PEC錨固槽鋼拉拔試驗研究①

鄭圓圓， 劉祖華， 袁苗苗

(同濟大學結構工程與防災研究所，上海 200092)

0 引言

德國PEC錨固槽鋼作為一種槽式預埋件，可以對各種建筑部件進行固定，且具有便于安裝和可調節的特點.在國外，此類鋼槽已廣泛應用于預制混凝土產品領域、建筑公司領域等，且都取得了較好的效果.該種槽式預埋件于1984年第一次登陸中國，在中國的首項工程是北京長城飯店，其建筑外圍的玻璃幕墻采用的就是槽式預埋件錨固系統.雖然，槽式預埋件進人中國已有20多年的歷史，但總體來說在我國真正投入使用的項目仍比較少[1].錨固槽鋼可以工廠標準化批量生產，設計簡單，施工方便，性能可靠，機動靈活，解決了傳統預埋件在工程中遺漏、碰撞以及位置錯誤等問題.本文主要對PEC錨固槽鋼進行拉拔加載試驗，以了解錨固槽鋼在混凝土中的拉拔錨固性能.

1 試驗概況

1.1 試驗設計

本次試驗的試件共有四種型號，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.試驗共計12個試件，試驗的試件型號具體見表1.試件為將一個錨固槽鋼按要求預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×寬 ×厚)，第三批次試驗試件的尺寸為500mm×300mm×300mm，混凝土強度等級均為C20－C25.

1.2 加載方法

本次試驗通過一個連接件，對錨固槽鋼進行拉拔.連接件由一根螺桿和一塊厚鋼板焊接而成，厚鋼板通過兩個T型螺栓與槽鋼連接(見圖1).為保證連接件的強度和剛度，對其進行了加固.

用穿心千斤頂施加拉拔力，通過接長螺桿拉拔連接件，再通過兩個T型螺栓拉拔錨固槽鋼.千斤頂的反力通過鋼梁分散到四個支承點，支承點布置在35°破壞椎體投影面的外面，見圖2.

表1 各個試驗的試件型號

1.3 測量方法

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.同時用裂縫觀察儀測量裂縫寬度[2].

圖1 試件加載示意圖

圖2 拉拔加載示意

2 試驗結果及分析

2.1 試件破壞現象

所有試件的破壞結果統計見表2，取每種型號的錨固槽鋼中一個試件來說明，試驗現象:

(1)型號一:正式加載至約40kN時，槽鋼邊緣旁的混凝土表面開始出現裂縫;加載至約70kN時，槽鋼端部的混凝土開始出現裂縫;加載至約82kN時，槽鋼邊緣與混凝土之間逐漸脫開，槽鋼端部的裂縫變多、延伸;加載至約141kN時，槽鋼邊緣與混凝土之間完全脫開，試件上表面混凝土從槽鋼的端部向外方向突然出現一條裂縫，并迅速變寬、延伸至側面，側面腰部也出現橫向裂縫、并從中間延展到兩端支承點之下，隨著混凝土被槽鋼拉起，試件達到破壞.試件破壞后的情況見圖3.

圖3 型號一試件破壞情況

圖4 型號二試件破壞情況

圖5 型號三試件試驗破壞情況

(2)型號二:正式加載至約143kN時，槽鋼邊緣旁的混凝土表面開始出現裂縫;但槽鋼端部的混凝土未出現裂縫;加載至約171kN時，槽鋼邊緣出現混凝土破碎現象;加載至約190kN時，槽鋼邊緣的混凝土破碎現象非常明顯，且混凝土碎片面積較大;加載至約205kN時，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一條裂縫;之后出現一聲的混凝土被拉裂的響聲，隨著槽鋼下的混凝土被拉起，槽鋼的兩個端部旁的混凝土開始向支承點方向出現四條較大的斜裂縫，試件達到破壞.試件破壞后的情況見圖4.

圖6 型號四試件試驗破壞情況

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)型號三:正式加載至約30kN時，槽鋼邊緣旁的混凝土表面開始出現裂縫;加載至約38kN時，槽鋼邊緣出現混凝土破碎現象;加載至約40kN時，槽鋼邊緣的混凝土破碎現象非常明顯，且混凝土碎片面積較大，裂縫迅速變大、延伸;加載至約53kN時，連接螺栓的槽鋼處發生明顯變形，鼓出;之后出現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，試件達到破壞.試件破壞后的情況見圖5.

(4)型號四:正式加載至約7kN時，槽鋼邊緣旁的混凝土表面開始出現裂縫;加載至約16kN時，槽鋼邊緣旁的裂縫明顯;加載至約35kN時，混凝土試件中部出現裂縫，并迅速向槽鋼端部延伸;加載至約37kN時，隨著一聲槽鋼下的混凝土被拉起的響聲，試件達到破壞.試件破壞后的情況見圖6.

表2 拉拔試驗結果匯總

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

錨固槽鋼型號一(試件1～試件3)的拉拔力－拉拔位移曲線見圖7～圖9;型號二(試件4～試件6)的荷載－位移曲線見圖10～圖12;

型號三(試件7～試件10)的荷載－位移曲線見圖13～圖16;型號四(試件11～試件14)的荷載－位移曲線見圖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 試驗結果分析

(1)根據14個試件的拉拔試驗所得的拉拔力－拉拔位移曲線，曲線的發展趨勢大體可以分為四個階段: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加載到某一個荷載值時，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展，槽鋼的錨釘的變形(型號三)等因素影響，拉拔力增加較緩，位移變化很大，直至拉拔力達到最大;下降階段:當拉拔力達到最大后，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)型號一和型號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.但由于型號二試件的混凝土的實際強度較型號一偏大，可能是使型號二的拉拔力－拉拔位移曲線的塑形變形階段較型號一更長的原因.

(3)型號一和型號二的錨固槽鋼的錨軌開口朝上，槽鋼背面鉚接有錨腿，但型號三和型號四的錨固槽鋼的錨軌開口朝下，型號三的槽鋼焊接的4根非常細的錨釘，比型號一和型號二的錨腿的直徑和長度小得多，而型號四的槽鋼并無焊接或鉚接任何錨釘.這也使得型號三和型號四的拉拔力明顯小于前兩種型號.

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)試驗中所有試件的裂縫均從槽鋼邊緣旁的混凝土表面開始出現，型號一和型號二試件中槽鋼端部旁的混凝土到支承點方向均出現四條較大的斜裂縫，混凝土受拉椎體破壞較為明顯.型號三和型號四試件混凝土表面均產生與槽鋼縱向大致平行的裂縫.

(5)型號四的最大拉拔力僅為31.58kN，是型號一和型號二的五分之一左右，這也是由于型號四的用途決定的，無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構構件.

3 結論

通過對14個錨固槽鋼試件(分三批次，4種型號)的拉拔試驗，可以得到以下結論:

(1)錨固槽鋼的拉拔力－拉拔位移曲線，曲線的發展趨勢大體可以分為四個階段: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PEC－TA－54/33－350mm(試件1～試件3)和錨固槽鋼型號為PEC－TA－52/34－350mm(試件4～試件6)的拉拔試驗的六個試件，破壞形式均為基材混凝土受拉破壞.破壞時，大塊混凝土被拉起，而錨固槽鋼沒有嚴重變形等損壞現象.

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

(4)比較型號一和型號二的試驗結果得到，由于兩種型號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)比較各個型號的試驗結果得到，由于型號四的錨固槽鋼并無焊接或直接沖壓成的錨腿，而其他型號的錨固槽鋼均有錨腿，在拉拔試驗中，錨腿和槽鋼與混凝土之間相互作用，所以型號四的試件的拉拔力最小.

(6)比較各個型號的錨固槽鋼的最大荷載，型號二最大，型號一次之，型號三稍小，型號四最小.

[1]徐淑美，周德源，畢大勇.預埋式槽型錨軌拉拔性能的試驗研究[J].結構工程師，2010，26(5):111.

[2]姚振剛，劉祖華.建筑結構試驗[M].上海:同濟大學出版社，1996，80:93 －95.

[3]中華人民共和國建設部.GB 50010－－2010混凝土結構設計規范[S].北京:中國建筑工業出版社，2010.