由于目前国内并没有关于预埋吊件的相关标准,但由于预埋吊件和锚栓在受力性能方面有类似之处,故本文参考了国内相关锚栓规范《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145—2013^[1] (以下简称技术规程)以及《混凝土用膨胀型、扩孔型建筑锚栓》JG160—2004^[2] (以下简称建筑锚栓)。预埋吊件和锚栓在受力上虽有相似之处,但其施工方法、结构形式及尺寸上均存在巨大差异,故相关规范也只能作为参考。

美国ICC,ACI以及欧洲ETAG中都有用于锚栓设计使用的相关规定^[3,4,5,6,7] 。《Guideline for european technical approval of metal anchors for use in concrete》ETAG 001 Annex A^[8] (以下简称欧洲规范A)对拉拔试验、剪切试验、扭矩试验的加载设备以及试件尺寸的设计给出了详细规定。《Guideline for european technical approval of metal anchors for use in concrete》ETAG 001 Annex C^[9] (以下简称欧洲规范C)对术语和符号、设计和安全理念、极限状态以及正常使用极限状态作出了解释。

从表1中可以看出:预埋吊件与锚栓以及吊环在定义、施工方式、材料、有效埋入深度存在着明显差异。由于目前国内外并无预埋吊件相关规范,因此对于预埋吊件的定义以及有效埋入深度只能参考美国标准《混凝土结构规范》ACI 318M-05中现浇锚件的定义,对预埋吊件做出初步解释。

锚栓的相关规程在锚栓最小锚固深度、最小边距、最小间距、锚固区以及有效锚固深度作出了定义,对后锚固群锚的研究也取得了进展^[11,12,13] 。但是预埋吊件有其自己的特点,对于一些术语与符号应该重新界定。例如锚固区与有效锚固深度的定义分别为锚栓传递的荷载在混凝土中的作用区域以及混凝土表面到锚固作用点间最大距离。首先,锚栓结构形状单一,其锚固区将呈现出一个规则的形状,而预埋吊件形状复杂,与锚栓相比,预埋区将会有所差异;其次,锚栓有效锚固深度(h_ef)的确定将会给试件尺寸的设计带来直接影响,对于预埋吊件而言,出于对结构形式复杂性的考虑,如何确定其有效预埋深度仍然是一个问题。

通过对国内外现有锚栓规范的对比,总结如表2所示。

单根锚栓受拉时,混凝土理想锥体破坏投影面面积A⁰_c,N(见图1)应按下式计算:

式中:S_cr,N为混凝土破坏且无间距效应和边缘效应情况下,每根锚栓达到受拉承载力标准值的临界间距(mm),应取3h_ef。

单根锚或群锚受拉时,混凝土实际锥体破坏投影面面积A_c,N,单根锚栓,靠近构件边缘布置,且C₁≤C_cr,N时(见图2),应按下列公式计算:

式中:C₁为方向1的边距(mm);C_cr,N为混凝土锥体破坏且无间距效应及边缘效应情况下,每根锚栓达到受拉承载力标准值的临界边距(mm),应取1.5h_ef。

从以上规范中可以看出:理想锥体的破坏锥面角度大约为35°(见图3)。

国内外相关锚栓规范给出锚栓的最小锚固深度为60mm,但由于预埋吊件的长度一般从30mm开始依次增加,并不能满足锚栓最小锚固深度为60mm的要求。

锚栓的有效锚固深度已经给出了明确定义,锚栓间最小边距、最小间距分别为2h_ef以及4h_ef,由此看出最小边距与最小间距与有效锚固深度息息相关。因此,为更好地确定预埋吊件的最小边距以及间距,应对预埋吊件的有效预埋深度作出合理定义。

锚栓基材混凝土厚度≥2h_ef且h>100mm,这里的h>100mm是针对锚栓的最小锚固深度为60mm而言,既然预埋吊件的最小预埋深度从30mm开始算起,那么相应的基材混凝土厚度应作适当调整。

出于对锚栓形状单一的考虑,锚栓的理想锚固区是按35°的混凝土锥体破坏(见图3)截面计算,但预埋吊件的结构形式相对比较复杂,与锚栓的结构形式出入很大,因此对于相应的预埋区域应重新加以界定。

通过对国内外现有规范比较,总结如下:(1)锚栓最小锚固深度、最小边距、最小间距、锚固区、混凝土强度等级、单个锚栓受拉时理想锥体破坏面积以及单个锚栓受拉时实际锥体破坏面积是相同的;基材混凝土厚度以及混凝土配合比存在微小差异,但混凝土强度国外规范较国内更为详细。(2)预埋吊件与锚栓的定义存在着明显差异,前者是先将其预埋然后浇筑混凝土,后者则是先浇筑混凝土再将其锚固,对于预埋和锚固应该加以区分,为更好地界定预埋吊件提供理论依据。

1)锚栓规范中给锚固区作出了定义,但由于预埋吊件结构形式的多样性,因此预埋吊件对其相应的预埋区应作出调整。

2)国内外规范中指出锚栓埋入混凝土中的最小锚固深度应≥60mm,但由于预埋吊件的尺寸大小不一,不能满足锚栓最小锚固深度的要求,因此预埋吊件的预埋深度应进一步加以界定。

通过对国外相关规范和国内新推出的两部规范的相关内容进行对比分析可以看出,锚栓的相关规范在不断完善,而目前还没有适用于预埋吊件相关标准。出于预埋吊件结构形式多样性的考虑,锚栓的相关规范只能给预埋吊件提供部分借鉴,预埋吊件的预埋深度、锚固区破坏面积以及破坏锥面角度等方面与锚栓都有差异。因此急需制订预埋吊件的相关规范。