预应力的锚具

春晓

预应力结构成败的重要关键是在混凝土内部必须建立永久存在的预应力。这个“力”在先张法结构中主要依靠混凝土与预应力钢材间的握裹力来建立。大量的后张结构件及先张结构件在预制时都要采用可靠的锚夹具来保持预应力，使它在结构内产生必要的预应力。由于受到自身结构和构造特征的限制，预应力混凝土连续梁桥的绝大多数是采用后张法施工的。因之，选用一种锚固性能良好、成本低廉、使用简便且又与预应力混凝土连续梁桥修建工艺相适应的锚碇体系，就成为工程的重要课题之一了。
　　我国在50年代刚开始发展顶应力混凝土结构时，在后张预应力混凝土结构中，曾采用过苏联的考罗夫金(KopoBKuH)型混凝土浇注式锚具和对焊于5号钢或25TC螺纹钢筋上的螺丝端杆式锚具。实践证明，这种锚具工艺落后，适应性差，经济性亦不佳，不久就停止使用了。到六十年代初期铁道部大桥工程局仿制了弗莱西奈(Freyesinet)式锚碇18φ5高强钢丝的钢质锥形锚具，以后又发展成能锚固24小5高强钢丝的锥形锚具，并设计制作了850kN的三作用张拉千斤顶。铁道部铁道科学研究院在利用考罗夫金式张拉千斤顶的基础上，吸收了锥形锚具的特点，将考罗夫金式锚具溶化成环销锚，成为第一个有我国特色的钢丝束锚具。与此同时建筑科学研究院研制了锚碇7φ4mm钢绞线或φ12mm高强度低合金钢筋的JM-12系列锚具，并配套设计制选了YC-60型穿芯式张拉千斤顶。同济大学研制成功了SLD-10型及SLD-40型墩头机分别可以镦制φ5高强钢丝及φ12高强度低合金钢筋，并配套研制成镦头锚系列锚碇体系。到七十年代同济大学又研制成功了高强度粗钢筋的冷轧螺纹锚碇体系。建筑科学研究院发展了IM-15型锚具和YC-120型张拉千斤顶。铁道科学研究院也研制了锚碇7φ5mm钢绞线的槽销锚。此外，北京市政工程研究所试制了星型锚具，天津市建工局试制了703型锚具等多种应用铁楔原理锚固7φ5mm钢绞线的锚具。近年来建筑科学研究院在研制圆套筒三片式夹具的基础上发展成能锚院多根钢绞线的群锚体系。交通部公路规划设计院亦在冶金系统试轧精轧螺纹钢筋的同时研制了相应的锚具和张拉千斤顶。上海市政工程设计院亦在镦头锚的基础上发展成耐疲劳性能技好的冷铸(镦头)锚具。
　　后张法预应力混凝土结构所使用的锚具，就其锚固原理，主要可分为机械锚固和摩阻锚固二大类。机械锚固类锚具是在预应力钢材的端部采用机械加工的方法，在钢材端部形成一个适宜于锚碇的工作条件来加以锚固。例如，在粗钢筋的端部对焊一段带有螺纹的钢杆(螺丝端杆法)；套上一段带有螺纹的钢杆，再用冷挤压方法使“套筒”部分与钢筋结合成一体传递拉力(CCL法)，直接在粗钢筋上冷轧或热轧出螺纹(“轧丝锚”法，Dywidag法)；把高强钢丝或较小直径的粗钢筋端部镦粗(或压扁)，形成变形的粗头锚固(徽头锚法，BBRV法)等。这类锚具最终大多是通过各种形状的“螺母”的承压作用，把预应力钢材的预加力传递到构件上去。利用各种形状的抵承块起承压作用的锚碇体系，如Leonhrdt法、Leoba法等亦属此类。这类锚具通常用于锚碇高强度粗钢筋或集束型高强钢丝。个别也有锚碇单根或多根钢绞线的。它们的普遍特点是锚具应力损失较小，连接比较方便，在未灌浆前可以重复张拉或放松以调整预应力。摩阻锚固类锚具是利用楔形锚固原理，将预应力钢材“挤紧”形成锚碇作用。这类预应力锚具通常由带圆楔形内孔的“锚圈”和一个圆锥形的“锚塞”(或一组圆锥形夹片)，组成。锚塞或夹片与钢筋接触的部位均制有齿槽，以增大与钢材的摩限力量。早期也有将锚具制成带楔形槽的锚板及楔块式的锚销的(Magnel法)，现因使用不便，锚力较小而不常用了。这类锚具在组成上可有多种变化。一套锚圈和一个锚塞锚碇多根钢丝或钢绞线(槽销锚、星形锚、Freyssinet法等)；一个锚圈和一组锥形夹片锚旋多根高强钢筋或钢绞线(JM-12型、JM一15型锚具等)。一个锚圈配一组锥形夹片(可用二片或三片一组)锚旋一根粗钢筋或钢绞线(Presteel Corporation法，Atlas Prestressing Corporation扶等)或将多根单独用锥形夹具锚固的钢绞线集合锚固在同一块锚板上(XM锚，QM锚，VSL法、Freyasinet法、Tea it法等)。这类锚锭方法品种较多应用也较广。它们的共同特点是锚力变化较多、吨位较大(单个锚其可大达一万千牛以卜)，穿索比较方便；不足之处是锚具应力损失较大，要重复张拉或连接较不方便。
　　后张法构件中采用的锚具，按照所锚碇的预应力筋的不同分为：粗钢筋锚具、钢丝束锚具、以及钢纹线束锚具三类。