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引言

随着混凝土装配式建筑的大力发展，预制混凝土（Precast Concrete，PC）构件产品越来越多，常见的有外墙、阳台、楼梯、空调板、叠合楼板、剪力墙等构件类型。由于尺寸及重量较大，构件在生产、转运、堆放、运输、安装等过程中，都是通过预埋在构件中的金属吊件或吊环进行吊装。目前常用到的金属预埋吊件主要有吊钉和预埋螺栓套筒2种[1]，其正确使用对PC构件的吊装安全有着直接影响，因此对PC构件中的金属预埋吊件进行受力测试具有重要意义。

装配式建筑设计图纸中的PC构件生产总说明，一般会对预埋螺栓套筒和预埋吊钉给出规格和承载力要求，姚跃华等[2]对中美规范预埋吊件承载力计算进行了对比，在T/CCES 6003—2021《预制混凝土构件用金属预埋吊件》中，对金属预埋吊件的验收和测试提供了标准，从而指导金属预埋吊件的正确使用；但在实际使用中，对PC构件中的金属预埋吊件与混凝土握裹受力情况方面的试验测试较少，如王艳蔚等[3]对预制墙板用金属吊件进行分析。

本文主要从实际生产使用的角度对金属预埋吊件力值进行测试，具体对比了预埋吊钉和预埋螺栓套筒这2种常用吊点吊件在不同混凝土强度中的拉拔力和剪切力；对比了预埋吊钉和预埋螺栓套筒在素混凝土与钢筋混凝土中的拉拔力；对比了预埋吊钉和预埋螺栓套筒有无加强锚筋对其拉拔力大小的影响。希望通过试验结果，对PC构件中的预埋金属吊件有更直观的认识，使其正确应用于工程中。

1.1 试验材料、设备及工装

试验材料：吊钉、预埋螺栓套筒，其型号规格见表1。

试验设备：锚杆拉拔仪（一体式），型号SH-20，测量范围0～200kN。

试验工装：根据测试拉拔力与剪切力和对应连接扣，设计了拉拔剪切工装，主要为架体、连接杆、鸭嘴扣、卸扣等，如图1、图2所示。

表1 预埋吊钉、预埋螺栓套管规格

图1 测试工装架

图2 连接杆、鸭嘴扣、卸扣

1.2 试验方案

根据T/CCES 6003—2021《预制混凝土构件用金属预埋吊件》中的锚固性能试验方法，设计试验方案。

（1）不同混凝土强度金属吊件的拉拔力测试：制作尺寸900mm×300mm×200mm的吊件，吊点间距250mm，3个吊件为1组，每种制作3组，一共5种金属吊件，合计15组试样。每组试样在制作的同时预留抗压强度试块，一起同条件养护，监测混凝土强度，分别测试早期抗压强度和28d抗压强度的拉拔力，测试过程如图3所示。

图 3 金属吊件拉拔力测试

（2）不同混凝土强度金属吊件的剪切力测试：制作尺寸1000mm×450mm×200mm的吊件，吊点间距 300mm，3个吊件为1组，每种制作3组，一共5种金属吊件，合计15组试样。每组试样在制作的同时预留抗压强度试块，一起同条件养护，监测混凝土强度，分别测试早期抗压强度和28d抗压强度的剪切力，测试过程如图4所示。

图4 金属吊件剪切力测试

（3）不同条件下预埋吊钉的拉拔力测试：制作尺寸 600mm×450mm×1500mm的试件，与常规外墙凸窗的吊点部位厚度一致，中间预埋5t吊钉，3个试件为1组，分别进行有无锚固筋和有无钢筋笼共4种情况的试验；采用吊钉规格长120mm，端部带穿锚筋孔，锚筋采用直径为14mm、长200mm的钢筋，每组试件在制作的同时预留抗压强度试块，一起同条件养护，28d后进行抗压强度与拉拔力测试，测试过程如图5所示。

（4）不同条件下预埋螺栓套筒拉拔力测试：制作尺寸600mm×450mm×1500mm的试件，与常规外墙凸窗的吊点部位类似，中间预埋M20螺栓套筒，3个试件为1组，分别进行有无加强锚固筋和有无钢筋笼共4种情况的试验；采用M20规格长200mm，自带锚筋长150mm，每组试件在制作的同时预留抗压强度试块，一起同条件养护，28d后进行抗压强度与拉拔力测试，测试过程如图6所示。

试验根据金属吊件在PC构件中预埋和实际使用的情况，从混凝土强度、金属吊件类型、受力方式、锚固筋等方面进行了测试，先对比5种吊件的测试情况，然后进一步针对用于安装吊点的金属吊件进行不同条件的测试；由于目前无专门的测试标准，因此设计了测试工装进行测试。

2.1 不同混凝土强度金属吊件的拉拔力

不同混凝土强度金属吊件的拉拔力测试结果见表2，结果对比如图7所示。

表2 不同混凝土强度金属吊件的拉拔力测试结果

图7 不同混凝土强度的金属吊件拉拔力对比

由表2、图7可知，不同的混凝土强度下，常用做起吊的2种吊钉及M20棒材套筒的拉拔力都较好，M16棒材和管材套筒的拉拔力均较差。在混凝土早期强度中（8MPa与12MPa），吊钉的拉拔力比套筒更优，特别是2.5t吊钉在早期混凝土强度不高时，拉拔力达到了50.8kN和68.9kN，远大于其他吊件，这主要得益其末端有圆环墩头锚固和长度170mm钉体形成的整体摩擦力较大。5t吊钉虽端部有圆环孔增加锚固，但因长度只有120mm与混凝土的锚固深度较短，形成的整体摩擦力相对较小；预埋螺栓套筒虽有锚固筋和长度200mm筒体形成的摩擦力，但其受力为非圆锥体，故表现出的拉拔力比吊钉低些。当混凝土强度达到40MPa时，2.5t吊钉同样具有最高的拉拔力达到了92.2kN，其次是M20套筒，拉拔力为89.8kN，5t吊钉的拉拔力稍低为74.1kN，这主要是因为长度较短与混凝土的握裹形成的整体摩擦力较小。

2.2 不同混凝土强度金属吊件的剪切力

不同混凝土强度金属吊件的剪切力测试结果见表3，结果对比如图8所示。

表3 不同混凝土强度的金属吊件剪切力测试结果

图8 不同混凝土强度的金属吊件剪切力对比

由表3、图8可知，在混凝土早期强度中，5种金属吊件的剪切拉拔力差异不大，特别是当混凝土强度为8MPa时，M20棒材套筒的剪切力最高，为19.4kN，吊钉2.5t和5t的剪切力均在17kN以上，M16棒材套筒的剪切力最低，为13.8kN，与M20棒材套筒的差值约5kN。当混凝土强度为15MPa时，M20棒材套筒的剪切力最高，为29kN，吊钉2.5t和5t的剪切力均在26kN以上，M16管材套筒的剪切力最低，为20.2kN，与M20棒材套筒的差值约9kN。当混凝土强度为40.3MPa时，M20棒材套筒的剪切力最高，为49.3kN，吊钉2.5t和5t的剪切力均在37kN以上，M16管材套筒的剪切力最低，为33.3kN，与M20棒材套筒的差值约16kN。

综上，金属吊件在混凝土中的握裹摩擦力是不变的，只是在剪切力测试中，受混凝土壁厚、强度和金属吊件长度的影响，金属吊件的剪切力大小也会有相应的变化。在同等混凝土厚度下，M20棒材套筒的长度最长，剪切力最高，2.5t吊钉的长度稍短，剪切力也相应较小。

2.3 不同条件下预埋吊钉的拉拔力

不同条件下混凝土的28d强度预埋吊钉的拉拔力测试结果见表4，结果对比如图9所示。

表4 不同条件下混凝土的28d强度预埋吊钉拉拔力测试结果

图9 不同条件下吊钉拉拔力测试对比

由表4、图9可知，预埋吊钉在钢筋混凝土及增加锚固筋时，拉拔力最大，为105.6kN，且当吊钉出现裂缝到混凝土最终破坏被拔出，拉拔力还在继续增大，达到140.7kN，具有较高的裂坏差值，安全性更高；素混凝土与无锚固筋拉拔力最低，为73.9kN，裂坏差值低，出现裂缝即破坏，安全性差；单增加钢筋笼或增加吊钉锚固筋，都能提高拉拔力，相对于无增加措施的素混凝土拉拔力约高10～15kN；这是因为钢筋笼约束了混凝土的破坏，锚固筋增加了吊钉与混凝土的锚固力。

2.4 不同条件下预埋螺栓套筒的拉拔力

不同条件下混凝土的28d强度预埋套筒的拉拔力测试结果见表5，结果对比如图10所示。

表5 不同条件下混凝土的28d强度预埋套筒拉拔力测试结果

图10 不同条件下预埋套筒拉拔力测试对比

由表5、图10可知，预埋套筒在钢筋混凝土及无增加锚固筋时，拉拔力最大，为103.8kN，裂坏差值7.1kN；预埋套筒在钢筋混凝土及有加强锚固筋时，拉拔力为100.4kN，裂坏差值13.1kN。预埋套筒在素混凝土与有加强锚固筋时，拉拔力为91.7kN，裂坏差值3.1kN；预埋套筒在素混凝土与无加强锚固筋时，拉拔力为90.8，裂坏差值0.4。由于预埋套筒为自带横杆类型，因此加强锚固筋增加拉拔力的作用不大，钢筋混凝土对裂坏差值的影响较大。

由上可知，预埋金属吊件均无破坏，拉拔力和剪切力测试中均为混凝土破坏。

本文通过对常用的金属吊件在钢筋混凝土和素混凝土中不同混凝土强度的拉拔力和剪切力测试，了解其拉拔力大小，作为早期PC构件脱模吊件选择的参考依据，同时进一步测试起吊吊件在不同情况下的拉拔力，了解其影响因素，从而更好地选择加强拉拔力的措施。得出以下结论：

（1）在不同混凝土的强度中，2.5t吊钉具有最好的拉拔力，且远大于设计要求的最小抗拔承载力要求，在拆模起吊上优于套筒；M20棒材套筒具有最高的剪切力，吊钉的剪切力稍微低些，在斜拉较大的情况下，采用套筒略微优于吊钉。

（2）对于安装吊点，采用预埋吊钉，需增加加强筋，对增加拉拔力特别是提高混凝土出现裂缝到破坏时的拉拔力具有显著作用，对安全性有更好的保证；采用预埋套筒，由于其自带锚固横杆，加强筋的增加对提高受力的贡献不大，其拉拔力与吊钉相差不大，差异点为在混凝土出现裂缝到破坏时，其增加的拉拔力稍微比吊钉低些。

（3）从测试结果看，吊钉的综合性能优于套筒；对于吊钉不自带锚固筋的情况，使用时需增加锚固筋。

参考文献