新型混凝土预埋件连接结构

钱至棽

(福建省厦门第一中学 福建厦门 361003)

0 引言

混凝土构件的预埋件需通过锚筋与构件本体紧密连接。目前，预埋件与锚筋的连接通常采用T形焊接，即采用压力埋弧焊或穿孔塞焊实现锚筋与锚板的连接。

预埋件与锚筋间采用焊接连接存在许多问题，主要有：焊接引起预埋件受热变形，给后续施工造成困难；焊接易损伤锚筋，降低锚筋的抗拉强度，影响了连接效果；焊接产生的有害气体，影响职业健康，也不利于环保[1]。此外，采用焊接方法增加了材料的消耗和成本，作业工序复杂，生产效率低。采用手工焊时，焊接质量主要依赖于施工管理和工人的素质，质量不易控制。

除上述问题外，焊接连接也不符合相关规范规定，如《混凝土结构设计规范》GB50010-2010第9.7.2条条文说明规定，对于有抗震要求的重要预埋件不宜采用以锚固钢筋承力的形式，而宜采用锚筋穿透截面后，固定在背面锚板上的夹板式双面锚固形式。

为解决上述问题，笔者研发了一种新型的锚筋及锚筋与锚板连接方式，即新型混凝土预埋件连接结构。下文是该结构的总体思路、实施方案、有益成效简述。

1 总体思路

传统的混凝土预埋件与锚筋之间采用焊接连接，预埋件各部分连成一体，很难做到标准化、大批量生产。而新型的预埋件连接结构改变了预埋件与锚筋的连接方式，变焊接连接为螺栓连接，预埋件各部分采用分离式做法，配件均可以拆开，预埋时才拼装连接，可实现标准化定型生产，降低生产成本，提高产品质量。

新的连接结构由预埋件锚板、新型锚筋及紧固件组成，锚筋为两头带有螺纹的新型锚筋，锚板则开设锚筋孔，预埋件预埋时通过锁紧锚筋的紧固螺母，实现预埋件与锚筋的连接。该连接结构改变了现有锚筋与预埋件连接的传统做法，改进了预埋件与锚筋的 连接方式，可实现二者的快速连接。

2 实施方案

新型预埋件连接结构的锚板、锚筋、紧固件采用特殊构造定型制作，按需生产、成批加工、分别储存，浇筑混凝土构件前完成预埋件连接结构组装、安放就位。各部件可实现标准化生产，预埋件设计能做到按需配置。预埋时，按照设计图纸，将锚筋穿过锚板的锚筋孔，锁紧紧固螺母，完成预埋件组装，并将组装好的预埋件安装就位于混凝土构件钢筋骨架内，浇筑、养护混凝土，完成混凝土构件施工。

以下是该连接结构技术方案的详细介绍。

2.1 锚筋

锚筋采用带肋钢筋加工制作，宜选用HRB400、HRBF400、RRB400型号钢筋。锚筋两端设有螺纹锚头，有半圆锚筋、六角锚筋、沉头锚筋、平头锚筋4种型式，设计、施工可按需配置，如图1～图4所示。

图1 半圆锚筋示意图

图2 六角锚筋示意图

图3 沉头锚筋示意图

图4 平头锚筋示意图

除平头锚筋两端均为无帽锚头外，其余3种锚筋的预埋件锚板近端锚头为带帽锚头，而远端锚头为无帽锚头。预埋件锚板近端的锚筋锚头帽形状有半圆、六角、沉头3种型式，外形分别与半圆铆钉帽、六角螺栓帽及沉头铆钉帽形状相似。当锚头帽不宜凸出预埋件锚板外侧时，可采用沉头锚筋。但应注意，设置该种锚筋的预埋件锚筋不应轴向受拉。

半圆、六角、沉头3种锚筋的带帽锚头采用镦粗滚圆、滚轧螺纹的方式制作，平头锚筋及前述3种锚筋的无帽锚头则采用钢筋剥肋、滚轧螺纹的方式制作，形成锚筋两端的带螺纹锚头。锚筋镦粗宜采用热镦粗工艺[2]，锚头帽可结合热镦粗工艺采用铸模制作。

除平头锚筋为通长同径外，其余3种的带帽锚头段均比锚筋杆体粗，带帽锚头段直径不小于锚筋杆体直径与锚筋杆体原材的钢筋纵肋高之和，宜略大于锚筋杆体直径与锚筋杆体原材的钢筋纵肋高之和。锚筋锚头长度应根据下文的紧固件配置要求设置，并应保证锁紧紧固件后锚头端面丝头外露长度不小于1.0倍螺距；而锚头螺纹尺寸则应根据下文的紧固件螺孔内螺纹尺寸设置。

2.2 紧固件

紧固件宜选用45号钢板或45号锻钢制作，有六角螺母、带锚固板螺母、等厚圆形锚固板3种型式[3]，设计、施工可按需配置。等厚圆形锚固板外形和常见的全锚固板相似，外观为圆形，沿厚度方向截面一致，可与六角螺母、带锚固板螺母搭配使用。带锚固板螺母则与常见的半锚固板相似，沿厚度方向为变截面，是圆形锚固板与螺母合二为一，如图5所示。

图5 带锚固板螺母示意图

常见的锚固板主要用于钢筋的机械锚固，本连接结构的带锚固板螺母，除用于预埋件锚板锚筋的远端锚固外，还用于锁紧锚筋，实现锚筋与锚板的紧密连接。带锚固板螺母用于锚筋的机械锚固时，总厚度不应小于锚筋直径，承压面面积不应小于锚筋杆体面积的9.0倍(锚筋全锚固)或4.5倍(锚筋部分锚固)，锚筋杆体净间距不宜小于5.0倍锚筋杆体直径(锚筋全锚固)或1.5倍锚筋杆体直径(锚筋部分锚固)。

目前，普通螺母的内螺纹尺寸与锚固板的内螺纹标准不一。由于本连接结构的紧固件除用于锚筋与锚板的连接外，还用于锚筋的机械锚固，因此，紧固件内螺纹尺寸统一采用锚固板的内螺纹尺寸标准，而螺孔孔径则按相应的锚筋锚头直径选用。

2.3 锚板及锚筋孔

预埋件锚板开设锚筋孔，锚板尺寸及锚筋孔大小应根据预埋件受力情况设置。锚筋孔有圆形、锥形、沉头三种型式，如图6～图9所示，设计、施工可按需配置。

图6 圆形锚筋孔示意图

图7 内牙圆形锚筋孔示意图

图8 锥形锚筋孔示意图

图9 沉头锚筋孔示意图

圆形锚筋孔有带牙与不带牙之分[4]，无牙圆形锚筋孔用于穿插半圆锚筋、六角锚筋、平头锚筋，带牙锚筋孔用于穿插六角锚筋、平头锚筋。无牙圆形锚筋孔穿插锚筋较为简单，直接插入即可；而带牙的锚筋孔穿插锚筋则需采用旋入方式，以加强锚板与锚筋的整体连接。无牙圆形锚筋孔外形与常见的钢构件螺栓孔相似，孔径为锚筋带帽锚头直径+2mm；带牙圆形锚筋孔孔径则与锚筋带帽锚头直径相同，其内螺纹采用锚固板的内螺纹尺寸标准。

锥形锚筋孔为圆形锚筋孔的改进形式，可用于半圆锚筋、六角锚筋的穿插。孔口形状为斜锥形，用于紧固锚板与锚筋的连接。紧贴锚筋锚头帽底面的孔径为锚筋带帽锚头直径+2mm，另一侧孔径则与锚筋带帽锚头直径相同。

沉头锚筋孔用于穿插沉头锚筋，外形与常见的沉头铆钉孔相似，沉头帽帽孔斜段孔径为沉头帽直径+2mm，直段孔径为沉头锚筋带帽锚头直径+2mm。

2.4 连接结构

新型锚筋与预埋件锚板的连接结构由预埋件锚板、锚筋、紧固件三者组成，预埋件锚板设有前文所述的锚筋孔。为简单起见，附图的预埋件锚板仅绘制带有无牙圆形锚筋孔及沉头锚筋孔的锚板，图10～图12为半圆锚筋与锚板连接结构示意图，图13～图14为沉头锚筋与锚板连接结构示意图，图15～图17为平头锚筋与锚板连接结构示意图。

图10 半圆锚筋与锚板连接结构示意图一

图11 半圆锚筋与锚板连接结构示意图二

图12 半圆锚筋与锚板连接结构示意图三

图13 沉头锚筋与锚板连接结构示意图一

锚筋两端都设有紧固件，每端的紧固件可采用一种型式单独设置，也可采用多种型式组合设置。因为相对预埋件锚板远端的锚筋紧固件同时作为锚筋的机械锚固之用，所以远端的锚筋紧固件一般采用带锚固板螺母；而近端则视锚筋锚头帽型式选用。半圆锚筋、六角锚筋一般选用六角螺母作为紧固螺母，有需要时也可加设等厚圆形锚固板配合使用，也可采用带锚固板螺母作为紧固螺母。沉头锚筋一般选用六角螺母作为紧固螺母，并同时加设等厚圆形锚固板作为加劲板使用，也可采用带锚固板螺母作为紧固螺母。平头锚筋未设有锚头帽，相对预埋件锚板近端的紧固件采用带锚固板螺母和六角螺母配合使用，或采用带锚固板螺母、六角螺母及等厚圆形锚固板组合，也可全部采用锚固板螺母。

图14 沉头锚筋与锚板连接结构示意图二

图15 平头锚筋与锚板连接结构示意图一

图16 平头锚筋与锚板连接结构示意图二

图17 平头锚筋与锚板连接结构示意图三

2.5 预埋做法

混凝土构件浇筑前应安装预埋件，通过锁紧锚筋的紧固螺母，实现预埋件与锚筋的连接。

半圆锚筋、六角锚筋采用设有无牙圆形锚筋孔的预埋件锚板时，其预埋做法大同小异，下文以半圆锚筋为例展开说明。预埋时，先将半圆锚筋插入锚板锚筋孔，拉出锚筋，使锚头帽底面紧贴锚板；旋紧六角螺母或紧固螺母组合，使锚筋与锚板紧密连接；旋入相对锚板远端的带锚固板螺母直至螺母卡住锚筋杆体纵肋，完成锚筋远端的机械锚固。安装带锚固板螺母时，应注意其安装方向，使其主承压面朝向较大承压方向。需要指出的是，六角锚筋采用设有有牙圆形锚筋孔的预埋件锚板时，应先旋入锚筋，之后旋紧六角螺母或紧固螺母组合，使锚筋与锚板紧密连接。

为加强沉头锚筋与锚板的相互连接，沉头锚筋与锚板的紧固螺母采用圆形锚固板与六角螺母组合或带锚固板螺母。预埋时，先将沉头锚筋插入锚板锚筋孔，拉出锚筋，使锚头帽底面紧贴锚板；旋紧圆形锚固板与六角螺母组合或带锚固板螺母，使锚筋与锚板紧密连接。相对锚板远端的带锚固板螺母安装方法与半圆锚筋的机械锚固端相同，也应注意其安装方向，使其主承压面朝向较大承压方向。

由于平头锚筋全长同径，其装配方法比较特殊。一般而言，靠近预埋件锚板的锚筋端需锁上锚固板螺母和六角螺母，并应考虑锚板厚度，因此，该端锚头长度较另一端为长。预埋时，先将用做紧固的六角螺母或锚固板螺母旋入锚头直至螺母卡住锚筋纵肋，然后将锚筋插入无牙圆形锚筋孔或旋入有牙圆形锚筋孔；接着旋入锚板外侧的锚固板螺母并反向施力，同时锁紧锚固板两侧的锚固板螺母和六角螺母，使锚筋与锚板紧密连接；锁紧相对锚板远端的锚固板螺母，完成锚筋远端的机械锚固。锚板处的锚固板螺母，其承压面应紧贴锚板。

装配好整个锚筋与锚板的连接结构后，将预埋件放入已绑扎安放的混凝土构件钢筋骨架内，采用临时固定措施如铁丝将预埋件绑紧固定，即可完成预埋件预埋，之后可以浇筑混凝土。

3 有益成效

上述是新型混凝土预埋件连接结构的实施方案，该结构已向国家知识产权局申报实用新型专利。本结构改变了现有锚筋与预埋件连接的传统做法，解决了采用焊接连接存在的施工工序复杂、工期长以及施工精度差、质量低等问题，克服了焊接使预埋件受热变形、使锚筋受损以及材料用量大、产生有害气体等缺点。其主要优点有以下五方面。

3.1 受力合理

从受力分析来看，新型混凝土预埋件连接结构仅改变锚筋与锚板的连接方式，不改变预埋件的受力方式，传力路径清晰、合理，结构构件的性能没有削弱，结构安全有保障。

3.2 制作简单

新型混凝土预埋件连接结构的主要部件是锚板、锚筋及紧固件，构件安排紧凑，设计精巧。锚板可采用钢板经裁切、冲孔、焊接成型，也可采用开模浇铸成型；锚筋可采用工程中常用的带肋钢筋经端头热熔镦粗、滚轧螺纹制作。紧固件虽构造特殊，但外形与常见的螺母、锚固板相似，制作工艺也很成熟。

若生产数量大，所有部件均可批量生产、开模铸造，加工工艺更简便，加工精度也更有保证。其中的锚筋与紧固件可标准化定型生产，降低生产成本，提高产品质量。

可见，新型混凝土预埋件连接结构制作简单，质量可靠，易于推广使用。

3.3 安装快捷

新型混凝土预埋件连接结构变锚筋与锚板焊接连接为螺栓连接，安装方式简单、快捷、高效，施工质量有保证。

3.4 储存方便

新型混凝土预埋件连接结构部件采用分离式做法，锚板、锚筋及紧固件均可以拆开，预埋时才拼装连接，各种配件均可分别储存，占用空间小，储存、运输方便。

3.5 造价节省

由于新型混凝土预埋件连接结构改变了锚筋与锚板的连接形式，可大批量标准化定型生产，生产成本降低；其次，新型连接结构的安装方式简单，也可降低人工费用。因此，采用新型混凝土预埋件连接结构可降低成本，节省造价。

4 结论

新型混凝土预埋件连接结构改变了预埋件与锚筋的连接方式，变焊接连接为螺栓连接；其次，改变传统的锚筋型式，新型锚筋的两端为滚压有螺纹的锚头。预埋件锚板上开设锚筋孔，当锚筋穿过锚板后，锁紧紧固螺母，实现锚筋与预埋件锚板的连接。该结构可解决前述预埋件与锚筋焊接连接存在的问题，做到施工快捷、质量可控、节能环保。本结构制作工艺简捷，施工方式快速、可控，是装配式建筑的创新探索，具有较高的实用价值，值得大面积推广使用。