?28.6鋼絞線錨具的研制與應用

摘要：我公司設計研制的?28.6mm鋼絞線錨具產(chǎn)品主要是用來替代精軋螺紋鋼錨具和?15.2mm系列鋼絞線群錨。該產(chǎn)品各項技術(shù)指標均滿足GB/T14370-2007標準要求。目前產(chǎn)品已經(jīng)成熟，生產(chǎn)工藝也比較穩(wěn)定，并于2011年通過省級新產(chǎn)品鑒定，技術(shù)水平國內(nèi)領(lǐng)先。該產(chǎn)品已在蘭新鐵路第二雙線中鐵二十一局西寧至平安段連續(xù)梁項目應用，效果良好。

關(guān)鍵詞：鋼絞線；錨具；預應力

1研制背景

目前我國的大跨度預應力連接梁縱向張拉多采用公稱直徑為?15.2mm的高強度、低松弛鋼絞線作為預應力筋，錨固體系采用相應規(guī)格的夾片式群錨體系，橫向預應力采用扁錨錨固體系，豎向預應力采用精軋螺紋鋼錨固體系，主要規(guī)格有?25和?32兩種，極限載荷分別為530KN和868.5KN。但是精軋螺紋鋼錨具存在以下缺點：1）預應力施工過程中，精軋螺紋鋼螺母僅依靠人工操作旋緊，給錨固帶來不確定性，如果操作不當，預應力損失非常嚴重。根據(jù)相關(guān)單位在一些橋梁上的測試結(jié)果，多數(shù)精軋螺紋筋的預應力實際值低于設計要求，有的甚至為零；2）螺紋鋼筋是剛性的，安裝時與錨墊板不可能完全垂直，會產(chǎn)生過大的錨固變形損失；3）螺紋鋼精度差，強度低，回縮量不穩(wěn)定；4）螺紋鋼尺寸偏差大，與錨具的配合間隙不穩(wěn)定。間隙小，錨具無法安裝在精軋螺紋鋼上，給安裝施工帶來麻煩；間隙大，又存在錨具脫落的風險，給安全生產(chǎn)帶來重大隱患。

針對螺紋鋼在施工中存在的這些問題，為了尋求更好的解決方法，我們公司自籌資金進行?28.6鋼絞線錨具的研發(fā)。?28.6鋼絞線錨具主要用來錨固強度為1860MPa、直徑為?28.6mm的鋼絞線，不但可以代替精軋螺紋鋼錨具，還可以取代目前應用最廣泛的?15.2系列錨具。該項目產(chǎn)品具有破斷力高、預應力損失小，結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、節(jié)約鋼材等優(yōu)點，具有廣闊的市場前景。

2技術(shù)原理

預應力技術(shù)的關(guān)鍵是在混凝土體內(nèi)建立永久存在的預應力，使混凝土構(gòu)件反拱，用于抵消和平衡外部荷載。在后張預應力結(jié)構(gòu)中，預應力主要靠錨具來保持，錨具是保證預應力混凝土施工安全、結(jié)構(gòu)可靠的關(guān)鍵性產(chǎn)品，它是將預應力筋的預拉力永久地傳給混凝土構(gòu)件的重要裝置。

?28.6鋼絞線錨具的結(jié)構(gòu)（見圖1）主要是由工作錨板7、工作夾片6、錨墊板8和螺旋筋9構(gòu)成，其技術(shù)原理是：制造預應力混凝土構(gòu)件時，綁扎好鋼筋籠，布置預留管道10和錨墊板8，然后澆注混凝土，等混凝土構(gòu)件強度達到設計要求時，把鋼絞線4穿在預留管道10中，在構(gòu)件的兩端安裝上工作錨板7、工作夾片6，再安裝限位板5、千斤頂3、工具錨板2和工具夾片1等，利用千斤頂3、工具錨（1、2組成）等拉伸鋼絞線，當拉力達到設計值后，回油卸荷，鋼絞線4回彈，把工作夾片6帶入工作錨板7錐孔中，從而夾持住鋼絞線4，形成錨固單元，使梁體等結(jié)構(gòu)件承受永久壓應力，從而提高結(jié)構(gòu)件的強度、抗震能力和使用壽命。

3、技術(shù)創(chuàng)造性與先進性

大量的理論分析和工程實踐表明目前橋梁箱梁腹板中經(jīng)常出現(xiàn)裂紋，裂紋的數(shù)量與寬度往往超出規(guī)范允許的范圍，裂縫的出現(xiàn)導致混凝土碳化、保護層剝落、鋼筋腐蝕，進而削弱混凝土的強度與剛度，導致混凝土耐久性下降，嚴重時甚至發(fā)生垮塌事故。因此采用豎向預應力技術(shù)是限制混凝土開裂行之有效的辦法。

因橋梁豎向預應力筋比較短，導致錨具變形與預應力鋼筋回縮引起的損失占豎向預應力損失的比重較大。以前豎向預應力采用精軋螺紋鋼錨具錨固，螺紋強度小、精度差，因此拉伸力小、易失效，影響橋梁安全。而?28.6mm鋼絞線錨具采用柔性的、高強度的預應力鋼絞線，有效解決了原精軋螺紋鋼體系因其剛度與強度低而導致錨固不穩(wěn)定的問題。且鋼絞線強度比螺紋鋼高72%以上，采用夾片式錨具錨固，應力損失小、施工方便、性能穩(wěn)定、安全可靠。?28.6mm的鋼絞線錨具對橋梁短預應力束的預應力損失及失效現(xiàn)象的改善將有積極的作用。

?28.6鋼絞線錨具先進性表現(xiàn)在以下幾個方面：

1）?28.6鋼絞線錨具利用有限元分析，對配合角度、咬合齒形等關(guān)鍵尺寸進行合理設計，使夾片對鋼絞線的夾持力得到有效平衡，最大限度提高鋼絞線的極限強度，確保結(jié)構(gòu)件的安全。

2）與精軋螺紋鋼相比，?28.6mm強度高達1860MPa，承載力大，替代精軋螺紋鋼使用，可節(jié)約材料成本35%，節(jié)能降耗，且錨固性能穩(wěn)定可靠。

3）國外使用的?28.6鋼絞線錨具張拉時需要配備專用的頂壓千斤頂，夾片依靠頂壓力錨固，我公司研發(fā)的?28.6鋼絞線錨具張拉錨固時無需施加頂壓力，夾片可以自錨，一般穿心式千斤頂即可進行張拉施工。

4）?15.2mm錨具錨墊板存在折角，施工時，摩阻大，預應力損失較大，錨口和摩阻損失達到6%。?28.6mm鋼絞線錨具為單孔錨具，不存在折角，錨口和摩阻損失幾乎為零。

5）?15.2mm鋼絞線錨具孔道直徑大，而?28.6mm鋼絞線錨具應力孔道只需40mm，這有利于結(jié)構(gòu)的設計，特別是巖土錨固工程。

4、實際應用情況及進一步研究方向

在研制?28.6mm鋼絞線錨具時，我公司科研部門嚴格按照“三合一管理”體系的要求，精心策劃、分工明確，充分發(fā)揮各職能部門之間的配合作用，確保設計出性能優(yōu)越、質(zhì)量可靠的產(chǎn)品。

?28.6mm鋼絞線錨具產(chǎn)品經(jīng)過國家建筑工程質(zhì)量監(jiān)督中心檢測，各項指標均符合或超出GB/T14370-2007標準要求，產(chǎn)品已大批量在中鐵二十一局蘭新鐵路工程中應用，效果良好，滿足使用要求。

產(chǎn)品經(jīng)安徽省經(jīng)濟和信息化委員會組織的專家鑒定，技術(shù)水平國內(nèi)領(lǐng)先。

目前，該產(chǎn)品已批量在中鐵二十一局蘭新鐵路西寧至平安段連續(xù)梁中應用，在使用中效果良好，無任何不良現(xiàn)象，并且給施工方節(jié)約大量預應力鋼材、水泥、鋼筋等材料，提高了橋梁構(gòu)件的使用壽命。

?28.6鋼絞線作為豎向預應力筋使用時，必須先把固定端錨具梆扎在鋼筋籠上，然后再澆灌混凝土。目前的固定端錨具采用張拉端錨具代替，在錨具的外面增加密封罩。但這樣的設計對施工質(zhì)量要求較高，如果密封罩密封性能不好，在澆灌混凝土時，水泥、砂漿等會進入密封罩內(nèi)，影響錨具的錨固性能，施工時，固定端錨具可能會產(chǎn)生滑絲，影響施工質(zhì)量，對操作人員的安全也造成危害。下一步我們將研發(fā)適用于?28.6鋼絞線固定端擠壓錨具，解決目前固定端錨具存在的弊端。

參考文獻

[1]張海峰，趙愛玲1夾片式錨具錨固過程的ANSYS/LSODYNA模擬[J]安陽工學院學報，2006，21（3）：16-191

[2]李晨光，李曉光，卞延斌多根鋼絞線夾片式錨具的試驗與數(shù)值研究[J]建筑技術(shù)開發(fā)，2002，29（11）：22-251

[3]李桂蘭.預應力錨具受力過程的有限元分析及錨圈的尺寸和材料優(yōu)化[D]合肥：合肥工業(yè)大學，20061

[4]李傳習，田仲初，萬國強夾片群錨的錨固性能研究及設計原則[J]長沙交通學院學報，1999，13（3）：61-641

[5]孔慶華，王四玲，謝強夾片式單孔錨具的結(jié)構(gòu)分析[J]精密制造與自動化，2005，163（3）：10-111

[6]趙通，左德元，童建剛1夾片式錨固體系錐角的有限元參數(shù)化設計[J]西南交通大學學報，2004，39（5）：614-6171