引言

隨著混凝土裝配式建筑的大力發(fā)展，預(yù)制混凝土（Precast Concrete，PC）構(gòu)件產(chǎn)品越來(lái)越多，常見(jiàn)的有外墻、陽(yáng)臺(tái)、樓梯、空調(diào)板、疊合樓板、剪力墻等構(gòu)件類(lèi)型。由于尺寸及重量較大，構(gòu)件在生產(chǎn)、轉(zhuǎn)運(yùn)、堆放、運(yùn)輸、安裝等過(guò)程中，都是通過(guò)預(yù)埋在構(gòu)件中的金屬吊件或吊環(huán)進(jìn)行吊裝。目前常用到的金屬預(yù)埋吊件主要有吊釘和預(yù)埋螺栓套筒2種[1]，其正確使用對(duì)PC構(gòu)件的吊裝安全有著直接影響，因此對(duì)PC構(gòu)件中的金屬預(yù)埋吊件進(jìn)行受力測(cè)試具有重要意義。

裝配式建筑設(shè)計(jì)圖紙中的PC構(gòu)件生產(chǎn)總說(shuō)明，一般會(huì)對(duì)預(yù)埋螺栓套筒和預(yù)埋吊釘給出規(guī)格和承載力要求，姚躍華等[2]對(duì)中美規(guī)范預(yù)埋吊件承載力計(jì)算進(jìn)行了對(duì)比，在T/CCES 6003—2021《預(yù)制混凝土構(gòu)件用金屬預(yù)埋吊件》中，對(duì)金屬預(yù)埋吊件的驗(yàn)收和測(cè)試提供了標(biāo)準(zhǔn)，從而指導(dǎo)金屬預(yù)埋吊件的正確使用；但在實(shí)際使用中，對(duì)PC構(gòu)件中的金屬預(yù)埋吊件與混凝土握裹受力情況方面的試驗(yàn)測(cè)試較少，如王艷蔚等[3]對(duì)預(yù)制墻板用金屬吊件進(jìn)行分析。

本文主要從實(shí)際生產(chǎn)使用的角度對(duì)金屬預(yù)埋吊件力值進(jìn)行測(cè)試，具體對(duì)比了預(yù)埋吊釘和預(yù)埋螺栓套筒這2種常用吊點(diǎn)吊件在不同混凝土強(qiáng)度中的拉拔力和剪切力；對(duì)比了預(yù)埋吊釘和預(yù)埋螺栓套筒在素混凝土與鋼筋混凝土中的拉拔力；對(duì)比了預(yù)埋吊釘和預(yù)埋螺栓套筒有無(wú)加強(qiáng)錨筋對(duì)其拉拔力大小的影響。希望通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)PC構(gòu)件中的預(yù)埋金屬吊件有更直觀的認(rèn)識(shí)，使其正確應(yīng)用于工程中。

1.1 試驗(yàn)材料、設(shè)備及工裝

試驗(yàn)材料：吊釘、預(yù)埋螺栓套筒，其型號(hào)規(guī)格見(jiàn)表1。

試驗(yàn)設(shè)備：錨桿拉拔儀（一體式），型號(hào)SH-20，測(cè)量范圍0～200kN。

試驗(yàn)工裝：根據(jù)測(cè)試?yán)瘟εc剪切力和對(duì)應(yīng)連接扣，設(shè)計(jì)了拉拔剪切工裝，主要為架體、連接桿、鴨嘴扣、卸扣等，如圖1、圖2所示。

表1 預(yù)埋吊釘、預(yù)埋螺栓套管規(guī)格

圖1 測(cè)試工裝架

圖2 連接桿、鴨嘴扣、卸扣

1.2 試驗(yàn)方案

根據(jù)T/CCES 6003—2021《預(yù)制混凝土構(gòu)件用金屬預(yù)埋吊件》中的錨固性能試驗(yàn)方法，設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案。

（1）不同混凝土強(qiáng)度金屬吊件的拉拔力測(cè)試：制作尺寸900mm×300mm×200mm的吊件，吊點(diǎn)間距250mm，3個(gè)吊件為1組，每種制作3組，一共5種金屬吊件，合計(jì)15組試樣。每組試樣在制作的同時(shí)預(yù)留抗壓強(qiáng)度試塊，一起同條件養(yǎng)護(hù)，監(jiān)測(cè)混凝土強(qiáng)度，分別測(cè)試早期抗壓強(qiáng)度和28d抗壓強(qiáng)度的拉拔力，測(cè)試過(guò)程如圖3所示。

圖 3 金屬吊件拉拔力測(cè)試

（2）不同混凝土強(qiáng)度金屬吊件的剪切力測(cè)試：制作尺寸1000mm×450mm×200mm的吊件，吊點(diǎn)間距 300mm，3個(gè)吊件為1組，每種制作3組，一共5種金屬吊件，合計(jì)15組試樣。每組試樣在制作的同時(shí)預(yù)留抗壓強(qiáng)度試塊，一起同條件養(yǎng)護(hù)，監(jiān)測(cè)混凝土強(qiáng)度，分別測(cè)試早期抗壓強(qiáng)度和28d抗壓強(qiáng)度的剪切力，測(cè)試過(guò)程如圖4所示。

圖4 金屬吊件剪切力測(cè)試

（3）不同條件下預(yù)埋吊釘?shù)睦瘟y(cè)試：制作尺寸 600mm×450mm×1500mm的試件，與常規(guī)外墻凸窗的吊點(diǎn)部位厚度一致，中間預(yù)埋5t吊釘，3個(gè)試件為1組，分別進(jìn)行有無(wú)錨固筋和有無(wú)鋼筋籠共4種情況的試驗(yàn)；采用吊釘規(guī)格長(zhǎng)120mm，端部帶穿錨筋孔，錨筋采用直徑為14mm、長(zhǎng)200mm的鋼筋，每組試件在制作的同時(shí)預(yù)留抗壓強(qiáng)度試塊，一起同條件養(yǎng)護(hù)，28d后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度與拉拔力測(cè)試，測(cè)試過(guò)程如圖5所示。

（4）不同條件下預(yù)埋螺栓套筒拉拔力測(cè)試：制作尺寸600mm×450mm×1500mm的試件，與常規(guī)外墻凸窗的吊點(diǎn)部位類(lèi)似，中間預(yù)埋M20螺栓套筒，3個(gè)試件為1組，分別進(jìn)行有無(wú)加強(qiáng)錨固筋和有無(wú)鋼筋籠共4種情況的試驗(yàn)；采用M20規(guī)格長(zhǎng)200mm，自帶錨筋長(zhǎng)150mm，每組試件在制作的同時(shí)預(yù)留抗壓強(qiáng)度試塊，一起同條件養(yǎng)護(hù)，28d后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度與拉拔力測(cè)試，測(cè)試過(guò)程如圖6所示。

試驗(yàn)根據(jù)金屬吊件在PC構(gòu)件中預(yù)埋和實(shí)際使用的情況，從混凝土強(qiáng)度、金屬吊件類(lèi)型、受力方式、錨固筋等方面進(jìn)行了測(cè)試，先對(duì)比5種吊件的測(cè)試情況，然后進(jìn)一步針對(duì)用于安裝吊點(diǎn)的金屬吊件進(jìn)行不同條件的測(cè)試；由于目前無(wú)專(zhuān)門(mén)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，因此設(shè)計(jì)了測(cè)試工裝進(jìn)行測(cè)試。

2.1 不同混凝土強(qiáng)度金屬吊件的拉拔力

不同混凝土強(qiáng)度金屬吊件的拉拔力測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2，結(jié)果對(duì)比如圖7所示。

表2 不同混凝土強(qiáng)度金屬吊件的拉拔力測(cè)試結(jié)果

圖7 不同混凝土強(qiáng)度的金屬吊件拉拔力對(duì)比

由表2、圖7可知，不同的混凝土強(qiáng)度下，常用做起吊的2種吊釘及M20棒材套筒的拉拔力都較好，M16棒材和管材套筒的拉拔力均較差。在混凝土早期強(qiáng)度中（8MPa與12MPa），吊釘?shù)睦瘟Ρ忍淄哺鼉?yōu)，特別是2.5t吊釘在早期混凝土強(qiáng)度不高時(shí)，拉拔力達(dá)到了50.8kN和68.9kN，遠(yuǎn)大于其他吊件，這主要得益其末端有圓環(huán)墩頭錨固和長(zhǎng)度170mm釘體形成的整體摩擦力較大。5t吊釘雖端部有圓環(huán)孔增加錨固，但因長(zhǎng)度只有120mm與混凝土的錨固深度較短，形成的整體摩擦力相對(duì)較小；預(yù)埋螺栓套筒雖有錨固筋和長(zhǎng)度200mm筒體形成的摩擦力，但其受力為非圓錐體，故表現(xiàn)出的拉拔力比吊釘?shù)托．?dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到40MPa時(shí)，2.5t吊釘同樣具有最高的拉拔力達(dá)到了92.2kN，其次是M20套筒，拉拔力為89.8kN，5t吊釘?shù)睦瘟ι缘蜑?4.1kN，這主要是因?yàn)殚L(zhǎng)度較短與混凝土的握裹形成的整體摩擦力較小。

2.2 不同混凝土強(qiáng)度金屬吊件的剪切力

不同混凝土強(qiáng)度金屬吊件的剪切力測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3，結(jié)果對(duì)比如圖8所示。

表3 不同混凝土強(qiáng)度的金屬吊件剪切力測(cè)試結(jié)果

圖8 不同混凝土強(qiáng)度的金屬吊件剪切力對(duì)比

由表3、圖8可知，在混凝土早期強(qiáng)度中，5種金屬吊件的剪切拉拔力差異不大，特別是當(dāng)混凝土強(qiáng)度為8MPa時(shí)，M20棒材套筒的剪切力最高，為19.4kN，吊釘2.5t和5t的剪切力均在17kN以上，M16棒材套筒的剪切力最低，為13.8kN，與M20棒材套筒的差值約5kN。當(dāng)混凝土強(qiáng)度為15MPa時(shí)，M20棒材套筒的剪切力最高，為29kN，吊釘2.5t和5t的剪切力均在26kN以上，M16管材套筒的剪切力最低，為20.2kN，與M20棒材套筒的差值約9kN。當(dāng)混凝土強(qiáng)度為40.3MPa時(shí)，M20棒材套筒的剪切力最高，為49.3kN，吊釘2.5t和5t的剪切力均在37kN以上，M16管材套筒的剪切力最低，為33.3kN，與M20棒材套筒的差值約16kN。

綜上，金屬吊件在混凝土中的握裹摩擦力是不變的，只是在剪切力測(cè)試中，受混凝土壁厚、強(qiáng)度和金屬吊件長(zhǎng)度的影響，金屬吊件的剪切力大小也會(huì)有相應(yīng)的變化。在同等混凝土厚度下，M20棒材套筒的長(zhǎng)度最長(zhǎng)，剪切力最高，2.5t吊釘?shù)拈L(zhǎng)度稍短，剪切力也相應(yīng)較小。

2.3 不同條件下預(yù)埋吊釘?shù)睦瘟?/p>

不同條件下混凝土的28d強(qiáng)度預(yù)埋吊釘?shù)睦瘟y(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4，結(jié)果對(duì)比如圖9所示。

表4 不同條件下混凝土的28d強(qiáng)度預(yù)埋吊釘拉拔力測(cè)試結(jié)果

圖9 不同條件下吊釘拉拔力測(cè)試對(duì)比

由表4、圖9可知，預(yù)埋吊釘在鋼筋混凝土及增加錨固筋時(shí)，拉拔力最大，為105.6kN，且當(dāng)?shù)踽敵霈F(xiàn)裂縫到混凝土最終破壞被拔出，拉拔力還在繼續(xù)增大，達(dá)到140.7kN，具有較高的裂壞差值，安全性更高；素混凝土與無(wú)錨固筋拉拔力最低，為73.9kN，裂壞差值低，出現(xiàn)裂縫即破壞，安全性差；單增加鋼筋籠或增加吊釘錨固筋，都能提高拉拔力，相對(duì)于無(wú)增加措施的素混凝土拉拔力約高10～15kN；這是因?yàn)殇摻罨\約束了混凝土的破壞，錨固筋增加了吊釘與混凝土的錨固力。

2.4 不同條件下預(yù)埋螺栓套筒的拉拔力

不同條件下混凝土的28d強(qiáng)度預(yù)埋套筒的拉拔力測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表5，結(jié)果對(duì)比如圖10所示。

表5 不同條件下混凝土的28d強(qiáng)度預(yù)埋套筒拉拔力測(cè)試結(jié)果

圖10 不同條件下預(yù)埋套筒拉拔力測(cè)試對(duì)比

由表5、圖10可知，預(yù)埋套筒在鋼筋混凝土及無(wú)增加錨固筋時(shí)，拉拔力最大，為103.8kN，裂壞差值7.1kN；預(yù)埋套筒在鋼筋混凝土及有加強(qiáng)錨固筋時(shí)，拉拔力為100.4kN，裂壞差值13.1kN。預(yù)埋套筒在素混凝土與有加強(qiáng)錨固筋時(shí)，拉拔力為91.7kN，裂壞差值3.1kN；預(yù)埋套筒在素混凝土與無(wú)加強(qiáng)錨固筋時(shí)，拉拔力為90.8，裂壞差值0.4。由于預(yù)埋套筒為自帶橫桿類(lèi)型，因此加強(qiáng)錨固筋增加拉拔力的作用不大，鋼筋混凝土對(duì)裂壞差值的影響較大。

由上可知，預(yù)埋金屬吊件均無(wú)破壞，拉拔力和剪切力測(cè)試中均為混凝土破壞。

本文通過(guò)對(duì)常用的金屬吊件在鋼筋混凝土和素混凝土中不同混凝土強(qiáng)度的拉拔力和剪切力測(cè)試，了解其拉拔力大小，作為早期PC構(gòu)件脫模吊件選擇的參考依據(jù)，同時(shí)進(jìn)一步測(cè)試起吊吊件在不同情況下的拉拔力，了解其影響因素，從而更好地選擇加強(qiáng)拉拔力的措施。得出以下結(jié)論：

（1）在不同混凝土的強(qiáng)度中，2.5t吊釘具有最好的拉拔力，且遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)要求的最小抗拔承載力要求，在拆模起吊上優(yōu)于套筒；M20棒材套筒具有最高的剪切力，吊釘?shù)募羟辛ι晕⒌托谛崩^大的情況下，采用套筒略微優(yōu)于吊釘。

（2）對(duì)于安裝吊點(diǎn)，采用預(yù)埋吊釘，需增加加強(qiáng)筋，對(duì)增加拉拔力特別是提高混凝土出現(xiàn)裂縫到破壞時(shí)的拉拔力具有顯著作用，對(duì)安全性有更好的保證；采用預(yù)埋套筒，由于其自帶錨固橫桿，加強(qiáng)筋的增加對(duì)提高受力的貢獻(xiàn)不大，其拉拔力與吊釘相差不大，差異點(diǎn)為在混凝土出現(xiàn)裂縫到破壞時(shí)，其增加的拉拔力稍微比吊釘?shù)托?/p>

（3）從測(cè)試結(jié)果看，吊釘?shù)木C合性能優(yōu)于套筒；對(duì)于吊釘不自帶錨固筋的情況，使用時(shí)需增加錨固筋。

參考文獻(xiàn)