錨具根據使用型式可分為兩大類:

a、安裝在預應力筋端部且可以在預應力筋的張拉過程中始終對預應力筋保持錨固狀態的錨固工具。

張拉端錨具根據錨固型式的不同還可分為:用于張拉預應力鋼絞線的夾片式錨具(YJM),用于張拉高強鋼絲的鋼制錐形錨(GZM),用于鐓頭后張拉高強鋼絲的墩頭錨(DM),用于張拉精軋螺紋鋼筋的螺母(YGM),用于張拉多股平行鋼絲束的冷鑄鐓頭錨(LZM)等多種類型。

b、固定端錨具:安裝在預應力筋端部,通常埋入混凝土中且不用以張拉的錨具,也被稱作擠壓錨或者P錨。

預應力筋用錨具的最新標準為:中華人民共和國預應力筋用錨具、夾具和連接器(GB/T 14370-2015),鐵道部預應力筋用錨具、夾具和連接器(TB/T3193-2016)。

公路橋梁、鐵路橋梁、城市立交、城市輕軌、高層建筑、水利水電大壩、港口碼頭、巖體護坡錨固、基礎加固、隧道礦頂錨頂、預應力網架、地鐵、大型樓堂館所、倉庫廠房、塔式建筑、重物提升、滑膜間歇推進、橋隧頂推、大型容器及船舶、軌枕、更換橋梁支座、橋梁及建筑物加固、鋼筋工程、防磁及防腐工程(纖維錨具)、碳纖維加固、先張梁場施工、體外預應力工程、斜拉索、懸索等。

國內普遍采用的錨具規格有:

a、M15-N錨具。M代表錨具(錨具漢語拼音第一個字母);15代表鋼絞線的規格為國標公稱直徑15.20 mm的鋼絞線,(我國一般普遍使用的鋼絞線強度為1860 MPa級公稱直徑15.20 mm鋼絞線);-N是指所要穿載的鋼絞線根數。

b、M13-N錨具。M代表錨具(錨具漢語拼音第一個字母);13代表鋼絞線的規格為公稱直徑12.70mm的鋼絞線,(國外一般普遍使用的鋼絞線強度為1860 MPa級公稱直徑12.70mm鋼絞線);-N是指所要穿載的鋼絞線根數。

主要分類

1、圓形錨具

規格型號表示為:YJM15-N(YM15-N)或YJM13-N(YM13-N);此類型錨具具有良好的自錨性能。張拉一般采用穿心式千斤頂。

2、扁形錨

規格型號表示為:BJM15-N(BM15-N)或BJM13-N(BM13-N)(B,扁錨漢語拼音第一個字母,代表扁形錨具的意思);扁型錨具主要用于橋面橫向預應力、空心板、低高度箱梁,使應力分布更加均勻合理,進一步減薄結構厚度。

3、握裹式錨具

(固定端錨具)規格型號表示為:JYM15-N(YMP15-N)或JYM13-N(YMP13-N);適用于構件端部設計應力大或端部空間受到限制的情況,它使用擠壓機將擠壓套壓結在鋼絞線上的一種握裹式錨具,它預埋在混凝土內,按需要排布,混凝土凝固到設計強度后,在進行張拉。

補充

后張法預應力筋常用的錨具:

1、鐓頭錨具體系是先將鋼絲穿過固定端錨板及張拉錨杯中的圓孔,然后利用鐓頭器對鋼絲兩端進行鐓頭,通過張拉錨達到施加預應力的目的;

2、幫條錨具由幫條和襯板組成。幫條采用與預應力筋同級別的鋼筋,襯板采用普通低碳鋼的鋼板。幫條錨具的三根幫條應成120º均勻布置,并垂直于襯板與預應力筋焊接牢固,如圖。幫條焊接亦宜在鋼筋冷拉前進行,焊接時需防止燒傷預應力筋。

3、錐形螺桿錨具。

簡單施工法

簡單施工法又稱預應力錨具施工安裝法,屬于小錨具施工安裝,是在被錨具施工安裝的巖石內鉆鑿直徑28-75 mm、深度1~Sm筒形的簡單施工、簡單施工可用風鉆或人工打設,然后在簡單施工內裝藥進行爆炸,簡單施工法可用于開挖基坑、開采石料、松動凍土等,但其錨具施工安裝量小、效率低、鉆孔工作量大。

簡單施工的布置應盡量利用臨空面較多的地形;簡單施工方向應盡量與臨空面平行。避免與臨空面垂直,以免炸藥爆炸時,破壞力向最小抵抗線方向發展。藥包量可按松動藥包量計算。為防止出現沖天炮,裝藥量大致為炮孔深度。

一般錨具施工安裝法

一般錨具施工安裝法是在炮孔底部放入少量的炸藥,經過幾次錨具施工安裝擴大成為圓球的形狀,最后裝入炸藥進行錨具施工安裝。此法與炮孔錨具施工安裝法相比,具有錨具施工安裝效果好、工效高、進度快、炸藥消耗少等優點。在淺基的短樁錨具施工安裝中常采用此法。

復雜錨具施工安裝

復雜錨具施工安裝也叫"定向錨具施工安裝",是通過一定的技術措施,嚴格控制爆炸能量和爆炸規模,使錨具施工安裝的聲響、振動、破壞區域以及破碎物的散坍范圍,控制在規定的限度之內。在城市和工廠往往需要復雜一些舊的橋梁建筑物或構筑物,如:樓宇、廠房、煙囪、水塔以及各種基礎等,常采用復雜錨具施工安裝。

復雜錨具施工安裝考慮的因素很多,包括錨具施工安裝體的幾何形狀和材質,使用的炸藥、藥量、簡單施工布置及裝藥方式,覆蓋物和防護措施及周圍環境等,其中最主要的是炸藥及裝藥量。

1、預應力筋的切割,宜采用砂輪鋸,不得采用電弧切割;

2、鋼絞線編束時,應逐根理順,捆扎成束,不得紊亂。鋼絞線固定端的擠壓型錨具或壓花型錨具,應事先與承壓板和螺旋筋進行組裝;

3、施加預應力用的機具設備及儀表,應定期維護和標定;

4、預應力筋張拉前,應提供混凝土強度試壓報告。當混凝土的抗壓強度滿足設計要求,且不低于設計強度等級的75%后,方可施加預應力;

5、預應力筋張拉前,應清理承壓板面,并檢查承壓板后面的混凝土質量。如該處混凝土有空洞現象,應在張拉前用環氧砂漿修補;

6、錨具安裝時,錨板應對正,夾片應打緊,且片位要均勻:但打緊夾片時不得過重敲打,以免把夾片敲壞;

7、大噸位預應力筋正式張拉前,應會同專業人員進行試張拉。確認張拉工藝合理,張拉伸長值正常,并無有害裂縫出現后,方可成批張拉。必要時測定實際的孔道磨擦損失。對曲線預應力束不得采用小型千斤頂單根張拉;以免造成不必要的預應力損失。在張拉時,操作人員必須站在安全地帶,做好防護措施,注意操作人員嚴禁站在張拉時和張拉好的預應力筋前端;

8、預應力筋在張拉時,應先從零加載至量測伸長值起點的初拉力,然后分級加載至所需的張拉力;

9、預應力筋的張拉管理,采取應力控制,伸長校核。實際伸長值與計算伸長值的允許偏差為-5%~+10%。如超過該值,應暫停張拉;采取措施予以調整后,方可繼續張拉;如伸長值偏小,可采取超張拉措施,但張拉力限值不得大于0.8fptk值;在多波曲線預應力筋中,為了提高內支座處的張拉應力,減少張拉后錨具下口的張拉應力,可采取超張拉回松技術;

10、孔道灌漿要求密實,水泥漿強度等級不應低于C40。灌漿前孔道應濕潤、潔凈,灌漿應緩慢均勻地進行,不得中斷,并應排氣通順。如遇孔道堵塞,必須更換灌漿口,但必須將第一次灌入的水泥漿排出,以免兩次灌入的水泥漿之間有氣體存在。在灌滿孔道并封閉排氣孔后,宜再繼續加壓至0.5-0.6Mpa,稍后再封閉灌漿孔。豎向孔道的灌漿壓力應根據灌漿高度確定;

11、用連接器連接的多跨連續預應力筋的孔道灌漿,應張拉完一跨再灌注一跨,不得在各跨全部張拉完畢后一次灌漿;

12、預應力筋錨固后的外露長度,不宜小于30mm,錨具應用封端混凝土保護。當需長期外露時,應采取防止銹蝕的措施;當鋼絞線有浮銹時,請將錨固夾持段及其外端的鋼絞線浮銹和污物清除干凈,以兔在安裝和張拉時浮銹、污物填滿夾片赤槽而造成滑絲;

13、工具夾片為三片式,工作夾片為二片,兩者不可混用。工作錨不能當作工具錨不能重復使用;

14、錨具要妥善保管,使用時不得有銹、有水及沾污其它雜物。工作夾片去掉包裝盒內的泡沫即可使用,但當預應力束較長,須反復張拉錨固時,建議在錨板錐孔中涂少量潤滑劑如退錨靈、,既有利于工作夾片的跟進和退錨又有利于錨具的多次錨固;工具夾片外表面和錨板錐孔內表面使用前涂上潤滑劑,并經常清除夾片表面雜物,可使退錨靈活,但當夾片開裂或牙面破壞時則需更換,不得再使用;

15、張拉時應有安全措施,張拉千斤頂后不能站人;

16、錨固體系應配套使用,不能與其它體系混用。如要做靜載試驗,請用有機溶劑如汽油、清洗夾片并將錨板孔的防銹油擦試干凈,否則將對錨固性能造成影響;

17、預應力施工應由專業施工隊伍來進行,而且施工人員應經過專業培訓持證上崗。

常規檢測

硬度范圍檢測(普遍采用)

硬度檢測:應從每批中抽取5%的錨具且不少于5套,對其中有硬度要求的零件做硬度試驗,對多孔夾片式錨具的夾片,每套至少抽取5片。每個零件測試3點,其硬度應在設計要求范圍內,如有一個零件不合格,則應另取雙倍數量的零件重做試驗,如仍有一個零件不合格,則應逐個檢查,合格者方可使用。

特殊檢測

1、靜載試驗檢測

詳見 《預應力筋用錨具、夾具和連接器》GB/T 14370-2015。

2、錨板強度檢測

詳見《鐵路工程預應力筋用夾片式錨具、夾具和連接器技術條件》TB/T3193-2016。

3、錨墊板傳力試驗

詳見《預應力筋用錨具、夾具和連接器應用技術規程》JGJ85-2010。

JT/T 329-2010 交通運輸行業標準:該標準代替JT/T 329. 1-1997《公路橋梁預應力鋼絞線用YM錨具、連接器規格系列》和JT/T329.2-1997《公路橋梁預應力鋼絞線用錨具、連接器試驗方法及檢驗規則》。

JGJ 85-2010預應力筋用錨具、夾具和連接器應用技術規程 根據住房和城鄉建設部《關于印發(2008年工程建設標準規范制訂、修訂計劃(第一批)>通知》(建標[2008]102號)的要求,規程修訂組經廣泛調查研究,認真總結實踐經驗,參考有關國際標準和國外標準,并在廣泛征求意見的基礎上,修訂了本規程。

JG 225-2007 預應力混凝土用金屬波紋管:本標準自實施之日起代替JG/T 301 3 1994《預應力混凝土用金屬螺旋管》。JT/T 529-2004 預應力混凝土橋梁用塑料波紋管 本標準由交通部公路科學研究所提出。本標準由中國公路學會橋梁和結構工程分會歸口。

研究背景

碳纖維增強塑料(CFRP)筋在橋梁工程中的應用研究日趨成熟,但由于CFRP筋是一種橫觀各向同性材料,其抗剪強度較低,使得錨固問題成為CFRP筋在應用中遇到的最大困難,因此必須研制適應CFRP筋的錨固系統。Nanni等研究表明:對于配置CFRP筋的混凝土結構,其最終承載能力主要取決于錨具系統的錨固性能而不是筋材本身的強度。各國學者對CFRP筋粘結式錨固系統進行了研究,其粘結介質主要有環氧砂、環氧樹脂、水泥漿或膨脹水泥漿等,但這些粘結介質存在強度較低、或徐變過大、或熱穩性能較差等不足。活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,RPC)是一種新型的超高性能混凝土,具有高強度、較小的徐變和收縮率、良好的塑性、耐磨性和耐久性,適宜作為粘結式錨具的粘結介質。因此,本文中筆者開發了一種以RPC作為粘結介質的CFRP筋粘結式錨具,并就其錨固性能進行了試驗研究。

試驗參數

試驗參數包括表面形狀、錨固長度、筋間距、根數、套筒內壁傾角以及筋材預張拉。其中,筋材表面形狀包括光滑和壓紋;錨固長度在100~400 mm范圍內;筋間距包括0、d以及2d(d為筋材直徑);筋根數包括1根和2根;套筒內壁傾角包括0°、1.5°以及3°;預張比m在0~100%之間。筋材預張比為預張拉荷載F與具有相同錨固長度的普通粘結試件錨具的極限荷載TGB之比,其中采用了筋材預張拉工藝的試件稱為預張拉粘結試件。筋材預張拉是指灌注RPC之前對筋材預先張拉,待RPC養護后放張,筋材的回縮力傳遞到粘結界面,以期部分抵消張拉荷載,從而提高錨固性能。

試驗結果分析

1、破壞形式

試驗表明:對于單根CFRP筋粘結式錨具,其典型的破壞形式有滑移破壞以及拉斷破壞2種,其中以充分發揮了材料的抗拉強度的拉斷破壞為理想破壞形式;對于雙根壓紋CFRP筋粘結式錨具,其典型破壞形式是折斷破壞。粘結試件破壞形式如圖1所示。對于雙根表面壓紋CFRP筋粘結式錨具,其破壞形式均為折斷破壞,且在試驗中所觀測到的極限荷載平均值要小于單根粘結式錨具的極限荷載。其原因可以歸結為:在灌注RPC時,CFRP筋沒有完全按預期位置安裝,導致CFRP筋之間存在初始偏心,使得CFRP筋在使用荷載作用下不是單純的軸向受拉狀態,而是處于拉彎剪復合狀態;另外,雙根表面壓紋CFRP筋粘結試件的自由長度較短,這使得試件相對剛度更大,在荷載作用下對初始缺陷更加敏感;再次,CFRP筋的抗剪強度較低,使得錨固長度足夠大的單根CFRP筋和雙根CFRP筋的破壞形式不同,即單根CFRP筋為拉斷破壞而雙根CFRP筋為折斷破壞。

2、表面形狀和錨固長度的影響

錨固長度與極限拉力的關系曲線如圖2所示 。從圖2可以看出,對于單根壓紋CFRP筋,當其錨固長度為175 mm和250 mm時,極限拉力分別達到了186.36 kN和231.5 kN,效率系數分別為97.1%和120.6%,破壞形式為CFRP筋拉斷破壞,滿足錨具系統要求。試驗表明:在相同的條件下,壓紋CFRP筋與粘結介質之間的粘結性能比光滑CFRP筋的粘結性能要強得多。

從圖2還可以看出,粘結試件的極限荷載均隨錨固長度的增加而增加。對于發生滑移破壞的普通粘結試件,錨固長度每增加25 mm,其極限荷載平均增量為32.87 kN;而對于發生拉斷破壞的普通粘結試件,極限荷載由材料的強度決定。對于發生滑移破壞的預張拉粘結試件,其極限荷載增量與普通粘結式錨具的極限荷載增量近似相等,而與預張拉力的大小無關;對于發生拉斷破壞的預張拉粘結試件,其極限荷載由材料的強度決定,而與預張拉力的大小無關。

錨固長度與平均粘結強度的關系曲線如圖3所示。從圖3可以看出:對于單根光滑CFRP筋的普通粘結試件,其平均粘結強度隨錨固長度的變化不明顯;對于單根壓紋CFRP筋的普通粘結試件,平均粘結強度隨錨固長度的增大而增大;對于單根壓紋CFRP筋的預張拉粘結試件,預張比小于56%時,平均粘結強度隨錨固長度的增大而增大,而預張比大于56%時,平均粘結強度隨錨固長度的增大而減小;對于2根壓紋CFRP筋的試件,試驗結果均為CFRP筋折斷破壞,不能反映其粘結強度。

研究結論

1、CFRP筋的表面形狀對以RPC作為粘結介質的粘結式錨具的錨固性能有著決定性影響。

2、對于抗拉強度不大于3000 MPa的表面壓紋CFRP筋,RPC抗壓強度不小于130 MPa,普通粘結試件的臨界錨固長度為20倍筋材直徑;對于預張拉粘結試件,當預張比為56%時,錨固系統具有的最短臨界錨固長度為13倍筋材直徑。

3、多筋同時錨固時,CFRP筋間距不宜小于1倍筋材直徑。

4、筋材預張拉有利于提高粘結試件的極限荷載,但是極限荷載的提高程度由預張拉力值的相對大小決定。當預張比小于56%時,對于發生滑移破壞的預張粘結試件,極限荷載近似提高了預張拉荷載的大小;對于發生拉斷破壞的預張拉粘結試件,極限荷載的提高量受到筋材抗拉強度的限制;當預張比大于56%時,預張粘結試件極限荷載的提高量隨預張力的增大而急劇減小。

5、建立了平均粘結強度、平均粘結強度對應的滑移量、臨界錨固長度以及粘結滑移本構模型等計算式,分析表明它們均具有較好的適用性。