先张法预应力空心板梁钢绞线断丝、滑丝原因浅析及预防措施

先张法预应力空心板梁钢绞线断丝、滑丝原因浅析及
预防措施
贺友平
【交通部公路一局一公司北京100024】
摘要：对张拉钢绞线施工中断丝、滑丝现象予以理论分析，并据此指导施工。

关键词：断丝滑丝分析措施钢绞线
1 断丝、滑丝力学浅析
1.1 锚固体系受力分析
1.1.1 钢绞线锚固体系剖面图(图1)
图1
1.1.2 钢绞线、夹片受力分析
张拉过程中，钢绞线、夹片、锚圈受力图(图2)
图2
T0—千斤顶对钢绞线的张拉力；T1—夹片对钢绞线的夹持力；
N1—夹片对钢绞线的压力；T1′—钢绞线对夹片夹持力的反作用力；N1′—钢绞线对夹片压力的
反作用力；
N2—锚圈对夹片的压力；f—锚圈对夹片的摩擦力；f′—夹片对锚圈摩擦力钢绞线受力简图见图3，夹片受力简图见图4。

图3
T0—千斤顶对钢绞线张拉力T1—夹片对钢绞线夹持力N1—夹片对钢绞线的压力
图4
T1′—钢绞线对夹片夹持力的反作用力N2—锚圈对夹片的压力
N1′—钢绞线对夹片压力的反作用力f—锚圈对夹片的摩擦力
根据以上受力分析，可以得出如下平衡条件：由图2及图3
ΣＦx＝0 T
0-T
1
＝0即T
＝T
1
(1)
由图2及图4
ΣＦx＝0 T
1′-N
2
si nα-fcosα＝0 (2)
ΣFy＝0 N
2cosα-fsinα-N
1
′＝0 (3)
f＝N
2
＊μ(μ为锚圈与夹片间摩擦系数) (4)
T 1与T
1
′，N
1
与N
1
′是两对作用力与反作用力
则T
1
＝T
1
′(5)
N
1
＝N
1
′(6)
由(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)式得：
N 2＝T
/(cosα-μsinα)(7)
N 1＝T
(cosα-μsinα)/(sinα+μcosα)(8)
夹片对钢绞线的切口深度为ΔL
ΔL＝K
1＊N
1
＝K
1
＊T
(cosα-μsinα)/(sinα+μcosα)(9)
K
1
—夹片与钢绞线相对硬度参数
钢绞线的抗滑力和T2取决于钢绞线本身的强度、夹片的齿形及齿数，以及与钢绞线的相对硬度等因素。

T
2＝K
2
＊△L＝K
1
K
2
T
(cosα-μsinα)/(sinα+μcosα)(10)
K
2
—钢绞线抗滑能力参数
钢绞线的实际抗断力T
3
′，取决于钢绞线的母材(即钢丝)的强度，由钢丝加工成钢绞线后各丝受力的均匀程度，以及锚具锚固后夹片对钢绞线的切口效应等。

设按钢丝强度计算的钢绞线理论抗破断力为T，钢绞线不计切口效应的抗破断力为T3和由于切口效应使钢绞线抗破断力的下降值为△T3，并设：
△T
3＝K
3
＊△L＝K
1
K
3
T
(cosα-μsinα)/(sinα+μcosα)(11)
K
3
—切口效应钢绞线抗破断力下降参数
T 3′＝T
3
-△T
3
＝T
3
-K
1
K
3
T
(cosα-μsinα)/(sinα+μcosα)(12)
式中：T
3
′—钢绞线实际抗破断力；
T
3
—钢绞线不计切口效应的抗破断力；
夹片的抗滑力T
4
可用下式表示
T
4＝K
4
＊△L＝K
1
K
4
T
(cosα-μsinα)/(sinα+μcosα)(13)
K
4
夹片抗滑力参数
由(10)、(13)可得出如下关系式
T 2/T
＝K
1
K
2
(cosα-μsinα)/(sinα+μcosα)(14)
T
4
/T
＝K
1
K
4
(cosα-μsinα)/(sinα+μcosα)(15)
要保持不断丝，必须满足以下力学条件
T 3′／T
≥1即：T
3
-K
1
K
3
T
(cosα-μsinα)/(sinα+μcosα)≥T
(16)
要保证不滑丝，必须满足以下力学条件
(1)T
2/T
≥1即K
1
K
2
(cosα-μsinα)/(sinα+μcosα)≥1(17)
(2)T
4/T
≥1即K
1
K
4
(cosα-μsinα)/(sinα+μcosα)≥1(18)
根据以上关系式分析滑丝断丝的原因如下：
在以上关系式中，K
1、K
2
、K
3
、K
4
、α是锚固体系本身因素，但在施工过程
中受安装锚固系统的影响而改变，夹片安装不齐，间距不均匀或有杂物，尺寸不
准确等都会影响K
1、K
2
、K
3
、K
4
的大小，从而影响锚固效果。

μ也影响其锚固效果，根据式(10)、(13)分析，μ过大，将使抗滑力T
2
、
T 4降低，造成滑丝。

根据式(11)、(12)、(16)分析，μ过小将使△T
3
增大，切口
效应增强，钢绞线抗破断力减小，同样不利于锚固。

因此在施工过程中应有适当的措施控制μ值的大小。

μ值过小易造成断丝，μ过大，易造成滑丝。

1.2 原因分析
①断丝原因较多，主要因素有夹片齿形及硬度，摩擦系数μ和锚具的加工与安装等，这里有锚具自身的因素，也有人为的操作等因素。

当夹片齿形尖锐，或硬度超出钢丝硬度过多，则其切口效应将加大，使钢绞线的抗破断力下降值△T3增加，使钢绞线的实际抗破断力T
3
′变小而断丝。

此时，如μ值越小，切口深度△L将增大，越易促成断丝。

②滑丝原因：往往由于夹片齿形不恰当，或硬度小，切口深度△L值减小，夹片多次使用齿绞被磨平而滑丝。

操作时，夹片安装不均匀，三片夹片不能整体
受力。

降低了各参数K值；当锚固系统质量及安装合格，而μ值太大，将使T
2/T
＜1或T
4/T
＜1而滑丝。

2 措施
2.1 概况
2.1.1 张拉设备
QYC-230千斤顶2台与之配套63MPa油泵2台。

2.1.2 锚固体系
锚垫板、锚圈QM13-1和QM15-1及配套夹片，组成锚固体系。

2.2 滑丝、断丝问题统计表
我公司承担沪宁高速公路苏州段某标段施工，13m板梁预制7周期共56片，张拉钢绞线98根，张拉过程中断丝、滑丝统计如表1。

断丝、滑丝统计表表1
2.3 滑丝、断丝原因分析及对策
针对不同的滑丝、断丝情况进行认真分析、整理、分类，找出重点，抓住重
点，分析其原因，寻找最佳的解决措施(见表2)。

通过以上断丝、滑丝问题的原因分析，我们认为断丝滑丝问题的出现不是其一二种原因所致，而是几方面同时作用造成的，从锚固体系内部因素和外部因素两方面进行归纳。

2.3.1 内部因素
(1)锚圈夹片、钢绞线的几何尺寸不精确；
(2)技术参数达不到要求；
(3)锚圈、夹片不配套；
(4)钢绞线、夹片相对硬度大；
(5)夹片齿形圆弧不合要求。

2.3.2 外部因素
(1)锚圈、夹片、钢绞线安装时有污物没有清理干净；
(2)夹片安装不整齐，间距不均匀，不能同时受力，同时降低了夹片的抗滑
力参数K
4及钢绞线的抗滑力参数K
2
；
(3)张拉过程中速度过快；
(4)夹片与锚圈间系数μ过大，降低了夹片的抗滑力T
4
及钢绞线的抗滑力
T
2。

2.3.3 采取的措施
(1)实验不合格，不配套的锚固系统不得使用；
(2)对张拉人员进行技术培训，提高质量意识，增强责任心；
(3)安装前对锚固系统的每一部分认真清理，对其外观仔细检查，并在锚圈孔内涂少量石蜡油，不宜多擦；
(4)锚固体系的安装、夹片要整齐、间距要均匀，夹片夹持钢绞线外露部分在15m左右，夹片槽内钢圈要紧；
(5)张拉前，检查锚固体系安装符合要求后，再进行张拉；
(6)张拉时，速度不宜过快，要保持张拉油表读数均匀增加。

(7)千斤顶油表定期校核，同时，在出现下列情况之一时，即：
①千斤顶经过拆卸、修理；
②油表不能回零，受到碰撞或失灵现象，更换油表；
③张拉实际伸长值与理论伸长值不符，超过规范要求；千斤顶油压表要进行校核、更换；
(8)为确保安全，张拉人员要遵守张拉安全操作规范，张拉前将钢筋笼放在钢绞线上方，设置安全挡板。

滑丝、断丝类型、原因分析、措施表表2
序号断丝、滑丝
类型
损伤状况原因分析措施
1 断丝断口呈斜
口
断口有旧
夹片齿形太尖，切口效应大，
属
剪断钢绞线在张拉前受损伤
安装夹片前认真检查
夹片
加强对钢绞线的检查、
2.4 实施效果
采取以上措施并严格执行后，杜绝了断线、滑丝现象，说明以上措施是很有效的。