超低溫錨固體系預應力鋼絞線中心絲滑移試驗

吳勇翔 劉琳琳 招禮亮 廖夙志

摘要：預應力鋼絞線是由一根中心鋼絲和六根邊緣鋼絲捻制而成，鋼絞線中心鋼絲受力主要依靠于錨具夾片對邊緣鋼絲相互擠壓產生的摩擦力，當摩擦力大于中心鋼絲所受的拉伸力時，中心絲相對邊緣鋼絲不會產生滑移，中心鋼絲和邊緣鋼絲拉伸受力均勻，鋼絞線能夠承受極限載荷。超低溫錨固體系應用在LNG液化天然氣工程項目上，在超低溫環境下，邊緣鋼絲對中心鋼絲的摩擦力是否發生變化，而引起中心鋼絲相對邊緣鋼絲產生滑移，本文介紹我們在LNG超低溫錨固體系鋼絞線中心絲滑移試驗的方法，并與同行專家探討。

關鍵詞：LNG儲罐；液氮；低溫裝置；中心絲滑移

1概述

唐山LNG接收站應急調峰保障工程LNG儲罐預應力工程使用我公司OVM.DW15-19低溫錨具和某公司1×7-15.7-1860低溫鋼絞線等組成的超低溫錨固體系，為掌握在極端情況下，LNG儲罐內罐發生泄漏事故，外罐預應力混凝土結構中的超低溫錨固體系灌進-165℃的LNG低溫液體時，鋼絞線錨具組件在這種低溫狀態下，邊緣鋼絲對中心鋼絲的摩擦力是否發生變化，而引起中心鋼絲相對邊緣鋼絲產生滑移，造成鋼絞線極限載荷降低，為獲得這個基礎數據，應設計單位和業主要求，在OVM公司試驗室進行了LNG超低溫錨固體系鋼絞線錨具組件在超低溫狀態下（液氮浸泡-196℃）中心絲滑移試驗，以此確保LNG儲罐的安全使用。

1.1試驗試件的基本參數

（1）本次試驗使用OVM.DW15-1低溫錨具，由低溫單孔工作錨板和低溫工作夾片組成，與LNG工程使用的OVM.DW15-19低溫錨具有相同的材質、錐孔尺寸和加工工藝。

（2）本次試驗用預應力鋼絞線是1×7-15.7-1860低溫鋼絞線，表面涂抹有油膜防銹處理，在工地抽樣寄來。

1.2試驗目的

（1）檢測超低溫錨固體系鋼絞線常溫端加載過程中，鋼絞線中心絲的滑移量。

（2）檢測超低溫錨固體系鋼絞線低溫端在-196℃±5℃的環境下，加載0.8Fm持荷15min中心絲產生的滑移量和加載至0.95Fm中心絲的滑移量。

2試驗裝置的組成及安裝

2.1試驗裝置的組成

（1）加荷裝置：加載裝置是由一臺千斤頂和油泵、撐腳、支撐墊環組成。

（2）低溫裝置：低溫裝置是由液氮、液氮輸送管、上密封筒、下密封筒、密封端蓋、密封膩子組成。

（3）測試儀器：測試儀器有測力傳感器、溫度傳感器、數顯百分表（可引線顯示）、鋼絞線磁力表座組成。

2.2試驗裝置的安裝

鋼絞線分別穿入測力傳感器、千斤頂、撐腳、上密封筒、支撐墊環的中心孔；在測力傳感器及支撐墊環外端安裝低溫單孔錨具；下密封筒穿過鋼絞線旋入支撐墊環，密封端蓋填充密封膩子后穿過鋼絞線旋入下密封筒端面螺紋；鋼絞線磁力表座固定在鋼絞線上、下端，調整合適位置安裝數顯百分表，并使測頭與鋼絞線中心絲抵觸；上密封筒插入溫度傳感器，下密封筒接入液氮管。

3.鋼絞線中心絲滑移試驗過程

啟動油泵對千斤頂施加油壓，對鋼絞線錨具組裝件加載初始力至0.1Fpk，調整數顯百分表置零；對鋼絞線錨具組裝件按0.2Fpk、0.4Fpk、0.6Fpk、0.8Fpk分級等速加載，加載速度為≤100MPa/min，通過數顯百分表記錄各級加載力時上下兩端鋼絞線中心絲滑移量；開動液氮泵使液氮通過液氮管注入到下密封筒，直至上、下密封筒充滿液氮，鋼絞線錨具組件完全浸泡在液氮中，溫度傳感器示值穩定在-196℃±5℃內，保溫15min后記錄中心絲滑移量；保持溫度，千斤頂緩慢加載直至達到0.95Fpk，記錄中心絲滑移量；試驗結束排出殘余液氮，檢查試驗試件和試驗儀器。

4.試驗測試結果如表1所示：

由表1可得出，常溫狀態下，鋼絞線錨具組件加載由0.1Fpk至0.8Fpk，中心絲滑移量滑移量為0，由0.8Fpk至0.95Fpk，中心絲滑移量滑移量為0.01；低溫（-196℃±5℃）狀態下，鋼絞線錨具組件在0.8Fpk保溫15min，中心絲滑移量為0，由0.8Fpk至0.95Fpk時，中心絲滑移量滑移量為0.03。

5.結論

通過超低溫環境下錨固體系鋼絞線中心絲滑移試驗表明：

1.OVM.DW15低溫錨具與該1×7-15.7-1860低溫鋼絞線組成的超低溫錨固體系，滿足在低溫-196℃±5℃環境下，0.8Fpk力值保溫15min中心絲滑移量為0mm和加載至0.95Fpk時鋼絞線中心絲滑移量小于0.5mm的設計要求。

2.OVM.DW15低溫錨具與該1×7-15.7-1860低溫鋼絞線組成的超低溫錨固體系，滿足在常溫環境下，加載至0.8Fpk力值時中心絲滑移量為0mm和加載至0.95Fpk時鋼絞線中心絲滑移量小于0.5mm的設計要求。

6.結束語

隨著預應力鋼絞線錨固體系技術的不斷發展，低溫、環氧、無粘結和緩粘結鋼絞線與錨具構成的錨固體系應用在超低溫、高腐蝕、復雜應變等惡劣環境下長期工作，錨固體系的鋼絞線中心絲相對邊緣鋼絲產生滑移變化量大小，已成為預應力領域愈來愈關注的問題，本文介紹的超低溫錨固體系鋼絞線中心絲滑移試驗裝置，能很好的模擬鋼絞線錨固體系在惡劣環境工作過程，準確測量出鋼絞線中心絲滑移量，并能長時間跟蹤鋼絞線中心絲滑移變化量，是目前研究鋼絞線中心絲滑移比較先進的試驗方法。

參考文獻

[1]劉克勤.鋼絞線單根受力時的變形分析[A].新世紀預應力技術創新學術交流會論文集[C]，2002.

[2]黃穎.液化天然氣儲罐用預應力錨具的低溫靜載試驗研究[J].特種結構[S1]，2010（02）.

（作者單位：柳州歐維姆機械股份有限公司）