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之間關系的有用數據。在后面的實際應用中，了解該系統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構件的方法。這種方法是基于在混凝土結構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進行多次/項荷載試驗，并收集不同類別的數據，如斷裂強度、伸長度、和時間，并進行各套數據的分析。通過對數據的不同處理，可以發現和解釋預加應力對錨固系統的影響。通過在實驗過程中對楔子座和鋼筋斷后狀態的仔細觀察和拍照，我們能夠發現鋼錨對斷裂荷載所起的作用，并且能夠確定改后拉張系統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會（ASTM）A416標準進行制作的，由七根處理過的碳鋼繩構成。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格。大多數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會（ACI）318章程，該章程根本性地規定了錨固系統必須保證鋼索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據中盡力做出清楚區別的原因。在我們進行所有檢測之前，我們確保采取了恰當的安全預防措施。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檢測機大多數參數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據。SACTEC檢測機大多數參數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據，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據更加的貼近實際情況。在檢測中，我們監測了壓力、丁字頭位移、時間等參數。為保證楔子的恰當安置，我們采用了一個“軟區”，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”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　測試結果

表1　測試數據

從靜載試驗收集到的數據歸檔于表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）規范后所得值。表1中的數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規范的錨桿。

最終抗張力試驗的結果并未如我們所愿，最終的結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據，但很幸運我們能夠用制造商提供給我們的數據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據僅僅只是上升至約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據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據。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　結論

雖然我們的目標不是發現規范和標準不正確的地方，但是在我們的試驗過程中，有一個統計數字很突出。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，這一發現是很重要的，應當引起足夠的重視。

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

圖2　鋼索的壓力-張力曲線圖

傳統的錨固系統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構就成為可能。

[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。