美國加州后張鋼絞線錨固體系系統(tǒng)性能試驗要求分析

陳鈺燁

（東風柳州汽車有限公司，廣西 柳州545005）

加利福尼亞州（State of California，通常簡稱為加州）位于美國西部，由太平洋板塊和北美板塊兩個板塊組成，處在兩個板塊中間的部分，就是著名的圣安德烈亞斯斷層（The San Andreas Fault），它從北到南縱貫加州，導致加州地震頻發(fā)。由于加州是美國經(jīng)濟最發(fā)達、人口最多的州，因此地震往往會造成更大的生命財產(chǎn)損失。鑒于目前的科技水平還無法準確地預測地震的到來，唯有提高建筑抗震等級、做好基本的防御工作，將地震給人類帶來的損失盡可能地降到最低。因此，加州政府對建筑抗震設計提出了更為嚴格的要求。廣泛用于道路、橋梁、房建等基礎設施領域的預應力錨具產(chǎn)品，因其性能的可靠性將直接影響到建筑的安全性，故加州政府對預應力錨具產(chǎn)品的性能質(zhì)量方面相當重視，編制有堪稱全美最嚴的后張預應力體系標準要求，其中后張鋼絞線錨固體系須按要求通過系統(tǒng)性能試驗。目前，一些國家和地區(qū)對美國加州的這一作法十分認同，并將該標準要求在本國執(zhí)行并實施。

本文擬就美國加州后張預應力體系標準要求中提出的《后張預應力錨固體系系統(tǒng)性能試驗》的具體內(nèi)容進行介紹，并與我國現(xiàn)行國家標準GB/T 14370-2015《預應力筋用錨具、夾具和連接器》和交通運輸行業(yè)標準JT/T329-2010《公路橋梁預應力鋼絞線用錨具、夾具和連接器》中同類型試驗進行對比分析，以期美國加州在錨固體系方面的標準要求能對我國在錨固體系要求方面有所參考和借鑒，同時有助于國內(nèi)預應力企業(yè)進一步了解國外市場對錨固產(chǎn)品的技術要求，為擬開拓海外市場的國內(nèi)預應力企業(yè)提供些許幫助。

1 后張鋼絞線錨固體系系統(tǒng)性能試驗主要內(nèi)容介紹

1.1 試塊結(jié)構

對于每個體系，其試塊尺寸、內(nèi)部組件和加強鋼筋的布置都必須事先提交，并經(jīng)加利福尼亞交通部檢查員驗證批準后方可實施混凝土澆筑。所有加強鋼筋應滿足ASTM A706，Grade 60標準要求。

1.2 混凝土澆筑和養(yǎng)護

按正常程序澆筑混凝土，將錨具組件周圍的混凝土振搗密實。同時制作至少20件圓柱體小試塊用于檢測混凝土強度。將圓柱體小試塊放置在試塊旁邊，以保證圓柱體小試塊與試塊處于同一養(yǎng)護條件。從混凝土澆筑后的第二天早晨開始，每天抽取3塊圓柱體小試塊送至獨立性試驗室用于評定混凝土強度，直至混凝土強度到達預期強度。

試塊須在混凝土強度達到指定的最低混凝土強度±500 psi（±3.45 MPa）范圍內(nèi)的當天進行系統(tǒng)試驗。在試驗前，必須提供一份圓柱體小試塊破壞的認證報告。

1.3 系統(tǒng)試驗

安全保護措施：

張拉前，應檢查高壓油管和設備是否有損壞或泄漏；

張拉時，遠離錨固區(qū)。在進行張拉操作時，禁止站在施加張拉力千斤頂?shù)暮蠓健?/p>

每種錨固體系應按如下單獨試驗：

（1）安裝前，采用中心安裝有千分表的平整度測量儀器檢測固定端錨墊板和/或錨板表面平整度。記錄初始值。

（2）按照被批準的提交資料將鋼絞線、錨板、夾片、加州運輸部的測力傳感器和張拉設備安裝在試塊上。

（3）將鋼絞線單根預緊，預緊力約為5 kips（2.27 t），使夾片鍥入并持荷均勻。

（4）分階段對系統(tǒng)施加預應力：

1）施加初始力至 50%GUTS（Guaranteed ultimate tensile strength：保證極限抗拉強度），記錄表壓并持荷3 min觀測試塊裂紋。記錄裂縫寬度和裂縫形式觀測結(jié)果；裂縫寬度不應超過0.002 in（0.05 mm）；

2）繼續(xù)加載至75%GUTS，記錄表壓并持荷3分鐘。記錄裂縫寬度和裂縫形式觀測結(jié)果；裂縫寬度不應超過 0.010in（0.25 mm）；

3）繼續(xù)加壓至95%GUTS，持荷3 min并記錄表壓。保壓期間，試塊和預應力筋組裝件不應失效；

4）卸載至75%GUTS并保壓3 min，記錄裂縫寬度和裂縫形式觀測結(jié)果；裂縫寬度不應超過0.010 in（0.25 mm）；

5）完全釋放絞線并取出固定端錨板；

6）用平整度測量儀器檢查錨板上的殘余撓度；記錄終值。撓度不應超過凈跨的1/600；

7）移除絞線上的所有夾片并評估。夾片不應被破裂成幾塊。

不滿足上述任何一項標準都將導致系統(tǒng)被拒絕授權。一旦體系被授權，未經(jīng)部門許可擅自變更，與原試驗裝置有顯著變化的，將被從授權材料清單中移除[1]。

2 標準對比分析

從美國加州的《后張預應力錨固體系系統(tǒng)性能試驗》具體內(nèi)容上看，其與我國現(xiàn)行國家標準GB/T 14370-2015《預應力筋用錨具、夾具和連接器》、我國交通運輸行業(yè)標準JT/T 329-2010《公路橋梁預應力鋼絞線用錨具、夾具和連接器》同類型試驗存在較大的差異性，主要表現(xiàn)為：

2.1 單項試驗所含樣件種類

對比單項試驗所含樣件種類，美國加州標準單項試驗所涵蓋的樣件種類最全，雖然僅進行一項試驗，但這項試驗包含了夾片、錨板、錨墊板、螺旋筋、波紋管、鋼絞線等一整套錨固體系產(chǎn)品，更具系統(tǒng)性、全面性；而國標GB/T 14370和行標JT/T329對錨固體系產(chǎn)品的試驗以零部件獨立性試驗或零部件局部組合的形式進行，如靜載錨固性能試驗和錨板強度試驗僅對錨板、夾片、鋼絞線進行試驗；錨固區(qū)傳力性能試驗僅對錨墊板、螺旋筋進行試驗。

2.2 試驗效果

國標GB/T 14370、行標JT/T329中的靜載錨固性能試驗檢驗的是預應力錨固體系中的預應力筋—錨具組裝件（錨板、夾片）的錨固性能是否可靠；錨固區(qū)傳力性能試驗檢驗的是預應力錨固體系中的錨墊板和螺旋筋將錨具承擔的預應力傳遞給混凝土結(jié)構的傳遞性能如何；錨板強度試驗檢驗的是通過靜載試驗后的錨板，其表面中心的殘余撓度。而美國加州試驗不僅僅局限于產(chǎn)品零部件個體性、局部組合性試驗，而是模擬實際工況、采用鋼絞線與整套錨固體系產(chǎn)品（含錨板、夾片、錨墊板、螺旋筋）相結(jié)合的系統(tǒng)試驗，一項試驗就融合了國標GB/T 14370、行標JT/T329中的靜載錨固性能試驗、錨固區(qū)傳力性能試驗和錨板強度試驗等試驗，并在試驗過程中，模擬工地分級張拉、補張拉、張拉錨固、放張等張拉工藝過程，從而驗證產(chǎn)品的張拉使用性能是否穩(wěn)定。其試驗方法的綜合性更強，能更全面地檢測后張錨固體系各部件組合后的綜合性能。

2.3 操作性、經(jīng)濟性

與國標GB/T 14370、行標JT/T 329試驗需借助專用的承力臺座、壓力機等大型試驗裝置所不同，加州試驗可直接使用實際工地中所需用到的張拉設備，外加測力傳感器即可進行試驗，以此可驗證全套設備工藝的可操作性，同時試驗更貼合工程實際，也更易開展和實施。

并且，美國加州一項試驗即可檢測產(chǎn)品的多項性能，在節(jié)省人力、物力、財力的同時，也縮短了產(chǎn)品的試驗時間。

2.4 對產(chǎn)品性能要求

雖然從試驗操作上看，美國加州標準更簡單，但從產(chǎn)品性能角度而言，符合我國標準要求的產(chǎn)品，未必能符合美國加州標準要求：

（1）單從錨固效率要求上看都是95%，與實際施工時最大張拉控制應力不能超過80%相比，安全系數(shù)均為1.2倍，似乎并無太多差別，但從試驗裝配上分析，可以發(fā)現(xiàn)美國加州試驗與國標GB/T 14370、行標JT/T 329難度更大，國標GB/T 14370、行標JT/T 329中的靜載錨固試驗是在試驗臺架上進行，預應力筋無需通過錨墊板、波紋管，各根預應力筋平行受拉，而美國加州標準模擬實際張拉，預應力筋在張拉過程中受到錨墊板喇叭口小端約束，發(fā)生偏折，在預應力筋發(fā)生偏折的情況下，施加最大力值至95%GUTS，相當于對錨頭單元（錨板和夾片）的夾持性能提出更高的要求，并對錨下設計也提出了一定的要求，如群錨錨墊板的高度設置不合理，高度偏低，在錨墊板小端口內(nèi)徑和波紋管內(nèi)徑保持不變的情況下，將無形中增大預應力筋在錨墊板喇叭口小端口與波紋管接口處的最大折角，當鋼絞線偏折角度過大，超過限值時，鋼絞線易應力集中發(fā)生破斷，試驗失敗。

（2）試驗中對夾片的要求對比如表1所列。

表1 夾片要求對比

多年的實踐經(jīng)驗表明，錨固體系中的夾片部件是導致錨固體系失效的主要高發(fā)部件，夾片作為直接夾持預應力筋的關鍵零部件，其夾持性能決定了錨固體系的張拉錨固安全性。目前市場上一些廠家一味降低產(chǎn)品成本，盲目將夾片厚度設計過薄，或采用質(zhì)量低劣的原材料進行制作，這樣生產(chǎn)出來的夾片，在受到較大荷載作用時，夾片極易發(fā)生碎裂，從而導致夾持性能失效，而靜載試驗則是一項能有效檢測夾片質(zhì)量性能的試驗。在試驗過程中，由于夾片安裝在錨板錐孔內(nèi)，當加載至0.80預應力筋公稱極限抗拉力時，實難有效觀察其是否已出現(xiàn)裂紋，故國標GB/T 14370、行標JT/T 329關于加載至0.80預應力筋公稱極限抗拉力時對夾片的要求，在具體操作時無法有效監(jiān)控；當錨固效率系數(shù)達到95%后，國標GB/T 14370、行標JT/T 329允許夾片出現(xiàn)縱向斷裂，而加州的標準是夾片在整個試驗過程中，都不允許發(fā)生任何形式的斷裂，無論縱向、橫向或斜向斷裂，這意味著對夾片的質(zhì)量性能提出了更高的要求。

2.5 試驗結(jié)果的真實準確性

雖然國標GB/T 14370和行標JT/T329對試驗設備及儀表也提出了具體明確的準確度、精度要求，但美國加州則在試驗中直接注明并強調(diào)要采用加利福尼亞運輸部的測力傳感器，最大程度地斷絕了設備儀表弄虛作假的可能性，以保證試驗施加力值的絕對準確。

3 結(jié)束語

美國加州是世界著名的地震區(qū)，多次發(fā)生高烈度地震災害。錨固體系作為預應力混凝土建筑結(jié)構設計安全的關鍵部分，與美國其它地區(qū)標準相比，加州政府對于錨固體系產(chǎn)品有著更為嚴格的標準要求。

通過對比分析，可看出美國加州對錨固體系的系統(tǒng)性能要求具有以下特點：

（1）重視錨固體系整體性能表現(xiàn)，充分檢測各零部件裝配后的使用性能和整套體系的可操作性能；

（2）試驗與工程實際貼合度高，在模擬使用工況的基礎上檢測錨固體系的極限性能；

（3）適當加大試驗難度，提高對產(chǎn)品的性能要求，進而提升產(chǎn)品的安全性、可靠性。

我國地處環(huán)太平洋地震帶和亞歐地震帶世界兩大地震帶之間，屬強震多發(fā)國家，并且我國幅員遼闊、地域?qū)拸V、不同地區(qū)之間地理條件相差懸殊，對建筑抗震級別、安全等級要求有所不同，因而對后張預應力錨具產(chǎn)品要求不宜一概而論，實行“一刀切”的做法，對于地震多發(fā)區(qū)，可參考、借鑒美國加州做法，與當?shù)氐乩砬闆r相結(jié)合，采取差別化對待、實行差異性標準，在地震多發(fā)區(qū)所施行的錨固體系標準要求宜立足于并高于目前行業(yè)或國內(nèi)通用性標準要求。

希望本文能夠拋磚引玉，為國內(nèi)預應力錨固體系標準的改進與完善提供些許參考及借鑒。