全 文 ：预应力混凝土双压花锚具性能受持续
荷载影响的试验＊
赵　均　张志强
(北京工业大学 建筑工程学院　北京　100022)
　　摘　要:通过对用于预应力混凝土的一种新型双压花锚具足尺寸试件的试验 , 研究这种锚具在持续荷载
下的变形特点 、不同持荷应力水平的影响以及锚具受持续荷载后的承载力等问题 , 并给出持续荷载阶段锚具
变形计算的建议公式。
　　关键词:预应力混凝土　锚具　持续荷载
EXPERIMENTON THE BEHAVIOR OF DOUBLE_BALL ANCHORAGE IN
PRESTRESSED CONCRETE SUBJECTED TO SUSTAINED LOADING
Zhao Jun　Zhang Zhiqiang
(College of Architecture and Civil Engineering , Beijing University of Technology　Beijing　100022)
Abstract :Full_size specimens of the double_ball anchorage system used in prestressed concrete structures were tested to
investigate its behavior under sustained loads , its maximum load_carrying capacity and the influence of stress levels of
sustained loads on its performance.The formula for estimating its deformation related to sustained loads is proposed.
Keywords :prestressed concrete　anchorage　sustained load
＊北京市建筑工程研究院为本文研究提供了试件试验条件 , 在此表
示感谢。
第一作者:赵　均　男　1954年 9月出生　教授　国家一级注册结
构工程师
E-mail:jzhao0415@163.com
收稿日期:2006-01-03
　　用于后张法预应力混凝土结构的预应力锚固体
系具有不同的构造类型。目前工程上采用的压花锚
具属于粘结式锚具 ,其基本构造形式是将钢绞线端
头用液压压花机压成如同梨形的一个压花(单压
花),通过将其浇筑在混凝土中 ,以此实现对预应力
钢绞线的锚固。它具有构造简单 、施工方便 、价格低
廉等突出优点。然而 ,这种单压花锚具由于其构造
上的某些不足 ,在应用中受到一些限制[ 1 , 2] 。针对这
种情况 ,近年来 ,北京市建筑工程研究院等单位开发
研制了双压花锚具 ,即将锚具端部的压花个数由一
个增加到两个。在对双压花锚具的构造设计 、力学
性能等进行了一系列试验研究和分析工作[ 3 , 4] 的基
础上 ,又进行了批量试件的试验[ 5] ,以进一步检验和
研究其性能 ,使其能在工程中应用与推广。
本文为对这种新型双压花锚具进行批量试验中
得到的与试件受持续荷载作用有关的研究结果 ,主
要对研究锚具在荷载持续作用阶段的变形特点 、不
同持荷应力水平的影响以及锚具受持续荷载后的承
载力进行研究 ,并给出荷载持续阶段锚具变形增量
计算的建议公式 。
1　试验概况
1.1　试件构造
本试验的双压花锚具试件均采用足尺寸试件
(见图 1)。试件长度(不包括外伸钢绞线部分)为
500mm ,截面尺寸为 200mm×200mm ,混凝土强度等
级为 C30 ,预应力筋采用 1 860MPa 级 7 5钢绞线。
所有试件均采用相同的材料和构造设计。
图 1　双压花锚具试件的构造形式
预应力钢绞线埋入混凝土的锚固段为平直段和
前后两个压花 ,第一个压花前端设有承压钢板 ,两个
压花的直径最大处均设有支撑环 。双压花的总长度
范围约 260mm ,压花最大直径为 65 ～ 75mm 。
56　　Industrial Construction Vol.36 , No.11 , 2006 工业建筑　2006 年第 36 卷第 11期
DOI :10.13204/j.gyjz2006.11.014
1.2　试验方案及实施
试验在北京市建筑工程研究院进行 。在批量试
件的试验中 ,用于研究持续荷载性能的试件为 4个 ,
其编号分别为 4 、11 、19 、20 号。采用的试验装置如
图2所示。加载设备采用工程用穿心千斤顶和传力
套筒 ,在千斤顶与试件间放置压应力传感器 ,以测得
荷载值。钢绞线的拔出量通过百分表测量 ,将一块光
滑平齐的专用测板固定在试件端部的钢绞线上 ,并尽
量使测板与混凝土端部截面贴紧 ,以减少试件拉拔时
钢绞线变形对锚具拔出量实测值的影响。
1-试件;2-百分表;3-套筒及支撑;4-压力传感器及支撑;
5-油压千斤顶及支撑;6-DH3818数据采集仪;
7-计算机;8-油泵
图 2　试验装置示意
参照预应力施工过程中的张拉控制应力 ,将 4 、
11号试件的持荷应力水平 σ定为 0.75f ptk;为了考
察不同应力水平的影响 , 19号和 20 号试件采用了
更高的持荷应力 ,分别为 0.8f ptk和 0.9f ptk 。
试验开始后 ,首先对试件分级施加静力荷载至
预定应力水平 ,然后保持荷载大小不变 ,持荷时间为
24h。其间 ,每隔 5min 或 10min 采集一次拔出量数
据。24h后 ,恢复分级加载 ,每级加载 10kN ,直至试
件破坏。
2　试验结果及分析
2.1　试验量测结果
图3给出了 4个试件在持荷阶段的钢绞线拔出
量与时间关系实测曲线。表 1给出了试验中相关量
测数值。需要说明的是 ,本试验各试件通过静力分
表 1　试验主要量测数据
试件编号 4 11 19 20
持荷应力 MPa 1 395 1 395 1 488 1 674
持荷起始点拔
　出量读值 mm
7.97 4.36 8.99 9.88
持荷终点拔出
　量读值 mm
9.02 5.43 11.22 11.76
持荷阶段拔出
　量总增量 mm
1.05 1.07 2.23 1.88
破坏荷载 kN 262.40 275.00 257.20 237.00
最大拔出量 mm 16.74 12.52 16.55
破坏形态 试件劈裂 钢绞线拉断 钢绞线拉断 锚口断裂
级加荷达到预定持荷应力值时 ,已有相应的拔出量
(由于各试件实际初始状况的差异 ,此值有一定离散
性),但由于本文重点研究的是持荷阶段的拔出量发
展变化规律 ,所以图3的绘制是以此时刻为起始点 ,
只给出其后阶段的拔出量与时间的关系。
a-4号试件(σ=0.75f ptk);b-11号试件(σ=0.75f ptk);
c-19号试件(σ=0.8 f ptk);d-20号试件(σ=0.9f ptk)
图 3　持荷阶段钢绞线拔出量-时间实测曲线
2.2　持荷阶段锚具变形特点及持荷应力水平影响
试验结果表明 , 4个试件持荷阶段钢绞线拔出
量与时间的关系曲线形状大体相同 ,并有以下特点:
1)持荷阶段拔出量的发展变化大致分为 3个阶
段:第一阶段 ,拔出量在短时间内快速增长 ,表现为
斜率很大的直线上升段;第二阶段 ,钢绞线拔出量的
增加速度不断减慢 ,是斜率连续减小的一段曲线;第
三阶段 ,是斜率极小(近似水平)的直线段 ,钢绞线拔
57预应力混凝土双压花锚具性能受持续荷载影响的试验———赵　均 , 等
出量随着时间的增加而缓慢增长 ,可近似视为基本
不变 。
2)持荷所产生的锚具变形增量主要完成于前两
个阶段 ,而且以第一阶段为主。从试验结果看 , 4个
试件开始持荷后 ,在拔出量快速增长的第一阶段 ,拔
出量及其所需时间因不同的持荷应力水平而有所不
同 ,但均历时不长(持荷应力水平高者用时多一些)。
持荷应力为0.75f ptk的 4号和 11号试件第一阶段分
别用时35 、50min ,拔出量约 0.7mm ,占 24h持荷阶段
总拔出量的70%;持荷应力为 0.8f ptk的 19号试件用
时 60min , 拔出量约 1.37mm , 占持荷总拔出量的
61%;持荷应力为 0.9f ptk的 20号试件用时 80min ,拔
出量约 1.23mm ,占持荷总拔出量的 65%。各试件
前两阶段总用时则相差不多:4 号和 11号试件为
160min 、19号试件为 145min 、20号试件为 190min ,产
生的拔出量分别约占持荷总拔出量的 85%、85%和
90%。
3)持荷应力水平的不同还明显地影响到了总拔
出量 。根据试验实测结果 ,持荷应力水平为 0.75f ptk
的两个试件 24h 钢绞线总拔出量的平均值为
1.06mm ,而持荷应力水平为 0.8f ptk和 0.9f ptk的试件
为分别为 2.23mm和 1.88mm ,即分别比前者增大了
110%和 77%。由于试件较少 ,实测结果显然有离
散性 ,但仍表明了当持荷应力水平较高时 ,荷载增大
不多就能导致拔出量有较大幅度的增长 。这一点应
引起重视 。
2.3　持荷阶段锚具变形计算
上述试验结果表明 ,双压花锚具在持荷阶段锚
具变形的增量 Δd 随持荷时间t 而变化的过程 ,具有
较为明显的规律性。建议采用如下公式计算:
Δd =aInt +b (1)
式中 ,变形增量 Δd 和持荷时间 t分别以 mm 和 min
为单位;参数 a 和b 与持荷应力 、混凝土强度等因
素有关 ,应通过试验确定 。
根据本试验 4号和11号试件的实测数据 ,当混
凝土强度等级为 C30 、持荷应力采用规范中所规定
的 σ=0.75fptk时 , 可初步取为 a =0.111 5 , b =
0.265 4。相应的曲线与实测结果的比较见图 4。鉴
于本文试验的试件数量少 ,建议就此作进一步研究 。
该公式可用于估算在荷载持续作用下由锚具变
形所造成的预应力损失时参考 。
2.4　荷载持续作用对锚具最大承载力的影响
试件历经 24h 持续荷载后 ,再度分级加载至破
坏 ,得到最大承载力。将其与同批次无持荷经历的
图 4　拔出量-持荷时间关系的建议曲线(σ=0.75f ptk)
　　
其他 28个试件静力拉拔试验[ 5] 比较 ,可以反映荷载
持续作用的影响。因本研究项目试件的钢绞线最大
受拉承载力与试件混凝土破坏的承载能力相差不
多 ,因此 ,由于材料的离散性 、施工制作及试验等环
节产生的误差 ,批量试验中无持荷经历静力拉拔试
验各试件的破坏形式不尽一致。扣除掉5个试件的
钢绞线在与千斤顶连接时被夹持钢绞线的工具锚夹
断(锚口断)这种不正常破坏情况外 ,其余 23个试件
的破坏形式 ,或为混凝土劈裂破坏 ,或为钢绞线拉
断 ,或为混凝土开裂后钢绞线拉断 ,其承载力平均值
为 259.7kN 。而由表 1可见 , 4个持荷试件中 ,除 20
号试件发生锚口断 ,其余 3个试件分别发生钢绞线
拉断和混凝土劈裂破坏 , 最大承载力平均值为
264.9kN 。两者相比 ,表明 24h持荷对锚具的最大承
载力未造成不利影响。
3　结　论
1)双压花锚具由于持荷所产生的锚具变形增量
的发展变化可以分为三个阶段 ,其中绝大部分变形
量在前两个阶段(即较短时间内)完成 ,而第三阶段
增长很少 。这一特点可为该锚具减小预应力损失的
措施提供思路 。
2)持荷应力水平的提高可导致持荷阶段锚具总
变形的明显提高。
3)本文给出了计算持荷阶段锚具变形增量随时
间而变化的建议公式 ,供工程设计中计算预应力损
失时参考使用 。
4)24h持荷作用未造成锚具最大承载力下降。
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58 工业建筑　2006 年第 36 卷第 11期