预应力钢筋、锚具、夹具及连接器性能与检验

石家庄铁道学院土木工程分院结构实验室2008.01客专梁试验员培训班讲义石家庄铁道学院土木工程分院结构实验室预应力钢筋、锚具、夹具及连接器性能与检验刘志勇石家庄铁道学院土木工程分院结构实验室2008.01客专梁试验员培训班讲义一、预应力混凝土梁用材料和器械二、预应力钢筋性能检验三、锚具、夹具及连接器性能检验四、锚具、夹具及连接器性能检验探讨石家庄铁道学院土木工程分院结构实验室2008.01客专梁试验员培训班讲义1、混凝土2、普通钢筋3、预应力钢筋4、锚具、夹具及连接器5、张拉机械6、配套使用一、预应力混凝土梁用材料和器械石家庄铁道学院土木工程分院结构实验室2008.01客专梁试验员培训班讲义高强钢筋高强钢丝钢绞线无粘结预应力筋非金属预应力筋3、预应力钢筋石家庄铁道学院土木工程分院结构实验室2008.01客专梁试验员培训班讲义高强钢筋可分为冷拉热轧低合金钢筋和热处理低合金钢筋两种。常用的高强钢丝分为冷拉和矫直回火两种，按外形分为光面、刻痕和螺旋肋三种。常用的高强钢丝的直径（mm）有：4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0等几种。高强钢筋高强钢丝石家庄铁道学院土木工程分院结构实验室2008.01客专梁试验员培训班讲义钢绞线是用冷拔钢丝绞扭而成，其方法是在绞线机上以一种稍粗的直钢丝为中心，其余钢丝则围绕其进行螺旋状绞合（图1），再经低温回火处理即可。图1预应力钢绞线的截面D—钢绞线直径；d0—中心钢丝直径；d—外层钢丝直径钢绞线石家庄铁道学院土木工程分院结构实验室2008.01客专梁试验员培训班讲义无粘结预应力筋是一种在施加预应力后沿全长与周围混凝土不粘结的预应力筋，它由预应力钢材、涂料层和包裹层组成（图2）。a）无粘结预应力筋；b）截面示意图2无粘结预应力筋1—聚乙烯塑料套管；2—保护油脂；3—钢绞线或钢丝束无粘结预应力筋石家庄铁道学院土木工程分院结构实验室2008.01客专梁试验员培训班讲义非金属预应力筋主要是指用纤维增强塑料（简称FRP）制成的预应力筋，主要有玻璃纤维增强塑料（GFRP）、芳纶纤维增强塑料（AFRP）及碳纤维增强塑料（CFRP）预应力筋等几种形式。GFRP棒、筋AFRP筋非金属预应力筋石家庄铁道学院土木工程分院结构实验室2008.01客专梁试验员培训班讲义金属波纹管石家庄铁道学院土木工程分院结构实验室2008.01客专梁试验员培训班讲义4、锚具、夹具及连接器锚具：支承式锥塞式夹片式握裹式夹具：钢丝夹具钢筋夹具连接器石家庄铁道学院土木工程分院结构实验室2008.01客专梁试验员培训班讲义支承式：螺母锚具镦头锚具锥塞式：锥形锚具锚具锥形螺杆锚具夹片式：JM型锚具XM型锚具QM及OVM型锚具BM型锚具握裹式：挤压锚具压花锚具石家庄铁道学院土木工程分院结构实验室2008.01客专梁试验员培训班讲义支承式a．螺母锚具螺母锚具由螺丝端杆、螺母和垫板三部分组成。适用于直径18～36mm的预应力钢筋，如图3所示。锚具长度一般为320mm，当为一端张拉或预应力筋的长度较长时，螺杆的长度应增加30～50mm。石家庄铁道学院土木工程分院结构实验室2008.01客专梁试验员培训班讲义a）螺母锚具；b）螺丝端杆；c）螺母；d）垫板图3螺母锚具石家庄铁道学院土木工程分院结构实验室2008.01客专梁试验员培训班讲义b．镦头锚具用于单根粗钢筋的镦头锚具一般直接在预应力筋端部热镦、冷镦或锻打成型。镦头锚具也适用于锚固多根钢丝束。钢丝束镦头锚具分A型与B型。A型由锚环与螺母组成，可用于张拉端；B型为锚板，用于固定端，其构造见图4。镦头锚具的工作原理是将预应力筋穿过锚杯的蜂窝眼后，用专门的镦头机将钢筋或钢丝的端头镦粗，将镦粗头的预应力束直接锚固在锚杯上，待千斤顶拉杆旋入锚杯内螺纹后即可进行张拉，当锚杯带动钢筋或钢丝伸长到设计值时，将锚圈沿锚杯外的螺纹旋紧顶在构件表面，于是锚圈通过支承垫板将预压力传到混凝土上。石家庄铁道学院土木工程分院结构实验室2008.01客专梁试验员培训班讲义镦头锚具的优点是操作简便迅速，不会出现锥形锚易发生的“滑丝”现象，故不发生相应的预应力损失。这种锚具的缺点是下料长度要求很精确，否则，在张拉时会因各钢丝受力不均匀而发生断丝现象。镦头锚具用YC-60千斤顶（穿心式千斤顶）或拉杆式千斤顶张拉。a）张拉端锚具（A型）；b）固定端锚具（B型）图4钢丝束镦头锚具1一锚环；2—螺母；3—锚板；4—钢丝束石家庄铁道学院土木工程分院结构实验室2008.01客专梁试验员培训班讲义石家庄铁道学院土木工程分院结构实验室2008.01客专梁试验员培训班讲义DM型镦头锚体系石家庄铁道学院土木工程分院结构实验室2008.01客专梁试验员培训班讲义a．锥形锚具锥形锚具由钢质锚环和锚塞（图5）组成，用于锚固钢丝束。锚环内孔的锥度应与锚塞的锥度一致。锚塞上刻有细齿槽，夹紧钢丝防止滑动。锥形锚具的尺寸较小，便于分散布置。缺点是易产生单根滑丝现象，钢丝回缩量较大，所引起的应力损失亦大，并且滑丝后无法重复张拉和接长，应力损失很难补救。此外，钢丝锚固时呈辐射状态，弯折处受力较大。钢质锥形锚具一般用锥锚式三作用千斤顶进行张拉。图5锥形锚具1一锚环；2—锚塞锥塞式石家庄铁道学院土木工程分院结构实验室2008.01客专梁试验员培训班讲义GZ型钢质锥形锚具石家庄铁道学院土木工程分院结构实验室2008.01客专梁试验员培训班讲义b．锥形螺杆锚具用于锚固14~28根直径5mm的钢丝束。它由锥形螺杆、套筒、螺母等组成（图6）。锥形螺杆锚具与YL-60，YL-90拉杆式千斤顶配套使用，YC-60，YC-90穿心式千斤顶亦可应用。图6锥形螺杆锚具1—套简；2—锥形螺杆；3一垫板；4—螺母；5—钢丝束石家庄铁道学院土木工程分院结构实验室2008.01客专梁试验员培训班讲义a．JM型锚具JM型锚具为单孔夹片式锚具。JM12型锚具可用于锚固4~6根直径为12mm的钢筋或4~6束直径为12mm的钢绞线。JM15型锚具则可锚固直径为15mm的钢筋或钢绞线。JM型锚具由锚环和夹片组成。JM型锚具的构造如图7。JM型锚具性能好，锚固时钢筋束或钢绞线束被单根夹紧，不受直径误差的影响，且预应力筋是在呈直线状态下被张拉和锚固，受力性能好。为此，为适应小吨位高强钢丝束的锚固，近年来还发展了锚固6~7根φ5碳素钢丝的JM5-6和JM5-7型锚具，其原理完全相同。JMl2型锚具是一种利用楔块原理锚固多根预应力筋的锚具，它既可作为张拉端的锚具，又可作为固定端的锚具或作为重复使用的工具锚。JM12型锚具宜选用相应的YC-60型穿心式千斤顶张拉。夹片式石家庄铁道学院土木工程分院结构实验室2008.01客专梁试验员培训班讲义a）JM型锚具；b）夹片；c）锚环图7JM型锚具1—锚环；2—夹片；3—钢筋束和钢绞线束；4—圆钳环；5—方锚环石家庄铁道学院土木工程分院结构实验室2008.01客专梁试验员培训班讲义b．XM型锚具XM型锚具属多孔夹片锚具，是一种新型锚具。这是在一块多孔的锚板上，利用每个锥形孔装一副夹片夹持一根钢绞线的一种楔紧式锚具。这种锚具的优点是任何一根钢绞线锚固失效，都不会引起整束锚固失效，并且每束钢绞线的根数不受限制。XM型锚具由锚板与三片夹片组成，如图8所示。它既适用于锚固钢绞线束，又适用于锚固钢丝束；既可锚固单根预应力筋，又可锚固多根预应力筋。当用于锚固多根预应力筋时，既可单根张拉、逐根锚固，又可成组张拉，成组锚固。另外，它还既可用作工作锚，又可用作工具锚。近年来随着预应力混凝土结构和无粘结预应力结构的发展，XM型锚具已得到广泛应用。石家庄铁道学院土木工程分院结构实验室2008.01客专梁试验员培训班讲义a）装配图；b）锚板图8XM型锚具1—锚板；2—夹片（三片）；3—钢绞线石家庄铁道学院土木工程分院结构实验室2008.01客专梁试验员培训班讲义XM型锚具的锚板上的锚孔沿圆周排列，夹片采用三片式，按120°均分开缝，沿轴向有倾斜偏转角，倾斜偏转角的方向与钢绞线的扭角相反，以确保夹片能夹紧钢绞线或钢丝束的每一根外围钢丝，形成可靠的锚固。XM型锚具在充分满足自锚条件下，夹片的锥面选用了较大的锥角，使XM锚具可当工作锚与工具锚使用。当用作工具锚时，可在夹片和锚板之间涂抹一层能在极大压强下保持润滑性能的固体润滑剂（如石墨、石蜡等），当千斤顶回程时，用锤轻轻一击，即可松开脱落。用作工作锚时，具有连续反复张拉的功能，可用行程不大的千斤顶张拉任意长度的钢绞线。石家庄铁道学院土木工程分院结构实验室2008.01客专梁试验员培训班讲义XM15张拉端锚具石家庄铁道学院土木工程分院结构实验室2008.01客专梁试验员培训班讲义c．QM及OVM型锚具QM型锚具也属于多孔夹片锚具，它适用于钢绞线束。该锚具由锚板与夹片组成，如图9。QM型锚固体系配有专门的工具锚，以保证每次张拉后退锲方便，并减少安装工具锚所花费的时间。OVM型锚具是在QM型锚具的基础上，将夹片改为二片式，并在夹片背部上部锯有一条弹性槽，以提高锚固性能。图9QM型锚具及配件1—锚板；2—夹片；3—钢绞线；4—喇叭形铸铁垫板；5—螺旋筋；6—预留孔道用的螺旋管；7—灌浆孔；8—锚垫板石家庄铁道学院土木工程分院结构实验室2008.01客专梁试验员培训班讲义d.BM型锚具BM型锚具是一种新型的夹片式扁型群锚，简称扁锚。它是由扁锚头、扁型垫板、扁型喇叭管及扁型管道等组成，构造见图10。扁锚的优点是：张拉槽口扁小，可减小混凝土板厚，便于梁的预应力筋按实际需要切断后锚固，有利于减少钢材；钢绞线单根张拉，施工方便。这种锚具特别适用于空心板、低高度箱梁以及桥面横向预应力等张拉。图10扁锚的构造1—扁锚板；2—扁型垫板与喇叭管；3—扁型波纹管；4—钢绞线；5—夹片石家庄铁道学院土木工程分院结构实验室2008.01客专梁试验员培训班讲义石家庄铁道学院土木工程分院结构实验室2008.01客专梁试验员培训班讲义VLM15(13)B扁型工作锚板石家庄铁道学院土木工程分院结构实验室2008.01客专梁试验员培训班讲义石家庄铁道学院土木工程分院结构实验室2008.01客专梁试验员培训班讲义石家庄铁道学院土木工程分院结构实验室2008.01客专梁试验员培训班讲义握裹式钢绞线束的固定端的锚具除了可以采用与张拉端相同的锚具，还可以采用握裹式锚具。a.挤压锚具挤压锚具是利用液压压头机将套筒挤紧在钢绞线端头上的一种锚具。套筒内衬有硬钢丝螺旋圈，在挤压后硬钢丝全部脆断，一半嵌入外钢套，一半压入钢绞线，从而增加钢套筒与钢绞线之间的摩阻力。锚具下设有钢垫板与螺旋筋。这种锚具适用于构件端部的设计力大或端部尺寸受到限制的情况。挤压锚具构造见图11。图11挤压锚具的构造1—波纹管；2—螺旋筋；3—钢绞线；4—钢垫板；5—挤压锚具石家庄铁道学院土木工程分院结构实验室2008.01客专梁试验员培训班讲义挤压锚石家庄铁道学院土木工程分院结构实验室2008.01客专梁试验员培训班讲义b．压花锚具压花锚具是利用液压压花机将钢绞线端头压成梨形散花状的一种锚具（图12）。梨形头的尺寸对于φ15钢绞线不小于φ95mm×l50mm。多根钢绞线梨形头应分排埋置在混凝土内。为提高压花锚四周混凝土及散花头根部混凝土抗裂强度，在散花头的头部配置构造筋，在散花头的根部配置螺旋筋，压花锚距构件截面边缘不小于30cm。第一排压花锚的锚固长度，对φ15钢绞线不小于95cm，每排相隔至少30cm。多根钢绞线压花锚具构造见图13。图12压花锚具石家庄铁道学院土木工程分院结构实验室2008.01客专梁试验员培训班讲义图13多根钢绞线压花锚具1—波纹管；2—螺旋筋；3—灌浆管；4—钢绞线；5—构造筋；6—压花锚具石家庄铁道学院土木工程分院结构实验室2008.01客专梁试验员培训班讲义压花过程石家庄铁道学院土木工程分院结构实验室2008.01客专梁试验员培训班讲义压成型后的梨形头石家庄铁道学院土木工程分院结构实验室2008.01客专梁试验员培训班讲义VLM15(13)扁型固定端H型锚具组件石家庄铁道学