【摘要】通过预埋件破坏事故的思考，阐述预埋件从设计到施工的一系列工艺要求，并对今后预埋件的设计和施工提出了合理化建议。
【关键词】预埋件铝母线杆架刚度承受弯矩
某氧化铝厂分解车间配电室为单层钢筋混凝土结构，于2007年5月主体结构施工完毕，开始进行工艺设备的调试安装。应工艺要求，沿厂房一侧纵向布置了铝母线，搁置于钢支架上，钢支架通过预埋件与柱连接。在铝母线安装就位后数日，预埋件突然发生破坏引起铝母线连续倒塌。
一、工程概况
应工艺要求，沿厂房纵向4轴线到13轴线柱连续布置了铝母线。水平铝母线总长67.5m（7.5m柱距9开间），总重477kN。此外，在相邻两柱之间还有引向外部的直径L型母线，总重70.9KN(8个)。母线重量通过三角支架传给柱，三角支架水平杆为H型钢，斜杆为两根背焊角钢，受力情况见下图。
三角支架与柱通过预埋件连接，预埋件锚板材料为Ⅰ级钢，厚度10mm，平面尺寸150mm×150mm，直锚筋采用4φ10Ⅱ级钢筋，长度200mm。锚筋与钢板直焊，设计要求的焊缝高度为8mm，焊接方式未提出要求。
二、现场调查
事故现场所有三角支架连同根部锚板、铝母线等全部塌落在地，铝母线严重扭曲变形。调查发现，支架杆件在锚板的连接焊缝、支架杆件之间的连接焊缝均没有发生破坏，全部由锚板拉脱引起。大部分为预埋件锚板和直锚筋焊接处破坏，其余为钢筋在根部拉断，并伴有颈缩现象。直锚筋均留在柱内，表明没有发生锚筋连接破坏。
经检查，锚筋与锚板之间采用手工电焊弧，实测焊缝高度部分未达设计要求，沿周边焊缝高度不均匀。破坏时，钢筋从焊包中拔出，焊包中存在夹渣和未焊透现象。
事故发生前曾发现⑦轴线柱上的锚板与柱有拉脱现象，裂口呈“V”形，应急加固措施尚未来得及实施，即发生连续倒塌，破坏是从⑦轴线柱开始的。
考察轴线上的预埋件，发现上锚板背面下部混凝土压溃，锚板弯折，表明破坏过程中发生了下图所示转动，呈典型拉弯特征。
三、事故分析
1、预埋件设计
设计时，首先要合理确定预埋件的受力状态和受力大小，然后才能按照有关规定去计算锚板厚度、锚筋面积和焊缝高度。根据连接构造，该支架为铰接三角桁架，但上弦杆刚度较大，一端与预埋件钢板满焊，又有节间荷载作用，必须考虑预埋件承受弯矩作用。设计简图可取为图1-222b。
根据工艺提供的母线分布情况可算出桁架上的每个集中力P的大小为31kN(尚应考虑施工荷载，此处未计入)。由此可算出A断拉力N=57kN,剪力V=18kN,弯矩M=3.75N•m。
原设计将A端视为铰接，对于上线杆作用的节间荷载考虑了杆件弯曲及对A端产生的剪力作用，认为节间荷载对A端产生的固端弯矩而未加考虑。然后按照计算出的拉力和剪力选用预埋件图集（院标）确定了预埋件，使其分别满足抗拉和抗剪要求。
实际上，当预埋件同时承受拉力和剪力时，承载力不是单独受拉和单独受剪两者迭加，而是从纯拉到纯剪之间的过渡状态，相关曲线为一条曲线。拉剪共同作用下的承载力较拉剪分别作用下的承载力要低。另外，分析桁架内力时，杆件有节间荷载作用，仍假定节点为铰接，而将节点刚性产生的弯矩视为次弯矩，一般不加考虑。次弯矩的大小与杆件刚度等有关，当延刚度i≤1/10时，次应力小于主应力20%，可不考虑。此处母线支架上弦采用H型钢，杆件较短，其延刚度i=1/8.5;上弦杆端与锚板满焊，构造上亦形成固定端，必须考虑弯矩影响。
由预埋件受力状况，按《混凝土结构设计规范》提供的相关公式计算出的锚筋面积为751㎜2,实配钢筋面积314㎜2。所选预埋件锚筋承载力不足，留下了不安全的隐患。
2、预埋件施工
预埋件焊接要求较高，一般要求采用压力埋弧焊接或接触对焊，如采用手工电弧焊，则应逐一进行外观检查，并应制作试件进行抗拉试验，以保证焊接质量。现有预埋件焊接均采用手工电弧焊，焊接处四周焊缝高度大都不够，焊包不均匀、不饱满、焊接质量不符合要求。
当然预埋件的设计具有一定的安全储备，这些储备往往2-3倍于设计荷载，如果施工质量能够达到要求，破坏未必发生。而且，原设计焊缝承载力大于锚筋本身承载力，如焊接质量能够保证，破坏也仅仅是钢筋拉坏，Ⅱ级钢具有一定的变形能力，会给人以明显的预兆。以现场情况看，首先发现破坏的⑦轴预埋件是焊接接头发生破坏引起的。因此，焊接质量不符合要求是造成事故的直接原因。
3、事故后的思考
铝母线是由多个支架支撑的连续体，价格昂贵。当其中某一支架因预埋件发生破坏丧失承载力后，相邻支架负荷骤增，从而导致全部支架的破坏。也就是由于某一原因局部破坏导致发生了连续倒塌，出现了与其起因不相称的破坏后果，造成重大经济损失。
对于支撑连续体的支架和预埋件，尤其是支撑物体价值较大时，如考虑某处因偶然事件作用发生局部破坏，而剩余部分仍能有适当安全度，所花费用甚微，即可避免经济上的重大损失，并为修复提供条件。
四、几点建议
1、作用有节间荷载的支架或桁架通过预埋件与柱或其他构件连接时，应根据杆件刚度、连续构造来确定预埋件是否承受弯矩作用。如需考虑弯矩作用，预埋件按弯剪拉（或压）设计。
2、预埋件的锚板与锚筋焊接应做出严格要求，当锚筋直径较小（d<20mm）时,应采用压力埋弧焊或接触对焊，如采用手工电弧焊，焊接质量要严格把关。
3、对于局部破坏有可能引起连续倒塌的支架和预埋件，设计时可考虑局部发生破坏后，使剩余部分仍具有一定安全度，不致发生连续倒塌，为修复提供方便。
【参考文献】
1、《结构力学》人民大学出版社，2001年
2、《山西建筑》2008，34（7）
3、《山西建筑》2009，35（9）
