預(yù)應(yīng)力張拉錨固體系質(zhì)量控制及常見故障分析

摘要：橋梁工程現(xiàn)澆或預(yù)制后張預(yù)應(yīng)力梁張拉錨固體系的質(zhì)量控制，關(guān)鍵是原材料的選用與施工工藝控制。實施張拉過程中，常見故障有斷絲、滑絲、回縮，根據(jù)產(chǎn)生的原因可采取一些針對性的預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力錨固；質(zhì)量控制；常見故障；施工工藝控制

中圖分類號：TU378.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-2374（2009）02-0166-02

多年來，本人歷經(jīng)了多項重點建設(shè)工程的橋梁工程施工，在不斷地工程施工實踐中總結(jié)積累了一些預(yù)應(yīng)力張拉錨固體系質(zhì)量控制及常見故障分析的點滴經(jīng)驗。

眾所周知，后張預(yù)應(yīng)力張拉錨固體系是由錨具和預(yù)應(yīng)力鋼筋組合而成，缺一不可。若兩者結(jié)合和匹配達(dá)到最佳狀態(tài)，其錨固性能就能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14370中規(guī)定的一類錨具要求。就目前國內(nèi)用量最大的逐根獨立錨固的夾片式錨具而言，要都能滿足這一要求還是有相當(dāng)距離的，在現(xiàn)實中要做到錨具與鋼絞線兩者最佳狀態(tài)的組合和匹配是有很大難度的。由于我國錨具和鋼絞線生產(chǎn)的總體水平不高，同時生產(chǎn)廠家眾多，生產(chǎn)技術(shù)水平的差異，原材料的來源不同和質(zhì)量不穩(wěn)定，因此其產(chǎn)品規(guī)格、尺寸、生產(chǎn)工藝和性能指標(biāo)等做不到完全統(tǒng)一，而導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量有較大的差異，從而增加了許多影響錨具錨固性能指標(biāo)的不確定因素。

以往總認(rèn)為，錨具的錨固性能檢驗一旦不合格，主要歸咎于錨具的質(zhì)量不行，只從錨具方面找原因，而忽略了鋼絞線對錨具錨固性能的影響，這是片面的。試驗證明兩方面因素都有，而且有時鋼絞線的影響也很突出。

當(dāng)然，錨具對后張預(yù)應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)來說是生命線部件，是直接影響到橋梁結(jié)構(gòu)有效預(yù)應(yīng)力的建立和橋梁壽命的重要因素。

一、影響錨具質(zhì)量的主要因素

（一）材料的選用

材料是錨具產(chǎn)品質(zhì)量的源頭，材料的優(yōu)劣對錨夾片的影響較大，即是同一鋼號，生產(chǎn)廠家不同材質(zhì)差別很大，而導(dǎo)致錨具生產(chǎn)質(zhì)量不穩(wěn)定。

（二）錨具的技術(shù)含量很高，生產(chǎn)者必須有資質(zhì)

不同品種錨具的規(guī)格、尺寸和夾片的形式、尺寸、角度、齒形等技術(shù)參數(shù)都是由設(shè)計確定的，技術(shù)含量很高，不可隨意生產(chǎn)，必須按設(shè)計圖紙要求加工，生產(chǎn)錨具必須有資質(zhì)。

（三）錨夾片的熱處理工藝和硬度指標(biāo)

熱處理的目的是為了提高錨具零件的硬度，由于熱處理工藝的不同，再加之材料選用的差別大，熱處理時錨具夾片硬度影響隨之增大。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14370對錨夾片的硬度只規(guī)定了要檢查和抽樣比例，但對具體硬度指標(biāo)未做具體規(guī)定。

二、影響夾片式錨具錨固性能的綜合因素

（一）鋼絞線對夾片式錨具的影響

1．鋼絞線強(qiáng)度的影響。獨立錨固的夾片式錨具是按鋼絞線極限強(qiáng)度1860Mpa計算的承載力設(shè)計的，而目前鋼絞線極限強(qiáng)度普遍在1960～2000Mpa之間，其屈服強(qiáng)度已接近1860Mpa，而往往鋼絞線的延伸率很難測定，導(dǎo)致鋼絞線在夾片切口處容易被剪斷。

2．鋼絞線的表面硬度影響。通常情況下，鋼絞線強(qiáng)度在1860～1900Mpa范圍內(nèi)，而表面硬度為HRC44～48左右，夾片設(shè)計硬度為HRC58～64（亦有用HRA標(biāo)尺，根據(jù)硬度不同而采用不同的標(biāo)尺進(jìn)行測試，換算關(guān)系為60HRA≈20HRC），兩者硬度之差≥HRC10以上，其組合與匹配最佳。若夾片的硬度達(dá)不到設(shè)計要求，兩者硬度差

3.鋼絞線直徑的影響。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T5224對鋼絞線的公稱直徑都明確規(guī)定了允許偏差。而夾片錨具的夾片內(nèi)孔直徑尺寸、夾片的錐形角度和錨環(huán)內(nèi)的內(nèi)孔錐形角度等均按鋼絞線的公稱直徑尺寸設(shè)計的。如果都能滿足設(shè)計要求，錨具零件組裝后在預(yù)應(yīng)力受力過程中，其組裝零件之間的內(nèi)摩擦角達(dá)到平衡狀態(tài)，而產(chǎn)生良好的自錨能力。若鋼絞線直徑超過允許偏差太多，將會破壞這個平衡。而目前鋼絞線大部分超標(biāo)，且都是正偏差，顯然對夾片式錨具的錨固性能構(gòu)成嚴(yán)重影響。

（二）錨具本身質(zhì)量對其錨固性能的影響

1．錨具錨孔的錐度尺寸和夾片角度尺寸的配合。錨孔的錐度（角度）尺寸和夾片角度尺寸的加工過程是技術(shù)含量比較高的過程，若達(dá)不到設(shè)計要求或超出誤差范圍，其組合與匹配將達(dá)不到最佳狀態(tài)，不僅影響自錨能力，其錨固性能肯定達(dá)不到，而且這個誤差很難發(fā)現(xiàn)。

2．錨夾片的硬度對錨固性能的影響

（1）夾片硬度的影響，目前夾片硬度的生產(chǎn)控制范圍為HRC58～64，若達(dá)不到設(shè)計硬度指標(biāo)，則很難錨住。但也不能再提高，否則夾片會開裂甚至碎掉。

（2）錨板硬度的影響，目前錨板硬度生產(chǎn)控制范圍為HRC17～30，且有一種降低硬度要求的趨勢，甚至對錨板不熱處理，但不可取消硬度指標(biāo)的要求。

（三）安裝工藝的影響和初張力的選擇

安裝工藝十分重要，主要在：（1）不管是二片式或三片式夾片，安裝時夾片間隙必須均勻，而且必須采用專用工具敲擊緊，否則將會引起夾片跟進(jìn)不一；（2）為保證預(yù)應(yīng)力束的每根預(yù)應(yīng)力筋的受力均勻，須采取不小于10％的張拉力對每根筋進(jìn)行預(yù)緊，特別是對預(yù)應(yīng)力筋多的預(yù)應(yīng)力束要反復(fù)調(diào)整，防止不均勻受力中的受力大的預(yù)應(yīng)力筋提前拉斷；（3）實施時初張力不得小于20％，初張力過小很難錨住，容易引起預(yù)應(yīng)力筋不均勻滑移，導(dǎo)致受力不均勻。

因此，由上可知，為了使預(yù)應(yīng)力張拉錨固體系達(dá)到最完美的理想狀態(tài)，必須嚴(yán)格控制各影響因素的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。概括起來務(wù)求做好以下幾點：（1）錨具質(zhì)量控制，首先生產(chǎn)要有資質(zhì)，嚴(yán)格按國家標(biāo)準(zhǔn)檢測、審驗；（2）掌握好錨夾片的硬度控制范圍；（3）鋼絞線的極限強(qiáng)度上限要限制，強(qiáng)度等級1860Mpa的鋼絞線極限強(qiáng)度的上限不能大于1950Mpa。

三、鋼絞線張拉常見故障分析與預(yù)控措施

（一）工程實施過程中，鋼絞線張拉常見的故障有斷絲、滑絲、回縮等現(xiàn)象

首先了解一下錨固體系的受力分析，錨具對鋼絞線的錨固遵循理論力學(xué)中的尖劈原理。

錨環(huán)和夾片的受力示意圖如下：

圖中：P為千斤頂推力，F(xiàn)1為錨環(huán)與夾片的接觸壓力，F(xiàn)2、F3為分力，F(xiàn)4為錨環(huán)與夾片之間的摩擦力，f為摩擦系數(shù)，F(xiàn)為鋼絞線張力，α為錨環(huán)錐面傾角。根據(jù)靜力學(xué)原理可得：F1＝P/（sinα+fcosα）F2=Pcosα/（sinα+fcosα）F3=Psinα/（sinα+fcosα）

依上式可知：（1）摩擦系數(shù)f強(qiáng)烈影響夾片對鋼絞線的擠壓力，故盡可能地降低錨環(huán)和夾片接觸面的粗糙度，提高錨具的錨固性能；（2）錐面傾角α，在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，越小，擠壓力越大。

常見故障產(chǎn)生的原因有：（1）斷絲。斷絲的發(fā)生是下列一種或幾種原因的聯(lián)合作用：1）夾片硬度過大，紋路不均，使某根鋼絲斷面受損嚴(yán)重；2）預(yù)應(yīng)力管道摩阻力過大，鋼絲受力不均；3）鋼絲本身存在缺陷。（2）滑絲。有兩方面的原因：1）夾片硬度過小，紋路不均，使某根鋼絲受擠壓力不足；2）鋼絲直徑不均，偏小。（3）回縮。是由于：1）夾片的硬度不足；2）夾片的紋路尖度不足，紋理過淺；3）夾片外壁及錨環(huán)內(nèi)壁光潔度不足，摩擦力過大，導(dǎo)致擠壓力不足。

（二）預(yù)防措施

1．保持預(yù)應(yīng)力管道的順暢，減少摩阻力；

2．選用質(zhì)量合格的錨具，使用前檢查并剔除不合格的錨環(huán)和夾片；

3．若錨環(huán)與夾片接觸面較粗糙，涂抹黃油等潤滑劑可有效減小摩擦力；

4．鋼絞線與夾片的硬度，合理設(shè)定兩者的相對硬度是維持咬合力的基礎(chǔ)。

四、結(jié)語

不言而喻，預(yù)應(yīng)力鋼絞線的張拉錨固體系是一項集多行業(yè)、多相關(guān)工種技術(shù)復(fù)雜、工藝嚴(yán)密的綜合性系統(tǒng)工程。只有嚴(yán)格按照國家有關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格遵循相關(guān)工序操作規(guī)程、規(guī)范，并不斷深入地試驗、研究，增強(qiáng)技術(shù)含量、量化有關(guān)技術(shù)指標(biāo)，確定各有關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；從而達(dá)到各相關(guān)因素的最佳狀態(tài)的組合，并在實踐中不斷地總結(jié)提高，以促進(jìn)橋梁工程建設(shè)事業(yè)的飛速發(fā)展。

作者簡介：禹清泉（1966- ），男，中鐵五局三公司工程師。