PEC锚固槽钢拉拔试验研究①

郑圆圆， 刘祖华， 袁苗苗

(同济大学结构工程与防灾研究所，上海 200092)

0 引言

德国PEC锚固槽钢作为一种槽式预埋件，可以对各种建筑部件进行固定，且具有便于安装和可调节的特点.在国外，此类钢槽已广泛应用于预制混凝土产品领域、建筑公司领域等，且都取得了较好的效果.该种槽式预埋件于1984年第一次登陆中国，在中国的首项工程是北京长城饭店，其建筑外围的玻璃幕墙采用的就是槽式预埋件锚固系统.虽然，槽式预埋件进人中国已有20多年的历史，但总体来说在我国真正投入使用的项目仍比较少[1].锚固槽钢可以工厂标准化批量生产，设计简单，施工方便，性能可靠，机动灵活，解决了传统预埋件在工程中遗漏、碰撞以及位置错误等问题.本文主要对PEC锚固槽钢进行拉拔加载试验，以了解锚固槽钢在混凝土中的拉拔锚固性能.

1 试验概况

1.1 试验设计

本次试验的试件共有四种型号，分别为PECTA－54/33－350mm，PEC－TA－52/34－350mm，PEC－TU锚固槽钢和特殊锚固槽钢 PEC－TU 60/25.试验共计12个试件，试验的试件型号具体见表1.试件为将一个锚固槽钢按要求预埋在混凝土基材中形成.混凝土基材为钢筋混凝土，第一批次和第二批次试件的尺寸为968mm×672mm×309mm(长×宽 ×厚)，第三批次试验试件的尺寸为500mm×300mm×300mm，混凝土强度等级均为C20－C25.

1.2 加载方法

本次试验通过一个连接件，对锚固槽钢进行拉拔.连接件由一根螺杆和一块厚钢板焊接而成，厚钢板通过两个T型螺栓与槽钢连接(见图1).为保证连接件的强度和刚度，对其进行了加固.

用穿心千斤顶施加拉拔力，通过接长螺杆拉拔连接件，再通过两个T型螺栓拉拔锚固槽钢.千斤顶的反力通过钢梁分散到四个支承点，支承点布置在35°破坏椎体投影面的外面，见图2.

表1 各个试验的试件型号

1.3 测量方法

锚固槽钢的拉拔力，由安装在千斤顶上的力传感器得到.用位移传感器测量连接件螺杆根部的拉拔位移，以此代表锚固槽钢的拉拔位移.同时用裂缝观察仪测量裂缝宽度[2].

图1 试件加载示意图

图2 拉拔加载示意

2 试验结果及分析

2.1 试件破坏现象

所有试件的破坏结果统计见表2，取每种型号的锚固槽钢中一个试件来说明，试验现象:

(1)型号一:正式加载至约40kN时，槽钢边缘旁的混凝土表面开始出现裂缝;加载至约70kN时，槽钢端部的混凝土开始出现裂缝;加载至约82kN时，槽钢边缘与混凝土之间逐渐脱开，槽钢端部的裂缝变多、延伸;加载至约141kN时，槽钢边缘与混凝土之间完全脱开，试件上表面混凝土从槽钢的端部向外方向突然出现一条裂缝，并迅速变宽、延伸至侧面，侧面腰部也出现横向裂缝、并从中间延展到两端支承点之下，随着混凝土被槽钢拉起，试件达到破坏.试件破坏后的情况见图3.

图3 型号一试件破坏情况

图4 型号二试件破坏情况

图5 型号三试件试验破坏情况

(2)型号二:正式加载至约143kN时，槽钢边缘旁的混凝土表面开始出现裂缝;但槽钢端部的混凝土未出现裂缝;加载至约171kN时，槽钢边缘出现混凝土破碎现象;加载至约190kN时，槽钢边缘的混凝土破碎现象非常明显，且混凝土碎片面积较大;加载至约205kN时，试件上表面混凝土从垂直槽身中部处向外方向各突然出现一条裂缝;之后出现一声的混凝土被拉裂的响声，随着槽钢下的混凝土被拉起，槽钢的两个端部旁的混凝土开始向支承点方向出现四条较大的斜裂缝，试件达到破坏.试件破坏后的情况见图4.

图6 型号四试件试验破坏情况

图7 试件1拉拔力－－拉拔位移曲线

图8 试件2拉拔力－－拉拔位移曲线

(3)型号三:正式加载至约30kN时，槽钢边缘旁的混凝土表面开始出现裂缝;加载至约38kN时，槽钢边缘出现混凝土破碎现象;加载至约40kN时，槽钢边缘的混凝土破碎现象非常明显，且混凝土碎片面积较大，裂缝迅速变大、延伸;加载至约53kN时，连接螺栓的槽钢处发生明显变形，鼓出;之后出现一声的试件锚钉被拉短的响声，随着槽钢下的混凝土被拉起，试件表面的混凝土碎片弹出，试件达到破坏.试件破坏后的情况见图5.

(4)型号四:正式加载至约7kN时，槽钢边缘旁的混凝土表面开始出现裂缝;加载至约16kN时，槽钢边缘旁的裂缝明显;加载至约35kN时，混凝土试件中部出现裂缝，并迅速向槽钢端部延伸;加载至约37kN时，随着一声槽钢下的混凝土被拉起的响声，试件达到破坏.试件破坏后的情况见图6.

表2 拉拔试验结果汇总

图9 试件3拉拔力－－拉拔位移曲线

图10 试件4拉拔力－－拉拔位移曲线

图11 试件5拉拔力－－拉拔位移曲线

图12 试件6拉拔力－－拉拔位移曲线

2.2 荷载－位移曲线

锚固槽钢型号一(试件1～试件3)的拉拔力－拉拔位移曲线见图7～图9;型号二(试件4～试件6)的荷载－位移曲线见图10～图12;

型号三(试件7～试件10)的荷载－位移曲线见图13～图16;型号四(试件11～试件14)的荷载－位移曲线见图17～图20.

图13 试件7拉拔力－－拉拔位移曲线

图14 试件8拉拔力－－拉拔位移曲线

图15 试件9拉拔力－－拉拔位移曲线

图16 试件10拉拔力－－拉拔位移曲线

2.3 试验结果分析

(1)根据14个试件的拉拔试验所得的拉拔力－拉拔位移曲线，曲线的发展趋势大体可以分为四个阶段:弹性变形阶段、弹塑性变形阶段、塑性变形阶段和下降阶段[3].

弹性变形阶段:拉拔力从0加载到某一个荷载值时，拉拔力－拉拔位移曲线基本上呈线性变化;弹塑性变形阶段:随着拉拔力的增加，拉拔位移的增加变快，拉拔力－拉拔位移曲线的斜率减小;塑性变形阶段:由于试件的混凝土裂缝逐渐开展，槽钢的锚钉的变形(型号三)等因素影响，拉拔力增加较缓，位移变化很大，直至拉拔力达到最大;下降阶段:当拉拔力达到最大后，拉拔力迅速下降，位移仍增加.

图17 试件11拉拔力－－拉拔位移曲线

图18 试件12拉拔力－－拉拔位移曲线

(2)型号一和型号二的锚固槽钢试件尺寸基本相同，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坏形式.但由于型号二试件的混凝土的实际强度较型号一偏大，可能是使型号二的拉拔力－拉拔位移曲线的塑形变形阶段较型号一更长的原因.

(3)型号一和型号二的锚固槽钢的锚轨开口朝上，槽钢背面铆接有锚腿，但型号三和型号四的锚固槽钢的锚轨开口朝下，型号三的槽钢焊接的4根非常细的锚钉，比型号一和型号二的锚腿的直径和长度小得多，而型号四的槽钢并无焊接或铆接任何锚钉.这也使得型号三和型号四的拉拔力明显小于前两种型号.

图19 试件13拉拔力－－拉拔位移曲线

图20 试件1拉拔力－－拉拔位移曲线

(4)试验中所有试件的裂缝均从槽钢边缘旁的混凝土表面开始出现，型号一和型号二试件中槽钢端部旁的混凝土到支承点方向均出现四条较大的斜裂缝，混凝土受拉椎体破坏较为明显.型号三和型号四试件混凝土表面均产生与槽钢纵向大致平行的裂缝.

(5)型号四的最大拉拔力仅为31.58kN，是型号一和型号二的五分之一左右，这也是由于型号四的用途决定的，无锚腿的锚固槽钢主要用于固定屋面板，梯形面板等不需要承受较大荷载的结构构件.

3 结论

通过对14个锚固槽钢试件(分三批次，4种型号)的拉拔试验，可以得到以下结论:

(1)锚固槽钢的拉拔力－拉拔位移曲线，曲线的发展趋势大体可以分为四个阶段:弹性变形阶段、弹塑性变形阶段、塑性变形阶段和下降阶段.

(2)锚固槽钢型号PEC－TA－54/33－350mm(试件1～试件3)和锚固槽钢型号为PEC－TA－52/34－350mm(试件4～试件6)的拉拔试验的六个试件，破坏形式均为基材混凝土受拉破坏.破坏时，大块混凝土被拉起，而锚固槽钢没有严重变形等损坏现象.

(3)PEC－TU锚固槽钢和特殊锚固槽钢PEC－TU 60/25的破坏形式为基材混凝土受拉破坏.破坏时，而锚固槽钢有均有不同程度的变形.

(4)比较型号一和型号二的试验结果得到，由于两种型号的锚固槽钢的尺寸基本相同，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坏形式.

(5)比较各个型号的试验结果得到，由于型号四的锚固槽钢并无焊接或直接冲压成的锚腿，而其他型号的锚固槽钢均有锚腿，在拉拔试验中，锚腿和槽钢与混凝土之间相互作用，所以型号四的试件的拉拔力最小.

(6)比较各个型号的锚固槽钢的最大荷载，型号二最大，型号一次之，型号三稍小，型号四最小.

[1]徐淑美，周德源，毕大勇.预埋式槽型锚轨拉拔性能的试验研究[J].结构工程师，2010，26(5):111.

[2]姚振刚，刘祖华.建筑结构试验[M].上海:同济大学出版社，1996，80:93 －95.

[3]中华人民共和国建设部.GB 50010－－2010混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社，2010.