預應力鋼絞線拉伸試驗中新型夾具的研究

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   時間:2014-03-11 14:42:54
預應力鋼絞線拉伸試驗中新型夾具的研究簡介
     無粘接預應力鋼筋混凝土作為一種新型的建築材料、新的施工技術,由於其具有諸多的優越性,越來越受到建設……
預應力鋼絞線拉伸試驗中新型夾具的研究正文
   無粘接預應力鋼筋混凝土作為一種新型的建築材料、新的施工技術,由於其具有諸多的優越性,越來越受到建設、設計、施工部門的青睞。對於無粘接預應力鋼筋混凝土的核心材料——無粘結預應力鋼絞線的質量複試試驗,我國目前都是在大行程萬能試驗機上採用加長的V型鉗口對其實施夾持來完成的。

在鋼絞線拉伸試驗時發現:鋼絞線被破壞時,多數情況是只有一根鋼絲被拉斷。此時的鋼絞線抗拉極限荷載偏低,有時甚至低於同批鋼絞線錨具組合件的抗拉極限荷載,於是就出現了錨具組合件的效率係數大於1的試驗結果。這樣的結果在理論上說是不合理的。

通過對經過拉伸的鋼絞線進行觀察:鉗口在鋼絞線各股外層鋼絲上的壓痕是不連續的,壓痕的總長是不相等的,最多相差15%;壓痕的起止點也是不同步的,最多相差25mm(夾持範圍為225mm)。鋼絞線是由六股外層鋼絲圍繞著一股芯絲呈螺旋狀絞制而成的。鋼絞線被V型鉗口夾持時,鋼絞線的最大輪廊線所圍成的圓柱體與V型鉗口所構成的正四棱孔形成了相內接的幾何關係;可是就其任一橫截面而言又不盡相同。為敘述簡便把鋼絞線的橫截面簡化為正六邊形,鋼絞線的軸心為形心,鋼絞線各股外層鋼絲距軸心的最遠點為正六邊形的六個頂點;V形鉗口所圍成的正四邊形的形心與正六邊形的形心重合。在圖1所示的情況下,六邊形的二個頂點與四邊形的邊有相接的關係,其餘四個頂點距邊框(鉗口)的剛性接觸的最小距離為0.56mm。在圖2所示的情況下,在四個頂點與鉗口的剛性的最小距離為0.21mm,實際上,V型鉗口與鋼絞線的接觸是塑性的,鉗口留在鋼絞線上的壓痕深度為0.3mm左右;在塑性接觸情況下這四個頂點應當能與鉗口相接。上述二種情況在225mm的夾持長度範圍內可能各自出現10次。任何時刻都不會有六個頂點同時與鉗口相接的截面出現。由此,可以得出一個肯定的結論:V型鉗口無法對鋼絞線的六股外層鋼絲實現均勻夾持,這就是造成上述壓痕不連續、總長不等、起止點不同步的原因。

鋼絞線所承受的拉荷載是萬能機通過鉗口與鋼絞線外層鋼絲之間摩擦力傳遞過來的。而磨擦力的大小與受力面積之間存在著一個增函數的關係,壓痕越深、接觸面積之和越大的鋼絲所承受的拉荷載就越大,反之就越小。由於各股鋼絲所受磨擦力不同,相對於鉗口會產生不等量的滑移。而鋼絞線的理論伸長率很小,只相當於普通碳素結構鋼的1/7左右,因此,滑移量的差異對各股外層鋼絲的實際伸長率的影響就顯得更為突出了。實際伸長率大的鋼絲自然要先於實際伸長率小的鋼絲被拉斷。可見由於鋼絞線各股外層鋼絲與V型鉗口的接觸面情況不同其承受的拉荷載也不同,達到極限荷載的時刻也不同,這樣所測得的鋼絞線的極限荷載必然要不同程度的低於其實際極限荷載。因此,改良夾具,提高夾具對鋼絞線夾持的均勻性和可靠性是提高檢測結果準確度的關鍵。

經反覆研究我們設計製造了一套新的園型夾具及配套附件,其最大特點是:鉗口是環形的,當它夾持住鋼餃線之後,在其任一橫截面上鉗口所圍成的圖形都是一個圓(見圖3),這就保證了鉗口能與鋼餃線的六股外層鋼絲同時相內接。對用這種新夾具做完拉伸試驗后的試件進行觀察:鉗口留在鋼餃線六股外層鋼絲上的壓痕基本上都是連續的,長度相等,深度均勻,起止點完全同步。表1所列是分別用新型的圓鉗口在LYWJ2-100t萬能試驗機(鉗口最大間距750mm)上對鋼鉸線進行拉伸試驗的檢測結果與某國家級試驗室用V型專用萬能機上對鋼餃線進行拉伸試驗的檢測結果的統計對照。對照表明,利用園鉗口得到的檢測結果的準確度要高於V型鉗口。


鋼餃線拉伸試驗的檢測結果
 


表1鉗口型式試驗次數強度級別極限強度(MPa)鋼絲塑斷鋼絲(根/次)均值最大值最小值均值最大值最小值圓型2018602000210819503.257/1次1/2次V型211860193119721901
 

這套新夾具基本上解決了三個問題:1、無粘接預應力鋼餃線的試驗能夠在普通的LYWJ2-100t萬能試驗機上進行,從而拓寬了LYWJ2-100t萬能機的使用功能。2、由於鋼餃線各股外層鋼絲受力均勻,其抗拉極限荷載的測度結果得到了提高的同時也提高了檢測結果的準確度。3、做到了試驗方法更加接近工程實際中鋼餃線的錨固方式。這種新夾具的研製成功為鋼餃線的拉伸試驗找到了一個更為合理的試驗方法。

在這套夾具的基礎上只要更換個別零件即可完成其他規格鋼餃線的試驗。

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