錨墊板錨固區(qū)傳力試驗(yàn)

周振興 王俊華 王超奇

摘? 要：錨具錨墊板因具有良好的傳力性能，在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中被廣泛應(yīng)用，目前我國對(duì)錨具錨墊板產(chǎn)品的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于其傳力性能試驗(yàn)描述不夠詳細(xì)、明確，存在一定的技術(shù)難題，給檢測(cè)工作帶來不便。本文通過對(duì)錨墊板錨固區(qū)進(jìn)行傳力試驗(yàn)，研究其應(yīng)力狀態(tài)和構(gòu)件裂縫擴(kuò)展情況，以及裂縫形態(tài)和破壞荷載來完善錨墊板錨固區(qū)傳力試驗(yàn)的相關(guān)技術(shù)方法，為預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的使用壽命和安全性提供參考。

關(guān)鍵詞：工程材料? 錨固區(qū)傳力? 試驗(yàn)研究? 錨墊板? 裂縫擴(kuò)展? 破壞荷載

中圖分類號(hào)：TU37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2021）07（b）-0021-03

Load Transfer Test in Anchorage Zone of Anchor Pads

——Research on Crack Propagation Technology of Reinforced Concrete Members

ZHOU Zhenxing? WANG Junhua? WANG Chaoqi

（Sinosteel Zhengzhou Metal Products Research Institute Co.， Ltd.， Zhengzhou， Henan Province， 450000 China）

Abstract： Anchorage anchor pad is widely used in prestressed concrete structure because of its good force transfer performance. At present， the test description on its force transfer performance in the relevant standards of anchorage anchor pad products in China is not detailed and clear， and there are certain technical problems， which brings inconvenience to the testing work. In this paper， through the force transfer test of the anchor pad anchorage zone， the stress state and crack propagation of the component， as well as the crack shape and failure load are studied to improve the relevant technical methods of the force transfer test of the anchor pad anchorage zone， so as to provide reference for the service life and safety of the prestressed structure.

Key Words： Engineering materials; Force transfer in anchorage zone; Experimental study; Anchor pad; Crack propagation; Failure load

本文針對(duì)我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中所述的不同應(yīng)力加載方式，結(jié)合混凝土強(qiáng)度、鋼筋籠配置等影響因素，對(duì)錨具的傳力性能進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)比分析混凝土構(gòu)件的裂縫擴(kuò)展情況、破壞荷載等信息，對(duì)錨固區(qū)的傳力性能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[1-3]。

1? 試件制作和加載裝置

四批試驗(yàn)采用的鑄造錨墊板和配套螺旋筋進(jìn)行混凝土試塊制作，混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)為C50，統(tǒng)一采用棱柱體設(shè)計(jì)，試塊邊長(zhǎng)a為35～45cm，高度h為70～90cm，養(yǎng)護(hù)齡期為28d，在室外常溫環(huán)境下進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)，鋼筋籠配置為主筋φ16mm，箍筋φ10mm，體積配筋率為0.50%～0.70%，鋼筋保護(hù)層厚度為15mm。加載裝置采用5000kN液壓萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行，并配置相應(yīng)的應(yīng)變測(cè)量裝置和裂縫觀測(cè)儀。

2? 加載方式

錨固區(qū)傳力試驗(yàn)的加載方式通常有3種，分別是單調(diào)加載、循環(huán)加載和持荷加載，其中《預(yù)應(yīng)力筋用錨具、夾具和連接器應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（JGJ 85-2010）中采用的是單調(diào)加載的方式，《預(yù)應(yīng)力筋用錨具、夾具和連接器》（GB/T 14370-2015）采用的是循環(huán)加載的方式。本次試驗(yàn)采用比對(duì)的方法進(jìn)行研究，每種規(guī)格的錨具分別進(jìn)行兩種加載方式試驗(yàn)，并分析結(jié)果。

單調(diào)加載方式，從0加荷至0.4Fptk，F(xiàn)ptk為預(yù)應(yīng)力筋，公稱極限抗拉力，持荷10min，繼續(xù)加載至0.8Fptk，持荷10min然后繼續(xù)加荷至試件破壞，在持荷過程中應(yīng)測(cè)量裂縫寬度，同時(shí)觀察裂縫的擴(kuò)展情況，加載速度不宜超過100MPa/min。

循環(huán)加載方式，加荷從0開始，按照0.2Fptk，0.4Fptk，0.6Fptk，0.8Fptk進(jìn)行分級(jí)加載，荷載達(dá)到0.8Fptk后卸荷，進(jìn)行10次慢速循環(huán)加載，荷載上限為0.8Fptk，荷載下限為0.12Fptk，循環(huán)加載后，逐步增加荷載直至混凝土試件破壞，加載速度不宜超過100MPa/min，在循環(huán)加載過程中，當(dāng)加載至上限荷載和下限荷載時(shí)對(duì)構(gòu)件裂縫寬度進(jìn)行測(cè)量，并評(píng)估裂縫的穩(wěn)定性，當(dāng)裂縫達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后可停止循環(huán)加載。

3? 試驗(yàn)結(jié)果

（1）采用單調(diào)加載方式，試塊加載至0.4Fptk至0.5Fptk時(shí)，試件中心軸線方向上開始出現(xiàn)豎向裂紋，并隨著荷載的增加而變大。

（2）采用單調(diào)加載方式，試塊加載至0.8Fptk至1.0Fptk時(shí)，裂縫寬度已達(dá)至0.20mm，并且在豎向裂縫周邊開始產(chǎn)生橫向裂紋和次生裂紋。

（3）采用單調(diào)加載方式，試塊加載至0.4Fptk時(shí)，卸荷后能觀測(cè)到裂紋有明顯的愈合現(xiàn)象，而加載至1.0Fptk時(shí)，卸荷后試塊裂紋擴(kuò)展較大，愈合現(xiàn)象不明顯。

（4）采用單調(diào)加載方式，加載至破壞荷載后觀察試塊破壞形態(tài)，錨墊板周圍出現(xiàn)散射狀裂縫，部分裂縫已延伸至試塊邊緣，觀察錨墊板完好未產(chǎn)生裂紋和破損，但部分出現(xiàn)翼緣上翹，部分試塊端部出現(xiàn)粉碎性破壞。

（5）采用循環(huán)加載方式，試塊在加載至0.4～0.5Fptk時(shí)，其裂縫形態(tài)和單調(diào)加載方式的裂縫產(chǎn)生情況相似，但隨著循環(huán)次數(shù)的增加，其裂縫的寬度和長(zhǎng)度加劇明顯，部分裂縫已貫穿整個(gè)試件，甚至延伸至試件端部。

（6）循環(huán)加載的裂縫主要以豎向裂縫為主，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，豎向裂縫上產(chǎn)生橫向裂縫和斜裂縫，同時(shí)隨著壓力的增大，在錨固區(qū)范圍內(nèi)裂縫逐漸增多。

（7）采用循環(huán)加載方式，當(dāng)進(jìn)行10次循環(huán)加載后，混凝土試塊的破壞程度比單調(diào)加載方式更嚴(yán)重，其試塊裂縫的擴(kuò)展范圍和開裂寬度也比單調(diào)加載更大。

（8）采用循環(huán)加載方式，當(dāng)加壓至破壞荷載后觀察試塊形態(tài)，試塊斷面的散射裂縫較多，同時(shí)錨墊板邊緣出現(xiàn)開裂，部分試塊錨墊板內(nèi)部出現(xiàn)沖切裂紋，錨墊板受到擠壓破壞且翼緣翹曲現(xiàn)象明顯。

（9）整體而言，采用循環(huán)加載方式對(duì)混凝土試塊和錨墊板的破壞程度要嚴(yán)重于單調(diào)加載方式（詳見表1），當(dāng)混凝土的強(qiáng)度較高時(shí)會(huì)降低裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展程度，同時(shí)試塊體積和受力面積的加大也會(huì)降低壓應(yīng)力帶來的破壞。

4? 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 混凝土強(qiáng)度

混凝土強(qiáng)度和密實(shí)程度對(duì)集中應(yīng)力的影響較明顯，同時(shí)養(yǎng)護(hù)方式也影響著混凝土試塊強(qiáng)度的增長(zhǎng)空間，當(dāng)混凝土試塊的強(qiáng)度較高時(shí)明顯提升了抵抗集中荷載的破壞程度，試塊強(qiáng)度的提高可以提升試件的極限荷載。試驗(yàn)也表明，高強(qiáng)混凝土試件的側(cè)面裂縫擴(kuò)展情況要比低強(qiáng)度試塊好的多，因此，在工程運(yùn)用時(shí)更加需要注意預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護(hù)和強(qiáng)度的保持[4-5]。

4.2 鋼筋籠配置

試塊鋼筋籠主要有螺旋筋、箍筋和縱筋組成，螺旋筋主要承受錨墊板傳輸?shù)募袎毫d荷，螺旋筋的圈徑和長(zhǎng)度的增加可明顯提升試塊的抗壓承載力;表層箍筋的布設(shè)可以提高試件的開裂荷載，并有效控制表面裂縫的擴(kuò)展，表層箍筋的疏密和體積配筋率的高低對(duì)裂縫的寬度擴(kuò)展更為有效，試驗(yàn)也顯示當(dāng)增大箍筋直徑和箍筋體積配筋率時(shí)對(duì)提高試件的極限承載力有明顯效果;主筋縱筋的配置分擔(dān)了軸向壓應(yīng)力，當(dāng)縱筋加大直徑后，明顯提高了抗壓載荷。鋼筋籠的配置應(yīng)滿足《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010-2010）[6]的要求和錨固傳力試驗(yàn)的需求。

4.3 試件尺寸的影響

本次試驗(yàn)采用的5孔和7孔傳力試驗(yàn)試件尺寸符合標(biāo)準(zhǔn)要求，而9孔和11孔的傳力試驗(yàn)試件尺寸相比標(biāo)準(zhǔn)要求略有富余，比較試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)混凝土強(qiáng)度差別不大時(shí)，混凝土試件尺寸的增大可以增加試件的極限荷載和開裂荷載，提升整體受力性能，但是試件尺寸的大小受錨墊板尺寸的影響，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定混凝土構(gòu)件的尺寸以錨具技術(shù)參數(shù)或設(shè)計(jì)給定的錨具中心最小間距和錨具中心到構(gòu)件邊緣最小距離的2倍來進(jìn)行取值調(diào)整，因此這個(gè)關(guān)鍵參數(shù)應(yīng)通過錨固區(qū)傳力性能試驗(yàn)的檢驗(yàn)確定。不同尺寸的試件在試驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意試件的調(diào)平，當(dāng)試件受力面不平整有傾斜角度時(shí)，錨墊板會(huì)受到剪切應(yīng)力的影響，會(huì)加劇破壞的程度，為避免這種情況應(yīng)完善試塊制作時(shí)的收面程序，也可在壓力機(jī)承壓板上鋪砂輔助調(diào)平[7]。

4.4 加載方式的影響

本次試驗(yàn)采用單調(diào)加載和循環(huán)加載的方式進(jìn)行比對(duì)，試驗(yàn)顯示循環(huán)加載方式對(duì)混凝土試件帶來的破壞程度更甚于單調(diào)加載，從比對(duì)結(jié)果上看，單調(diào)加載的極限破壞荷載要高于循環(huán)加載，同時(shí)循環(huán)加載所產(chǎn)生的裂縫寬度也大于單調(diào)加載，其裂縫的擴(kuò)展范圍更廣、開裂程度更加嚴(yán)重。不同的加載方式對(duì)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的損傷效果也不一樣，工程在實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)考慮加載方式不同而帶來的影響。

5? 結(jié)語

采用單調(diào)加載方式，試塊在加載至0.8Fptk時(shí)，混凝土試件的裂縫寬度通常小于0.25mm，試塊的極限破壞荷載基本大于1.1Fptk 。

采用循環(huán)加載方式，試塊在加載至0.8Fptk時(shí)，混凝土試件的裂縫寬度通常接近甚至大于0.25mm，試塊的極限破壞荷載明顯低于單調(diào)加載方式。

在同等條件下，試塊強(qiáng)度的提高會(huì)降低裂縫的開裂寬度和擴(kuò)展長(zhǎng)度，且試塊尺寸的增大也會(huì)帶來同樣的效果。

試件錨固區(qū)的裂縫發(fā)展情況受鋼筋籠布設(shè)的影響較大，為避免試驗(yàn)受異常情況的干擾，應(yīng)合理配置鋼筋籠，尤其是表面箍筋的體積配筋率，這樣才能保證錨固區(qū)傳力性能試驗(yàn)的有效性。

參考文獻(xiàn)

[1] 鐘新谷，舒小娟，姚鋒，等.預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)錨具與墊板切向剛度識(shí)別研究[J].應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào)，2017，34（2）：384-389，412.

[2] 江倩敏，王贊芝，王丹，等.焊接錨墊板及錨下混凝土受力分析[J].寧波工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2020，32（2）：6-12.

[3] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).預(yù)應(yīng)力筋用錨具、夾具和連接器：GB/T 14370-2015[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2016.

[4] 王剛.混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體與回彈法及鉆芯法的優(yōu)劣分析[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2017（22）：3414-3414，3542.

[5] 羅義華，石雪梅，楊泰朋，等.螺旋錨極限抗壓承載力理論計(jì)算分析[J].安徽建筑，2020，27（2）：67-69.

[6] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50010-2010[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[7] 閆云友.巴拿馬三橋體外索錨固區(qū)漏漿原因及補(bǔ)救措施[J].施工技術(shù)，2019，48（17）：20-23.