錨墊板錨固區傳力試驗

周振興 王俊華 王超奇

摘? 要：錨具錨墊板因具有良好的傳力性能，在預應力混凝土結構中被廣泛應用，目前我國對錨具錨墊板產品的相關標準中關于其傳力性能試驗描述不夠詳細、明確，存在一定的技術難題，給檢測工作帶來不便。本文通過對錨墊板錨固區進行傳力試驗，研究其應力狀態和構件裂縫擴展情況，以及裂縫形態和破壞荷載來完善錨墊板錨固區傳力試驗的相關技術方法，為預應力結構的使用壽命和安全性提供參考。

關鍵詞：工程材料? 錨固區傳力? 試驗研究? 錨墊板? 裂縫擴展? 破壞荷載

中圖分類號：TU37 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2021）07（b）-0021-03

Load Transfer Test in Anchorage Zone of Anchor Pads

——Research on Crack Propagation Technology of Reinforced Concrete Members

ZHOU Zhenxing? WANG Junhua? WANG Chaoqi

（Sinosteel Zhengzhou Metal Products Research Institute Co.， Ltd.， Zhengzhou， Henan Province， 450000 China）

Abstract： Anchorage anchor pad is widely used in prestressed concrete structure because of its good force transfer performance. At present， the test description on its force transfer performance in the relevant standards of anchorage anchor pad products in China is not detailed and clear， and there are certain technical problems， which brings inconvenience to the testing work. In this paper， through the force transfer test of the anchor pad anchorage zone， the stress state and crack propagation of the component， as well as the crack shape and failure load are studied to improve the relevant technical methods of the force transfer test of the anchor pad anchorage zone， so as to provide reference for the service life and safety of the prestressed structure.

Key Words： Engineering materials; Force transfer in anchorage zone; Experimental study; Anchor pad; Crack propagation; Failure load

本文針對我國現行標準中所述的不同應力加載方式，結合混凝土強度、鋼筋籠配置等影響因素，對錨具的傳力性能進行試驗，對比分析混凝土構件的裂縫擴展情況、破壞荷載等信息，對錨固區的傳力性能進行綜合評價[1-3]。

1? 試件制作和加載裝置

四批試驗采用的鑄造錨墊板和配套螺旋筋進行混凝土試塊制作，混凝土強度設計為C50，統一采用棱柱體設計，試塊邊長a為35～45cm，高度h為70～90cm，養護齡期為28d，在室外常溫環境下進行自然養護，鋼筋籠配置為主筋φ16mm，箍筋φ10mm，體積配筋率為0.50%～0.70%，鋼筋保護層厚度為15mm。加載裝置采用5000kN液壓萬能試驗機進行，并配置相應的應變測量裝置和裂縫觀測儀。

2? 加載方式

錨固區傳力試驗的加載方式通常有3種，分別是單調加載、循環加載和持荷加載，其中《預應力筋用錨具、夾具和連接器應用技術規程》（JGJ 85-2010）中采用的是單調加載的方式，《預應力筋用錨具、夾具和連接器》（GB/T 14370-2015）采用的是循環加載的方式。本次試驗采用比對的方法進行研究，每種規格的錨具分別進行兩種加載方式試驗，并分析結果。

單調加載方式，從0加荷至0.4Fptk，Fptk為預應力筋，公稱極限抗拉力，持荷10min，繼續加載至0.8Fptk，持荷10min然后繼續加荷至試件破壞，在持荷過程中應測量裂縫寬度，同時觀察裂縫的擴展情況，加載速度不宜超過100MPa/min。

循環加載方式，加荷從0開始，按照0.2Fptk，0.4Fptk，0.6Fptk，0.8Fptk進行分級加載，荷載達到0.8Fptk后卸荷，進行10次慢速循環加載，荷載上限為0.8Fptk，荷載下限為0.12Fptk，循環加載后，逐步增加荷載直至混凝土試件破壞，加載速度不宜超過100MPa/min，在循環加載過程中，當加載至上限荷載和下限荷載時對構件裂縫寬度進行測量，并評估裂縫的穩定性，當裂縫達到穩定狀態后可停止循環加載。

3? 試驗結果

（1）采用單調加載方式，試塊加載至0.4Fptk至0.5Fptk時，試件中心軸線方向上開始出現豎向裂紋，并隨著荷載的增加而變大。

（2）采用單調加載方式，試塊加載至0.8Fptk至1.0Fptk時，裂縫寬度已達至0.20mm，并且在豎向裂縫周邊開始產生橫向裂紋和次生裂紋。

（3）采用單調加載方式，試塊加載至0.4Fptk時，卸荷后能觀測到裂紋有明顯的愈合現象，而加載至1.0Fptk時，卸荷后試塊裂紋擴展較大，愈合現象不明顯。

（4）采用單調加載方式，加載至破壞荷載后觀察試塊破壞形態，錨墊板周圍出現散射狀裂縫，部分裂縫已延伸至試塊邊緣，觀察錨墊板完好未產生裂紋和破損，但部分出現翼緣上翹，部分試塊端部出現粉碎性破壞。

（5）采用循環加載方式，試塊在加載至0.4～0.5Fptk時，其裂縫形態和單調加載方式的裂縫產生情況相似，但隨著循環次數的增加，其裂縫的寬度和長度加劇明顯，部分裂縫已貫穿整個試件，甚至延伸至試件端部。

（6）循環加載的裂縫主要以豎向裂縫為主，隨著循環次數的增加，豎向裂縫上產生橫向裂縫和斜裂縫，同時隨著壓力的增大，在錨固區范圍內裂縫逐漸增多。

（7）采用循環加載方式，當進行10次循環加載后，混凝土試塊的破壞程度比單調加載方式更嚴重，其試塊裂縫的擴展范圍和開裂寬度也比單調加載更大。

（8）采用循環加載方式，當加壓至破壞荷載后觀察試塊形態，試塊斷面的散射裂縫較多，同時錨墊板邊緣出現開裂，部分試塊錨墊板內部出現沖切裂紋，錨墊板受到擠壓破壞且翼緣翹曲現象明顯。

（9）整體而言，采用循環加載方式對混凝土試塊和錨墊板的破壞程度要嚴重于單調加載方式（詳見表1），當混凝土的強度較高時會降低裂縫的產生和擴展程度，同時試塊體積和受力面積的加大也會降低壓應力帶來的破壞。

4? 試驗結果分析

4.1 混凝土強度

混凝土強度和密實程度對集中應力的影響較明顯，同時養護方式也影響著混凝土試塊強度的增長空間，當混凝土試塊的強度較高時明顯提升了抵抗集中荷載的破壞程度，試塊強度的提高可以提升試件的極限荷載。試驗也表明，高強混凝土試件的側面裂縫擴展情況要比低強度試塊好的多，因此，在工程運用時更加需要注意預應力結構的養護和強度的保持[4-5]。

4.2 鋼筋籠配置

試塊鋼筋籠主要有螺旋筋、箍筋和縱筋組成，螺旋筋主要承受錨墊板傳輸的集中壓力載荷，螺旋筋的圈徑和長度的增加可明顯提升試塊的抗壓承載力;表層箍筋的布設可以提高試件的開裂荷載，并有效控制表面裂縫的擴展，表層箍筋的疏密和體積配筋率的高低對裂縫的寬度擴展更為有效，試驗也顯示當增大箍筋直徑和箍筋體積配筋率時對提高試件的極限承載力有明顯效果;主筋縱筋的配置分擔了軸向壓應力，當縱筋加大直徑后，明顯提高了抗壓載荷。鋼筋籠的配置應滿足《混凝土結構設計規范》（GB 50010-2010）[6]的要求和錨固傳力試驗的需求。

4.3 試件尺寸的影響

本次試驗采用的5孔和7孔傳力試驗試件尺寸符合標準要求，而9孔和11孔的傳力試驗試件尺寸相比標準要求略有富余，比較試驗結果，當混凝土強度差別不大時，混凝土試件尺寸的增大可以增加試件的極限荷載和開裂荷載，提升整體受力性能，但是試件尺寸的大小受錨墊板尺寸的影響，標準中規定混凝土構件的尺寸以錨具技術參數或設計給定的錨具中心最小間距和錨具中心到構件邊緣最小距離的2倍來進行取值調整，因此這個關鍵參數應通過錨固區傳力性能試驗的檢驗確定。不同尺寸的試件在試驗時應注意試件的調平，當試件受力面不平整有傾斜角度時，錨墊板會受到剪切應力的影響，會加劇破壞的程度，為避免這種情況應完善試塊制作時的收面程序，也可在壓力機承壓板上鋪砂輔助調平[7]。

4.4 加載方式的影響

本次試驗采用單調加載和循環加載的方式進行比對，試驗顯示循環加載方式對混凝土試件帶來的破壞程度更甚于單調加載，從比對結果上看，單調加載的極限破壞荷載要高于循環加載，同時循環加載所產生的裂縫寬度也大于單調加載，其裂縫的擴展范圍更廣、開裂程度更加嚴重。不同的加載方式對預應力結構產生的損傷效果也不一樣，工程在實際應用時應考慮加載方式不同而帶來的影響。

5? 結語

采用單調加載方式，試塊在加載至0.8Fptk時，混凝土試件的裂縫寬度通常小于0.25mm，試塊的極限破壞荷載基本大于1.1Fptk 。

采用循環加載方式，試塊在加載至0.8Fptk時，混凝土試件的裂縫寬度通常接近甚至大于0.25mm，試塊的極限破壞荷載明顯低于單調加載方式。

在同等條件下，試塊強度的提高會降低裂縫的開裂寬度和擴展長度，且試塊尺寸的增大也會帶來同樣的效果。

試件錨固區的裂縫發展情況受鋼筋籠布設的影響較大，為避免試驗受異常情況的干擾，應合理配置鋼筋籠，尤其是表面箍筋的體積配筋率，這樣才能保證錨固區傳力性能試驗的有效性。

參考文獻

[1] 鐘新谷，舒小娟，姚鋒，等.預應力錨固結構錨具與墊板切向剛度識別研究[J].應用力學學報，2017，34（2）：384-389，412.

[2] 江倩敏，王贊芝，王丹，等.焊接錨墊板及錨下混凝土受力分析[J].寧波工程學院學報，2020，32（2）：6-12.

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[4] 王剛.混凝土結構實體與回彈法及鉆芯法的優劣分析[J].建筑工程技術與設計，2017（22）：3414-3414，3542.

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