专用预埋钢绞线吊件力学性能试验研究_孟宪宏.pdf

第 53 卷 第 5 期2023 年 3 月上建 筑 结 构Building StructureVol.53 No.5Mar.2023DOI:10.19701/j.jzjg.20201079“十三五”国家重点研发计划(2016YFC0701700),辽宁省自然科学基金(20180550486)。第第一一作作者者:孟宪宏,博士,教授,硕士生导师,主要从事钢筋混凝土结构研究,Email:sjzuxianhong_meng 。专用预埋钢绞线吊件力学性能试验研究孟宪宏,孙 晨,夏 程(沈阳建筑大学土木工程学院,沈阳 110168)摘要:为研究专用预埋钢绞线吊件与混凝土之间的粘结锚固强度,考虑不同锚固长度、弯折角度、末端形式对承载力的影响。对专用预埋钢绞线吊件进行了与混凝土粘结锚固强度的试验、三种拉拔承载力试验以及与圆钢吊环试验对比试验。通过试验确定了预埋钢绞线吊件与混凝土之间的粘结锚固强度。结果表明:钢绞线吊件的锚固长度达到 40d(d 为钢铰线直径)以上时,粘结锚固力会大于吊件强度,使钢绞线吊件发生屈服破坏,钢绞线吊件的弯折角度在 120150中间对钢绞线吊件承载力基本没有影响,钢绞线吊件的末端经过处理后破坏形态由脆性变为延性且承载力有所增加。结果表明,钢绞线吊件具有良好的力学性能,钢绞线吊件在承载力方面优于圆钢吊环。关键词:钢绞线吊件;锚固长度;拉拔承载力试验;末端处理;力学性能中图分类号:TU375 文献标志码:A文章编号:1002-848X(2023)05-0103-07引用本文 孟宪宏,孙晨,夏程.专用预埋钢绞线吊件力学性能试验研究J.建筑结构,2023,53(5):103-109.MENG Xianhong,SUN Chen,XIA Cheng.Experimental study on mechanical properties of special embedded lifting loops of strandJ.Building Structure,2023,53(5):103-109.Experimental study on mechanical properties of special embedded lifting loop of strand MENG Xianhong,SUN Chen,XIA Cheng(School of Civil Engineering,Shenyang Jianzhu University,Shenyang 110168,China)Abstract:In order to study the bonding anchorage strength between the special embedded lifting loop of strand and the concrete,the effect on bearing capacity was considered under various anchorage length,bending angle and the forms of the end.The experiments had been done concerning special embedded lifting loop of strand,namely,the experiment of bonding anchorage strength with the concrete,three experiments of pull-out bearing capacity and the comparative experiment against round steel lifting ring.The bonding anchorage strength between the embedded lifting loop of strand and the concrete was determined by experiments.The results show that yield sabotage would be occur to the lifting loop of strand when whose anchorage length was up to 40d(d is the diameter of steel strand)or longer,simultaneously,the bonding anchoring force would be greater than the strength of the lifting loop.At the condition that the bending angle of the lifting loop of strand is between 120 150,which basically has no significant effect on the bearing capacity of lifting loops of strand.The failure form of the lifting loop of strand changed from brittle to ductile and the bearing capacity increased after whose end forms had been treated.The results show that lifting loop of strand has excellent mechanical properties and it is better than round steel lifting ring of bearing capacity.Keywords:lifting loop of strand;anchorage length;pull-out bearing capacity test;end treatment;mechanical property0概述 目前,预制构件的吊装应使用标准吊具和连接件,传统连接件形式主要为吊件和锚栓等,两者不分伯仲,各有优缺。既美观、承载能力强、适用范围又广的连接件非常稀缺,新兴的新型预埋吊件在使用时,需要跟厂家进行购买,增加了时间和费用。新型预埋吊件也并不能很好地解决大型预制构件的吊装问题。所以针对造价高、使用方便、具有较高承载力的吊装方式,国际上有学者提出使用钢绞线制作吊件,钢绞线具有强度大(1 860MPa 是普通圆钢的 6 倍左右)、弹性较好、使用时不会发生或者只会发生很小变形的优点。钢绞线吊件大规模的合理使用,可降低大量预制构件成本,使用余料来制作钢绞线吊件,既满足吊装要求又实现了废物利用,很好地做到了绿色建筑的要求。目前,关于钢绞线吊件,我国对于钢绞线吊件的标准使用的规定很少,润泰编制的上海标准和标准图有相关规定,但是没有系统规定,大陆预制构件制造商完全基于材料的选取、吊件的弯折角度、锚固长度、弯折直径方面的经验,并没有可靠的标准参考。欧美等国家建 筑 结 构2023 年已经在相关标准里对钢绞线吊件进行了规定,但是由于我国和欧美等外国体系不同,不能照抄照搬。钢绞线吊件在国内的应用尚无相关依据。本项试验研究,将为以后制造商制作钢绞线吊件提供参考,并促进钢绞线吊件的使用。1国内外研究现状 关于钢绞线的研究,国内外目前进行了较为深入的研究。但是国内外对于钢绞线吊件的研究并不是特别深入。国外已经发布了一些相关规范,但是国内关于钢绞线规范还处于空白状态。1.1 专用预埋钢绞线吊件国外研究现状2008 年英国出版了关于预埋吊件的规范(CEN/TR 15728)1(简称英国规范)。2016 年,英国规范再次进行了修订,已成为目前国际上关于吊件相对完整的规范,对专用预埋钢绞线吊件(简称钢铰线吊件)进行了非常详细的说明,介绍了弯曲半径及钢绞线数量对钢绞线吊件的影响,并给出了钢绞线吊件锚固长度对承载力影响的计算公式。此外,英国规范还总结了摩擦力和模板粘结力等对预埋吊件在吊装和运输过程中承载力的影响以及相应的影响系数。2010 年,美国出版了专门针对吊具系统设计及施工的手册 PCI design handbook2(简称美国规范),其中第 8.3.5.2 条条文建议使用预应力钢绞线制作吊件。钢绞线吊件在混凝土中的承载力取决于钢绞线的强度、锚固长度、钢绞线状况、钢绞线直径以及混凝土的类型和强度。1982 年,Jokela Jukka 等3研究了预应力钢绞线(束)粘结和锚固性能。试验结果表明,在其余条件完全相同的情况下,钢绞线束与混凝土之间的粘结强度明显低于单根钢绞线的粘结强度,但随钢绞线根数的增加而降低。Karin lundgren4做了仅考虑钢绞线外形的试验研究,他分别采用光圆和刻痕的七股钢绞线进行了试验,试验测试量为拉拔力、钢绞线与混凝土的相对滑移以及外侧圆筒的应变量。试验结果表明,带有刻痕的钢绞线较光圆的钢绞线刚度更低。1997 年,Gustavson R5考虑了三个因素对钢绞线与混凝土粘结强度的影响:钢绞线的形状与数量、混凝土强度以及混凝土密实度,并进行了钢绞线与混凝土粘结强度的试验。结果表明,钢绞线的形状对钢绞线与混凝土的粘结强度有很大的影响。Pozolo A 等6做了钢绞线在自密实混凝土中的锚固性能试验,试验采用了公称直径为 15.2mm 的钢绞线,锚固长度分别取为直径的 2.5、4.17 和5.83 倍。试验结果与美国规范相吻合。1.2 专用预埋钢绞线吊件的国内相关研究现状 邹鸿荣7在预制构件吊件的构造问题中给出建议:1)为防止因吊件露出预制构件太长会劈裂预制构件,吊件尺寸控制在方便穿进吊钩即可,尽量缩短长度,还可以节省钢材;2)吊件钢筋不可以使用不带平直部分的半圆弯钩;3)吊件锚固要尽量牢靠,摆放要合理;4)吊件在使用时必须用绑线与钢筋骨架绑扎到一起;5)吊件处混凝土必须振捣密实,如果存在蜂窝、空洞等都会影响吊件的锚固质量,降低吊件承载力。王宝奎等8提出了一种可行性途径,即利用钢绞线割下来的余料制作吊件来降低吊装成本。实践证明,利用钢绞线的余料制作成吊件,可节约资金,制作工艺简单,使用时安全可靠,具有大力推广和应用的价值。根据 混凝土结构设计规范(GB 500102010)(2015 年版)9(简称混规),吊环应采用HPB300 钢筋或 Q235B 钢筋,并应符合下列规定:1)吊环锚入混凝土中的深度不应小于 30d1并应焊接或绑扎在钢筋骨架上,d1为吊环钢筋或圆钢的直径;2)应验算在荷载标准值作用下的吊环应力,验算时每个吊环可按两个截面计算;对 HPB300 钢筋,吊环应力不应大于 65N/mm2;对 Q235B 圆钢,吊环应力不应大于 50N/mm2;3)当在一个构件上设有 4个吊环时,应按 3 个吊环进行计算。目前,国内钢绞线使用并不广泛,专用预埋钢绞线 吊 件 的 使 用 更 是 被 混 规 规 定 必 须 采 用HPB300 级钢筋,这也进一步说明我国对专用预埋钢绞线吊件的了解与研究不够深入,更需要去研究探索。总之,专用预埋钢绞线吊件在我国的前景十分广阔。2试验概况及结果分析2.1 钢绞线的力学试验采用强度 1 860MPa 的 7 股钢绞线,直径15.2mm,长度 500mm,共 3 根。根据金属材料 拉伸试验 第 1 部分:室温试验方法(GB/T 228.12010)10规定,对钢绞线进行拉拔试验,直至钢绞线断裂。钢绞线断裂后的力学性能(抗拉强度、弹性模量)测定与计算按照冷轧带肋钢筋(GB/T 137882008)11规定进行,钢绞线参数见表 1,其中 g 代表钢绞线,1、2、3 代表钢绞线编号。试验仪器为微机控制电液伺服钢绞线试验仪。将钢绞线在试验仪上拉伸至钢绞线拉断,测得其极限荷载为 274kN,通过式(1)计算可得钢绞线的401第 53 卷 第 5 期孟宪宏,等.专用预埋钢绞线吊件力学性能试验研究