预应力钢绞线及锚夹具检测探讨【摘 要】文章在总结了多年来进行预应力钢绞线、锚夹具检测工作经验的基础上，对检测工作中经常遇到的一些问题如试验机夹具、锚夹具的硬度、静载试验等进行了探讨。
【关键词】钢绞线；锚具；硬度；静载锚固性能
近20年来，我国预应力混凝土技术发展迅速，预应力筋材料从早期的冷拉钢筋，冷拔钢丝，发展到目前大量使用的高强度低松弛预应力钢绞线，预应力锚固体系也相继开发了XM、TM、QVM、VLM等大吨位群锚体系，张拉设备配套逐步完善，预应力新工艺层出不穷，大大促进了我国预应力混凝土设计与施工技术的发展，尤其是在桥梁建设方面，预应力技术发挥着举足轻重的作用。 为了确保预应力工程材料的质量，自1985年起，我国陆续颁布了有关规范标准，如早期的GB/T5224-85《预应力混凝土钢绞线》等，对预应力行业起到了积极的促进作用，针对执行和使用中出现的问题，这些规范标准也在不断的修订和完善中。
笔者从事检测工作十余年，感到在预应力钢绞线、锚夹具的质量检测技术和执行标准方面存在一些具体问题。本文结合日常检测工作，提出了一些具体的方法和建议。
一、预应力钢绞线、锚夹具检测工作所执行的标准
关于预应力钢绞线、锚夹具检测的最新标准是GB/T5224-2003《预应力混凝土钢绞线》；GB/T14370-2000《预应力筋用锚具、夹具和连接器》和行业标准JGJ85-2002《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》等。这些规范标准是预应力材料生产和施工进场检验的依据，是检测部门必须严格遵守的，但由于一些细节在标准中没有严格规定，造成实际操作时的不确定性。
二、有关预应力钢绞线的检测
（一） 钢绞线试验的夹具
钢绞线试验的夹具对钢绞线最大力Fm的测定有着重要的影响，而Fm的数值又直接影响到锚具效率系数的计算。不同的检测单位使用着不同形式的夹具，夹具的夹持长度从80mm到180mm不等，夹具的牙纹有点状、细牙等，这些夹具不同程度地对钢绞线有着“缺口效应”，导致钢绞线提前破坏，断口总是发生在夹持部位，造成对同样的钢绞线使用不同的夹具进行试验会得到不同的结果这一不合理的现象。新标准GB/T5224-2003规定：“如试样在夹头内和距钳口2倍钢绞线公称直径内断裂达不到本标准性能要求时，试验无效。” 问题在于对于“有效”的试验，虽然达到了标准规定的性能指标，钢绞线材料检验合格，但由于没有真正测出钢绞线不受损伤情况下的最大力，因而也就不能够准确地测量出钢绞线受损伤情况下锚具的锚固效率系数。
那么有没有使钢绞线不受损伤的夹持形式呢？笔者所在的实验室采用江西新华金属制品有限公司的技术所加工的夹具几近完美地解决了这一问题，试样夹持部位完全没有损伤，只是由于摩擦的缘故，变的有些粗糙(图1左)，部分试样更是断在中部，断口有颈缩，呈塑性断口状(图1右)。
图1 钢绞线断裂图片
这一技术的关键是必须在夹具与试样之间垫以粘有金钢沙的软金属片，以防止夹具牙纹对钢绞线的损伤，同时最大程度地握裹住试样，阻止试样打滑。如图2。
图2 粘有金钢沙的软金属片
建议标准在今后的修订中增加有关试验方法、夹具形式的内容，以减少由于试验方法不同所造成的试验结果的差异。
（二）弹性模量 钢绞线的弹性模量在新标准中第7、3、5条的参考值为195±10Gpa，但不作为交货条件。实际上作为预应力施工张拉伸长量计算的重要数据，弹性模量是试验中的必测项目。钢绞线的截面积是使用标准中所提供的参考值还是用实测值，这在检测部门一直存有分歧。按GB/T228金属材料室温拉伸试验方法的规定，应该用实测面积，但对于如图3所示的钢绞线截面示意图，如何才能准确地测量出它的截面积呢？方法之一是分别测量7丝的面积，然后相加；文章建议用称重法测量面积，或是先测量图中对角直径D，然后按表1取值作为钢绞线的实测面积。但由于存在间隙，对角直径D难以精确测量。
图3 钢绞线截面示意
表1 钢绞线直径与面积的对照
由于钢绞线的弹性模量对张拉施工十分重要，建议今后的标准中明确规定钢绞线截面积的测量方法。
（三）引伸仪
由于标准中未作规定，各检测单位所使用的引伸仪标距从100mm到600mm不等。然而钢绞线结构特殊，捻距约为170mm，因此只有引伸仪标距大于200mm，变形的测量才不会受到钢绞线结构特性的影响，从而提高钢绞线弹性模量测量的准确性。
引伸仪的夹持方式也是应该引起注意的，通常引伸仪的刀口是平直的，用橡皮筋固定只能夹持钢绞线7丝中的2丝，由于各丝变形有一定程度的不均匀性，因此对弹性模量的测试还是有一些影响，建议使用用螺纹固定的环形卡式400mm标距的引伸仪。
三、有关锚具、夹具的检测
（一）硬度
在产品出厂标准GB/T14370和进场标准JGJ85中，锚具和夹片的硬度都是必检项目，然而标准中并未规定具体的合格范围，只是提出“按产品设计规定的表面位置和硬度范围”作硬度检验。对于锚板各个生产厂家设计允许的硬度范围虽有不同，但通常都比较宽。对这种检验合格范围由生产厂家所提供的检验项目，检验结果都是100%合格，检验标准缺乏统一性和科学性。
虽然硬度与强度有一定的相关性，但对强度与锚固性能之间的联系缺少研究，对硬度范围究竟应该是多少缺乏权威和统一的标准，作为国家的产品标准应该对此做出规定。
相对于锚板，夹片的硬度检验更是在检测单位存在诸多分歧。首先是检测标尺，有用HRC，也有用HRA的，因为生产厂家的出厂标准不一致，造成检测指标的混乱；其次是检测部位的不同，有检测夹片端面硬度的，也有检测夹片圆锥面硬度的。
对于这些分歧，笔者认为，就检测指标而言，以HRA为宜。夹片的表面有一层硬化层，厚度约为0.2mm，显然不能满足GB/T230洛氏硬度C标尺对硬化层厚度的最低要求，而A标尺则可以满足实验标准对试样的要求。对于检测部位，检测夹片端面硬度的方法是不符合GB/T230的要求的。如图4所示。由于夹片小端支撑面小，硬度计压头的压力作用线很容易超出支撑面，造成夹片在压力作用下倾斜，从而引起测量误差和数据的分散，另外夹片大端端面的加工刀痕也使得端面的光洁度不能满足GB/T230对试样表面光洁度的要求，使测试数据重复性较差。如此看来，只有检测夹片圆锥面的硬度才是合理的，但必须使用专用的辅助工具（如图5所示）才可能较为准确地进行夹片硬度的检测。
图4 夹片硬度试验示意图
图5 辅助工具示意图
图中起支撑作用的圆柱体2外径与夹片1的内径相吻合，并且焊接在支座3上，支座倾斜角度与夹片的倾斜角相当，从而保证硬度计的压头4垂直作用在夹片1的表面上。
（二）静载锚固性能
锚具的静载锚固性能试验是检测锚具质量最重要的试验，它能综合反映出锚板、夹片的硬度、强度、锚固能力等方面的性能。但是这一试验费时、费工，试验成本很高，且由于操作原因而造成试验失败的也不在少数，笔者多年来从事这一试验，对此深有体会。
试验中发现影响锚具静载锚固性能的因素很多。
钢绞线母材的试验最大力与试验夹具有关，除非断口离夹具钳口30mm以外，否则它的试验结果直接影响到锚具静载效率系数的计算，使得静载效率系数偏高。
不同的钢绞线具有不同的“缺口敏感性”。使用相同强度级别、但由不同厂家生产的钢绞线，对同一批锚具进行静载锚固性能试验，会得到不同的试验结果。
锚夹具安装时的初应力的均匀平衡是试验成败的关键。多孔锚具中各束钢绞线受力状态不均，往往造成个别钢绞线提前破坏，导致试验失败。解决办法之一是用26T的小千斤顶逐孔预紧各束钢绞线，由于各孔间距很小，操作比较困难，必须在千斤顶前端加一条延长管。较好的办法是用工具锚限位板的方式，如GB/T14370-2000 第6．2条图3所示。但这对于检测单位而言，除了增加设备之外，操作也复杂了许多。加载时间对试验结果影响很大。试验中发现在80%持荷之后，尤其是90%荷载之后加载必须以极缓慢的方式进行，否则难以得到满意的试验结果。原因在于在90%荷载之后，钢绞线开始进入屈服阶段，初始状态下钢绞线长度的不均、受力不均、夹片内缩量不同造成的应力差别此时才开始进入调整阶段，只有经过充分的塑性调整之后，各条钢绞线受力才会趋于均匀，从而准确地测量出锚具的静载锚固效率系数。标准对抽检数量规定不明确，造成施工、监理和检测单位的分歧。JGJ85规定锚具进场验收时“只有在同种材料和同一生产工艺条件下生产的产品，才可列为同一批量。锚固多根预应力钢材的锚具或夹具应以不超过1000套为一个验收批。”那么同种材料和同一生产工艺条件下生产的孔数（如六孔、七孔）不同的锚具是否可以作为同一批处理？否则就必须做六孔、七孔锚具各三套的静载锚固性能。若是一个工程同时使用4、5种规格（差别只是锚板孔数不同）的锚具（这在工程中是常见的），那么静载锚固性能检验所消耗的锚具、夹片、钢绞线数量很大，检测单位费时费工，施工送检单位付出高昂的试验费用，同时还要承担这批送检材料的损耗。
建议标准的修订中对这一情况做出明确规定。在产品进场检验中能否考虑将同种材料和同一生产工艺条件下生产的孔数不同的锚具作为同一批抽检，只做一种规格锚板的静载锚固性能检验。或者在单孔静载试验合格的基础上，只做一套锚具的全孔静载锚固性能试验，以节约试验时间和试验成本。
四、结语
标准和规范是检测工作的依据，试验方法作为其中的重要内容应尽可能地细致和明确，以避免由于方法不同而造成检测结果的差异。
【参考文献】
[1]董世民．有关预应力钢绞线、锚夹具的试验检测[J]．建筑科学，1997，(3)．
[2]预应力混凝土钢绞线[S]．GB/T5224-2003．
[3]预应力筋用锚具、夹具和连接器[S]．GB/T14370-2000．
吴源青，韩传岱，陈杰斌 （华南理工大学建筑学院土建工程试验中心，广东 广州 510640）