關于預應力錨索的研究

喻體軍

（水電七局機電安裝分局四川省眉山市　620860）

關于預應力錨索的研究

喻體軍

（水電七局機電安裝分局四川省眉山市620860）

本文研究的目的是獲得后張拉鋼索強度與鋼索形式及錨固系統(tǒng)之間關系的有用數(shù)據(jù)。在后面的實際應用中，了解該系統(tǒng)的特定變化對關于后張拉的檢測與研究很有價值。

預應力錨索；楔子；鋼錨；應力

1　簡介

預加應力是一種加強不同種類結(jié)構(gòu)件的方法。這種方法是基于在混凝土結(jié)構(gòu)中使用螺紋鋼筋作為加強筋的，其最大的差別在于用一種誘導應力改變了混凝土的性能（PTI）。在大多數(shù)應用中，預應力是用來解決材料抗拉強度相對較小的問題的，將高張拉鋼索或鋼筋穿過材料，進行張拉并在兩邊進行錨固，以提高材料的性能。這種預加應力在材料上施用了一種壓應力，這種壓應力抵消了材料在荷載下可能面對的張力。

下面我們會對后張拉鋼索和錨固系統(tǒng)進行多次/項荷載試驗，并收集不同類別的數(shù)據(jù)，如斷裂強度、伸長度、和時間，并進行各套數(shù)據(jù)的分析。通過對數(shù)據(jù)的不同處理，可以發(fā)現(xiàn)和解釋預加應力對錨固系統(tǒng)的影響。通過在實驗過程中對楔子座和鋼筋斷后狀態(tài)的仔細觀察和拍照，我們能夠發(fā)現(xiàn)鋼錨對斷裂荷載所起的作用，并且能夠確定改后拉張系統(tǒng)的正確使用條件并找到其使用范圍。

2　實驗準備

2.1后拉張鋼索

后張拉鋼索是依照美國材料與試驗協(xié)會（ASTM）A416標準進行制作的，由七根處理過的碳鋼繩構(gòu)成。其中六根鋼繩成螺旋狀纏繞一根稍大的中心鋼繩。后張拉鋼索有從250～600英寸范圍的好幾種直徑規(guī)格。大多數(shù)后張拉運用的標準尺寸是500英寸或600英寸直徑的鋼索（ASTM）。

2.2鋼錨和楔子

因用途的不同，鋼錨和楔子將會采用不同的方法制作。制作遵循美國混凝土協(xié)會（ACI）318章程，該章程根本性地規(guī)定了錨固系統(tǒng)必須保證鋼索95%的斷裂強度。對于要求更高抗拉強度的項目，還有各種包含2～156股錨索的鋼錨可以選擇。一般來講最大的鋼錨主要用于纜繩式橋梁以支撐車道；而較小的鋼錨適用于更加普通的項目如公路立交橋或停車場。我們在試驗中使用了單股鋼錨，這樣我們就無需應付鋼索斷裂所釋放的強大能量。而楔子坐于鋼錨中并固牢于鋼索以固定其位。在制作的過程中通常分為2件和3件，兩種我們都進行了檢測。

3　測試

我們進行的第一套試驗是在Fritz實驗室的模擬泛型檢測機上進行的靜（單）載檢測。最初的試驗使用了ATLSS實驗室未用完的鋼索和鋼錨。這些材料并未過時，但其狀況在某種程度上有問題，這就是為什么我們在我們的數(shù)據(jù)中盡力做出清楚區(qū)別的原因。在我們進行所有檢測之前，我們確保采取了恰當?shù)陌踩A防措施。當鋼索達到斷裂強度時，楔子有從鋼錨中蹦出來的風險。為了避免楔子從鋼錨中蹦出造成傷害，我們在末端設置了遮蓋物來控制變松的任何部件。

第二個實驗采用了DSI提供的新鋼索、鋼錨和楔子。實驗過程與之前在Fritz實驗室進行的實驗程序一樣，但我們最終將實驗移至ATLSS實驗室的SATEC泛型檢測機。SACTEC檢測機大多數(shù)參數(shù)變量的變化都可以由計算機來控制，而且檢測機可以直接從自身記錄數(shù)據(jù)。SACTEC檢測機大多數(shù)參數(shù)變量的變化都可以由計算機來控制，而且檢測機可以直接從自身記錄數(shù)據(jù)，這樣就大大的增加了試驗的準確性，使最后所得到的實驗數(shù)據(jù)更加的貼近實際情況。在檢測中，我們監(jiān)測了壓力、丁字頭位移、時間等參數(shù)。為保證楔子的恰當安置，我們采用了一個“軟區(qū)”，在其中丁字頭以每分鐘1英寸的速度移位，直到鋼索的張力達到100lbs。在“軟區(qū)”之后，我們在前3次試驗中讓機器以12.00kips/min的速度對鋼索施加荷載，在后3次試驗中讓機器以9.00kips/min的速度對鋼索施加荷載。

4　測試結(jié)果

表1　測試數(shù)據(jù)

從靜載試驗收集到的數(shù)據(jù)歸檔于表1中。1～3次試驗是在Fritz實驗室用舊材料做的。4～7次試驗是在Fritz實驗室用新材料做的。8～13次試驗是在SATEC機器上用新鋼索做的。表1中Texp/Tu，m是斷裂強度，Texp為用鋼索制造商DSI提供的斷裂強度（Tu，m=60.347kips）規(guī)范后所得值。表1中的數(shù)值表示我們所做試驗的1/3實際上達到了95%TU，這是符合ACI規(guī)范的錨桿。

最終抗張力試驗的結(jié)果并未如我們所愿，最終的結(jié)果是鋼絲從抓手中滑出。我們分析“鎖絲劑”試驗失敗的原因是因為鋼索沒有足夠的表面積讓樹脂黏著，而使“鎖絲劑”不能完全發(fā)揮其作用，因此當施加荷載到一定的程度時，它就開始滑動（圖1）。雖然結(jié)果是這樣的，但是該實驗方案仍然是可行的，并能成功的反應出來一些問題，必須要強調(diào)的是在實驗的過程中我們暴露更多的鋼索來使“鎖絲劑”能夠完全與鋼塑接觸，以增加其相互之間的摩擦力。

圖1　鋼索應力應變曲線圖

當施加到一定的荷載時，后張拉鋼索也從銅板上的抓手上滑脫了。我們嘗試了很多次，甚至試過在泛型檢測機內(nèi)將銅板預先壓到鋼絲上，這個方法對實驗想到達到的效果有一定的幫助，但最終我們還是無法達到鋼絲的斷裂強度。

即使我們未能從抗張力試驗中獲得我們想要的數(shù)據(jù)，但很幸運我們能夠用制造商提供給我們的數(shù)據(jù)建立一個關于鋼索的壓力-張力曲線圖。關于上述曲線，必須要注意到的一個事實就是，制造商提供給我們的數(shù)據(jù)僅僅只是上升至約55kips就沒有了，因為在那個點的時候張力計被拿走了。但是制造商提供給我們的數(shù)據(jù)有斷裂時的極限斷裂強度和極限伸長度，因此我們能夠通過分析計算填補之后的曲線，但有一點我們必須承認，我們沒有獲得鋼索在加上55kips的荷載之后的精確數(shù)據(jù)。在壓力-張力曲線上，我們也設定了斷裂強度的高-值和低-值，以及鋼索的平均斷裂強度屈服強度（圖2）。

5　結(jié)論

雖然我們的目標不是發(fā)現(xiàn)規(guī)范和標準不正確的地方，但是在我們的試驗過程中，有一個統(tǒng)計數(shù)字很突出。我們的試驗僅僅只有3次達到了鋼索斷裂強度的95%，還有一些剛剛通過，這一發(fā)現(xiàn)是很重要的，應當引起足夠的重視。

除此之外，我們想看的一個重要結(jié)果是一個2件和3件的楔子哪種形式會表現(xiàn)得更好、更可靠。大多數(shù)3件楔子的試驗結(jié)果平均數(shù)在一個標準偏差內(nèi)范圍內(nèi)。所以我們能夠說3件楔子在相同的荷載下比2件楔子表現(xiàn)更好。

圖2　鋼索的壓力-張力曲線圖

傳統(tǒng)的錨固系統(tǒng)中的鋼索斷裂強度及能夠通過其屈服強度，即使是最低的Texp也超過了鋼索屈服強度很多。這樣，設計超過鋼索屈服強度的結(jié)構(gòu)就成為可能。

[1]American Concrete Institute（ACI），“ACI 318-05.”The Structural Concrete Standard（2005）.

[2]American Society for Testing and Materials（ASTM），“A416/A416M-06.”Standard Specification for Steel Strand，Uncoated Seven-Wire for Prestressed Concrete 01.04（2006）.

TU476

A

1673-0038（2015）15-0104-02

2015-3-22

喻體軍（1965-），男，重慶永川人，工程師，本科，從事工程管理工作。