鄭圓圓， 劉祖華， 袁苗苗

(同濟(jì)大學(xué)結(jié)構(gòu)工程與防災(zāi)研究所，上海 200092)

0 引言

德國(guó)PEC錨固槽鋼作為一種槽式預(yù)埋件，可以對(duì)各種建筑部件進(jìn)行固定，且具有便于安裝和可調(diào)節(jié)的特點(diǎn).在國(guó)外，此類鋼槽已廣泛應(yīng)用于預(yù)制混凝土產(chǎn)品領(lǐng)域、建筑公司領(lǐng)域等，且都取得了較好的效果.該種槽式預(yù)埋件于1984年第一次登陸中國(guó)，在中國(guó)的首項(xiàng)工程是北京長(zhǎng)城飯店，其建筑外圍的玻璃幕墻采用的就是槽式預(yù)埋件錨固系統(tǒng).雖然，槽式預(yù)埋件進(jìn)人中國(guó)已有20多年的歷史，但總體來(lái)說(shuō)在我國(guó)真正投入使用的項(xiàng)目仍比較少[1].錨固槽鋼可以工廠標(biāo)準(zhǔn)化批量生產(chǎn)，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，施工方便，性能可靠，機(jī)動(dòng)靈活，解決了傳統(tǒng)預(yù)埋件在工程中遺漏、碰撞以及位置錯(cuò)誤等問(wèn)題.本文主要對(duì)PEC錨固槽鋼進(jìn)行拉拔加載試驗(yàn)，以了解錨固槽鋼在混凝土中的拉拔錨固性能.

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本次試驗(yàn)的試件共有四種型號(hào)，分別為PECTA－54/33－350mm，PEC－TA－52/34－350mm，PEC－TU錨固槽鋼和特殊錨固槽鋼 PEC－TU 60/25.試驗(yàn)共計(jì)12個(gè)試件，試驗(yàn)的試件型號(hào)具體見(jiàn)表1.試件為將一個(gè)錨固槽鋼按要求預(yù)埋在混凝土基材中形成.混凝土基材為鋼筋混凝土，第一批次和第二批次試件的尺寸為968mm×672mm×309mm(長(zhǎng)×寬 ×厚)，第三批次試驗(yàn)試件的尺寸為500mm×300mm×300mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為C20－C25.

1.2 加載方法

本次試驗(yàn)通過(guò)一個(gè)連接件，對(duì)錨固槽鋼進(jìn)行拉拔.連接件由一根螺桿和一塊厚鋼板焊接而成，厚鋼板通過(guò)兩個(gè)T型螺栓與槽鋼連接(見(jiàn)圖1).為保證連接件的強(qiáng)度和剛度，對(duì)其進(jìn)行了加固.

用穿心千斤頂施加拉拔力，通過(guò)接長(zhǎng)螺桿拉拔連接件，再通過(guò)兩個(gè)T型螺栓拉拔錨固槽鋼.千斤頂?shù)姆戳νㄟ^(guò)鋼梁分散到四個(gè)支承點(diǎn)，支承點(diǎn)布置在35°破壞椎體投影面的外面，見(jiàn)圖2.

表1 各個(gè)試驗(yàn)的試件型號(hào)

1.3 測(cè)量方法

錨固槽鋼的拉拔力，由安裝在千斤頂上的力傳感器得到.用位移傳感器測(cè)量連接件螺桿根部的拉拔位移，以此代表錨固槽鋼的拉拔位移.同時(shí)用裂縫觀察儀測(cè)量裂縫寬度[2].

圖1 試件加載示意圖

圖2 拉拔加載示意

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 試件破壞現(xiàn)象

所有試件的破壞結(jié)果統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2，取每種型號(hào)的錨固槽鋼中一個(gè)試件來(lái)說(shuō)明，試驗(yàn)現(xiàn)象:

(1)型號(hào)一:正式加載至約40kN時(shí)，槽鋼邊緣旁的混凝土表面開(kāi)始出現(xiàn)裂縫;加載至約70kN時(shí)，槽鋼端部的混凝土開(kāi)始出現(xiàn)裂縫;加載至約82kN時(shí)，槽鋼邊緣與混凝土之間逐漸脫開(kāi)，槽鋼端部的裂縫變多、延伸;加載至約141kN時(shí)，槽鋼邊緣與混凝土之間完全脫開(kāi)，試件上表面混凝土從槽鋼的端部向外方向突然出現(xiàn)一條裂縫，并迅速變寬、延伸至側(cè)面，側(cè)面腰部也出現(xiàn)橫向裂縫、并從中間延展到兩端支承點(diǎn)之下，隨著混凝土被槽鋼拉起，試件達(dá)到破壞.試件破壞后的情況見(jiàn)圖3.

圖3 型號(hào)一試件破壞情況

圖4 型號(hào)二試件破壞情況

圖5 型號(hào)三試件試驗(yàn)破壞情況

(2)型號(hào)二:正式加載至約143kN時(shí)，槽鋼邊緣旁的混凝土表面開(kāi)始出現(xiàn)裂縫;但槽鋼端部的混凝土未出現(xiàn)裂縫;加載至約171kN時(shí)，槽鋼邊緣出現(xiàn)混凝土破碎現(xiàn)象;加載至約190kN時(shí)，槽鋼邊緣的混凝土破碎現(xiàn)象非常明顯，且混凝土碎片面積較大;加載至約205kN時(shí)，試件上表面混凝土從垂直槽身中部處向外方向各突然出現(xiàn)一條裂縫;之后出現(xiàn)一聲的混凝土被拉裂的響聲，隨著槽鋼下的混凝土被拉起，槽鋼的兩個(gè)端部旁的混凝土開(kāi)始向支承點(diǎn)方向出現(xiàn)四條較大的斜裂縫，試件達(dá)到破壞.試件破壞后的情況見(jiàn)圖4.

圖6 型號(hào)四試件試驗(yàn)破壞情況

圖7 試件1拉拔力－－拉拔位移曲線

圖8 試件2拉拔力－－拉拔位移曲線

(3)型號(hào)三:正式加載至約30kN時(shí)，槽鋼邊緣旁的混凝土表面開(kāi)始出現(xiàn)裂縫;加載至約38kN時(shí)，槽鋼邊緣出現(xiàn)混凝土破碎現(xiàn)象;加載至約40kN時(shí)，槽鋼邊緣的混凝土破碎現(xiàn)象非常明顯，且混凝土碎片面積較大，裂縫迅速變大、延伸;加載至約53kN時(shí)，連接螺栓的槽鋼處發(fā)生明顯變形，鼓出;之后出現(xiàn)一聲的試件錨釘被拉短的響聲，隨著槽鋼下的混凝土被拉起，試件表面的混凝土碎片彈出，試件達(dá)到破壞.試件破壞后的情況見(jiàn)圖5.

(4)型號(hào)四:正式加載至約7kN時(shí)，槽鋼邊緣旁的混凝土表面開(kāi)始出現(xiàn)裂縫;加載至約16kN時(shí)，槽鋼邊緣旁的裂縫明顯;加載至約35kN時(shí)，混凝土試件中部出現(xiàn)裂縫，并迅速向槽鋼端部延伸;加載至約37kN時(shí)，隨著一聲槽鋼下的混凝土被拉起的響聲，試件達(dá)到破壞.試件破壞后的情況見(jiàn)圖6.

表2 拉拔試驗(yàn)結(jié)果匯總

圖9 試件3拉拔力－－拉拔位移曲線

圖10 試件4拉拔力－－拉拔位移曲線

圖11 試件5拉拔力－－拉拔位移曲線

圖12 試件6拉拔力－－拉拔位移曲線

2.2 荷載－位移曲線

錨固槽鋼型號(hào)一(試件1～試件3)的拉拔力－拉拔位移曲線見(jiàn)圖7～圖9;型號(hào)二(試件4～試件6)的荷載－位移曲線見(jiàn)圖10～圖12;

型號(hào)三(試件7～試件10)的荷載－位移曲線見(jiàn)圖13～圖16;型號(hào)四(試件11～試件14)的荷載－位移曲線見(jiàn)圖17～圖20.

圖13 試件7拉拔力－－拉拔位移曲線

圖14 試件8拉拔力－－拉拔位移曲線

圖15 試件9拉拔力－－拉拔位移曲線

圖16 試件10拉拔力－－拉拔位移曲線

2.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

(1)根據(jù)14個(gè)試件的拉拔試驗(yàn)所得的拉拔力－拉拔位移曲線，曲線的發(fā)展趨勢(shì)大體可以分為四個(gè)階段:彈性變形階段、彈塑性變形階段、塑性變形階段和下降階段[3].

彈性變形階段:拉拔力從0加載到某一個(gè)荷載值時(shí)，拉拔力－拉拔位移曲線基本上呈線性變化;彈塑性變形階段:隨著拉拔力的增加，拉拔位移的增加變快，拉拔力－拉拔位移曲線的斜率減小;塑性變形階段:由于試件的混凝土裂縫逐漸開(kāi)展，槽鋼的錨釘?shù)淖冃?型號(hào)三)等因素影響，拉拔力增加較緩，位移變化很大，直至拉拔力達(dá)到最大;下降階段:當(dāng)拉拔力達(dá)到最大后，拉拔力迅速下降，位移仍增加.

圖17 試件11拉拔力－－拉拔位移曲線

圖18 試件12拉拔力－－拉拔位移曲線

(2)型號(hào)一和型號(hào)二的錨固槽鋼試件尺寸基本相同，混凝土基材的尺寸也相同，可以得到基本相同的最大拉拔力和破壞形式.但由于型號(hào)二試件的混凝土的實(shí)際強(qiáng)度較型號(hào)一偏大，可能是使型號(hào)二的拉拔力－拉拔位移曲線的塑形變形階段較型號(hào)一更長(zhǎng)的原因.

(3)型號(hào)一和型號(hào)二的錨固槽鋼的錨軌開(kāi)口朝上，槽鋼背面鉚接有錨腿，但型號(hào)三和型號(hào)四的錨固槽鋼的錨軌開(kāi)口朝下，型號(hào)三的槽鋼焊接的4根非常細(xì)的錨釘，比型號(hào)一和型號(hào)二的錨腿的直徑和長(zhǎng)度小得多，而型號(hào)四的槽鋼并無(wú)焊接或鉚接任何錨釘.這也使得型號(hào)三和型號(hào)四的拉拔力明顯小于前兩種型號(hào).

圖19 試件13拉拔力－－拉拔位移曲線

圖20 試件1拉拔力－－拉拔位移曲線

(4)試驗(yàn)中所有試件的裂縫均從槽鋼邊緣旁的混凝土表面開(kāi)始出現(xiàn)，型號(hào)一和型號(hào)二試件中槽鋼端部旁的混凝土到支承點(diǎn)方向均出現(xiàn)四條較大的斜裂縫，混凝土受拉椎體破壞較為明顯.型號(hào)三和型號(hào)四試件混凝土表面均產(chǎn)生與槽鋼縱向大致平行的裂縫.

(5)型號(hào)四的最大拉拔力僅為31.58kN，是型號(hào)一和型號(hào)二的五分之一左右，這也是由于型號(hào)四的用途決定的，無(wú)錨腿的錨固槽鋼主要用于固定屋面板，梯形面板等不需要承受較大荷載的結(jié)構(gòu)構(gòu)件.

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)14個(gè)錨固槽鋼試件(分三批次，4種型號(hào))的拉拔試驗(yàn)，可以得到以下結(jié)論:

(1)錨固槽鋼的拉拔力－拉拔位移曲線，曲線的發(fā)展趨勢(shì)大體可以分為四個(gè)階段:彈性變形階段、彈塑性變形階段、塑性變形階段和下降階段.

(2)錨固槽鋼型號(hào)PEC－TA－54/33－350mm(試件1～試件3)和錨固槽鋼型號(hào)為PEC－TA－52/34－350mm(試件4～試件6)的拉拔試驗(yàn)的六個(gè)試件，破壞形式均為基材混凝土受拉破壞.破壞時(shí)，大塊混凝土被拉起，而錨固槽鋼沒(méi)有嚴(yán)重變形等損壞現(xiàn)象.

(3)PEC－TU錨固槽鋼和特殊錨固槽鋼P(yáng)EC－TU 60/25的破壞形式為基材混凝土受拉破壞.破壞時(shí)，而錨固槽鋼有均有不同程度的變形.

(4)比較型號(hào)一和型號(hào)二的試驗(yàn)結(jié)果得到，由于兩種型號(hào)的錨固槽鋼的尺寸基本相同，混凝土基材的尺寸也相同，可以得到基本相同的最大拉拔力和破壞形式.

(5)比較各個(gè)型號(hào)的試驗(yàn)結(jié)果得到，由于型號(hào)四的錨固槽鋼并無(wú)焊接或直接沖壓成的錨腿，而其他型號(hào)的錨固槽鋼均有錨腿，在拉拔試驗(yàn)中，錨腿和槽鋼與混凝土之間相互作用，所以型號(hào)四的試件的拉拔力最小.

(6)比較各個(gè)型號(hào)的錨固槽鋼的最大荷載，型號(hào)二最大，型號(hào)一次之，型號(hào)三稍小，型號(hào)四最小.

[1]徐淑美，周德源，畢大勇.預(yù)埋式槽型錨軌拉拔性能的試驗(yàn)研究[J].結(jié)構(gòu)工程師，2010，26(5):111.

[2]姚振剛，劉祖華.建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，1996，80:93 －95.

[3]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GB 50010－－2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.