試議鋼筋混凝土結構預埋件錨板厚度

姜忠國，張順宇

（中國中元國際工程有限公司，北京100089）

1 《混凝土結構設計規范》相關規定

錨板厚度應根據受力情況計算確定，且不宜小于鋼筋直徑的60%；受拉和受彎預埋件的錨板厚度宜大于b/8（b為錨筋間距）。

以受拉預埋件為例，其承載力計算公式為：

式（1）、式（2）中，N為法向拉力設計值；αb為錨板的彎曲變形折減系數；fy為錨筋的抗拉強度設計值；As為錨筋的總截面面積；t為錨板厚度；d為錨筋直徑。

2 《金屬與石材幕墻工程技術規范》（舊版本）相關規定

錨板的厚度應大于錨筋直徑的0.6 倍；受拉和受彎預埋件的錨板厚度尚應大于b/12（b為錨筋間距），且錨板厚度應不小于8mm。

3 《鋼筋混凝土結構預埋件》（16G362）標準圖集相關規定

軸心受拉承載力設計值Nu計算公式：式（3）、式（4）中，Nu為軸心受拉承載力設計值；K1為承載力折減系數；αb為錨板彎曲變形折減系數（當bs/t≤8 時，取bs/t=8；當采取措施防止錨板彎曲變形時，可取αb=1）；bs為錨板彎曲變形折減寬度[錨筋為雙排時，bs=b；錨筋為3 排時，bs=（1.2～1.5b）]。

一般情況下，宜控制bs≤16t（當錨筋為2 排時，取bs≤12t），且應使t≥0.6d。如受拉時錨板不產生彎曲變形，例如，連接上承式鋼牛腿時，則αb=1【1】。

4 標準圖集與混凝土規范的不同點

比較式（1）和式（3），標準圖集中增加了承載力折減系數K1，主要考慮抗震及疲勞因素。

式（2）和式（4）有差別，式（4）是對規范中的計算公式的修正，當bs/t=8 時，式（4）即變為式（2），與規范一致。

根據GB 50010—2010《混凝土結構設計規范》（2015 年版）的規定，受拉和受彎預埋件的錨板厚度宜大于b/8。考慮到混凝土規范中要求為宜而不是應，以及《金屬與石材幕墻工程技術規范》規定預埋件的錨板厚度應大于b/12，通過總結大量試驗數據以及結合以往的工程經驗，標準圖集為擴大使用范圍，在設計中考慮了b/t大于8 的情況，及錨筋為3 排時的折減寬度bs，對錨板的彎曲變形折減系數αb進行了修正（注：該修正是在對包頭鋼鐵設計院做的18 組50 個試驗，分別取b/t=8～8.5 和b/t=12～15 的試驗數據進行分析而得出的）。

下面以圖集中的M1-101 為例，分別采用規范中的計算公式及圖集中的計算公式進行計算，比較兩者的差異。錨板尺寸為120mm×120mm，錨筋4 根φ10mm，b=60mm，當錨板厚度分別為6mm 與8mm 時，其承載力如表1 所示。

表1 不同板厚及b/t 情況下彎曲變形折減系數及拉力值

從表1 可以看出，當b/t＞8 時，可以采用圖集公式得到小于規范公式的承載力結果，符合規范對錨板厚度的建議。

5 預埋件試驗數據與標準圖集的對比

為了說明問題，現將華北電力設計院于1971 年3 月做的2 組受拉預埋件和2 組拉彎剪預埋件試驗數據、同濟大學1997 年12 月現場做的1 組幕墻預埋件試驗數據以及中國建筑科學研究院于2015 年5 月做的6 組預埋件試驗數據與按《鋼筋混凝土結構預埋件》標準圖集計算公式的計算結果進行對比。

5.1 華北院試件

各試件試驗結果與按圖集公式計算的比較見表2

表2 各試件試驗結果與按圖集公式計算的比較

5.2 同濟大學試件

上海嘉里商務中心幕墻預埋件現場試驗，隨機抽取6 只埋件，錨板-250mm×200mm×10mm，錨筋4 根φ10mm 螺紋鋼，b/t=12，t/d=1.0，錨入長度250mm，混凝土C30。施加荷載（N=49.44kN，V=5.914kN）時，錨板變形-0.05～0.18mm，施加1.5 倍荷載時，錨板變形0.04～0.46mm。

試驗報告主要結論：

1）由于錨筋實際位置存在偏差，在使用荷載作用下錨板中心有負變形；

2）埋件在設計荷載和最大荷載作用下的位移幾乎是沒有的，埋件平面外的變形是由于錨板的彎曲變形，數量極少；

3）被抽檢的6 只幕墻埋件全部滿足在設計荷載和最大荷載作用下的強度要求【2】。

按照圖集公式計算，其結果為Nu=45.8kN，Vu=5.5kN，均小于實際施加的最大拉力和剪力。

5.3 建研院試件

中國建筑科學研究院于2015 年共做了6 組（12 個）預埋件試驗，預埋件試件參數及變形情況見表3。

表3 試驗試件規格及試驗結果一覽表

試驗報告主要結論如下：

變形量測結果表明，在荷載加至拉力預估值時，各試件的錨板變形很小，所有試件的錨板及錨筋的測點布置均沒有屈服，在極限荷載作用下，大部分試件的錨板的測點布置處均沒有屈服，錨筋中部均未出現屈服，錨筋根部均屈服。

實驗中采用有限元對M4 預埋件錨板變形進行分析，分析得到的變形結果和實測值對比見圖1。根據有限元計算結果，錨板四周的撬力在錨板邊緣很小的范圍內分布，撬力約為錨板相同變形條件下承載力的26.6%。

圖1 錨板變形有限元分析結果與實測值對比

通過以上6 組試驗數據看出，按圖集計算公式得出的結果均小于實際施加的拉力。

綜合以上各組試驗結果，按照標準圖集中的計算公式得出的承載力計算結果與試驗數據比較一致，錨板厚度取值較合理，預埋件是偏于安全的。

6 預埋件錨板厚度的構造要求以及如何建立計算模型

在標準圖集的使用過程中，有的設計人員或者專家提出，在拉、彎、大偏心的外力作用下板厚遠遠不能滿足GB 50011—2017《鋼結構設計規范》的強度要求，錨板厚度t不符合混凝土規范中b/8 的構造要求。

實際工程中受拉預埋件的受力性能與錨板的構造有關。如錨板的剛度很大，錨板在拉力作用下不會發生彎曲變形，錨筋處于中心受拉狀態。如錨板的剛度較小，錨板則會發生彎曲變形，錨筋除受拉外，在錨筋根部尚會發生剪切變形，使錨筋承受因錨板彎曲變形引起的內剪力，混凝土受到錨筋的局部擠壓。剪切變形的大小與錨板的彎曲程度有關，而且鋼筋在受拉端的應力最大，離受拉端的距離越大，應力越小。

預埋件錨板不是簡支的受彎構件，而是四邊為彈性支承的拉彎構件。這種拉彎構件的變形與內力的關系比較復雜，為復合受力狀態。關于預埋件的受力破壞情況，我國各大設計院及院校過去都做過大量的試驗，提出并總結出了一些經驗計算公式，在此基礎上，不同的行業都編制了適用于各自行業的預埋件圖集?！朵摻罨炷两Y構預埋件》標準圖集的編制工作是在滿足我國規范、參考外國規范以及總結各種試驗數據的基礎上完成的。從幾十年的工程實踐看，還沒有因錨板厚度不夠而發生工程事故的情況。

通過大量的工程實例以及預埋件試驗數據的分析與研究，預埋件與混凝土黏結成一個整體，成為組合構件，在拉彎作用下，作為一個獨立的受力鋼構件，其受力比較復雜。到目前為止，關于錨板計算的相關討論比較少，一般情況下按構造要求確定錨板厚度。

有建議采用簡支梁模式計算，但筆者認為不妥。可以將錨板簡化看作四邊為彈性支承的彈性矩形板（簡稱彈性板），在外拉力作用下彈性板中間部分受拉，錨筋以外部分受混凝土的擠壓。

下面以華北院試件二及圖集M1-104 為例，按彈性板對錨板的強度進行計算。預埋件受力及計算簡圖見圖2，預埋件尺寸見圖3，拉力板厚8mm。

電力安全工器具的管理需要資金和人員的投入的，對安全工器具管理資金投入很少的時候，就會使得安全工器具的存放環境得不到保障，安全工器具管理室、有干燥功能的存放柜等存放設施等配置不到位；要對電力安全工器具的功能、特性等十分的了解，這樣才會更好的管理安全工器具，但是在人員的配置上不是很合理，其知識、能力有限，往往難以滿足電力安全工器具管理的要求。

圖2 錨板受力及計算簡圖

圖3 預埋件詳圖

例題1，華北院試件二，錨板-200mm×200mm×10mm，b/t=12，錨筋4 根φ12mm 螺紋鋼，N=78kN；

例題2，圖集M1-104，錨板-150mm×120mm×10，b/t=6，錨筋4 根φ12mm HRB400 級鋼，Nu=87.76kN；

表4～6 列舉了華北院試件、建研院試件、《混凝土結構構造手冊》（第四版）[例題14-1]等例子按上述計算方法的計算結果，計算取不同錨筋直徑及錨板厚度，計算方法分別按彈性板和構造手冊算法（簡支梁）進行對比。數據顯示，按四邊支承的彈性板計算得到的試件錨板應力大于鋼材的強度設計值，有的甚至達到2倍多，但遠小于按簡支梁計算的結果。

對比試件的試驗情況，錨板僅出現了變形，并沒有破壞或拉斷。計算結果偏大的原因是由于還有一些因素沒有考慮進去，如預埋件與混凝土的相互作用等。另外，錨板產生一定的變形并不影響其使用，因此，有資料建議，可按塑性階段計算，即錨板的截面抵抗矩可按At2/4 考慮，這樣的話，彈性板計算模型與試驗數據基本吻合，更貼合工程實踐。

表4 華北院試件不同加載階段錨板應力分別按簡支梁和彈性板模式計算對比

表5 建研院試件按簡支梁及彈性板計算結果對比

表6 構造手冊[例題14-1]不同板厚及錨筋按簡支梁和彈性板計算結果對比

以上2 種計算方法得到的結果差別較大，按彈性板模式（可考慮塑性）計算更接近試驗結果及工程實踐。當錨板厚度大于錨筋直徑，且滿足大于b/12 的情況下，錨板的變形及應力均很小。

如果按照彈性板模式計算的話，《混凝土結構構造手冊》（第四版）[例題14-1] 錨板厚由12mm 改為8mm，錨筋8 根φ8mm 改為8 根φ12mm，[例題14-7]和[例題14-9]錨板厚由16mm 改為10mm，[例題14-8]和[例題14-10]錨板厚不變，鋼材均為Q235B 級鋼，就可滿足強度要求【3，4】。

通過比較，《混凝土結構構造手冊》（第四版）關于受拉及受彎預埋件錨板應力按簡支梁計算有待商榷，其計算結果與預埋件試驗數據及工程實踐差別較大。

結合以上計算結果及《金屬與石材幕墻工程技術規范》舊版本，建議受拉和受彎預埋件的錨板厚度不宜小于錨筋直徑的70%或b/12（b為雙排錨筋的間距）。