預應力錨桿扭力扳手率定試驗

齊 宇

（中國水利水電第十二工程局有限公司，杭州 310004）

0 引言

周寧抽水蓄能電站主廠房巖錨梁的部位布設了498根預應力錨桿，預應力錨桿的設計參數：巖錨梁上下各兩排，設計噸位12 t，錨桿為10 m 長度Φ 36 mmⅢ級螺紋鋼，排距3 m×1.5 m。目前預應力錨桿的張拉方法主要采用穿心式千斤頂、拉伸機、扭力扳手等機具進行施工?？紤]到主廠房預應力錨桿外露僅10 cm，如采用穿心式千斤頂或拉伸機，需對錨桿進行接長處理，底部需加空心墊塊。由于穿心式千斤頂及拉伸機較為笨重，現場固定困難，且螺母擰動不易，采用此方法，將大大降低工效，增加施工工期，影響到后續巖錨梁的澆筑施工。如采用扭力扳手進行張拉，施工工藝簡單，人員投入少，且現場施工易于控制。經過綜合比較，決定采用扭力扳手進行主廠房預應力錨桿的張拉施工。張拉前需要對采用扭力扳手進行率定，以尋找扭力扳手扭矩與其張拉力之間的對應關系。

1 扭力扳手率定方案的選定

根據國內目前類似工程施工經驗來看，確定扭力扳手扭矩與預應力錨桿張拉力的對應關系一般采用以下3種方式。

1.1 試驗室率定

根據國內類似工程施工情況，少數試驗室采用錨桿測力計對扭力扳手進行扭矩與張拉力對應關系的率定，出具扭力扳手率定報告。優點是率定數值準確，可根據率定報告直接采用相關數值進行施工；缺點是無法判斷試驗工況是否接近現場實際施工工況，同時開展此項業務的試驗室極少。

1.2 現場安裝錨桿測力計進行率定試驗

國內部分類似工程，采用在現場預應力錨桿上安裝錨桿測力計進行生產性試驗，設定扭力扳手數值后對錨桿進行張拉，然后讀取相應的錨桿測力計數值，根據扭力扳手扭矩數值和相對應的錨桿測力計數值繪制線性關系。優點是率定數值準確，試驗工況與現場實際施工工況一致；缺點是需單獨采購錨桿測力計和測力讀數儀，錨桿安裝困難，試驗測試可能影響現場正常施工。

1.3 綜合采用經驗公式和廠家推薦數值

錨桿預緊扭矩與其張拉力的關系經驗公式為：

其中，

式中：M為錨桿預緊扭矩，N·m；T為張拉力，kN；k為比例系數；β為螺紋升角，與螺紋的形式、導程、桿徑等因素有關；ρ為當量摩擦角，ρ=arctgf，f為當量摩擦系數，與螺紋形式、接觸面、材料等有關；d為桿體直徑，mm。

部分工程綜合采用式（1）和扭力扳手廠家推薦數值，根據工程經驗對比例系數k進行取值。優點是確定比例系數k值后即可直接進行施工；缺點是比例系數k是一個綜合系數，包含了各個因素的影響，對確定錨桿預緊扭矩與張拉力之間的關系影響大，僅靠經驗和廠家推薦數值進行取值，預應力錨桿施工質量控制困難，不推薦采用。

結合以上分析，對預應力錨桿張拉過程進行分析，根據施工工藝原理，制作與現場施工工藝類似的扭矩測試盒，通過扭力扳手施加扭矩對液壓萬能試驗機產生的張拉力后顯示的數據進行率定，以確定扭力扳手顯示的扭矩與液壓萬能試驗機顯示的張拉力之間的對應關系。

2 扭力扳手率定影響因素分析及相應對策

試驗設備確認后，對試驗方法及試驗過程進行分析，發現影響扭力扳手率定的因素主要有錨桿直徑、螺距、螺母與絲桿摩擦阻力、螺母與鋼墊板間的摩擦阻力等。為保證率定試驗工作的順利開展，確保率定試驗的成果能有效指導現場施工，采用完全模擬現場錨桿的張拉方式來開展率定試驗工作。試驗所用的絲桿大小、螺距及螺母尺寸等試驗工件與現場的預應力錨桿完全相同。扭矩測試盒由加工廠負責加工，扭矩測試盒主要由絲桿、螺母、鋼墊板、盒狀體等部件組成，其中核心扭矩測試盒主要起一個力的傳導作用。測試盒采用1 cm 厚鋼板按內部凈空長20 cm、寬20 cm、高30 cm 的尺寸加工；為保證測試盒的強度，均采用1 cm 厚雙層鋼板拼接，接縫處用電焊焊接牢固。測試盒加工完成后，在該測試盒頂部開設一個40 mm的圓孔，并焊接固定一個直徑為36 mm 的螺紋鋼作為工件固定的夾持點，底部開設一個40 mm 的圓孔，保證張拉絲桿能在孔內自由行進，加工時要求測試盒頂部的孔位與底部孔位位于同一軸線上，并用36 mm的螺紋鋼加工一段15 cm長的絲桿。扭矩測試盒式樣見圖1。

3 扭力扳手的率定

首先采用液壓萬能試驗機的鋼筋夾具將測試盒上部固定，再將絲桿通過測試盒底部圓孔用鋼筋夾具固定，伸入測試盒內的絲桿長度控制在5 cm左右，并加裝鋼墊板，再將測試盒內露出的自由段絲桿裝上螺母，通過擰動螺母，將扭矩傳遞給萬能試驗機，扭力扳手從150 N·m 開始試驗，一直試驗至950 N·m，每次設定的扭矩增量為100 N·m，當扭力扳手達到預設的扭矩時，記錄萬能試驗機的張拉力值。如此進行3次重復試驗，取得3組試驗數據，經分析，3組試驗數據相關性強，各次施加相同的扭矩，所測的各張拉力值偏差較小。率定結果見表1、圖2。

表1 扭力扳手扭矩與張拉力率定結果表

由圖2 可知，其線性回歸方程為y=0.1 692x+1.1 867，相關系數R為0.9 996，接近1，表明兩者擬合度高、相關性好。率定結果可以為主廠房預應力錨桿的張拉施工提供了基準數據，各預應力錨桿所需的張拉力可通過回歸方程計算扭力扳手的扭矩來確定。

4 結語

本文采用在液壓萬能試驗機上張拉扭矩測試盒的方法進行扭力扳手率定試驗，試驗過程與現場實際施工工況一致，試驗過程其他因素對試驗結果影響小，是一種科學、可靠、準確和經濟簡便的測定方法。該方法率定扭力扳手具有簡單、實用、投入資源少、精度高等特點，可以推廣使用。