关于预应力锚索的研究

喻体军

（水电七局机电安装分局四川省眉山市　620860）

关于预应力锚索的研究

喻体军

（水电七局机电安装分局四川省眉山市620860）

本文研究的目的是获得后张拉钢索强度与钢索形式及锚固系统之间关系的有用数据。在后面的实际应用中，了解该系统的特定变化对关于后张拉的检测与研究很有价值。

预应力锚索；楔子；钢锚；应力

1　简介

预加应力是一种加强不同种类结构件的方法。这种方法是基于在混凝土结构中使用螺纹钢筋作为加强筋的，其最大的差别在于用一种诱导应力改变了混凝土的性能（PTI）。在大多数应用中，预应力是用来解决材料抗拉强度相对较小的问题的，将高张拉钢索或钢筋穿过材料，进行张拉并在两边进行锚固，以提高材料的性能。这种预加应力在材料上施用了一种压应力，这种压应力抵消了材料在荷载下可能面对的张力。

下面我们会对后张拉钢索和锚固系统进行多次/项荷载试验，并收集不同类别的数据，如断裂强度、伸长度、和时间，并进行各套数据的分析。通过对数据的不同处理，可以发现和解释预加应力对锚固系统的影响。通过在实验过程中对楔子座和钢筋断后状态的仔细观察和拍照，我们能够发现钢锚对断裂荷载所起的作用，并且能够确定改后拉张系统的正确使用条件并找到其使用范围。

2　实验准备

2.1后拉张钢索

后张拉钢索是依照美国材料与试验协会（ASTM）A416标准进行制作的，由七根处理过的碳钢绳构成。其中六根钢绳成螺旋状缠绕一根稍大的中心钢绳。后张拉钢索有从250～600英寸范围的好几种直径规格。大多数后张拉运用的标准尺寸是500英寸或600英寸直径的钢索（ASTM）。

2.2钢锚和楔子

因用途的不同，钢锚和楔子将会采用不同的方法制作。制作遵循美国混凝土协会（ACI）318章程，该章程根本性地规定了锚固系统必须保证钢索95%的断裂强度。对于要求更高抗拉强度的项目，还有各种包含2～156股锚索的钢锚可以选择。一般来讲最大的钢锚主要用于缆绳式桥梁以支撑车道；而较小的钢锚适用于更加普通的项目如公路立交桥或停车场。我们在试验中使用了单股钢锚，这样我们就无需应付钢索断裂所释放的强大能量。而楔子坐于钢锚中并固牢于钢索以固定其位。在制作的过程中通常分为2件和3件，两种我们都进行了检测。

3　测试

我们进行的第一套试验是在Fritz实验室的模拟泛型检测机上进行的静（单）载检测。最初的试验使用了ATLSS实验室未用完的钢索和钢锚。这些材料并未过时，但其状况在某种程度上有问题，这就是为什么我们在我们的数据中尽力做出清楚区别的原因。在我们进行所有检测之前，我们确保采取了恰当的安全预防措施。当钢索达到断裂强度时，楔子有从钢锚中蹦出来的风险。为了避免楔子从钢锚中蹦出造成伤害，我们在末端设置了遮盖物来控制变松的任何部件。

第二个实验采用了DSI提供的新钢索、钢锚和楔子。实验过程与之前在Fritz实验室进行的实验程序一样，但我们最终将实验移至ATLSS实验室的SATEC泛型检测机。SACTEC检测机大多数参数变量的变化都可以由计算机来控制，而且检测机可以直接从自身记录数据。SACTEC检测机大多数参数变量的变化都可以由计算机来控制，而且检测机可以直接从自身记录数据，这样就大大的增加了试验的准确性，使最后所得到的实验数据更加的贴近实际情况。在检测中，我们监测了压力、丁字头位移、时间等参数。为保证楔子的恰当安置，我们采用了一个“软区”，在其中丁字头以每分钟1英寸的速度移位，直到钢索的张力达到100lbs。在“软区”之后，我们在前3次试验中让机器以12.00kips/min的速度对钢索施加荷载，在后3次试验中让机器以9.00kips/min的速度对钢索施加荷载。

4　测试结果

表1　测试数据

从静载试验收集到的数据归档于表1中。1～3次试验是在Fritz实验室用旧材料做的。4～7次试验是在Fritz实验室用新材料做的。8～13次试验是在SATEC机器上用新钢索做的。表1中Texp/Tu，m是断裂强度，Texp为用钢索制造商DSI提供的断裂强度（Tu，m=60.347kips）规范后所得值。表1中的数值表示我们所做试验的1/3实际上达到了95%TU，这是符合ACI规范的锚杆。

最终抗张力试验的结果并未如我们所愿，最终的结果是钢丝从抓手中滑出。我们分析“锁丝剂”试验失败的原因是因为钢索没有足够的表面积让树脂黏着，而使“锁丝剂”不能完全发挥其作用，因此当施加荷载到一定的程度时，它就开始滑动（图1）。虽然结果是这样的，但是该实验方案仍然是可行的，并能成功的反应出来一些问题，必须要强调的是在实验的过程中我们暴露更多的钢索来使“锁丝剂”能够完全与钢塑接触，以增加其相互之间的摩擦力。

图1　钢索应力应变曲线图

当施加到一定的荷载时，后张拉钢索也从铜板上的抓手上滑脱了。我们尝试了很多次，甚至试过在泛型检测机内将铜板预先压到钢丝上，这个方法对实验想到达到的效果有一定的帮助，但最终我们还是无法达到钢丝的断裂强度。

即使我们未能从抗张力试验中获得我们想要的数据，但很幸运我们能够用制造商提供给我们的数据建立一个关于钢索的压力-张力曲线图。关于上述曲线，必须要注意到的一个事实就是，制造商提供给我们的数据仅仅只是上升至约55kips就没有了，因为在那个点的时候张力计被拿走了。但是制造商提供给我们的数据有断裂时的极限断裂强度和极限伸长度，因此我们能够通过分析计算填补之后的曲线，但有一点我们必须承认，我们没有获得钢索在加上55kips的荷载之后的精确数据。在压力-张力曲线上，我们也设定了断裂强度的高-值和低-值，以及钢索的平均断裂强度屈服强度（图2）。

5　结论

虽然我们的目标不是发现规范和标准不正确的地方，但是在我们的试验过程中，有一个统计数字很突出。我们的试验仅仅只有3次达到了钢索断裂强度的95%，还有一些刚刚通过，这一发现是很重要的，应当引起足够的重视。

除此之外，我们想看的一个重要结果是一个2件和3件的楔子哪种形式会表现得更好、更可靠。大多数3件楔子的试验结果平均数在一个标准偏差内范围内。所以我们能够说3件楔子在相同的荷载下比2件楔子表现更好。

图2　钢索的压力-张力曲线图

传统的锚固系统中的钢索断裂强度及能够通过其屈服强度，即使是最低的Texp也超过了钢索屈服强度很多。这样，设计超过钢索屈服强度的结构就成为可能。

[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

喻体军（1965-），男，重庆永川人，工程师，本科，从事工程管理工作。