【摘要】通過預(yù)埋件破壞事故的思考，闡述預(yù)埋件從設(shè)計到施工的一系列工藝要求，并對今后預(yù)埋件的設(shè)計和施工提出了合理化建議。
　　【關(guān)鍵詞】預(yù)埋件鋁母線桿架剛度承受彎矩
　　某氧化鋁廠分解車間配電室為單層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，于2007年5月主體結(jié)構(gòu)施工完畢，開始進行工藝設(shè)備的調(diào)試安裝。應(yīng)工藝要求，沿廠房一側(cè)縱向布置了鋁母線，擱置于鋼支架上，鋼支架通過預(yù)埋件與柱連接。在鋁母線安裝就位后數(shù)日，預(yù)埋件突然發(fā)生破壞引起鋁母線連續(xù)倒塌。
　　一、工程概況
　　應(yīng)工藝要求，沿廠房縱向4軸線到13軸線柱連續(xù)布置了鋁母線。水平鋁母線總長67.5m（7.5m柱距9開間），總重477kN。此外，在相鄰兩柱之間還有引向外部的直徑L型母線，總重70.9KN(8個)。母線重量通過三角支架傳給柱，三角支架水平桿為H型鋼，斜桿為兩根背焊角鋼，受力情況見下圖。
　　三角支架與柱通過預(yù)埋件連接，預(yù)埋件錨板材料為Ⅰ級鋼，厚度10mm，平面尺寸150mm×150mm，直錨筋采用4φ10Ⅱ級鋼筋，長度200mm。錨筋與鋼板直焊，設(shè)計要求的焊縫高度為8mm，焊接方式未提出要求。
　　二、現(xiàn)場調(diào)查
　　事故現(xiàn)場所有三角支架連同根部錨板、鋁母線等全部塌落在地，鋁母線嚴(yán)重扭曲變形。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，支架桿件在錨板的連接焊縫、支架桿件之間的連接焊縫均沒有發(fā)生破壞，全部由錨板拉脫引起。大部分為預(yù)埋件錨板和直錨筋焊接處破壞，其余為鋼筋在根部拉斷，并伴有頸縮現(xiàn)象。直錨筋均留在柱內(nèi)，表明沒有發(fā)生錨筋連接破壞。
　　經(jīng)檢查，錨筋與錨板之間采用手工電焊弧，實測焊縫高度部分未達設(shè)計要求，沿周邊焊縫高度不均勻。破壞時，鋼筋從焊包中拔出，焊包中存在夾渣和未焊透現(xiàn)象。
　　事故發(fā)生前曾發(fā)現(xiàn)⑦軸線柱上的錨板與柱有拉脫現(xiàn)象，裂口呈“V”形，應(yīng)急加固措施尚未來得及實施，即發(fā)生連續(xù)倒塌，破壞是從⑦軸線柱開始的。
　　考察軸線上的預(yù)埋件，發(fā)現(xiàn)上錨板背面下部混凝土壓潰，錨板彎折，表明破壞過程中發(fā)生了下圖所示轉(zhuǎn)動，呈典型拉彎特征。
　　三、事故分析

       
　　1、預(yù)埋件設(shè)計
　　設(shè)計時，首先要合理確定預(yù)埋件的受力狀態(tài)和受力大小，然后才能按照有關(guān)規(guī)定去計算錨板厚度、錨筋面積和焊縫高度。根據(jù)連接構(gòu)造，該支架為鉸接三角桁架，但上弦桿剛度較大，一端與預(yù)埋件鋼板滿焊，又有節(jié)間荷載作用，必須考慮預(yù)埋件承受彎矩作用。設(shè)計簡圖可取為圖1-222b。
　　根據(jù)工藝提供的母線分布情況可算出桁架上的每個集中力P的大小為31kN(尚應(yīng)考慮施工荷載，此處未計入)。由此可算出A斷拉力N=57kN,剪力V=18kN,彎矩M=3.75N•m。
　　原設(shè)計將A端視為鉸接，對于上線桿作用的節(jié)間荷載考慮了桿件彎曲及對A端產(chǎn)生的剪力作用，認(rèn)為節(jié)間荷載對A端產(chǎn)生的固端彎矩而未加考慮。然后按照計算出的拉力和剪力選用預(yù)埋件圖集（院標(biāo)）確定了預(yù)埋件，使其分別滿足抗拉和抗剪要求。
　　實際上，當(dāng)預(yù)埋件同時承受拉力和剪力時，承載力不是單獨受拉和單獨受剪兩者迭加，而是從純拉到純剪之間的過渡狀態(tài)，相關(guān)曲線為一條曲線。拉剪共同作用下的承載力較拉剪分別作用下的承載力要低。另外，分析桁架內(nèi)力時，桿件有節(jié)間荷載作用，仍假定節(jié)點為鉸接，而將節(jié)點剛性產(chǎn)生的彎矩視為次彎矩，一般不加考慮。次彎矩的大小與桿件剛度等有關(guān)，當(dāng)延剛度i≤1/10時，次應(yīng)力小于主應(yīng)力20%，可不考慮。此處母線支架上弦采用H型鋼，桿件較短，其延剛度i=1/8.5;上弦桿端與錨板滿焊，構(gòu)造上亦形成固定端，必須考慮彎矩影響。
　　由預(yù)埋件受力狀況，按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》提供的相關(guān)公式計算出的錨筋面積為751㎜2,實配鋼筋面積314㎜2。所選預(yù)埋件錨筋承載力不足，留下了不安全的隱患。
　　2、預(yù)埋件施工
　　預(yù)埋件焊接要求較高，一般要求采用壓力埋弧焊接或接觸對焊，如采用手工電弧焊，則應(yīng)逐一進行外觀檢查，并應(yīng)制作試件進行抗拉試驗，以保證焊接質(zhì)量。現(xiàn)有預(yù)埋件焊接均采用手工電弧焊，焊接處四周焊縫高度大都不夠，焊包不均勻、不飽滿、焊接質(zhì)量不符合要求。
　　當(dāng)然預(yù)埋件的設(shè)計具有一定的安全儲備，這些儲備往往2-3倍于設(shè)計荷載，如果施工質(zhì)量能夠達到要求，破壞未必發(fā)生。而且，原設(shè)計焊縫承載力大于錨筋本身承載力，如焊接質(zhì)量能夠保證，破壞也僅僅是鋼筋拉壞，Ⅱ級鋼具有一定的變形能力，會給人以明顯的預(yù)兆。以現(xiàn)場情況看，首先發(fā)現(xiàn)破壞的⑦軸預(yù)埋件是焊接接頭發(fā)生破壞引起的。因此，焊接質(zhì)量不符合要求是造成事故的直接原因。
　　3、事故后的思考
　　鋁母線是由多個支架支撐的連續(xù)體，價格昂貴。當(dāng)其中某一支架因預(yù)埋件發(fā)生破壞喪失承載力后，相鄰支架負(fù)荷驟增，從而導(dǎo)致全部支架的破壞。也就是由于某一原因局部破壞導(dǎo)致發(fā)生了連續(xù)倒塌，出現(xiàn)了與其起因不相稱的破壞后果，造成重大經(jīng)濟損失。
　　對于支撐連續(xù)體的支架和預(yù)埋件，尤其是支撐物體價值較大時，如考慮某處因偶然事件作用發(fā)生局部破壞，而剩余部分仍能有適當(dāng)安全度，所花費用甚微，即可避免經(jīng)濟上的重大損失，并為修復(fù)提供條件。
　　四、幾點建議
　　1、作用有節(jié)間荷載的支架或桁架通過預(yù)埋件與柱或其他構(gòu)件連接時，應(yīng)根據(jù)桿件剛度、連續(xù)構(gòu)造來確定預(yù)埋件是否承受彎矩作用。如需考慮彎矩作用，預(yù)埋件按彎剪拉（或壓）設(shè)計。
　　2、預(yù)埋件的錨板與錨筋焊接應(yīng)做出嚴(yán)格要求，當(dāng)錨筋直徑較小（d<20mm）時,應(yīng)采用壓力埋弧焊或接觸對焊，如采用手工電弧焊，焊接質(zhì)量要嚴(yán)格把關(guān)。
　　3、對于局部破壞有可能引起連續(xù)倒塌的支架和預(yù)埋件，設(shè)計時可考慮局部發(fā)生破壞后，使剩余部分仍具有一定安全度，不致發(fā)生連續(xù)倒塌，為修復(fù)提供方便。
　　【參考文獻】
　　1、《結(jié)構(gòu)力學(xué)》人民大學(xué)出版社，2001年
　　2、《山西建筑》2008，34（7）
　　3、《山西建筑》2009，35（9）