夹片式锚具静载锚固试验中的影响因素

夹片式锚具静载锚固试验中的影响因素
李保军
【期刊名称】《《交通世界（建养机械）》》
【年(卷),期】2012(000)005
【总页数】2页(P234-235)
【作者】李保军
【作者单位】邢台县公路管理站
【正文语种】中文
文章在总结了多年来进行预应力钢绞线、锚夹具检测工作经验的基础上，对夹片式锚具静载锚固试验中的各种影响因素进行了详细的分析。

概述
锚具、夹具和连接器按照锚固方式不同，可分为夹片式、支承式、锥塞式和握裹式4种。

根据JT/T 329—2010《公路桥梁预应力钢绞线用锚具、夹具和连接器》的静载锚固要求，用预应力筋-锚具组装件静载试验测定的锚具效率系数ηa和达到实测极限拉力时组装件受力长度的总应变εapu来判定锚具的静载锚固性能是否合格。

锚具效率系数ηa按下式计：
式中：
ηp的取用：预应力筋-锚具组装件中预应力钢材为1至5根时，ηp=1；6至12
根时ηp=0.99；13至19根时，ηp=0.98；20根及以上时ηp=0.97。

锚具的静载锚固性能应同时满足下列两项要求：
ηa≥0.95；εapu≥2.0%
钢铰线
钢绞线强度的影响
钢绞线试验的夹具对钢绞线最大力Fm的测定有着重要的影响，而Fm的数值又直接影响到锚具效率系数的计算。

不同的检测单位使用着不同形式的夹具，夹具的夹持长度从80mm到180mm不等，夹具的牙纹有点状、细牙等，这些夹具不同程度地对钢绞线有着“缺口效应”，导致钢绞线提前破坏，断口总是发生在夹持部位，造成对同样的钢绞线使用不同的夹具进行试验会得到不同的结果这一不合理的现象。

新标准GB/T5224-2003规定：“如试样在夹头内和距钳口2倍钢绞线公称直径
内断裂达不到本标准性能要求时，试验无效。

” 问题在于对于“有效”的试验，
虽然达到了标准规定的性能指标，钢绞线材料检验合格，但由于没有真正测出钢绞线不受损伤情况下的最大力，因而也就不能够准确地测量出钢绞线受损伤情况下锚具的锚固效率系数。

这一技术的关键是必须在夹具与试样之间垫以粘有金钢沙的软金属片，以防止夹具牙纹对钢绞线的损伤，同时最大程度地握裹住试样，阻止试样打滑。

独立锚固的夹片式锚具是按钢绞线极限强度1860Mpa计算的承载力设计的，而
目前钢绞线极限强度普遍偏高，其抗拉强度已接近或超过1960Mpa，屈强比普遍高于0.92，随着钢绞线强度的增加，试验得出的平均应变总体上是呈下降趋势的，也就是说，选用强度高的钢绞线，总应变就相对的较难做出来，并将会影响对锚具合格性的最终判定。

钢绞线的表面硬度影响
通常情况下，钢绞线强度在1860～1900Mpa范围内，其表面硬度为HRC44～
48左右，夹片设计硬度为HRC58～64，研究表明，两者硬度之差≥HRC10，其
组合与匹配最佳。

若夹片的硬度达不到设计要求，两者硬度差≤HRC10，容易产
生滑丝现象。

由于目前钢绞线极限强度普遍在2000Mpa，其表面硬度相应增高，根据硬度检测结果，其硬度值达到HRC52～55，即使夹片硬度达到设计要求
HRC60，其硬度差将＜HRC10，在这种情况下，不但会出现滑丝现象，还会引起夹片跟进不一。

钢绞线发生滑丝，多数情况下是7股中的某些股发生了滑动，这
就导致还没有滑丝的钢丝与夹片的咬合处发生剪断现象。

钢绞线直径的影响
夹片式锚具的夹片内孔直径尺寸、夹片的锥形角度和锚环内的内孔锥形角度等均按钢绞线的公称直径尺寸进行设计的，锚具零件组装后在预应力受力过程中，组装件间的内摩擦角达到平衡状态，产生良好的自锚能力。

若钢绞线直径超过允许偏差太大，将会破坏这个平衡。

目前国产钢绞线直径大部分厂家超标，而且都是正公差，通过多次试验发现，直径为15.24mm，其公差在±0.05mm范围内的钢绞线对夹片式锚具的锚固性能影响最小。

钢绞线也需在严格按照标准要求，对米重和尺寸进行验收。

锚板
在产品出厂标准GB/T14370和进场标准JGJ85中，锚具和夹片的硬度都是必检
项目，然而标准中并未规定具体的合格范围，只是提出“按产品设计规定的表面位置和硬度范围”作硬度检验。

对于锚板各个生产厂家设计允许的硬度范围虽有不同，但通常都比较宽。

对这种检验合格范围由生产厂家所提供的检验项目，检验结果都是100%合格，检验标准缺乏统一性和科学性。

虽然硬度与强度有一定的相关性，但对强度与锚固性能之间的联系缺少研究，对硬度范围究竟应该是多少缺乏权威和统一的标准，作为国家的产品标准应该对此做出规定。

夹片
相对于锚板，夹片的硬度检验更是在检测单位存在诸多分歧。

首先是检测标尺，有用HRC，也有用HRA的，因为生产厂家的出厂标准不一致，造成检测指标的混乱；其次是检测部位的不同，有检测夹片端面硬度的，也有检测夹片圆锥面硬度的。

对于这些分歧，本人认为，就检测指标而言，以HRA为宜。

夹片的表面有一层硬化层，厚度约为0.2mm，显然不能满足GB/T230洛氏硬度C标尺对硬化层厚度
的最低要求，而A标尺则可以满足实验标准对试样的要求。

对于检测部位，检测
夹片端面硬度的方法是不符合GB/T230的要求的。

如图1所示。

由于夹片小端支撑面小，硬度计压头的压力作用线很容易超出支撑面，造成夹片在压力作用下倾斜，从而引起测量误差和数据的分散，另外夹片大端端面的加工刀痕也使得端面的光洁度不能满足GB/T230对试样表面光洁度的要求，使测试数据重复性较差。

如此看来，只有检测夹片圆锥面的硬度才是合理的，但必须使用专用的辅助工具（如图2所示）才可能较为准确地进行夹片硬度的检测。

图2起支撑作用的圆柱体2外径与夹片1的内径相吻合，并且焊接在支座3上，
支座倾斜角度与夹片的倾斜角相当，从而保证硬度计的压头4垂直作用在夹片1
的表面上。

静载锚固性能
锚具的静载锚固性能试验是检测锚具质量最重要的试验，能综合反映出锚板、夹片的硬度、强度、锚固能力等方面的性能。

但是这一试验费时、费工，试验成本很高，且由于操作原因而造成试验失败的也不在少数，本人多年来从事这一试验，对此深有体会。

试验中发现影响锚具静载锚固性能的因素很多。

钢绞线母材的试验最大力与试验夹具有关，除非断口离夹具钳口30mm以外，否则其试验结果直接影响到锚具静载效率系数的计算，使得静载效率系数偏高。

不同的钢绞线具有不同的“缺口敏感性”。

使用相同强度级别、但由不同厂家生产的钢绞线，对同一批锚具进行静载锚固性能试验，会得到不同的试验结果。

锚夹具安装时的初应力的均匀平衡是试验成败的关键。

多孔锚具中各束钢绞线受力状态不均，往往造成个别钢绞线提前破坏，导致试验失败。

解决办法之一是用26T 的小千斤顶逐孔预紧各束钢绞线，由于各孔间距很小，操作比较困难，必须在千斤顶前端加一条延长管。

较好的办法是用工具锚限位板的方式，如GB/T14370-2000 第6．2条所示。

但这对于检测单位而言，除了增加设备之外，操作也复杂
了许多。

加载时间对试验结果影响很大。

试验中发现在80%持荷之后，尤其是90%荷载之后加载必须以极缓慢的方式进行，否则难以得到满意的试验结果。

原因在于在90%荷载之后，钢绞线开始进入屈服阶段，初始状态下钢绞线长度的不均、受
力不均、夹片内缩量不同造成的应力差别此时才开始进入调整阶段，只有经过充分的塑性调整之后，各条钢绞线受力才会趋于均匀，从而准确地测量出锚具的静载锚固效率系数。

标准对抽检数量规定不明确，造成施工、监理和检测单位的分歧。

JGJ85规定锚具进场验收时“只有在同种材料和同一生产工艺条件下生产的产品，才可列为同一批量。

锚固多根预应力钢材的锚具或夹具应以不超过1000套为一个验收批。

”那么同种材料和同一生产工艺条件下生产的孔数（如六孔、七孔）不同的锚具是否可以作为同一批处理？否则就必须做六孔、七孔锚具各三套的静载锚固性能。

若是一个工程同时使用4、5种规格（差别只是锚板孔数不同）的锚具（这在工程中是常见的），那么静载锚固性能检验所消耗的锚具、夹片、钢绞线数量很大，检测单位费时费工，施工送检单位付出高昂的试验费用，同时还要承担这批送检材料的损耗。

图1 夹片硬度试验示意图
图2 辅助工具示意图
结语
标准和规范是检测工作的依据，试验方法作为其中的重要内容应尽可能地细致和明确，以避免由于方法不同而造成检测结果的差异。