝連接，可實現標準化定型生產，降低生產成本，提高產品質量。

新的連接結構由預埋件錨板、新型錨筋及緊固件組成，錨筋為兩頭帶有螺紋的新型錨筋，錨板則開設錨筋孔，預埋件預埋時通過鎖緊錨筋的緊固螺母，實現預埋件與錨筋的連接。該連接結構改變了現有錨筋與預埋件連接的傳統做法，改進了預埋件與錨筋的 連接方式，可實現二者的快速連接。

2 實施方案

新型預埋件連接結構的錨板、錨筋、緊固件采用特殊構造定型制作，按需生產、成批加工、分別儲存，澆筑混凝土構件前完成預埋件連接結構組裝、安放就位。各部件可實現標準化生產，預埋件設計能做到按需配置。預埋時，按照設計圖紙，將錨筋穿過錨板的錨筋孔，鎖緊緊固螺母，完成預埋件組裝，并將組裝好的預埋件安裝就位于混凝土構件鋼筋骨架內，澆筑、養護混凝土，完成混凝土構件施工。

以下是該連接結構技術方案的詳細介紹。

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種錨筋的預埋件錨板近端錨頭為帶帽錨頭，而遠端錨頭為無帽錨頭。預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。當錨頭帽不宜凸出預埋件錨板外側時，可采用沉頭錨筋。但應注意，設置該種錨筋的預埋件錨筋不應軸向受拉。

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。錨筋錨頭長度應根據下文的緊固件配置要求設置，并應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根據下文的緊固件螺孔內螺紋尺寸設置。

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械錨固，本連接結構的帶錨固板螺母，除用于預埋件錨板錨筋的遠端錨固外，還用于鎖緊錨筋，實現錨筋與錨板的緊密連接。帶錨固板螺母用于錨筋的機械錨固時，總厚度不應小于錨筋直徑，承壓面面積不應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，普通螺母的內螺紋尺寸與錨固板的內螺紋標準不一。由于本連接結構的緊固件除用于錨筋與錨板的連接外，還用于錨筋的機械錨固，因此，緊固件內螺紋尺寸統一采用錨固板的內螺紋尺寸標準，而螺孔孔徑則按相應的錨筋錨頭直徑選用。

2.3 錨板及錨筋孔

預埋件錨板開設錨筋孔，錨板尺寸及錨筋孔大小應根據預埋件受力情況設置。錨筋孔有圓形、錐形、沉頭三種型式，如圖6～圖9所示，設計、施工可按需配置。

圖6 圓形錨筋孔示意圖

圖7 內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，其內螺紋采用錨固板的內螺紋尺寸標準。

錐形錨筋孔為圓形錨筋孔的改進形式，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 連接結構

新型錨筋與預埋件錨板的連接結構由預埋件錨板、錨筋、緊固件三者組成，預埋件錨板設有前文所述的錨筋孔。為簡單起見，附圖的預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構示意圖，圖13～圖14為沉頭錨筋與錨板連接結構示意圖，圖15～圖17為平頭錨筋與錨板連接結構示意圖。

圖10 半圓錨筋與錨板連接結構示意圖一

圖11 半圓錨筋與錨板連接結構示意圖二

圖12 半圓錨筋與錨板連接結構示意圖三

圖13 沉頭錨筋與錨板連接結構示意圖一

錨筋兩端都設有緊固件，每端的緊固件可采用一種型式單獨設置，也可采用多種型式組合設置。因為相對預埋件錨板遠端的錨筋緊固件同時作為錨筋的機械錨固之用，所以遠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。平頭錨筋未設有錨頭帽，相對預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構示意圖二

圖15 平頭錨筋與錨板連接結構示意圖一

圖16 平頭錨筋與錨板連接結構示意圖二

圖17 平頭錨筋與錨板連接結構示意圖三

2.5 預埋做法

混凝土構件澆筑前應安裝預埋件，通過鎖緊錨筋的緊固螺母，實現預埋件與錨筋的連接。

半圓錨筋、六角錨筋采用設有無牙圓形錨筋孔的預埋件錨板時，其預埋做法大同小異，下文以半圓錨筋為例展開說明。預埋時，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，完成錨筋遠端的機械錨固。安裝帶錨固板螺母時，應注意其安裝方向，使其主承壓面朝向較大承壓方向。需要指出的是，六角錨筋采用設有有牙圓形錨筋孔的預埋件錨板時，應先旋入錨筋，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。相對錨板遠端的帶錨固板螺母安裝方法與半圓錨筋的機械錨固端相同，也應注意其安裝方向，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，靠近預埋件錨板的錨筋端需鎖上錨固板螺母和六角螺母，并應考慮錨板厚度，因此，該端錨頭長度較另一端為長。預埋時，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；接著旋入錨板外側的錨固板螺母并反向施力，同時鎖緊錨固板兩側的錨固板螺母和六角螺母，使錨筋與錨板緊密連接；鎖緊相對錨板遠端的錨固板螺母，完成錨筋遠端的機械錨固。錨板處的錨固板螺母，其承壓面應緊貼錨板。

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

3 有益成效

上述是新型混凝土預埋件連接結構的實施方案，該結構已向國家知識產權局申報實用新型專利。本結構改變了現有錨筋與預埋件連接的傳統做法，解決了采用焊接連接存在的施工工序復雜、工期長以及施工精度差、質量低等問題，克服了焊接使預埋件受熱變形、使錨筋受損以及材料用量大、產生有害氣體等缺點。其主要優點有以下五方面。

3.1 受力合理

從受力分析來看，新型混凝土預埋件連接結構僅改變錨筋與錨板的連接方式，不改變預埋件的受力方式，傳力路徑清晰、合理，結構構件的性能沒有削弱，結構安全有保障。

3.2 制作簡單

新型混凝土預埋件連接結構的主要部件是錨板、錨筋及緊固件，構件安排緊湊，設計精巧。錨板可采用鋼板經裁切、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端頭熱熔鐓粗、滾軋螺紋制作。緊固件雖構造特殊，但外形與常見的螺母、錨固板相似，制作工藝也很成熟。

若生產數量大，所有部件均可批量生產、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準化定型生產，降低生產成本，提高產品質量。

可見，新型混凝土預埋件連接結構制作簡單，質量可靠，易于推廣使用。

3.3 安裝快捷

新型混凝土預埋件連接結構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，施工質量有保證。

3.4 儲存方便

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

3.5 造價節省

由于新型混凝土預埋件連接結構改變了錨筋與錨板的連接形式，可大批量標準化定型生產，生產成本降低；其次，新型連接結構的安裝方式簡單，也可降低人工費用。因此，采用新型混凝土預埋件連接結構可降低成本，節省造價。

4 結論

新型混凝土預埋件連接結構改變了預埋件與錨筋的連接方式，變焊接連接為螺栓連接；其次，改變傳統的錨筋型式，新型錨筋的兩端為滾壓有螺紋的錨頭。預埋件錨板上開設錨筋孔，當錨筋穿過錨板后，鎖緊緊固螺母，實現錨筋與預埋件錨板的連接。該結構可解決前述預埋件與錨筋焊接連接存在的問題，做到施工快捷、質量可控、節能環保。本結構制作工藝簡捷，施工方式快速、可控，是裝配式建筑的創新探索，具有較高的實用價值，值得大面積推廣使用。