混凝土锚固体系（预埋类）

混凝土锚固体系预埋类关键词混凝土锚固 预埋式相比于动辄几千万的土木行业从业者而言可能很少有人真正深入了解过混凝土锚固——这个在土木工程行业算得上是比较“边缘”的子行业了。但其实任何一个工程项目都离不开混凝土锚固最典型的例子就是钢筋锚固长度的设计。可实际上钢筋锚固仅仅是我们今天要聊的混凝土锚固中很小的一部分内容。一旦接触混凝土锚固你会发现这是个非常庞杂的领域。因为它不仅涉及到混凝土知识也涉及到锚固产品设计甚至还要懂得产品的加工工艺。可以说混凝土锚固除了涉及土木工程也涉及工业产品设计算得上是个跨行业的领域。拿小小的混凝土锚栓举例来说。在设计锚栓产品过程中除了考虑应用场景的混凝土强度以及主体配筋、附加钢筋的影响还要考虑产品本身材质防腐性能---是不锈钢还是碳钢镀锌机械性能---50级、70级还是4.8级、8.8级等等锚栓外螺纹规格---是大螺纹6g还是小螺纹6az不同的公差带位置对应不同螺母公差带位置一旦不匹配要么螺纹干涉拧不动要么螺纹松动甚至滑脱螺母规格---1型螺母还是2型螺母螺母加工工艺---是先镀锌后攻牙还是先攻牙再镀锌再回牙怎么确定安转扭矩---扭矩小了容易松动扭矩大了导致预紧力过大削弱螺栓承载力如果是热浸镀锌C含量、Si含量多少不会导致锌层过厚或脱落镀锌温度怎么控制以免产生氢脆风险产品加工工艺---是热加工还是冷加工。这些细节可能涉及到的标准有十几本都需要设计人员烂熟于心---至少应该知道从哪些标准入手。欧洲研究混凝土锚固可能有上百年历史了。一直到现在他们仍然在不断探索期间他们创造出了各式各样的锚固产品。将展开介绍当今业界主流混凝土锚固产品按实施方法可以归纳为两大类---预埋式产品和后锚固产品。预埋式产品预埋式产品的锚固原理所谓“预埋”顾名思义是指在浇筑混凝土之前就把锚固件按照设计要求布置在指定位置混凝土浇筑、养护完成之后即可发挥承载作用。在外荷载作用下锚固件通过与混凝土基材之间形成的机械锁键将外荷载传递到混凝土基材这是这类产品最大的特点。在力的传递过程中通过产品设计确保锚固件不能失效、混凝土也不能失效。预埋式产品之一吊钉吊钉的使命是将预制混凝土构件安全地起吊、运输、放置到指定位置有时候在建筑物服役期间也会发挥连接其它构件的作用。吊钉系统不仅仅包括吊钉本身还包括吊具以及平衡杆等辅助设施。一般来说吊钉和吊具一定要同一个生产商提供以免不用生产商之间的产品混用出现不适用的情况甚至有很大的安全隐患。并且鉴于混凝土构件极重一旦掉落会导致极其严重的后果因此任何生产商都必须提供他们的产品信息包括安装文件、产品适用条件例如混凝土等级要求、混凝土尺寸要求、边距限制、附加钢筋布置方式甚至混凝土构件的主体配筋率等等。感兴趣的请移步拙文装配式技术 | 吊钉篇①装配式技术 | 吊钉篇②欧洲预制混凝土吊件设计——最新技术动态市面上的吊钉产品非常多如图1所示。图1 吊钉预埋式产品之二预埋槽道预埋槽连接体系包括槽道、锚腿以及螺栓。槽道的加工方式不同产品的承载力会有差异锚腿与槽道连接方式不同产品的承载力会有差异选用螺栓的规格不同产品的承载力也会有差异。坦白说预埋槽是很容易形成差异化设计的产品预埋槽连接系统也是非常复杂的一套连接体系。它不像上述吊钉一般只承担静力荷载有时候会涉及动力荷载预埋槽除了静力荷载还要考虑疲劳、耐火等应用情形。一般来说负责任的生产商会提供详细的安装文件以及相关的产品应用条件例如稳定可靠的承载力、混凝土强度要求、边距要求、混凝土构件厚度等等。预埋槽系统还有一个特别之处在于特制的螺栓螺栓之于预埋槽相当于吊具之于吊钉应当匹配使用原因除了同一生产商提供的预埋槽和螺栓一般是经过专业的设计人员单独设计而成另一个原因在于一旦不同生产商的预埋槽和螺栓之间的配合出现失效的情况很难讲是预埋槽的问题还是螺栓的问题。图2 预埋槽图3 预埋槽应用之一钢混连接预埋式产品之三锚钉这个是传统混凝土锚固方案里常用的产品。大头锚钉一般通过焊接连接到锚板上然后整体预埋到混凝土外漏的锚板用于焊接或连接其它被连接部件。图4 锚板预埋式产品之四螺纹式销栓这种产品由内螺纹套筒和螺纹钢筋机械连接而成有时为了提高锚固力还会对螺纹钢筋进行预弯折如图5所示。图5 螺纹式销栓吊钉篇①关键词装配式 吊钉 破坏模式图片来自德国哈芬集团网站www.halfen.cn写在前面的话了解装配式建筑的同行几乎都有一个共识即在这个新兴领域最核心的技术是——预制构件连接/安装技术。从本帖开始A君会不定期推出国内外先进的预制构件连接与安装技术以飨业内同行。本期内容以吊钉篇开始结合欧美相关技术标准主要从“吊钉体系与破坏模式分析”、“吊钉产品分类”、“方案布置与配件”等方面展开介绍。国内现状当前国内各地装配式利好政策频出极大地鼓励了从业人员的生产热情但是从粗放式的现场施工模式向精细化的预制厂生产现场安装模式转变并非易事。以装配式建筑工艺中的重要一环——吊装为例如果吊装方案粗糙或产品不合格这些潜在风险都极易造成安全事故给社会和家庭造成极大损失虽然装配式在国内兴起了近十年然而对吊装体系的研究并不深入尚未形成一套可指导行业的技术标准或规范。笔者走访的众多国内预制厂大部分吊装产品搭配为预埋螺母吊具或吊环/吊钩吊具吊装方式为水平吊装和翻转吊装。欧美现状在美国与吊钉体系设计相关的内容体现在ACI 318R-2014 第17章——混凝土锚固不过这部分内容更多的是指导所有与混凝土锚固的预埋件相关设计方法并非专门针对吊钉这一种预埋形式涵盖的吊装破坏模式也没有囊括所有预制构件吊装过程中可能出现的破坏模式。在欧洲欧标也与美标类似仅从混凝土锚固件层面广泛地介绍了锚固方案的设计方法但是值得一提的是作为拥有欧洲最强制造业的德国在2012年发布了专门针对吊钉的行业标准内容涉及“吊钉与吊钉体系”、“吊钉产品”、“方案设计”等三部分内容。由于德国技术在欧洲的强势地位该标准也为欧洲绝大部分国家所接受。目前国内由沈阳建筑大学和中国建筑科学研究院有限公司主编的《预制混凝土构件用金属预埋吊件应用技术规程》中的相当一部分内容亦借鉴了该标准。吊钉与吊钉体系吊钉是预埋在预制构件内作为吊装时的传力构件以受力附着点的形式将构件自重及吊装荷载、脱模力等传递到吊具上的结构元件。吊钉体系除了吊钉本身还有临时承载的吊具/吊索。在进行吊装方案的设计和产品选型时最主要的工作内容是对吊钉和吊具做受力分析然后选择符合承载的相应产品必要的话还要出具其它构造措施如附加钢筋的选型和布置。那么受力分析的依据又是什么破坏模式在进行受力分析之前首先要根据实际生产过程中的吊装方案做深入的分析然后再根据该吊装方案可能涉及的破坏形式进行吊钉受力分析和计算最终选型。根据德国标准与实践经验总结出了下列所有可能出现的破坏模式吊钉破坏a.吊钉受拉破坏b. 吊钉受剪破坏混凝土破坏c.混凝土椎体破坏c-1 钢材受拉型c-2 钢材受剪型d.混凝土爆裂破坏e.混凝土劈裂破坏f.混凝土剪撬破坏g.混凝土楔形破坏h. 钢材拔出破坏综上所述在吊装体系中一共有9种破坏模式。那么是不是任何项目这9种破坏模式都要考虑呢答案是否定的。从上面的图片可以看出来每种破坏模式都与受力形式有关如果按受力形式归纳上述破坏模式时可以分为两类受拉破坏a、d、e、h受剪破坏b、c、f、g因此在实际项目中要根据实际工况分析哪些破坏模式适用于本项目。基于有限的工程经验套用表演艺术家宋丹丹台词归纳如下把吊钉用在项目上拢共分7(qí)步---①明确预制构件类型楼板、墙板、梁、柱等→②明确预制厂吊装方式例如是否采用平衡梁→③a---h中可能发生的破坏模式→④选用吊钉类型→⑤受力分析计算→⑥选定吊钉型号与数量→⑦其它构造处理如是否需要加设附加钢筋。吊钉篇②关键词装配式 吊钉 产品写在前面的话上篇“装配式技术丨吊钉篇①”较为全面地介绍了预制构件应用吊钉时在生产与吊装过程中的破坏模式鉴于各种破坏模式都是基于不同工况产品供货商们根据产品应用工况的不同开发出了一系列的吊钉产品例如在预制板脱模的时候更容易发生椎体破坏这种情况下我们就需要增大吊钉与混凝土之间的椎体剪切面来防止脱模时混凝土破坏把“趴着的”预制墙板“扶”起来所用的吊钉除了能抗拉尚需具备一定的抗剪能力。凡此种种都是基于实际应用的情况选择产品。本期内容介绍了当前国内外市场上主流吊钉产品类型供大家参考。产品分类理论上按破坏模式来区分产品类型是比较科学的方法不过严格意义上来说每种产品或多或少都具备一定的抗拉、抗剪的能力只是承载力会因为混凝土强度、锚固深度等不同而有所差异因此这样区分产品的方法依然会让人感到困惑而难以根据生产情况迅速分辨选择可应用的产品类型。为了更明了地让大家区分什么样的产品用在什么样的工况我们按应用的构件类型梁、板、柱来区分吊钉产品或许会简单些这样可以把所有吊钉类型主要分为3大类。线型构件这类构件通常指的是柱、梁这种高宽比或长宽比较大的预制构件。对于预制梁来说只需把吊钉安置在顶面即可既可以用于脱模也可以用于吊装吊点处作用形式为纯拉采用平衡梁或拉剪斜拉所用产品形式大多如下脱模吊装预制柱与预制梁不同在于除了脱模阶段现场吊装阶段尚需在柱顶部加设下图吊钉用于扶正构件这个阶段的顶部吊点处作用形式为纯剪、拉剪、纯拉脱模吊装预制墙板预制墙板几乎占据了国内预制项目装配率的半壁江山因此用于墙板构件的吊钉产品也最多。预制墙板与预制柱类似也会经过脱模、吊装两个阶段因此吊钉产品可下分为两类。脱模阶段纯拉采用平衡梁、拉剪斜拉脱模吊装薄板以上归类仅作为吊钉选型时的参考并不意味着某类构件一定用某一种产品理论上来讲只要预制构件本身满足吊钉应用条件如锚固深度、混凝土强度、边距要求且经过受力分析计算都可以采用。根据实际工程经验对于吊装系统来说最难的环节不是方案设计而是如何确定产品承载力。方案设计过程较为简单首先是分析构件在吊装过程中可能出现的受力模式这个很容易无非有三种---受拉、受剪或拉剪复合这个阶段要考虑的因素除了构件自重还要考虑吊索角度竖直还是成一定角度如20°还是30°一般不建议超过60°否则荷载设计值大大增加相对来说产品承载力偏小不经济、脱模方式钢模板还是木模板是否涂有脱模剂等等、起吊方式塔吊还是汽车吊平稳路面还是颠簸路面等等把这些因素统统考虑进去之后计算出吊点处的作用力然后按照吊钉产品承载力选型即可。很多时候我们看到各个品牌供货商的技术手册罗列着各种各样的产品表格着实觉得头大。但是一般来讲越是专业的供货商他们的产品列表越是显得繁杂因为之所以有那些表格就是因为供货商倾注了大量的心血对每种型号的产品综合了所有破坏模式之后才能得出承载力与适用范围如此免去了设计人员再对每种破坏模式逐一分析所需的精力和时间——只要按照设计值与应用条件选产品即可。欧洲预制混凝土吊件设计---最新技术动态关键词预制混凝土 吊件 标准虽然题目有“最新技术”的字眼不过本帖内容却是2019年的旧闻了。可即便如此鉴于文章引用的部分标准的最新版直到2022年才刚刚发布实施因此笔者认为这篇文章对国内同行依然具备很强的借鉴意义。2019年德国斯图加特大学建筑材料学院发表了一篇文章“DESIGN OF INSERTS FOR LIFTING ANF HANDLING OF PRECAST CONCRETE ELEMENTS – STATE OF THE ART”简单译为《预制混凝土构件的吊装和运输用预埋件设计——最新技术水平》。文章开篇指出当前2019年欧洲在预制混凝土构件吊装和运输方面主要问题之一在于没有统一的标准用于吊件的设计和应用为指导行业按照统一的标准和方法用于预制构件的吊装和运输欧洲标准委员会决定着手解决这个问题。目前我们国内有些标准只在部分章节偶有涉及吊件但是往往受篇幅限制内容上难以深入展开论述。网上有关吊件的文章林林总总知识比较零散时常令人眼花缭乱往往看过之后感觉似懂非懂。斯图加特大学的这篇文章从吊件本身切入简要介绍了欧洲标准是如何系统性地对预制混凝土吊件加以规定的小编春节期间仔细研读之后决定分享给大家。预制混凝土结构优势主要在于建造速度快、构件生成质量高、生成过程更加环保想要把这些优势变为现实很关键的一个环节是在运输和安装过程中把构件迅速且安全地吊装到指定位置。在我们国家构件的吊装方案设计主要基于工程经验当缺乏经验时一般会针对特定的工况预先进行试验验证然后才进行作业。在欧洲发达地区一般会有专门的行业标准作为指导吊件生产厂家基于行业标准和自身先进的技术水平开发出完善的吊装体系但是欧洲一些较为落后的地区却不具备这样的条件因此总体来说欧洲也没有统一的吊件系统设计标准。就吊件本身而言虽然其都是永久性安装在预制混凝土构件中但也仅仅是临时使用的部件不会对建筑整体结构产生任何影响。所以吊件的服务周期随着预制构件安装完成而宣告结束。正是基于这个原因吊件在欧洲被认为是机械部件而非建筑产品。也就是说吊件本身与塔吊、吊绳、卸扣、吊钩、吊具等一样仅仅是作为一整套起吊系统中的一个配件存在的如图1所示。图1 起吊系统因此吊件一般主要按照欧洲机械指令2006/42/EC执行。最新进展是吊件将涵盖于欧洲标准EN 13155——《起重机-安全-非固定负荷起重》最新版本中该标准是以欧洲机械指令2006/42/EC为前提进行修编的。在欧洲机械指令2006/42/EC中健康和安全始终是起吊环节最重要的考量因素。由于应用场景不同人们开发出了各式各样的吊件和相配套的吊具。安全起见人们在起吊环节使用的吊件需要与吊具配套生产。吊件作为预埋在混凝土构件的一部分在完成吊装和运输使命之后不再发挥作用而配套的吊具则可以继续循环使用。这里小编需要特别说明的是吊具在完成一定吊装次数之后也要报废处理。四本标准欧洲机械指令2006/42/EC和EN 13155前面提到吊件被作为机械部件使用需按照欧洲机械指令2006/42/EC执行但是该指令仅仅对吊件本身的材质做了要求而作为吊件锚固基材混凝土却缺席了。但是我们知道锚固件也好预埋件也好当与混凝土连接共同发挥作用时一般都是混凝土破坏起控制作用正因为如此混凝土特性及尺寸是更为关键的考虑因素。好在欧洲机械指令2006/42/EC的这一缺陷将在最新版本的EN 13155中得到补充。需要强调的是更新之后的EN 13155不会导致其他标准的失效也不会作为强制性标准要求任何厂家或个人必须采用原因在于标准相对于技术永远是滞后的欧洲标准委员会在制定标准时不希望标准成为技术创新的桎梏。不过如果厂家采用其他技术标准他们必须有能力证明其方案符合欧洲机械指令2006/42/EC中对健康和安全的要求并确保其安全性不低于EN 13155。并且不采用或部分采用EN 13155的厂家不得在其产品一致性声明中引用EN 13155但是如果是部分采用可以声明采用了该标准中的哪部分条款厂家在其技术手册或安装指导文件中还应纳入其实施的风险评估和为满足欧洲机械指令2006/42/EC中健康和安全的要求而采取的措施和步骤。EN 13155作为产品标准基于其开发起吊系统的厂家可以在其产品上打上CE标识。CEN/TR 15728欧洲标准委员会之技术委员会CEN/TC 229“预制混凝土产品”十多年前为了在欧洲层面创建统一的吊件设计指南其在2008年起草、发布了第一版CEN/TR 15728《吊装和运输用吊件的设计与应用》。有一说一由于时间紧迫这个技术报告起草的相当草率所以在对部分内容加以完善之后他们在2016年正式出台了第二版。这本技术报告仅限于吊件锚固在常规混凝土中轻质混凝土除外的情况。第二版的CEN/TR 15728最大的特点之一是建立了较为完善的试验方法 包括试验方案的计划、实施以及试验数据的处理和评估等等用于确定吊件承载力的标准值和许用值。试验方案部分也包含了特殊预制混凝土构件例如混凝土管道的吊件试验方法如图2。图2 混凝土管道吊件试验同时该技术报告对预制混凝土构件按形式进行了分类如墙板、楼板、柱子、梁、大体积混凝土构件以及混凝土管道等并针对各种形式的构件提出了可应用吊件形式的建议。VDI/BV-BS 6205VDI/BV-BS 6205《预制混凝土构件用吊件和吊件系统》是一本德国标准其内容要比CEN/TR 15728详实得多主要内容包括吊件及吊件系统介绍和起吊方案设计。该标准在2021年已完成修编最新版本不仅与欧洲机械指令2006/42/EC相符而且与CEN/TR 15728共同构成了EN 13155的修编基础。关于安全概念设计VDI和EN 13155与欧洲的预埋件设计标准有差异。两份标准的承载力设计均沿用了欧洲机械指令2006/42/EC——即整体安全系数法有关安全系数的区分感兴趣的可移步拙文“结构漫谈|混凝土锚固·安全系数法”E≤RadmRk/γ其中E为作用在吊件上的荷载Rk为按照厂家手册要求安装的情况下吊件的承载力标准值γ为考虑到荷载与承载力不确定性的整体安全系数。最新版本的VDI与EN 13155对不同形式的吊件以及不同破坏形式规定了不同的整体安全系数。钢材破坏时钢丝绳吊索取为4.0链条形式的吊件取为3.0全截面的吊件取为3.0混凝土破坏时取为2.5如果预制厂生产质量较好此系数还可以进一步降低。VDI对E值的计算方法也做了要求E值应考虑起吊条件、脱模力、动力荷载、起吊设备的形式、吊装和运输所处的地面类型等因素。至于吊件的承载力可以参照欧洲标准进行理论计算也可以通过试验确定。但是需要了解的是按照常规预埋件的计算方法得到的承载力一般更加保守原因主要在于吊件通常只是临时发挥作用虽然有时候需要加设附加钢筋但是附加钢筋对承载力的贡献一般是不考虑在其理论计算结果中的这一点有别于常规预埋件。如今虽然欧洲机械指令2006/42/EC对吊件及吊件系统的规定是有欠缺的但是欧洲通过修编EN 13155和CEN/TR 15728弥补了这一遗憾。德国标准VDI又作为二者的补充进一步详实地规范了吊件和吊件系统的设计及应用。通过这一系列的操作欧洲从规范层面上基本完成了吊件和吊件系统的设计和应用的统一。