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静载锚固性能锚固效率系数、总应变检测

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发布时间：2025-07-15 10:07:37 更新时间：2025-07-14 10:07:37

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作者：中科光析科学技术研究所检测中心

静载锚固性能：锚固效率系数与总应变检测的核心解析

在预应力工程领域，锚具作为关键连接部件，其静载锚固性能的优劣直接关系到整个结构的安全性与耐久性。所谓“静载锚固性能”，是指在静力荷载作用下，锚具组件（包括锚板、夹片或楔块等）将预应力筋中的拉力可靠地传递至混凝土结构或其它承载体中的能力。其中，“锚固效率系数”和“总应变”是量化评价这一性能的两个最为核心的技术指标。锚固效率系数（η_a）反映了锚具在极限拉力状态下传递预应力筋最大力值的能力，其值越高，表明锚具的锚固效能越好，能量损失越小。而“总应变”（ε_tot）则是指在极限拉力作用下，预应力筋在锚具夹持范围内产生的总伸长量与其原始标距长度的比值，它综合反映了锚具本身变形（内缩）以及预应力筋在锚具内滑移等因素造成的整体变形性能。对这两项关键指标进行精确、规范的检测，是确保预应力结构安全、验证锚具设计合理性与制造质量不可或缺的重要环节。

检测项目

静载锚固性能检测的核心项目聚焦于以下两个指标：

1. 锚固效率系数（η_a）： 该系数定义为：在预应力筋-锚具组装件达到极限拉力（F_apu）时，预应力筋的实际破断力（或屈服力，视筋材类型而定）平均值（F_ptk或F_pyk）与组装件实测极限拉力（F_apu）的比值，通常以百分数表示。计算公式为：η_a = (F_apu / F_ptk) × 100%。国家标准通常要求η_a ≥ 95%，表明锚具能有效传递至少95%的预应力筋极限拉力。

2. 总应变（ε_tot）： 是指在预应力筋-锚具组装件承受极限拉力（F_apu）时，预应力筋在锚具夹持范围内（通常取3倍预应力筋公称直径或等效标距）产生的总伸长量（δ_tot）除以原始标距长度（L₀）得到的应变值。即：ε_tot = δ_tot / L₀ × 100%。该指标反映了锚固系统的整体变形性能，包括锚具零件的弹性变形、塑性变形以及预应力筋在锚具内的滑移等。标准对其上限值有严格要求（如≤2%），以限制过大的变形导致预应力损失或结构性能下降。

检测仪器

进行静载锚固性能试验需要精密的专用设备系统：

1. 大型万能试验机： 这是核心设备，要求具有足够的承载能力（通常需要2000kN以上，根据锚具规格而定）、高精度（优于±1%）和良好的稳定性。试验机应能施加和测量静拉力，并具备缓慢、连续、均匀加载的能力（加载速率可控）。

2. 高精度力传感器： 内置于或串联于试验机加载系统中，用于实时、精确测量施加在试件上的拉力（F_apu）。精度等级需满足相关标准要求（通常优于0.5级）。

3. 位移/应变测量系统： * 引伸计： 高精度引伸计（如接触式或激光非接触式）用于直接测量安装在预应力筋规定标距（L₀）上的两点之间的相对位移变化（δ_tot）。精度要求高（如±0.001mm）。 * 位移传感器（LVDT）： 有时也会在锚具后方或特定位置安装LVDT，用于辅助测量锚具整体的内缩量或特定点的位移。

4. 数据采集与分析系统： 高速、高精度的数据采集仪，同步实时记录拉力（F）、位移（δ）或应变（ε）信号，并通过软件绘制荷载-位移（F-δ）曲线或荷载-应变（F-ε）曲线，自动计算锚固效率系数（η_a）和总应变（ε_tot）。

5. 专用试验台座与夹具： 坚固的刚性试验台用于安装试件，特殊设计的反力架和过渡夹具确保拉力准确施加在预应力筋-锚具组装件上，并模拟实际锚固状态。

6. 预应力筋破断力测试设备： 用于单独测定同批次预应力筋试样的实际极限破断力（F_ptk）平均值，这是计算η_a的基础数据。

检测方法

静载锚固性能试验需严格按照标准规定的程序进行：

1. 试样准备： 选取符合标准的同批次预应力筋（钢绞线、钢丝或钢筋）和配套锚具，按厂家规定或标准要求组装成预应力筋-锚具组装件。在预应力筋的指定标距（L₀，通常为3d_n, d_n为公称直径）两端安装引伸计测量点。

2. 安装与对中： 将组装件牢固安装在试验机的上下夹头或专用反力架中，确保预应力筋轴线与加载中心线重合，避免偏心受力。正确安装引伸计或位移传感器。

3. 加载程序： * 预加载： 通常先施加预应力筋公称抗拉强度（F_ptk）的5%-10%作为初始载荷，检查仪器工作状态，调整零点。 * 分级加载： 以均匀、缓慢的速率（如100 MPa/min的应力增量速率）逐步加载。标准通常要求在特定荷载点（如0.2F_ptk, 0.4F_ptk, ..., 0.8F_ptk）保持载荷稳定1-2分钟，记录位移/应变数据。 * 持续加载至破坏： 继续加载直至组装件达到极限状态（通常为预应力筋断裂或出现判定锚固失效的滑移/变形），记录破坏时的最大拉力（F_apu）和对应的总位移（δ_tot）。加载过程应连续、无冲击。

4. 数据测量与记录： 在整个加载过程中，数据采集系统连续同步记录拉力（F）和标距内的位移（δ_tot）。特别精确记录F_apu和对应的δ_tot。

5. 结果计算： * 根据记录的F_apu和同批次预应力筋实测平均极限破断力F_ptk，计算锚固效率系数η_a = (F_apu / F_ptk) × 100%. * 根据测量的总位移δ_tot和原始标距L₀，计算总应变ε_tot = (δ_tot / L₀) × 100%.

6. 试验报告： 详细记录试验条件、过程、原始数据和计算结果，绘制F-δ曲线，并依据标准对η_a和ε_tot是否达标做出判定。