陳鈺燁 蔣業(yè)東

【摘 要】文章介紹了國標(biāo)GB/T 14370—2015、歐標(biāo)ETAG 013和EN 13391：2004在預(yù)應(yīng)力錨具疲勞性能試驗(yàn)方面的規(guī)定，并以國內(nèi)某自主品牌錨具作為試驗(yàn)對象，參照ETAG 013、EN 13391：2004對其進(jìn)行疲勞性能試驗(yàn)，在檢驗(yàn)我國自主品牌錨具抗疲勞性能的同時(shí)，分析研究中、歐標(biāo)準(zhǔn)在錨具疲勞性能試驗(yàn)方面的差異性。疲勞試驗(yàn)結(jié)果表明，我國部分自主品牌錨具抗疲勞性能表現(xiàn)優(yōu)異，能很好地滿足歐洲疲勞性能試驗(yàn)要求，同時(shí)針對國標(biāo)GB/T 14370—2015在錨具疲勞性能試驗(yàn)方面存在的不足提出改進(jìn)建議。

【關(guān)鍵詞】疲勞性能;預(yù)應(yīng)力;錨具;試驗(yàn)

【中圖分類號】TU378 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2020）05-0058-04

0 前言

隨著我國預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)的不斷發(fā)展，預(yù)應(yīng)力錨具產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于道路、橋梁、房建等基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，其性能可靠性將直接影響工程結(jié)構(gòu)的安全性，其重要性不言而喻。為確保預(yù)應(yīng)力錨具產(chǎn)品質(zhì)量，我國在1993年制定了自己的國家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)《預(yù)應(yīng)力筋用錨具、夾具和連接器》（GB/T 14370—93），并結(jié)合國情相繼在2000年、2007年、2015年進(jìn)行了3次修訂，不斷完善預(yù)應(yīng)力錨具產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，逐步向國際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)靠攏。

歐洲標(biāo)準(zhǔn)不僅在歐洲28國執(zhí)行，國際大預(yù)應(yīng)力公司也多在歐洲，它們在中東、東南亞、澳洲、非洲等國家修建的眾多預(yù)應(yīng)力工程也都執(zhí)行歐洲標(biāo)準(zhǔn)[1]，因此《后張預(yù)應(yīng)力體系歐洲技術(shù)認(rèn)可準(zhǔn)則》（ETAG 013）和《后張預(yù)應(yīng)力體系的力學(xué)性能試驗(yàn)》（EN 13391：2004）成為當(dāng)今世界上最獲廣泛認(rèn)可與應(yīng)用的預(yù)應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范?！逗髲堫A(yù)應(yīng)力體系歐洲技術(shù)認(rèn)可準(zhǔn)則》（ETAG 013）是歐洲技術(shù)認(rèn)證組織（EOTA）在2002年發(fā)布的，隨后歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會（CEN）在2004年發(fā)布了《后張預(yù)應(yīng)力體系的力學(xué)性能試驗(yàn)》（EN 13391：2004）。因EN 13391：2004是參考ETAG 013進(jìn)行編制的，故二者認(rèn)可準(zhǔn)則基本相同，ETAG 013較EN 13391：2004操作規(guī)范更詳細(xì)。

我國新修訂的《預(yù)應(yīng)力筋用錨具、夾具和連接器》（GB/T 14370—2015）自2016年8月實(shí)施至今已有3年，其在錨具靜載錨固性能、錨固區(qū)傳力性能等方面，已與ETAG 013和EN 13391：2004基本保持一致，但在疲勞性能試驗(yàn)方面仍存在較大差別。

本文擬通過對比GB/T 14370—2015與ETAG 013、EN 13391：2004在錨具疲勞性能試驗(yàn)方面的要求，并以國內(nèi)某自主品牌錨具作為試驗(yàn)對象，參照ETAG 013、EN 13391：2004要求進(jìn)行疲勞性能試驗(yàn)，在檢驗(yàn)我國自主品牌錨具抗疲勞性能的同時(shí)，分析研究中、歐標(biāo)準(zhǔn)在錨具疲勞性能試驗(yàn)方面的具體差異。

1 中、歐疲勞性能試驗(yàn)要求對比

為清晰地對比GB/T 14370—2015與ETAG 013、EN 13391：2004在疲勞性能試驗(yàn)方面的差別，將其試驗(yàn)方法和要求分項(xiàng)列入表1。

從表1對比得出以下結(jié)論。

（1）GB/T 14370—2015與ETAG 013、EN 13391：2004在試驗(yàn)應(yīng)力上限、最小應(yīng)力幅、循環(huán)次數(shù)、試樣破壞情況要求基本一致。

（2）在預(yù)應(yīng)力筋安裝根數(shù)要求方面，GB/T 14370—2015對于當(dāng)疲勞試驗(yàn)機(jī)能力不夠時(shí)，必須安裝的預(yù)應(yīng)力筋根數(shù)比ETAG 013、EN 13391：2004略多些，對試驗(yàn)效果影響不大。

（3）在試驗(yàn)次數(shù)方面，對于系列產(chǎn)品大中小試驗(yàn)規(guī)格的選取規(guī)則存在稍許差異，GB/T 14370—2015考慮到試驗(yàn)結(jié)果可能存在一定的偶然性，為保證試驗(yàn)結(jié)果的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，因此規(guī)定每種規(guī)格需進(jìn)行3次試驗(yàn)，試驗(yàn)組數(shù)較ETAG 013、EN 13391：2004多1～2組。

（4）在試驗(yàn)前試件安裝要求方面，GB/T 14370—2015與ETAG 013、EN 13391：2004存在明顯差異。具體表現(xiàn)如下：GB/T 14370—2015沒有制定針對疲勞試驗(yàn)的具體安裝要求，僅在“試驗(yàn)用預(yù)應(yīng)力筋—錨具、夾具或連接器組裝件”的一般規(guī)定中要求各根預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)平行受拉;而ETAG 013、EN 13391：2004明確要求需模擬實(shí)際工況中預(yù)應(yīng)力筋-錨具組裝件的預(yù)應(yīng)力筋在錨具內(nèi)及在波紋管入口處發(fā)生的偏折和部件與預(yù)應(yīng)力筋的相對運(yùn)動，意味著錨具廠家不僅要保證在荷載變動下錨板與夾片對預(yù)應(yīng)力筋具有良好的夾持錨固性能，還需考慮預(yù)應(yīng)力筋偏折引發(fā)的局部應(yīng)力集中及預(yù)應(yīng)力筋在荷載作用下與錨口發(fā)生反復(fù)摩擦對整個(gè)試驗(yàn)的影響，故其試驗(yàn)難度相對GB/T 14370—2015更大，對預(yù)應(yīng)力錨固體系的錨固性能提出更高的要求。

2 疲勞性能試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)參照歐洲標(biāo)準(zhǔn)ETAG 013、EN 13391：2004有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

2.2 試樣選擇

（1）錨具規(guī)格：選取最常用的產(chǎn)品規(guī)格型號為15系列12孔預(yù)應(yīng)力錨具組件進(jìn)行本次試驗(yàn)。

（2）鋼絞線規(guī)格：選用歐洲國家常用規(guī)格型號1×7-15.70，強(qiáng)度級別為1 860 MPa，公稱截面面積為150 mm2的鋼絞線。

（3）產(chǎn)品廠家：錨具組件和預(yù)應(yīng)力筋均選用國內(nèi)自主品牌產(chǎn)品。

（4）制作混凝土試件的混凝土標(biāo)號：采用項(xiàng)目張拉施工常用的C50混凝土。

2.3 試驗(yàn)前混凝土試件準(zhǔn)備

（1）制作混凝土試件，混凝土試件內(nèi)包含錨墊板、喇叭管、一小截波紋管、螺旋筋和輔助鋼筋（如圖1所示）。為更好地驗(yàn)證產(chǎn)品性能，消除偶然性因素對試驗(yàn)結(jié)果的影響，本次試驗(yàn)按ETAG 013、EN 13391：2004最高試驗(yàn)組數(shù)要求進(jìn)行兩組試驗(yàn)，同時(shí)制作2塊混凝土試件。

（2）混凝土試件在澆筑1 d后拆模進(jìn)行濕養(yǎng)護(hù)，待混凝土試件強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度50 MPa后開始試驗(yàn)。

2.4 試驗(yàn)步驟

（1）把錨具組裝件（如圖2所示）裝到疲勞試驗(yàn)機(jī)上，預(yù)緊每根鋼絞線，并加載至80% fpk。在試驗(yàn)正式開始前加載應(yīng)力至80% fpk，其目的是為了讓夾片能穩(wěn)定地夾緊鋼絞線，降低夾片在試驗(yàn)過程中在交變應(yīng)力作用下發(fā)生松脫導(dǎo)致夾持失效的概率。

說明：受疲勞試驗(yàn)機(jī)安裝空間所限，疲勞試驗(yàn)機(jī)下端高度不夠，無法安裝混凝土試件，因此在疲勞試驗(yàn)機(jī)上端操作平臺上安裝混凝土試件、工作錨板和工作夾片，在疲勞試驗(yàn)機(jī)的下端僅安裝工作錨板和工作夾片，為更貼近實(shí)際使用工況，在此端增設(shè)一個(gè)與波紋管材質(zhì)、內(nèi)徑尺寸完全相同的約束圈，用來模擬預(yù)應(yīng)力筋在波紋管入口處發(fā)生的偏折，約束圈到工作錨板的距離L與混凝土試件中工作錨板到波紋管入口的距離保持一致。

（2）卸載，以不超過10 Hz的恒定加載頻率加載至試驗(yàn)應(yīng)力上限值maxF=6×279×0.65=1 088.1 kN。應(yīng)力幅度ΔF=maxF-minF=72 kN在整個(gè)試驗(yàn)過程中保持不變。在應(yīng)力幅度為80 MPa的水平上進(jìn)行200萬次荷載循環(huán)試驗(yàn)。

試件在試驗(yàn)中應(yīng)避免二次擺動。在組裝試件并將試件安裝上試驗(yàn)機(jī)時(shí)應(yīng)特別注意，以確保加載力能均勻地分配給受拉預(yù)應(yīng)力筋。

2.5 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.5.1 混凝土立方體試塊抗壓強(qiáng)度

試驗(yàn)開始時(shí)同條件養(yǎng)護(hù)混凝土立方體試塊（150 mm×150 mm×150 mm）抗壓強(qiáng)度見表2。

2.5.2 疲勞性能試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.5.2.1 疲勞性能試驗(yàn)結(jié)果

兩組試件的疲勞性能試驗(yàn)結(jié)果見表3，試驗(yàn)后試樣情況如圖4所示。

2.5.2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

（1）完成疲勞性能試驗(yàn)后，拆除鋼絞線，拆開錨具組裝件，仔細(xì)檢查工作錨板、工作夾片和鋼絞線等零件情況發(fā)現(xiàn)，鋼絞線表面除了有正常的夾片夾持咬合痕跡，以及在與波紋管貼合處有輕微刮痕外，各零件無破損，試驗(yàn)完全滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，證明國內(nèi)一些自主品牌錨具的抗疲勞性能表現(xiàn)優(yōu)異，能很好地滿足歐洲疲勞試驗(yàn)要求。

（2）試驗(yàn)后鋼絞線表面與波紋管貼合處有刮痕，證明錨具錨口處設(shè)計(jì)也是影響錨具抗疲勞性能的因素之一，如錨墊板高度設(shè)計(jì)過低，易導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力筋在錨墊板喇叭口轉(zhuǎn)角處的彎折角度偏大，當(dāng)預(yù)應(yīng)力筋在此處受到的擠壓應(yīng)力超過限值時(shí)，極易產(chǎn)生微裂紋，微裂紋在交變應(yīng)力作用下逐漸緩慢擴(kuò)展，最終導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力筋發(fā)生剪切破壞，試驗(yàn)失敗。歐標(biāo)ETAG 013、EN 13391：2004的疲勞性能試驗(yàn)綜合考慮了錨口處對錨具抗疲勞性能的影響，檢驗(yàn)了錨具的錨口設(shè)計(jì)是否合理，更具科學(xué)性，而國標(biāo)GB/T 14370—2015雖提出“與預(yù)應(yīng)力筋中心線偏角最大的預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)包含在試驗(yàn)范圍內(nèi)，但在具體試驗(yàn)安裝操作方法上卻沒有給出詳細(xì)、明確的要求，造成在實(shí)際試驗(yàn)操作時(shí)存在不確定性，易被一些不法錨具廠家鉆空子，這些不法錨具廠家為降低產(chǎn)品成本，隨意減小錨墊板高度，而在疲勞性能試驗(yàn)中僅采用錨板和夾片進(jìn)行試驗(yàn)，致使錨墊板高度減小后產(chǎn)品依然能順利通過國標(biāo)GB/T 14370—2015疲勞性能試驗(yàn)。這些問題產(chǎn)品如果被應(yīng)用在工程上，將給工程帶來嚴(yán)重的安全隱患。建議國標(biāo)GB/T 14370—2015在今后修訂中增加具體試驗(yàn)方法要求，以減少由于試驗(yàn)方法不明確所造成的試驗(yàn)結(jié)果差異，同時(shí)消除產(chǎn)品安全隱患。

（3）在兩組試驗(yàn)結(jié)束后，觀測到約束圈一端的鋼絞線，其與約束圈接觸面表面刮痕均較波紋管處端淺，其深度約為波紋管處的1/3，反映出約束圈與混凝土試件兩者在對試驗(yàn)效果影響方面存在一定的差異性，約束圈較混凝土試件更有利于試驗(yàn)的通過。目前，一些項(xiàng)目因受到試驗(yàn)籌備期較短或受試驗(yàn)條件所限，或錨具廠家基于試驗(yàn)時(shí)間、試驗(yàn)成本等方面的考慮，在進(jìn)行錨具疲勞性能試驗(yàn)時(shí)，采用在錨具兩端均安裝約束圈的方式替代混凝土試件進(jìn)行試驗(yàn)。本次試驗(yàn)結(jié)果表明在錨具兩端完全采用約束圈模擬混凝土試件進(jìn)行試驗(yàn)的方法有待商榷。

3 結(jié)語

我國屬強(qiáng)震多發(fā)國家，預(yù)應(yīng)力錨具疲勞性能試驗(yàn)作為預(yù)應(yīng)力筋-錨具組裝件可靠性和耐久性的重要評判指標(biāo)，更值得我們加以關(guān)注和重視。國內(nèi)預(yù)應(yīng)力技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，取得了長足的進(jìn)展，技術(shù)水平獲得顯著地提升，部分產(chǎn)品性能已經(jīng)完全達(dá)到甚至超過國際標(biāo)準(zhǔn)要求，但由于我國標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)要求低于國際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，所以當(dāng)錨具廠家擬進(jìn)行錨具產(chǎn)品出口時(shí)，按我國標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的試驗(yàn)報(bào)告不被國外客戶所接受，需要重新按國際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)，標(biāo)準(zhǔn)不接軌在一定程度上制約了錨具產(chǎn)品出口，不利于我國錨具產(chǎn)品走出國門參與國際市場的競爭，建議在今后國標(biāo)GB/T 14370—2015修訂中，對標(biāo)國際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，提高我國在錨具疲勞性能方面的要求，在進(jìn)一步提高產(chǎn)品安全性的同時(shí)，提升中國標(biāo)準(zhǔn)與國際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的一致性水平，助推中國制造、中國品牌國際競爭力提升。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]陳茜，馮大斌，于濱，等.國家標(biāo)準(zhǔn)《預(yù)應(yīng)力筋用錨具、夾具和連接器》新增內(nèi)容解讀[J].建筑科學(xué)，2015，31（9）.

[2]GB/T 14370—2015，預(yù)應(yīng)力筋用錨具、夾具和連接器[S].

[3]ETAG 013：2002，Guideline for European Techanical Approval of Post-tensioning Kits for Prestressing of Structures[S].

[4]EN 13391：2004，Mechanical Tests for Post-tensi-oning Systems[S].