美国加州后张钢绞线锚固体系系统性能试验要求分析

陈钰烨

（东风柳州汽车有限公司，广西 柳州545005）

加利福尼亚州（State of California，通常简称为加州）位于美国西部，由太平洋板块和北美板块两个板块组成，处在两个板块中间的部分，就是著名的圣安德烈亚斯断层（The San Andreas Fault），它从北到南纵贯加州，导致加州地震频发。由于加州是美国经济最发达、人口最多的州，因此地震往往会造成更大的生命财产损失。鉴于目前的科技水平还无法准确地预测地震的到来，唯有提高建筑抗震等级、做好基本的防御工作，将地震给人类带来的损失尽可能地降到最低。因此，加州政府对建筑抗震设计提出了更为严格的要求。广泛用于道路、桥梁、房建等基础设施领域的预应力锚具产品，因其性能的可靠性将直接影响到建筑的安全性，故加州政府对预应力锚具产品的性能质量方面相当重视，编制有堪称全美最严的后张预应力体系标准要求，其中后张钢绞线锚固体系须按要求通过系统性能试验。目前，一些国家和地区对美国加州的这一作法十分认同，并将该标准要求在本国执行并实施。

本文拟就美国加州后张预应力体系标准要求中提出的《后张预应力锚固体系系统性能试验》的具体内容进行介绍，并与我国现行国家标准GB/T 14370-2015《预应力筋用锚具、夹具和连接器》和交通运输行业标准JT/T329-2010《公路桥梁预应力钢绞线用锚具、夹具和连接器》中同类型试验进行对比分析，以期美国加州在锚固体系方面的标准要求能对我国在锚固体系要求方面有所参考和借鉴，同时有助于国内预应力企业进一步了解国外市场对锚固产品的技术要求，为拟开拓海外市场的国内预应力企业提供些许帮助。

1 后张钢绞线锚固体系系统性能试验主要内容介绍

1.1 试块结构

对于每个体系，其试块尺寸、内部组件和加强钢筋的布置都必须事先提交，并经加利福尼亚交通部检查员验证批准后方可实施混凝土浇筑。所有加强钢筋应满足ASTM A706，Grade 60标准要求。

1.2 混凝土浇筑和养护

按正常程序浇筑混凝土，将锚具组件周围的混凝土振捣密实。同时制作至少20件圆柱体小试块用于检测混凝土强度。将圆柱体小试块放置在试块旁边，以保证圆柱体小试块与试块处于同一养护条件。从混凝土浇筑后的第二天早晨开始，每天抽取3块圆柱体小试块送至独立性试验室用于评定混凝土强度，直至混凝土强度到达预期强度。

试块须在混凝土强度达到指定的最低混凝土强度±500 psi（±3.45 MPa）范围内的当天进行系统试验。在试验前，必须提供一份圆柱体小试块破坏的认证报告。

1.3 系统试验

安全保护措施：

张拉前，应检查高压油管和设备是否有损坏或泄漏；

张拉时，远离锚固区。在进行张拉操作时，禁止站在施加张拉力千斤顶的后方。

每种锚固体系应按如下单独试验：

（1）安装前，采用中心安装有千分表的平整度测量仪器检测固定端锚垫板和/或锚板表面平整度。记录初始值。

（2）按照被批准的提交资料将钢绞线、锚板、夹片、加州运输部的测力传感器和张拉设备安装在试块上。

（3）将钢绞线单根预紧，预紧力约为5 kips（2.27 t），使夹片锲入并持荷均匀。

（4）分阶段对系统施加预应力：

1）施加初始力至 50%GUTS（Guaranteed ultimate tensile strength：保证极限抗拉强度），记录表压并持荷3 min观测试块裂纹。记录裂缝宽度和裂缝形式观测结果；裂缝宽度不应超过0.002 in（0.05 mm）；

2）继续加载至75%GUTS，记录表压并持荷3分钟。记录裂缝宽度和裂缝形式观测结果；裂缝宽度不应超过 0.010in（0.25 mm）；

3）继续加压至95%GUTS，持荷3 min并记录表压。保压期间，试块和预应力筋组装件不应失效；

4）卸载至75%GUTS并保压3 min，记录裂缝宽度和裂缝形式观测结果；裂缝宽度不应超过0.010 in（0.25 mm）；

5）完全释放绞线并取出固定端锚板；

6）用平整度测量仪器检查锚板上的残余挠度；记录终值。挠度不应超过净跨的1/600；

7）移除绞线上的所有夹片并评估。夹片不应被破裂成几块。

不满足上述任何一项标准都将导致系统被拒绝授权。一旦体系被授权，未经部门许可擅自变更，与原试验装置有显著变化的，将被从授权材料清单中移除[1]。

2 标准对比分析

从美国加州的《后张预应力锚固体系系统性能试验》具体内容上看，其与我国现行国家标准GB/T 14370-2015《预应力筋用锚具、夹具和连接器》、我国交通运输行业标准JT/T 329-2010《公路桥梁预应力钢绞线用锚具、夹具和连接器》同类型试验存在较大的差异性，主要表现为：

2.1 单项试验所含样件种类

对比单项试验所含样件种类，美国加州标准单项试验所涵盖的样件种类最全，虽然仅进行一项试验，但这项试验包含了夹片、锚板、锚垫板、螺旋筋、波纹管、钢绞线等一整套锚固体系产品，更具系统性、全面性；而国标GB/T 14370和行标JT/T329对锚固体系产品的试验以零部件独立性试验或零部件局部组合的形式进行，如静载锚固性能试验和锚板强度试验仅对锚板、夹片、钢绞线进行试验；锚固区传力性能试验仅对锚垫板、螺旋筋进行试验。

2.2 试验效果

国标GB/T 14370、行标JT/T329中的静载锚固性能试验检验的是预应力锚固体系中的预应力筋—锚具组装件（锚板、夹片）的锚固性能是否可靠；锚固区传力性能试验检验的是预应力锚固体系中的锚垫板和螺旋筋将锚具承担的预应力传递给混凝土结构的传递性能如何；锚板强度试验检验的是通过静载试验后的锚板，其表面中心的残余挠度。而美国加州试验不仅仅局限于产品零部件个体性、局部组合性试验，而是模拟实际工况、采用钢绞线与整套锚固体系产品（含锚板、夹片、锚垫板、螺旋筋）相结合的系统试验，一项试验就融合了国标GB/T 14370、行标JT/T329中的静载锚固性能试验、锚固区传力性能试验和锚板强度试验等试验，并在试验过程中，模拟工地分级张拉、补张拉、张拉锚固、放张等张拉工艺过程，从而验证产品的张拉使用性能是否稳定。其试验方法的综合性更强，能更全面地检测后张锚固体系各部件组合后的综合性能。

2.3 操作性、经济性

与国标GB/T 14370、行标JT/T 329试验需借助专用的承力台座、压力机等大型试验装置所不同，加州试验可直接使用实际工地中所需用到的张拉设备，外加测力传感器即可进行试验，以此可验证全套设备工艺的可操作性，同时试验更贴合工程实际，也更易开展和实施。

并且，美国加州一项试验即可检测产品的多项性能，在节省人力、物力、财力的同时，也缩短了产品的试验时间。

2.4 对产品性能要求

虽然从试验操作上看，美国加州标准更简单，但从产品性能角度而言，符合我国标准要求的产品，未必能符合美国加州标准要求：

（1）单从锚固效率要求上看都是95%，与实际施工时最大张拉控制应力不能超过80%相比，安全系数均为1.2倍，似乎并无太多差别，但从试验装配上分析，可以发现美国加州试验与国标GB/T 14370、行标JT/T 329难度更大，国标GB/T 14370、行标JT/T 329中的静载锚固试验是在试验台架上进行，预应力筋无需通过锚垫板、波纹管，各根预应力筋平行受拉，而美国加州标准模拟实际张拉，预应力筋在张拉过程中受到锚垫板喇叭口小端约束，发生偏折，在预应力筋发生偏折的情况下，施加最大力值至95%GUTS，相当于对锚头单元（锚板和夹片）的夹持性能提出更高的要求，并对锚下设计也提出了一定的要求，如群锚锚垫板的高度设置不合理，高度偏低，在锚垫板小端口内径和波纹管内径保持不变的情况下，将无形中增大预应力筋在锚垫板喇叭口小端口与波纹管接口处的最大折角，当钢绞线偏折角度过大，超过限值时，钢绞线易应力集中发生破断，试验失败。

（2）试验中对夹片的要求对比如表1所列。

表1 夹片要求对比

多年的实践经验表明，锚固体系中的夹片部件是导致锚固体系失效的主要高发部件，夹片作为直接夹持预应力筋的关键零部件，其夹持性能决定了锚固体系的张拉锚固安全性。目前市场上一些厂家一味降低产品成本，盲目将夹片厚度设计过薄，或采用质量低劣的原材料进行制作，这样生产出来的夹片，在受到较大荷载作用时，夹片极易发生碎裂，从而导致夹持性能失效，而静载试验则是一项能有效检测夹片质量性能的试验。在试验过程中，由于夹片安装在锚板锥孔内，当加载至0.80预应力筋公称极限抗拉力时，实难有效观察其是否已出现裂纹，故国标GB/T 14370、行标JT/T 329关于加载至0.80预应力筋公称极限抗拉力时对夹片的要求，在具体操作时无法有效监控；当锚固效率系数达到95%后，国标GB/T 14370、行标JT/T 329允许夹片出现纵向断裂，而加州的标准是夹片在整个试验过程中，都不允许发生任何形式的断裂，无论纵向、横向或斜向断裂，这意味着对夹片的质量性能提出了更高的要求。

2.5 试验结果的真实准确性

虽然国标GB/T 14370和行标JT/T329对试验设备及仪表也提出了具体明确的准确度、精度要求，但美国加州则在试验中直接注明并强调要采用加利福尼亚运输部的测力传感器，最大程度地断绝了设备仪表弄虚作假的可能性，以保证试验施加力值的绝对准确。

3 结束语

美国加州是世界著名的地震区，多次发生高烈度地震灾害。锚固体系作为预应力混凝土建筑结构设计安全的关键部分，与美国其它地区标准相比，加州政府对于锚固体系产品有着更为严格的标准要求。

通过对比分析，可看出美国加州对锚固体系的系统性能要求具有以下特点：

（1）重视锚固体系整体性能表现，充分检测各零部件装配后的使用性能和整套体系的可操作性能；

（2）试验与工程实际贴合度高，在模拟使用工况的基础上检测锚固体系的极限性能；

（3）适当加大试验难度，提高对产品的性能要求，进而提升产品的安全性、可靠性。

我国地处环太平洋地震带和亚欧地震带世界两大地震带之间，属强震多发国家，并且我国幅员辽阔、地域宽广、不同地区之间地理条件相差悬殊，对建筑抗震级别、安全等级要求有所不同，因而对后张预应力锚具产品要求不宜一概而论，实行“一刀切”的做法，对于地震多发区，可参考、借鉴美国加州做法，与当地地理情况相结合，采取差别化对待、实行差异性标准，在地震多发区所施行的锚固体系标准要求宜立足于并高于目前行业或国内通用性标准要求。

希望本文能够抛砖引玉，为国内预应力锚固体系标准的改进与完善提供些许参考及借鉴。