锚具

预应力混凝土中所用的永久性锚固装置

锚具是指预应力混凝土中所用的永久性锚固装置，是在后张法结构或构件中，为保持预应力筋的拉力并将其传递到混凝土内部的锚固工具，也称之为预应力锚具。

分类

锚具根据使用型式可分为两大类：

（a）：安装在预应力筋端部且可以在预应力筋的张拉过程中始终对预应力筋保持锚固状态的锚固工具。

张拉端锚具根据锚固型式的不同还可分为：用于张拉预应力钢绞线的夹片式锚具（YJM），用于张拉高强钢丝的钢制锥形锚（GZM），用于镦头后张拉高强钢丝的墩头锚（DM），用于张拉精轧螺纹钢筋的螺母（YGM）,用于张拉多股平行钢丝束的冷铸镦头锚（LZM）等多种类型。

（b）固定端锚具：安装在预应力筋端部，通常埋入混凝土中且不用以张拉的锚具，也被称作挤压锚或者P锚。

预应力筋用锚具的最新标准为：中华人民共和国预应力筋用锚具、夹具和连接器（GB/T 14370-2015），铁道部预应力筋用锚具、夹具和连接器（TB/T3193-2016）。

应用领域

公路桥梁、铁路桥梁、城市立交、城市轻轨、高层建筑、水利水电大坝、港口码头、岩体护坡锚固、基础加固、隧道矿顶锚顶、预应力网架、地铁、大型楼堂馆所、仓库厂房、塔式建筑、重物提升、滑膜间歇推进、桥隧顶推、大型容器及船舶、轨枕、更换桥梁支座、桥梁及建筑物加固、钢筋工程、防磁及防腐工程（纤维锚具）、碳纤维加固、先张梁场施工、体外预应力工程、斜拉索、悬索等。

规格型号

国内普遍采用的锚具规格有：

（a）M15－N锚具。M代表锚具（锚具汉语拼音第一个字母）；15代表钢绞线的规格为国标公称直径15.20 mm的钢绞线，（我国一般普遍使用的钢绞线强度为1860 MPa级公称直径15.20 mm钢绞线）；-N是指所要穿载的钢绞线根数。

（b）M13－N锚具。M代表锚具（锚具汉语拼音第一个字母）；13代表钢绞线的规格为公称直径12.70mm的钢绞线，（国外一般普遍使用的钢绞线强度为1860 MPa级公称直径12.70mm钢绞线）；-N是指所要穿载的钢绞线根数。

主要分类

（1）圆形锚具

规格型号表示为：YJM15-N（YM15-N）或YJM13-N（YM13-N)；此类型锚具具有良好的自锚性能。张拉一般采用穿心式千斤顶。

（2）扁形锚

规格型号表示为：BJM15-N(BM15-N)或BJM13-N(BM13-N)（B，扁锚汉语拼音第一个字母，代表扁形锚具的意思）；扁型锚具主要用于桥面横向预应力、空心板、低高度箱梁，使应力分布更加均匀合理，进一步减薄结构厚度。

（3）握裹式锚具

（固定端锚具）规格型号表示为：JYM15-N(YMP15-N)或JYM13-N(YMP13-N)；适用于构件端部设计应力大或端部空间受到限制的情况，它使用挤压机将挤压套压结在钢绞线上的一种握裹式锚具，它预埋在混凝土内，按需要排布，混凝土凝固到设计强度后，在进行张拉。

补充

后张法预应力筋常用的锚具：

1）镦头锚具体系是先将钢丝穿过固定端锚板及张拉锚杯中的圆孔，然后利用镦头器对钢丝两端进行镦头，通过张拉锚达到施加预应力的目的；

2）帮条锚具由帮条和衬板组成。帮条采用与预应力筋同级别的钢筋，衬板采用普通低碳钢的钢板。帮条锚具的三根帮条应成120º均匀布置，并垂直于衬板与预应力筋焊接牢固。帮条焊接亦宜在钢筋冷拉前进行，焊接时需防止烧伤预应力筋。

3)锥形螺杆锚具。

安装方法

简单施工法

简单施工法又称预应力锚具施工安装法，属于小锚具施工安装，是在被锚具施工安装的岩石内钻凿直径28—75 mm、深度1～Sm筒形的简单施工、简单施工可用风钻或人工打设，然后在简单施工内装药进行爆炸，简单施工法可用于开挖基坑、开采石料、松动冻土等，但其锚具施工安装量小、效率低、钻孔工作量大。

简单施工的布置应尽量利用临空面较多的地形；简单施工方向应尽量与临空面平行。避免与临空面垂直，以免炸药爆炸时，破坏力向最小抵抗线方向发展。药包量可按松动药包量计算。为防止出现冲天炮，装药量大致为炮孔深度。

一般锚具施工安装法

一般锚具施工安装法是在炮孔底部放入少量的炸药，经过几次锚具施工安装扩大成为圆球的形状，最后装入炸药进行锚具施工安装。此法与炮孔锚具施工安装法相比，具有锚具施工安装效果好、工效高、进度快、炸药消耗少等优点。在浅基的短桩锚具施工安装中常采用此法。

复杂锚具施工安装

复杂锚具施工安装也叫“定向锚具施工安装”，是通过一定的技术措施，严格控制爆炸能量和爆炸规模，使锚具施工安装的声响、振动、破坏区域以及破碎物的散坍范围，控制在规定的限度之内。在城市和工厂往往需要复杂一些旧的桥梁建筑物或构筑物，如：楼宇、厂房、烟囱、水塔以及各种基础等，常采用复杂锚具施工安装。

复杂锚具施工安装考虑的因素很多，包括锚具施工安装体的几何形状和材质，使用的炸药、药量、简单施工布置及装药方式，覆盖物和防护措施及周围环境等，其中最主要的是炸药及装药量。

注意事项

（1）预应力筋的切割，宜采用砂轮锯，不得采用电弧切割；

（2）钢绞线编束时，应逐根理顺，捆扎成束，不得紊乱。钢绞线固定端的挤压型锚具或压花型锚具，应事先与承压板和螺旋筋进行组装；

（3）施加预应力用的机具设备及仪表，应定期维护和标定；

（4）预应力筋张拉前，应提供混凝土强度试压报告。当混凝土的抗压强度满足设计要求，且不低于设计强度等级的75%后，方可施加预应力；

（5）预应力筋张拉前，应清理承压板面，并检查承压板后面的混凝土质量。如该处混凝土有空洞现象，应在张拉前用环氧砂浆修补；

（6）锚具安装时，锚板应对正，夹片应打紧，且片位要均匀：但打紧夹片时不得过重敲打，以免把夹片敲坏；

（7）大吨位预应力筋正式张拉前，应会同专业人员进行试张拉。确认张拉工艺合理，张拉伸长值正常，并无有害裂缝出现后，方可成批张拉。必要时测定实际的孔道磨擦损失。对曲线预应力束不得采用小型千斤顶单根张拉；以免造成不必要的预应力损失。在张拉时，操作人员必须站在安全地带，做好防护措施，注意操作人员严禁站在张拉时和张拉好的预应力筋前端；

（8）预应力筋在张拉时，应先从零加载至量测伸长值起点的初拉力，然后分级加载至所需的张拉力；

（9）预应力筋的张拉管理，采取应力控制，伸长校核。实际伸长值与计算伸长值的允许偏差为-5%～+10%。如超过该值，应暂停张拉；采取措施予以调整后，方可继续张拉；如伸长值偏小，可采取超张拉措施，但张拉力限值不得大于0.8fptk值；在多波曲线预应力筋中，为了提高内支座处的张拉应力，减少张拉后锚具下口的张拉应力，可采取超张拉回松技术；

（10）孔道灌浆要求密实，水泥浆强度等级不应低于C40。灌浆前孔道应湿润、洁净，灌浆应缓慢均匀地进行，不得中断，并应排气通顺。如遇孔道堵塞，必须更换灌浆口，但必须将第一次灌入的水泥浆排出，以免两次灌入的水泥浆之间有气体存在。在灌满孔道并封闭排气孔后，宜再继续加压至0.5－0.6Mpa，稍后再封闭灌浆孔。竖向孔道的灌浆压力应根据灌浆高度确定；

（11）用连接器连接的多跨连续预应力筋的孔道灌浆，应张拉完一跨再灌注一跨，不得在各跨全部张拉完毕后一次灌浆；

（12）预应力筋锚固后的外露长度，不宜小于30mm，锚具应用封端混凝土保护。当需长期外露时，应采取防止锈蚀的措施；当钢绞线有浮锈时，请将锚固夹持段及其外端的钢绞线浮锈和污物清除干净，以兔在安装和张拉时浮锈、污物填满夹片赤槽而造成滑丝；

（13）工具夹片为三片式，工作夹片为二片，两者不可混用。工作锚不能当作工具锚不能重复使用；

（14）锚具要妥善保管，使用时不得有锈、有水及沾污其它杂物。工作夹片去掉包装盒内的泡沫即可使用，但当预应力束较长，须反复张拉锚固时，建议在锚板锥孔中涂少量润滑剂（如退锚灵），既有利于工作夹片的跟进和退锚又有利于锚具的多次锚固；工具夹片外表面和锚板锥孔内表面使用前涂上润滑剂，并经常清除夹片表面杂物，可使退锚灵活，但当夹片开裂或牙面破坏时则需更换，不得再使用；

（15）张拉时应有安全措施，张拉千斤顶后不能站人；

（16）锚固体系应配套使用，不能与其它体系混用。如要做静载试验，请用有机溶剂（如汽油）清洗夹片并将锚板孔的防锈油擦试干净，否则将对锚固性能造成影响；

（17）预应力施工应由专业施工队伍来进行,而且施工人员应经过专业培训持证上岗。

检测范围

常规检测

硬度范围检测（普遍采用）

硬度检测：应从每批中抽取5%的锚具且不少于5套，对其中有硬度要求的零件做硬度试验，对多孔夹片式锚具的夹片，每套至少抽取5片。每个零件测试3点，其硬度应在设计要求范围内，如有一个零件不合格，则应另取双倍数量的零件重做试验，如仍有一个零件不合格，则应逐个检查，合格者方可使用。

特殊检测

（1）静载试验检测

详见《预应力筋用锚具、夹具和连接器》GB/T 14370-2015。

（2）锚板强度检测

详见《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/T3193-2016。

（3）锚垫板传力试验

详见《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》JGJ85-2010。

行业标准

JT/T 329-2010 交通运输行业标准：该标准代替JT/T 329. 1-1997《公路桥梁预应力钢绞线用YM锚具、连接器规格系列》和JT/T329.2-1997《公路桥梁预应力钢绞线用锚具、连接器试验方法及检验规则》。

JGJ 85-2010预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程　根据住房和城乡建设部《关于印发(2008年工程建设标准规范制订、修订计划(第一批)>通知》(建标[2008]102号)的要求，规程修订组经广泛调查研究，认真总结实践经验，参考有关国际标准和国外标准，并在广泛征求意见的基础上，修订了本规程。

JG 225-2007 预应力混凝土用金属波纹管：本标准自实施之日起代替JG/T 301 3 1994《预应力混凝土用金属螺旋管》。JT/T 529-2004 预应力混凝土桥梁用塑料波纹管　本标准由交通部公路科学研究所提出。本标准由中国公路学会桥梁和结构工程分会归口。

性能试验

研究背景

碳纤维增强塑料(CFRP)筋在桥梁工程中的应用研究日趋成熟，但由于CFRP筋是一种横观各向同性材料，其抗剪强度较低，使得锚固问题成为CFRP筋在应用中遇到的最大困难，因此必须研制适应CFRP筋的锚固系统。Nanni等研究表明：对于配置CFRP筋的混凝土结构，其最终承载能力主要取决于锚具系统的锚固性能而不是筋材本身的强度。各国学者对CFRP筋粘结式锚固系统进行了研究，其粘结介质主要有环氧砂、环氧树脂、水泥浆或膨胀水泥浆等，但这些粘结介质存在强度较低、或徐变过大、或热稳性能较差等不足。活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete，RPC)是一种新型的超高性能混凝土，具有高强度、较小的徐变和收缩率、良好的塑性、耐磨性和耐久性，适宜作为粘结式锚具的粘结介质。因此，本文中笔者开发了一种以RPC作为粘结介质的CFRP筋粘结式锚具，并就其锚固性能进行了试验研究。

试验参数

试验参数包括表面形状、锚固长度、筋间距、根数、套筒内壁倾角以及筋材预张拉。其中，筋材表面形状包括光滑和压纹；锚固长度在100～400 mm范围内；筋间距包括0、d以及2d(d为筋材直径)；筋根数包括1根和2根；套筒内壁倾角包括0°、1.5°以及3°；预张比m在0～100%之间。筋材预张比为预张拉荷载F与具有相同锚固长度的普通粘结试件锚具的极限荷载TGB之比，其中采用了筋材预张拉工艺的试件称为预张拉粘结试件。筋材预张拉是指灌注RPC之前对筋材预先张拉，待RPC养护后放张，筋材的回缩力传递到粘结界面，以期部分抵消张拉荷载，从而提高锚固性能。

试验结果分析

（1）破坏形式

试验表明：对于单根CFRP筋粘结式锚具，其典型的破坏形式有滑移破坏以及拉断破坏2种，其中以充分发挥了材料的抗拉强度的拉断破坏为理想破坏形式；对于双根压纹CFRP筋粘结式锚具，其典型破坏形式是折断破坏。粘结试件破坏形式如图1所示。对于双根表面压纹CFRP筋粘结式锚具，其破坏形式均为折断破坏，且在试验中所观测到的极限荷载平均值要小于单根粘结式锚具的极限荷载。其原因可以归结为：在灌注RPC时，CFRP筋没有完全按预期位置安装，导致CFRP筋之间存在初始偏心，使得CFRP筋在使用荷载作用下不是单纯的轴向受拉状态，而是处于拉弯剪复合状态；另外，双根表面压纹CFRP筋粘结试件的自由长度较短，这使得试件相对刚度更大，在荷载作用下对初始缺陷更加敏感；再次，CFRP筋的抗剪强度较低，使得锚固长度足够大的单根CFRP筋和双根CFRP筋的破坏形式不同，即单根CFRP筋为拉断破坏而双根CFRP筋为折断破坏。

（2）表面形状和锚固长度的影响

锚固长度与极限拉力的关系曲线如图2所示。从图2可以看出，对于单根压纹CFRP筋，当其锚固长度为175 mm和250 mm时，极限拉力分别达到了186.36 kN和231.5 kN，效率系数分别为97.1%和120.6%，破坏形式为CFRP筋拉断破坏，满足锚具系统要求。试验表明：在相同的条件下，压纹CFRP筋与粘结介质之间的粘结性能比光滑CFRP筋的粘结性能要强得多。

从图2还可以看出，粘结试件的极限荷载均随锚固长度的增加而增加。对于发生滑移破坏的普通粘结试件，锚固长度每增加25 mm，其极限荷载平均增量为32.87 kN；而对于发生拉断破坏的普通粘结试件，极限荷载由材料的强度决定。对于发生滑移破坏的预张拉粘结试件，其极限荷载增量与普通粘结式锚具的极限荷载增量近似相等，而与预张拉力的大小无关；对于发生拉断破坏的预张拉粘结试件，其极限荷载由材料的强度决定，而与预张拉力的大小无关。

锚固长度与平均粘结强度的关系曲线如图3所示。从图3可以看出：对于单根光滑CFRP筋的普通粘结试件，其平均粘结强度随锚固长度的变化不明显；对于单根压纹CFRP筋的普通粘结试件，平均粘结强度随锚固长度的增大而增大；对于单根压纹CFRP筋的预张拉粘结试件，预张比小于56%时，平均粘结强度随锚固长度的增大而增大，而预张比大于56%时，平均粘结强度随锚固长度的增大而减小；对于2根压纹CFRP筋的试件，试验结果均为CFRP筋折断破坏，不能反映其粘结强度。

研究结论

(1)CFRP筋的表面形状对以RPC作为粘结介质的粘结式锚具的锚固性能有着决定性影响。

(2)对于抗拉强度不大于3000 MPa的表面压纹CFRP筋，RPC抗压强度不小于130 MPa，普通粘结试件的临界锚固长度为20倍筋材直径；对于预张拉粘结试件，当预张比为56%时，锚固系统具有的最短临界锚固长度为13倍筋材直径。

(3)多筋同时锚固时，CFRP筋间距不宜小于1倍筋材直径。

(4)筋材预张拉有利于提高粘结试件的极限荷载，但是极限荷载的提高程度由预张拉力值的相对大小决定。当预张比小于56%时，对于发生滑移破坏的预张粘结试件，极限荷载近似提高了预张拉荷载的大小；对于发生拉断破坏的预张拉粘结试件，极限荷载的提高量受到筋材抗拉强度的限制；当预张比大于56%时，预张粘结试件极限荷载的提高量随预张力的增大而急剧减小。

(5)建立了平均粘结强度、平均粘结强度对应的滑移量、临界锚固长度以及粘结滑移本构模型等计算式，分析表明它们均具有较好的适用性。

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