鋼塑土工格柵拉伸試驗用夾具的探討

■劉齊輝

(福建省交通科學技術(shù)研究所，福州 350002)

1 概述

鋼塑土工格柵是由縱橫向鋼塑復合肋條作為受力元件，結(jié)點處用超聲波等特殊工藝加工處理后，形成高抗拉強度、整體性好的網(wǎng)格狀片材，應用中與土體共同受力發(fā)揮較強的嵌鎖作用，從而保持良好的整體穩(wěn)定性能(如圖1所示)。由于其抗拉強度大、變形小的特點，被廣泛的應用于軟基處理和處置路基的不均勻沉降，特別是新舊路基不均勻沉降的處理，鋼塑格柵代替塑料格柵處理的效果更好，是處理路基不均勻沉降的首選材料。生產(chǎn)廠家以山東居多，其它分布在哈爾濱、上海、常州、寧夏、江蘇等地，大小廠家近20個，年產(chǎn)量近千萬平米。

圖1 單雙向鋼塑土工格柵

近幾年調(diào)研發(fā)現(xiàn)，鋼塑格柵有籠統(tǒng)的標準，如JT/T480-2002《交通工程土工合成材料 土工格柵》[1]、JTG E50-2006《公路工程土工合成材料試驗規(guī)程》[2]等，也有針對性的產(chǎn)品標準，如JT/T925.1-2014《公路工程土工合成材料 土工格柵 第1部分：鋼塑格柵》[3]，但是，在這些標準中都沒有具體地說明極限抗拉強度試驗用夾具的組織結(jié)構(gòu)，或者是提出的是不切實際的試驗方法，生產(chǎn)廠家及檢測部門缺少統(tǒng)一的標準測試該技術(shù)指標的真實性，因而標準的制定勢在必行。同時標準的制定有利于規(guī)范市場秩序，有利于產(chǎn)品市場穩(wěn)步發(fā)展，有利于正確的指導產(chǎn)品生產(chǎn)，從而為產(chǎn)品檢驗提出科學的依據(jù)，為產(chǎn)品質(zhì)量提供可靠保障，為產(chǎn)品技術(shù)指標提出合理要求。由于鋼塑土工格柵廣泛用于擋土墻、橋臺、邊坡以及路基加筋等公路工程，鋼塑土工格柵生產(chǎn)廠家以及各檢測部門迫切要求制定鋼塑土工格柵拉伸夾具交通行業(yè)標準，明確試驗方法，便于廠家生產(chǎn)控制鋼塑土工格柵的極限抗拉強度及檢測部門對該產(chǎn)品的極限抗拉強度的測試檢驗。

2 拉伸試驗方法

按照JT/T925.1-2014《公路工程土工合成材料 土工格柵 第1部分：鋼塑格柵》[3]6.4款規(guī)定強度、伸長率按JTG E50《公路工程土工合成材料試驗規(guī)程》[2]進行試驗。然而規(guī)范中有兩種試驗方法，分別是寬條拉伸試驗和單條拉伸試驗。

2.1 寬條拉伸試驗

每個試樣至少為200mm寬，并具有足夠長度。試樣的夾持線在節(jié)點處，除被夾鉗夾持住的節(jié)點或交叉組織外，還應包含至少1排節(jié)點或交叉組織；對于橫向節(jié)距大于或等于75mm的產(chǎn)品，其寬度方向上應包含至少兩個完整的抗拉單元。拉伸強度結(jié)果按式(1)計算。

式中：αf——拉伸強度(kN/m)；

Ff——最大負荷(kN)；

Nm——試樣1m寬度內(nèi)的拉伸單元數(shù)；

Ns——試樣內(nèi)的拉伸單元數(shù)。

2.2 單條拉伸試驗

單筋試樣應有足夠的長度，試樣的夾持線在節(jié)點處，除被夾鉗夾持住的節(jié)點或交叉組織外，還應包含至少1個節(jié)點或交叉組織。拉伸強度結(jié)果按式(2)計算。

式中：αf——拉伸強度(kN/m)；

f——試件的最大拉伸力(kN)；

n——樣品寬度上的筋數(shù)；

L——樣品寬度(m)。

由于鋼塑土工格柵是由高強鋼絲外包裹高分子材料復合而成的帶狀加筋材料，高強鋼絲為主要受拉元件，筆者認為如果采用寬條拉伸試驗，試驗時試樣夾持難度大，不易操作，所以建議采用單條拉伸試驗。

3 鋼塑土工格柵拉伸試驗夾具的研制

由于鋼塑土工格柵是由高強鋼絲外包裹高分子材料復合而成的帶狀加筋材料，高強鋼絲為主要受拉元件，高分子材料與鋼絲協(xié)調(diào)工作并保護鋼絲免遭銹蝕。如何能準確地測試出其真實地極限抗拉強度，是我們將要研究的難題。本文在總結(jié)了多年來進行力學性能檢測工作經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，反復進行試驗，自行研制出一套鋼塑土工格柵拉伸試驗專用夾具，此夾具適應于單根鋼塑土工格柵的拉伸強度測試試驗，夾持試樣的方式如下圖2～5所示：

圖2 單根鋼塑土工格柵的拉伸夾具

圖3 試樣裝到夾具中的形態(tài)

圖4 波浪鉗口夾持試樣

圖5 把試樣按圖示纏繞方式裝入夾具后旋轉(zhuǎn)搬把夾緊試樣

因鋼塑土工格柵強度高，如用手動夾具直接夾持方式夾持試樣,這樣很難夾住試樣而造成試驗過程中試樣打滑的情況。所以我們的夾具采用了纏繞的方式，試驗過程中通過纏繞輪1和纏繞2來分擔大部分拉力，這樣夾持鉗口處受的力就沒多大，不會出現(xiàn)試樣打滑現(xiàn)象。因鋼塑土工格柵是多根鋼絲和樹脂組合而成，它們的延伸率又不一樣，同一根格柵中的鋼絲試驗過程中會先后斷，而斷點也不一致。所以這種試樣很難保證它的斷點，有可能會斷在纏繞輪處。

4 應用效果及體會

本套專用夾具對鋼塑土工格柵的極限抗拉強度試驗檢測中已成功應用了1年多，檢測的鋼塑土工格柵的批次達100余次。

本文選用規(guī)格型號為GSGS80-80的鋼塑土工格柵，按JTG E50《公路工程土工合成材料試驗規(guī)程》[2]規(guī)定的單條拉伸試驗進行裁樣、裝載、試驗及數(shù)據(jù)處理，如表1所示。

表1 鋼塑土工格柵試驗結(jié)果統(tǒng)計表

拉伸強度平均值：

拉伸強度αf的實驗標準偏差：

重復性引起的相對不確定度：

從使用本套專用夾具得出的重復性相對不確定度，可以看出本套專用夾具的使用穩(wěn)定性良好，結(jié)構(gòu)簡單、裝夾方便靈活，其操作使用過程安全、可靠。

5 結(jié)語

在現(xiàn)行國家行業(yè)標準中只是對鋼塑土工格柵的極限抗拉強度提出技術(shù)要求，而對其試驗方法并無具體說明，相關(guān)規(guī)范也沒有專門針對其特性提出適用的測力夾具。為此，本文作者通過反復分析、研制、試驗，最后終于研制出一套適用的鋼塑土工格柵的極限抗拉強度專用夾具，并通過大量現(xiàn)場試驗進行了驗證。該夾具的投入使用,不但提高了萬能材料試驗機的利用率,也進一步增強了鋼塑土工格柵的檢測數(shù)據(jù)的真實性，供同行借鑒學習。