钢塑土工格栅拉伸试验用夹具的探讨

■刘齐辉

(福建省交通科学技术研究所，福州 350002)

1 概述

钢塑土工格栅是由纵横向钢塑复合肋条作为受力元件，结点处用超声波等特殊工艺加工处理后，形成高抗拉强度、整体性好的网格状片材，应用中与土体共同受力发挥较强的嵌锁作用，从而保持良好的整体稳定性能(如图1所示)。由于其抗拉强度大、变形小的特点，被广泛的应用于软基处理和处置路基的不均匀沉降，特别是新旧路基不均匀沉降的处理，钢塑格栅代替塑料格栅处理的效果更好，是处理路基不均匀沉降的首选材料。生产厂家以山东居多，其它分布在哈尔滨、上海、常州、宁夏、江苏等地，大小厂家近20个，年产量近千万平米。

图1 单双向钢塑土工格栅

近几年调研发现，钢塑格栅有笼统的标准，如JT/T480-2002《交通工程土工合成材料 土工格栅》[1]、JTG E50-2006《公路工程土工合成材料试验规程》[2]等，也有针对性的产品标准，如JT/T925.1-2014《公路工程土工合成材料 土工格栅 第1部分：钢塑格栅》[3]，但是，在这些标准中都没有具体地说明极限抗拉强度试验用夹具的组织结构，或者是提出的是不切实际的试验方法，生产厂家及检测部门缺少统一的标准测试该技术指标的真实性，因而标准的制定势在必行。同时标准的制定有利于规范市场秩序，有利于产品市场稳步发展，有利于正确的指导产品生产，从而为产品检验提出科学的依据，为产品质量提供可靠保障，为产品技术指标提出合理要求。由于钢塑土工格栅广泛用于挡土墙、桥台、边坡以及路基加筋等公路工程，钢塑土工格栅生产厂家以及各检测部门迫切要求制定钢塑土工格栅拉伸夹具交通行业标准，明确试验方法，便于厂家生产控制钢塑土工格栅的极限抗拉强度及检测部门对该产品的极限抗拉强度的测试检验。

2 拉伸试验方法

按照JT/T925.1-2014《公路工程土工合成材料 土工格栅 第1部分：钢塑格栅》[3]6.4款规定强度、伸长率按JTG E50《公路工程土工合成材料试验规程》[2]进行试验。然而规范中有两种试验方法，分别是宽条拉伸试验和单条拉伸试验。

2.1 宽条拉伸试验

每个试样至少为200mm宽，并具有足够长度。试样的夹持线在节点处，除被夹钳夹持住的节点或交叉组织外，还应包含至少1排节点或交叉组织；对于横向节距大于或等于75mm的产品，其宽度方向上应包含至少两个完整的抗拉单元。拉伸强度结果按式(1)计算。

式中：αf——拉伸强度(kN/m)；

Ff——最大负荷(kN)；

Nm——试样1m宽度内的拉伸单元数；

Ns——试样内的拉伸单元数。

2.2 单条拉伸试验

单筋试样应有足够的长度，试样的夹持线在节点处，除被夹钳夹持住的节点或交叉组织外，还应包含至少1个节点或交叉组织。拉伸强度结果按式(2)计算。

式中：αf——拉伸强度(kN/m)；

f——试件的最大拉伸力(kN)；

n——样品宽度上的筋数；

L——样品宽度(m)。

由于钢塑土工格栅是由高强钢丝外包裹高分子材料复合而成的带状加筋材料，高强钢丝为主要受拉元件，笔者认为如果采用宽条拉伸试验，试验时试样夹持难度大，不易操作，所以建议采用单条拉伸试验。

3 钢塑土工格栅拉伸试验夹具的研制

由于钢塑土工格栅是由高强钢丝外包裹高分子材料复合而成的带状加筋材料，高强钢丝为主要受拉元件，高分子材料与钢丝协调工作并保护钢丝免遭锈蚀。如何能准确地测试出其真实地极限抗拉强度，是我们将要研究的难题。本文在总结了多年来进行力学性能检测工作经验的基础上，反复进行试验，自行研制出一套钢塑土工格栅拉伸试验专用夹具，此夹具适应于单根钢塑土工格栅的拉伸强度测试试验，夹持试样的方式如下图2～5所示：

图2 单根钢塑土工格栅的拉伸夹具

图3 试样装到夹具中的形态

图4 波浪钳口夹持试样

图5 把试样按图示缠绕方式装入夹具后旋转搬把夹紧试样

因钢塑土工格栅强度高，如用手动夹具直接夹持方式夹持试样,这样很难夹住试样而造成试验过程中试样打滑的情况。所以我们的夹具采用了缠绕的方式，试验过程中通过缠绕轮1和缠绕2来分担大部分拉力，这样夹持钳口处受的力就没多大，不会出现试样打滑现象。因钢塑土工格栅是多根钢丝和树脂组合而成，它们的延伸率又不一样，同一根格栅中的钢丝试验过程中会先后断，而断点也不一致。所以这种试样很难保证它的断点，有可能会断在缠绕轮处。

4 应用效果及体会

本套专用夹具对钢塑土工格栅的极限抗拉强度试验检测中已成功应用了1年多，检测的钢塑土工格栅的批次达100余次。

本文选用规格型号为GSGS80-80的钢塑土工格栅，按JTG E50《公路工程土工合成材料试验规程》[2]规定的单条拉伸试验进行裁样、装载、试验及数据处理，如表1所示。

表1 钢塑土工格栅试验结果统计表

拉伸强度平均值：

拉伸强度αf的实验标准偏差：

重复性引起的相对不确定度：

从使用本套专用夹具得出的重复性相对不确定度，可以看出本套专用夹具的使用稳定性良好，结构简单、装夹方便灵活，其操作使用过程安全、可靠。

5 结语

在现行国家行业标准中只是对钢塑土工格栅的极限抗拉强度提出技术要求，而对其试验方法并无具体说明，相关规范也没有专门针对其特性提出适用的测力夹具。为此，本文作者通过反复分析、研制、试验，最后终于研制出一套适用的钢塑土工格栅的极限抗拉强度专用夹具，并通过大量现场试验进行了验证。该夹具的投入使用,不但提高了万能材料试验机的利用率,也进一步增强了钢塑土工格栅的检测数据的真实性，供同行借鉴学习。