国家标准《预应力筋用锚具、夹具和连接器》新增内容解读

     作者：陈  茜，冯大斌，于  滨，朱  莹（中国建筑科学研究院，北京100013）

    [摘要]国家标准《预应力筋用锚具、夹具和连接器》(GB/T 14370-2007)已经完成修订，本文对锚固区传力性能、低温锚固性能、锚板强度及拉索用锚具和纤维增强复合材料筋用锚具等新增内容进行了解读，便于生产厂家和施工单位更好地理解和应用本标准。

    [关键词]预应力筋；锚具；夹具；连接器

    [中图分类号]   TU378.8    [文献标识码]A

Explanation of Added Content in the National Standard of Anchorage, Grip and Coupler for Prestressing Tendons

Chen Qian, Fen,g Dabin.,  Yu Bin, Zhu Ying( Chin,a Academy of Buildin,g Research,BeLjing 100013, Chin.a)

Abstract: The revision of the National Standard of Anchorage, Crip and Coupler for Prestressin,g Tendons( GB/T14370-2007)has been completed. The standard adds load transfer performance in anchorage zone, anchoringperformance at low temperature, strength of anchor head, anchorage for cable and fiber-reinforced composite barsetc. In this paper, the added contents are explained to help manufacturers and construction units to understand anduse.

Keywords:   prestressing  tendon; anchorage; grip; coupler

    1  引言

    国家标准《预应力筋用锚具、夹具和连接器》(CB/T 14370-2007)已经完成修订，与2007版标准相比，本次修订新增了不少内容，本文将对部分新增内容进行解读，便于生产厂家和施工单位更好地理解和应用本标准。

    2  新增内容解读

    2.1锚固区传力性能及试验方法

    原标准对与锚具配套的垫板及锚下构造没有提出明确的技术性能要求．导致作为锚具传力关键部件的垫板及螺旋筋无法检测，产品生产和质量控制处于无序状态，有些生产厂家为了节约成本，未经充分的试验验证，把锚具做得越来越小，垫板做得越来越薄，锚后配置的加强钢筋也越来越少，造成工程中局部受压质量事故时有发生，影响了工程质量。因此，为了保证锚固区的安全性、促进锚具新产品的推广应用以及提供国外锚具产品的准人验证，增加了相关要求和检测方法，以锚固区传力性能试验及合格标准的形式，间接规定了锚垫板和螺旋筋的产品质量要求。

    国外各标准中锚固区传力性能试验采用的加载方法有所不同，有单调加载、循环加载和持荷加载三种加载方法。例如美国后张预应力协会PTI“后张预应力体系验收标准”采用的是单调加载，欧洲标准ETA013以及国际预应力混凝土协会FIP 1993采用循环加载，而美国规范AASHTO则对上述三种方法均接受。从试验时间上看，持荷加载所需的时间超过48h，最为接近实际结构中的锚固区传力情况，但是并不方便操作；从试验结果上看，循环加载和持荷加载的最后裂缝宽度和极限荷载试验值基本相同，而单调加载的极限荷载试验值略为偏大；从可操作性上看，单调加载最为方便，而且与锚具静载试验的加载机制基本一致。欧洲标准不仅在欧洲28国执行，国际大预应力公司多在欧洲，他们在中东、东南亚、澳洲、非洲修建的许多预应力工程也都执行欧洲标准。本标准制订和修订的历次版本主要参照FIP 93和ETAG 013，因此新增的锚固区传力性能试验主要参考欧洲标准ETAC 013《后张预应力体系》的有关规定，采用循环加载机制，试验方法操作方便，更符合广泛应用要求，也便于国内厂家参与国际竞争。同时还吸收了ETAG 013工作组后来对ETAG 013 - 2002所做的一些修订，并根据国内多年来在锚固区传力性能试验方面的研究和应用实际情况，在不改变ETAG 013对锚固区传力性能试验规定的实质性内容的前提下，对部分规定进行了一些调整和补充，具体内容说明如下。

    1)试验次数

    ETAG 013对试验次数的规定为：小规格做一次，中规格做一次，最大规格做二次。本标准规定：对同一系列的产品，应选用7孔、12孔、19孔等规格的锚具及配套锚垫板和螺旋筋进行试验；19孔以上的锚具及配套锚垫板和螺旋筋，应在工程应用时由设计单位选定有代表性的规格进行试验；同一规格产品应进行3个相同试件的锚固区传力性能试验。

    7孔、12孔、19孔锚具分别对应小规格、中规格、大规格（19孔及以下）锚具中的最大规格，对于采用相同设计方法的系列锚具及配套锚垫板和螺旋筋，7孔、12孔、19孔是具有代表性的，选择它们进行试验能够对该锚固体系的锚固区传力性能进行评估。由于国内厂家和检测机构对锚固区传力性能试验的操作水平参差不齐，因此试验结果的稳定性还有待提高，如果采用一次试验，试验结果可能会有一定的偶然性，因此本标准规定每种规格需要进行三次试验。对于19孔以上规格的锚具，由于张拉力很大，锚固区传力性能对工程质量影响很大，最安全的方法是要求每种规格均应做试验。但是19孔以上规格的锚具用量相对较少，如果要求每次型式检验均进行该项试验，这对生产厂家来说负担太重。因此规定“19孔以上的锚具及配套锚垫板和螺旋筋，应在工程应用时由设计单位选定有代表性的规格进行试验”，即根据工程的需要进行试验。

    2)构件的设计和制作

    关于试验构件（混凝土棱柱体）的尺寸，本标准与欧美各国标准中的规定大体相同。

    本标准中混凝土构件内箍筋和纵向钢筋的用量与ETAG 013的规定一致：箍筋含量≤50kg/m3．纵向钢筋截面积≤0. 003Ac。

    ETAG 013规定箍筋的混凝土保护层厚度为lOmm，我国相关规范中对混凝土保护层厚度的规定一般高于lOmm。混凝土保护层厚度越厚，裂缝控制越困难，但是工程中混凝土施工质量参差不齐，为此本标准规定箍筋的混凝土保护层厚度为15mm，适当提高要求，为工程提供更充分的保证。

    3)构件破坏时的实测极限荷载

    ETAG 013规定试验构件的混凝土应与预应力混凝土结构中实际使用的混凝土在材料、配比、密实性及其特征强度（f.k）方面相同。构件应浇筑一天后拆模，然后进行湿养护直至试验。用于测定抗压强度所做的圆柱体或立方体试件应与试验构件同条件养护。构件破坏时的实测极限荷载Fu应满足Fu≥1. 1Fptk·（fcm，e/cm,o），fcm,e／fcm,o是在试验时混凝土试件实际强度变化的修正系数。本标准规定混凝土试验构件采用标准方法制作，对构件破坏时的实测极限荷载的规定与ETAG 013相同，但是对于性能要求的描述进行了修改，便于生产厂家和检测单位理解和操作。

    ETAG 013中对fcm,e解释为“荷载传递试验中达到破坏时试件混凝土的平均抗压强度”。实际操作中是在试验开始前对同条件养护混凝土立方体试件进行抗压强度的测试，通过混凝土立方体试件的实测平均抗压强度推定混凝土构件的强度。当抗压强度满足试验要求时，开始进行传力性能试验。一般来说从试验开始到混凝土构件破坏的时间不太长，混凝土的强度变化有限，试验中不会在混凝土构件破坏时再对同条件养护试件进行强度测定。因此本标准根据实际情况将fcm,e的定义修改为“锚固区传力性能试验时同条件养护混凝土立方体试件的实测平均抗压强度”。为了避免试验结束时混凝土的强度比试验开始时相差太多，影响试验结果，建议为锚固区传力性能试验制作的混凝土构件强度不宜增长过快，另外合理安排试验的相关准备工作避免试验时间过长。

    ETAG 013中对fcm,o解释为“现场施加全部预加力时混凝土的平均抗压强度”。由于本标准为产品标准，厂家不能针对具体结构设计来进行锚固区传力性能试验，生产厂只能根据预应力筋的破断力和允许施加全部预应力时混凝土的最小抗压强度来设计生产成套锚具。因此将fm,o的含义修改为“允许施加全部预加力时同条件养护混凝土立方体试件的实测平均抗压强度”，将f.k。的含义修改为“允许施加全部预加力时混凝土构件应达到的特征抗压强度”。

    4)构件破坏时混凝土的强度

    早些年，混凝土中不掺加早强剂，强度发展较慢，为了加快工程进度，在混凝土强度达到85%时就进行预应力张拉，所以FIP就规定荷载传递构件破坏时fcm,e ≤0.85fck。上述规定在试验时很难监控强度发展的时间点。当今普遍使用早强剂，混凝土强度发展很快，更难找准时间点。此外，混凝土试件的平均强度值与保证率95 010的最小特征强度值之间有均方差问题，各国各地的差值不尽相同。FIP1993标准规定fcm,o=fck,o+5MPa，10年后的欧洲

标准ETAG 013规定fcm,o=fck,o+8MPa，其中8MPa为圆柱体强度，折算为立方体强度后应为9. 6MPa，即fc,o=fck。+9. 6MPa。本标准采用《混凝土强度检验评定标准》( GB/T 50107—2010)中的规定：对非统计方法评定混凝土强度时，同条件养护的混凝土试件平均强度应满足fcm,o≥1. 15fck,o。此规定与fm,o=fck，o+9. 6MPa的要求相似，而且符合我国的相关标准。

    ETAG 013规定最后破坏时试件混凝土的平均抗压强度应小于或等于现场施加全部预应力时混凝土的平均抗压强度fcm,o,即fm,e≤fcm,o。ETAC013工作组2008年5月又发表了柏林会议的“理解文件”，对试验时混凝土强度取值进行了修正，理解文件中认为对混凝土强度的发展和试验时间允许给一些公差，试件实际强度可以稍微超过规定值f,o，即在试验结束时测得混凝土试件的平均抗压强度应满足：fcm,e≤fm.o +3MPa，3MPa为圆柱体强度，折算为立方体试件强度后应为3. 6MPa，即f,e≤fcm ,o。+3. 6MPa。本标准对该式取整，采用fcm,e≤fcm,o+4MPa，即测试时试件的实际强度允许超过f,o的程度略大一点。实际上厂家或检测单位在试验时都会在达到该规定之前进行试验，因此对试验基本没有影响。

    5)位移传感器的布置

    ETAG 013所给出的测量装置示意图中位移传感器的作用是一个测竖向应变，两个测横向应变，如图1。传感器布置区在锚垫板小端下方，因为这个区域为易开裂区且应力方向较明确，试验人员可根据经验调整测量装置的位置。由于没有明确传感器的具体位置，只能根据经验进行布置，给试验人员带来不便，因此本标准根据多年来进行锚固区传力性能试验的经验规定：横向应变测量装置距构件上表面的距离应为锚垫板高度的1.1倍。这个区域就是易开裂区且应力方向较明确，便于试验人员布置传感器。

    2.2低温锚固性能及试验方法

    储存液态气体（如LNG等）的预应力混凝土储存罐等构筑物，如采用常规材料生产的锚具，其受力性能在超低温下会发生明显变化，造成锚固性能降低，甚至提前发生脆性破坏，因此对应用于非自然条件下低温环境的锚具应进行低温性能检验，保证锚具的可靠锚固性能。

    本次修订增加的低温锚固性能及试验方法主要参照欧洲技术规范ETAG013的相关内容。ETAG013对低温静载锚固性能试验的步骤和测量内容进行了描述，但未对试验装置和如何实现- 196℃的低温进行说明，这对于生产厂家和检测机构来说有一定困难。为此结合参编单位在这方面的试验研究和JGJ 85-2010中的低温静载锚固试验方法，本标准提供了低温静载锚固性能试验装置示意图供参考，如图2，并且进行了试验验证，如图3，具体内容说明如下。

    1-预应力筋；2-1具锚；3-施工用张拉千斤顶；4-限位板；5-试验锚具；6、8-对中垫板；7-荷载传感器；9-加载用千斤顶；10-液氮输入口；11-试验托架；12-低温端试验锚具；13 -密封罩（液氮仓）；14 -密封罩内的温度传感器；15 -预应力筋上的温度传感器；16-锚板上的温 度传感器；17 -锚垫板；18 -锚垫板背面的温度传感器；19 -螺旋筋；20-混凝土承压构件；21-试验承力架；22-  位移传感器。

    图2低温锚固性能试验装置示意图

    1)低温下工作的预应力混凝土工程，如液态天

然气LNG储罐等，安全性要求非常高，如果出现问题会造成严重后果，因此，试验尽可能模拟实际预应力张拉施工情况。采用施工用的张拉设备（千斤顶、工具锚和限位板等）张拉到80%后放张锚固，验证张拉施工没有异常情况后，再逐步加载至破坏。

    2)混凝土锚固试块应按实际工程设计情况制作，放置锚垫板、喇叭管和螺旋筋等锚具附件，并采用与实际工程相符的混凝土浇筑而成。为安全起见，锚固试块尺寸可适当加大。

    3)为了确保锚具和预应力筋的温度降低到-196℃，温度传感器应贴在锚板和预应力筋侧表面，并且各不少于2个；锚板和预应力筋上全部温度传感器所测温度低于- 196℃时，才可认定温度降低到-196℃。

    4)贴在锚垫板背面的温度传感器应不少于2个。由于该处直接接触混凝土，温度升高较快，所以不一定温度亦能降低到- 196℃，只需保持稳定即可，因为当其温度稳定时，表明锚具组装件在低温端已处于比较稳定的低温场。

    2.3锚板强度

    为了降低生产成本，部分厂家不断减小锚具尺寸，减小锚板厚度，或者不进行热处理，降低了锚具的锚固性能，因此增加对锚板强度的要求，对锚板中心的残余挠度进行限制，主要是为了保证锚板的刚度，保证锚具能够正常工作。

    美国PTI《后张预应力体系验收标准》中有锚板强度的性能要求和试验方法，国内《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》( JGJ 85-2010)和《铁路工程预应力筋用夹片式锚具、夹具和连接器技术条件》( TB/T 3193-2008)均是参考美标的规定，但测量方法与美标不同。美标规定测量加载后锚板上表面的残余挠度，且残余挠度不大于锚垫板上口直径的1/600，如图4。JGJ 85-2010和TB/T3193-2008均要求测量锚板底面的残余挠度。但是上述方法中对锚板的加载方式与锚板的实际受力方式不一致，并且锚板的所有锚孔受力很难保证均匀，因此本标准对美标的试验方法进行改进，修改为测量经过静载试验并且合格的锚板表面的残余挠度，如图5。该方法中锚板的各个锚孔受力均匀，受力方式与实际使用时一致。由于静载试验合格时，锚板承受的荷载满足F≥0. 95Fpm，因此实际加载力值略高于美标PTI 1998中锚板强度试验要求的0. 95Fpm，但是试验数据表明国内锚具产品一般均能满足这个要求。虽然该方法无法像美标PTI 1998那样加载到1.2 Fptk后观察锚板是否出现裂纹或破

坏，但根据之前的经验和试验数据，能够满足残余挠度要求的锚板加载到1.2 Fptk后也不会出现裂纹或破坏，因此只要求静载试验合格的锚板表面残余挠度不超过锚垫板上口直径的1/600能够达到控制锚板强度的目的，而且试验方法简便易操作。

    编制组对不同厂家的常规锚板产品按照本标准的锚板强度检验方法进行了试验，试验的锚板都经过热处理，绝大部分锚板的残余挠度均符合要求，残余挠度不符合要求的锚板不仅厚度比同规格合格锚板薄，而且其配套锚垫板的上口直径较大。

    同时对非常规的锚板也进行了同样的试验，试验锚板与常规锚板产品的区别在于厚度比主流厂家同规格常规锚板产品的厚度薄，或者没有经过热处理，这是导致锚板强度不符合要求的两大主要原因，这样的锚板强度试验结果均不合格。锚板强度试验的目的就是将没经过热处理或者尺寸过小的锚板判定为不合格，以保证其具有足够的承载力和安全度。试验结果表明这个试验方法能够达到控制锚板强度的目的，同时锚板强度的指标也是国内主流锚具生产厂家的合格产品能够达到的。

    2.4拉索相关内容

    本次修订增加了关于拉索用锚具和连接器的内容，具体的条文说明如下。

    1)增加了拉索用锚具的静载锚固性能要求。

    GB/T 18365、GB/T 20934、YB/T 4294、JT/T395、JC/T 330等各种类型拉索的标准中对拉索用锚具静载锚固性能的要求均规定参照本标准，但本标准的上一版本并没有明确拉索用锚具静载性能的具体指标。本次修订明确规定为na= FTu/Fptk≥0. 95和εTu≥2. 0%。由于拉索的使用应力远低于一般的预应力筋，因此na=FTu/Fptk≥0.95的要求中采用了Fptk，此项指标略低于na= FTu/Fpm≥0. 95。

    2)增加了拉索用锚具的疲劳荷载性能要求。

    拉索的类型较多，各种类型拉索的标准中均有对锚具疲劳荷载性能要求，且各类拉索用途不同，各标准中对试验应力上限和疲劳幅度的规定都不一致，无法统一，因此本标准未对拉索用锚具的疲劳荷载性能要求提出具体指标，而是规定“拉索疲劳荷载性能的试验应力上限和疲劳应力幅度应根据拉索的类型符合国家现行相关标准的规定，或按设计要求确定”。

    3)增加了拉索用锚具静载锚固性能试验用试样的取样规定。

    现行标准《建筑工程用索》( JG/T 330-2011)7.3.1.3规定“静载试验索的索体自由长度不应小于3m”；《斜拉桥热挤聚乙烯高强钢丝拉索技术条件》( GB/T  18365-2001)6.4.1.1规定“静载试验索的钢丝自由长度不小于3m”。

    但是根据市场上的拉力试验设备和广东坚宜佳五金制品有限公司（拉索生产厂家，本标准参编单位）国家实验室的试验设备现状及送外检的试样长度可知，小直径拉索由于破断荷载较小，需要小吨位的拉力试验机，而市场上普通的拉力试验机行程小于2m，所以现有标准只要求不小于3m是不可行的。例如：直径20mm的拉索试验时试样自由长度若需达到3m只能在大吨位试验机上试验，但用大吨位试验机做小直径拉索的拉力试验，精度非常低因此针对以上实际情况，并根据拉索生产厂家多年的生产、检验经验，采用直径不大lOOmm时试样长度不小于30倍索体直径，直径大于lOOmm时试样长度不小于3m较为合理。在由广东坚宜佳五金制品有限公司主编的行业标准《建筑工程用锌一5 010铝一混合稀土合金镀层拉索》（目前已通过审查正在报批）中，对静载性能试验中拉索试样也做了同样的规定。

    《建筑工程用索》( JG/T 330-2011)7.3.3.2规定疲劳试验“试验索索体自由长度不应小于3m”，《斜拉桥热挤聚乙烯高强钢丝拉索技术条件》(GB／T 18365-2001)    6.4.1.1规定疲劳试验“试验索钢丝自由长度不小于3m”，本标准也采用同样的规定。

    本标准对拉索用锚具静载锚固性能和疲劳性能试验用试样的取样规定为：静载锚固性能试验用拉索试件应保证索体的受力长度符合表1的规定，疲劳荷载性能试验用拉索试件索体的受力长度不应小于3m。

    2.5纤维增强复合材料筋用锚具相关内容

    本次修订增加了关于纤维增强复合材料筋用锚具的内容，具体的条文说明如下。

    1)增加了纤维增强复合材料筋用锚具的静载锚固性能要求。

    作为一种新型预应力筋，由于纤维增强复合材料筋（简称FRP筋）具有高强、轻质、耐腐蚀等优点，为了使FRP筋能用于预应力混凝土结构，各国对FRP筋用锚具进行了大量研究。我国也对FRP筋用锚具进行了大量研究工作，并有一些工程已经使用了FRP筋。但是总体来说，FRP筋的运用还是很少，也没有关于FRP筋用锚具性能要求的相关标准。在研究和工程应用中，对FRP筋用锚具的性能要求目前一般都是参照本标准，但是FRP筋的材料性能与传统的预应力钢材性能差异较大，因此FRP筋用锚具的性能与传统预应力钢材用锚具的性能也不完全一致。为了更好地推动FRP筋的运用，本次修订增加了对FRP筋用锚具的性能要求。

    通过对参编单位进行的碳纤维增强复合材料筋用锚具的静载锚固性能试验的数据和相关文献中的试验数据进行分析可知，采用单筋标准值的计算方法，绝大部分群锚都能实现超过95%的锚固效率系数，部分未达到是由于锚固系统的不完善造成。鉴于目前国内FRP筋产品的性能不稳定，离散性较大，对预应力筋，锚具组装件的静载锚固性能试验结果也会造成一定的影响，因此目前不宜将性能指标定得过高，否则不利于FRP筋的推广使用。结合试验数据和国情，本标准规定FRP筋用锚具的效率系数na≥0.9，适当降低要求，也有利于引导新材料在预应力结构中的推广应用，待工程应用有一定积累以后，再根据实际情况进行调整。由于FRP筋是脆性材料，在静载试验中一般是突然断裂，测量破断时的总伸长率很困难，而且静载试验与母材试验测得的总伸长率相差不大，因此对FRP筋用锚具静载性

能试验的延伸率不作要求。

    2)增加了纤维增强复合材料筋用锚具的疲劳荷载性能要求。

    通过对FRP筋／索疲劳性能试验的数据进行分析可知：对于碳纤维筋，其200万次疲劳强度至少为0. 75 fptk，且应力幅至少为160MPa;对于玄武岩纤维筋，其200万次疲劳强度为0.55 fptk，应力幅为160MPa，母材可以满足0.5 fptk应力上限，应力幅80MPa的要求。纤维增强复合材料筋的实际应用经验还不够丰富，因此不宜将疲劳荷载性能要求定得过高，标准中取试验应力上限0.5 fptk，应力幅80MPa，200万次循环的指标是国内锚具厂家的合格锚具完全可以达到的，同时也有利于引导新材料在预应力工程中的推广应用。

    3  结语

    新增加的锚固区传力性能试验和低温锚固性能试验虽然在前期有部分单位进行了大量的研究，但是对于多数生产厂家和检测单位来说还缺少试验经验，需要在标准的执行过程中逐渐积累相关的经验。本次修订首次增加了纤维增强复合材料筋用锚具的有关内容，由于实际应用经验还不够丰富，同时也为了引导新材料在预应力结构中的推广应用，没有将性能要求定得过高，有待在应用中去检验各项指标的合理性和先进性。待标准实施后积累数据和经验，以便今后修订时再适当提高要求。

    标准新增内容的编写从我国国情出发，以已有的科研成果、工程应用经验为基础，又适当考虑工程建设和科技发展的需要，经过认真分析论证或测试验证，并参考了国际先进标准，技术指标力求与国际先进标准一致，从而有利于对外经济技术合作和对外贸易，也有利于引导新材料在预应力工程中的应用。

    本文按报批稿撰写，将来个别内容可能有进一步的修改完善，特此说明。