預(yù)埋件的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

預(yù)埋件的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)目前施工結(jié)構(gòu)的預(yù)埋件大部分都是采用預(yù)埋鋼板+錨固鋼筋（或精軋螺紋鋼爬錐拉桿）型式，由現(xiàn)場(chǎng)工程師設(shè)計(jì)計(jì)算，場(chǎng)內(nèi)工人加工制造，預(yù)埋件與結(jié)構(gòu)之間一般采用焊接型式連接。這樣的方式帶來了巨大的施工風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)人員的水平參差不齊，對(duì)撬力效應(yīng)、錨栓合理間距等計(jì)算分析不足，預(yù)埋件的承載富裕度不足；同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)焊接加工質(zhì)量難以把控，特別是高空焊接作業(yè)基本上很難檢查驗(yàn)收，出現(xiàn)連接失效是高概率高風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)；混凝土外露面的預(yù)埋板，在施工完成后需要進(jìn)行防腐處理，避免形成銹蝕通道，影響主體結(jié)構(gòu)的耐久性，混凝土外立面上眾多的預(yù)埋板影響主體結(jié)構(gòu)的外觀。在武穴長江大橋前期的創(chuàng)優(yōu)策劃過程中，提出了創(chuàng)建品質(zhì)工程目標(biāo)，其中的一個(gè)子目標(biāo)是混凝土外觀緊實(shí)有光澤，線形平順，外立面不允許有鋼筋、預(yù)埋鋼板和拉桿孔；項(xiàng)目組針對(duì)目標(biāo)細(xì)化分解，根據(jù)施工需要將預(yù)埋件按照使用環(huán)境和荷載標(biāo)準(zhǔn)分類（5t~300t系列），編制了詳細(xì)的預(yù)埋件手冊(cè)，所有預(yù)埋件都采用工廠加工制造，現(xiàn)場(chǎng)安裝預(yù)埋，使用完畢后可拆卸周轉(zhuǎn)使用。以60t為界限，將周轉(zhuǎn)型預(yù)埋件分成兩類，抗拉和抗剪在60t以內(nèi)（含60t）為小噸位預(yù)埋件，小噸位預(yù)埋件主要由精軋螺紋鋼，爬錐螺栓、圓形承剪抗拉連接件，螺母、抗拉座、抗剪座六個(gè)基本部分組成，組合應(yīng)用可以適應(yīng)5t~60t抗拉和抗剪需求；抗拉和抗剪在60t以上為大噸位預(yù)埋件，主要組成部分由預(yù)埋螺桿、爬錐、螺栓、座體、連接銷、連接耳板等部分組成。小噸位預(yù)埋件在施工中應(yīng)用最多，可以適應(yīng)房建、橋梁等大部分需求，主要用來做施工管線固定、工作平臺(tái)附墻、小型托架連墻件、支架附墻連接件等；大噸位預(yù)埋件主要應(yīng)用于箱梁零號(hào)塊現(xiàn)澆、主塔橫梁現(xiàn)澆等高空大噸位膺架的附著。下面以抗拉型預(yù)埋件和抗剪型預(yù)埋件為例，探討一下可周轉(zhuǎn)通用型預(yù)埋件的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。4.1精軋螺紋鋼在混凝土內(nèi)的受力及變形(1)(2)(3)(4)(5)(6)下面以C40混凝土里面分別預(yù)埋15mm、18mm、25mm精軋螺紋鋼來進(jìn)行驗(yàn)算，螺紋鋼預(yù)埋長度25d，鋼材彈模E=200GPa，C40混凝土彈模Ec=32.5GPa,計(jì)算參數(shù)見下表。精軋螺紋鋼直徑（mm）K（N/m2）EI（Nm2）βL（mm）P（N）Δ（mm）線條樣式151.81E10497.077.643754508015-------181.81E101030.664.704506468018-------251.81E103835.046.5862512544025-------15mm18mm25mm從圖中可以看出，預(yù)埋在混凝土內(nèi)的精軋螺紋鋼受混凝土約束，變形最大的部分在靠近混凝土表面的20%范圍內(nèi)（約5倍精軋螺紋鋼直徑），占總變形量的90%以上，在此范圍內(nèi)設(shè)置爬錐可有效提高預(yù)埋精軋螺紋鋼的抗剪能力，偏于保守估計(jì)，預(yù)埋爬錐后按照精軋螺紋鋼設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度的57.7%作為抗剪強(qiáng)度。4.2剪力鍵在混凝土內(nèi)的受力及變形(1)(2)(3)(4)(5)(6)下面以C40混凝土里面預(yù)埋直徑100mm剪力鍵來進(jìn)行驗(yàn)算，剪力鍵預(yù)埋長度3d，鋼材彈模E=200GPa，C40混凝土彈模Ec=32.5GPa,計(jì)算參數(shù)見下表。剪力鍵直徑（mm）K（N/m2）EI（Nm2）βL（mm）P（N）Δ（mm）線條樣式1001.81E109.82E511.653009.8E550-------C40混凝土內(nèi)100mm剪力鍵變形（m）從圖中可以看出，預(yù)埋在混凝土內(nèi)的剪力鍵變形以轉(zhuǎn)動(dòng)變形為主，附加一部分彎曲變形，靠近混凝土面一倍直徑范圍，變形量約占占總量的65%以上，需要驗(yàn)算此部分的混凝土抗壓強(qiáng)度，防止混凝土劈裂。以剪力銷軸線為原點(diǎn)建立極坐標(biāo)系，應(yīng)變和應(yīng)力隨著極坐標(biāo)增大而減小，建立方程反推R1處混凝土應(yīng)變和應(yīng)力。(1)(2)(3)(4)(5)根據(jù)圣維南原理，取R2=100R=5m，R1=R=0.05m，Ec=32.5GPa，求得直徑100mm剪力鍵承受100t剪力作用下的混凝土的微應(yīng)變和壓應(yīng)力。剪力鍵接觸部位混凝土微應(yīng)變（με）剪力鍵接觸部位混凝土應(yīng)力（Pa）C40混凝土的單軸極限壓應(yīng)變1790με，剪力鍵接觸部位的極限壓應(yīng)變未超標(biāo)，高應(yīng)力部分主要靠近混凝土表面1/3深度，建議在此范圍內(nèi)適當(dāng)配筋約束混凝土，防止混凝土崩邊。4.2小噸位預(yù)埋件設(shè)計(jì)123456小噸位預(yù)埋件示意圖小噸位預(yù)埋件一覽表1、單件組合受力編號(hào)精軋螺紋鋼直徑（mm）爬錐型號(hào)螺母型號(hào)抗拉抗剪連接件直徑（mm）抗拉(t)抗剪(t)115PZ15-30M30608.04.6218PZ18-36M367211.56.6325PZ25-52M5210022.112.82、抗拉組合編號(hào)精軋螺紋鋼直徑（mm）爬錐型號(hào)螺母型號(hào)螺紋鋼數(shù)量（根）抗拉(t)組合抗拉(t)115PZ15-30M3048.031.8218PZ18-36M36411.545.8325PZ25-52M52422.188.43、抗剪組合編號(hào)精軋螺紋鋼直徑（mm）爬錐型號(hào)螺母型號(hào)螺紋鋼數(shù)量（根）抗剪(t)組合抗剪(t)115PZ15-30M3044.618.4218PZ18-36M3646.626.4325PZ25-52M52412.851.0備注：組合1由單元件1、2、3組成；組合2由單元件1、2、4、5組成；組合3由單元件1、2、4、5組成。小噸位預(yù)埋件使用注意事項(xiàng)：單個(gè)預(yù)埋件要么受拉，要么受剪，或者受壓剪，盡量避免受彎剪、彎拉和彎拉剪組合，盡量減小預(yù)埋件所受彎曲應(yīng)力；當(dāng)結(jié)構(gòu)需要受拉、受剪兩個(gè)邊界約束的時(shí)候，拉、剪兩種預(yù)埋件可以分離設(shè)置；充分利用三角托架上弦桿受拉，斜撐傳遞壓剪的受力特性，將荷載通過受拉和壓剪兩個(gè)分力傳遞至混凝土內(nèi)；精軋螺紋鋼采用定型產(chǎn)品，爬錐螺母和拉剪連接件采用45#鋼加工調(diào)質(zhì)，不低于8.8級(jí)螺栓標(biāo)準(zhǔn)，螺母采用8.8~10.9級(jí)國標(biāo)件，焊接結(jié)構(gòu)工廠加工，進(jìn)行探傷檢查，部分成品做荷載檢測(cè)試驗(yàn)；精軋螺紋鋼做抗拉預(yù)埋時(shí)，螺紋鋼預(yù)埋長度35d，做抗剪預(yù)埋時(shí)螺紋鋼預(yù)埋長度25d，當(dāng)采用尾部錨固預(yù)埋板時(shí)，抗拉和抗剪預(yù)埋長度可以縮短5d；外露的結(jié)構(gòu)件鍍鋅或涂裝處理，避免銹蝕造成混凝土表面污染。4.3大噸位預(yù)埋件設(shè)計(jì)大噸位預(yù)埋件示意圖抗拉型預(yù)埋件抗剪型預(yù)埋件大噸位預(yù)埋件一般用在高空重型支架的附墻上，預(yù)埋件空間比小噸位預(yù)埋件寬松，在設(shè)計(jì)時(shí)采取統(tǒng)一外部尺寸，通過調(diào)整預(yù)埋螺桿數(shù)量和剪力鍵數(shù)量來達(dá)到不同的受力要求。大噸位預(yù)埋件一覽表1、100~300t抗拉預(yù)埋件編號(hào)精軋螺紋鋼直徑（mm）爬錐型號(hào)螺母型號(hào)精軋螺紋鋼數(shù)量（根）抗拉(t)抗剪(t)125PZ25-42M4246034.6225PZ25-42M42612069.2325PZ25-42M429180103.82、100~300t抗拉預(yù)埋件編號(hào)精軋螺紋鋼直徑（mm）爬錐型號(hào)螺母型號(hào)螺紋鋼數(shù)量（根）抗拉(t)組合抗拉(t)132PZ32-56M56410057.7232PZ32-56M566200115.4332PZ32-56M569300173.13、100~200t抗剪預(yù)埋件編號(hào)精軋螺紋鋼直徑（mm）爬錐型號(hào)螺母型號(hào)精軋螺紋鋼數(shù)量（根）剪力鍵數(shù)量（個(gè)）抗剪(t)125PZ25-42M4251100225PZ25-42M4252200大噸位預(yù)埋件使用注意事項(xiàng)：單個(gè)預(yù)埋件要么受拉，要么受剪，或者受壓剪，盡量避免受彎剪、彎拉和彎拉剪組合，盡量減小預(yù)埋件所受彎曲應(yīng)力；當(dāng)結(jié)構(gòu)需要受拉、受剪兩個(gè)邊界約束的時(shí)候，拉、剪兩種預(yù)埋件可以分離設(shè)置；充分利用三角托架上弦桿受拉，斜撐傳遞壓剪的受力特性，將荷載通過受拉和壓剪兩個(gè)分力傳遞至混凝土內(nèi)；精軋螺紋鋼和高強(qiáng)螺栓采用定型產(chǎn)品，爬錐螺母采用45#鋼加工調(diào)質(zhì)，不低于8.8級(jí)螺栓標(biāo)準(zhǔn)，螺母采用8.8~10.9級(jí)國標(biāo)件；預(yù)埋座焊接結(jié)構(gòu)工廠加工