预应力张拉锚固体系施工手册

预应力张拉锚固体系是预应力混凝土结构和施工的重要组成部分，完善的预应力张拉锚固体系包括锚具、夹具、连接器及锚下支承系统等。锚具是后张法预应力混凝土构件中为保持预应力筋的拉力并将其传递到混凝土上所用的永久性锚固装置。夹具是先张法预应力混凝土构件施工时为保持预应力筋拉力并将其固定在张拉台座 (设备) 上的临时锚固装置。连接器是将多段预应力筋连接形成一条完整预应力锚束的装置。锚下支承系统系指与锚具配套的布置在锚固区混凝土中的锚垫板、螺旋筋或钢丝网片等。

锚 (夹) 具应具有可靠的锚固性能且不损伤预应力钢筋; 滑移、变形小，预应力损失小; 此外，锚 (夹) 具还应构造简单、加工方便，张拉锚固迅速，体形小、成本低和全部零部件互换性好。

锚 (夹) 具的种类和形式繁多，按其传力及锚固原理可以分为:

①机械承压锚固类。靠预应力筋端部采用机械加工的方法，直接支承在混凝土上，如螺丝锚、镦头锚等。

②摩阻锚具类。利用楔形锚固原理，借助张拉预应力筋的回缩带动锚楔或锥销将钢筋楔紧而锚固，如圆锥齿板式夹具、锥塞式锚具、夹片式锚 (夹) 具等。

③粘结锚固类。利用预应力筋与混凝土之间的粘结力进行锚固，主要用于先张法构件预应力筋锚固和后张自锚中。

预应力锚具、夹具和连接器按照锚固方式可以分为夹片式锚具，如夹片式锚具、多孔夹片式锚具等; 支承式锚具，如镦头锚具、冷轧螺纹锚具和精轧螺纹钢锚具等; 锥塞式锚具，如钢质锥形锚、圆锥齿板式夹具等; 握裹式锚具，如压花锚具和挤压锚具等。

锚具的选择应根据结构要求、产品技术性能和施工方法确定，保证结构安全可靠、施工可行和经济合理。常用锚具形式的选择如表5.2.1所示。

表5.2.1 常用锚具形式表

5.2.1 预应力筋用夹具

1. 夹片式夹具

夹片式夹具形式繁多，属于摩阻锚具类。圆套筒三片式夹具由套筒与夹片组成，如图5.2.1所示。套筒与夹片均采用45号钢制作，套筒热处理硬度为HRC35～40，夹片为HRC40～45。根据夹片的内径不同，可以用于夹持钢绞线，也可以作为千斤顶的工具锚使用。使用夹片式夹具时，夹片外表面和锚孔表面应涂抹一层润滑剂 (如石墨、石蜡等)，以利夹片松脱。张拉时为提高锚固可靠性和减少夹片回缩损失，要配套使用顶压器进行顶压。

图5.2.1 夹片式夹具示意图

方套筒二片式夹具由方套筒、夹片、方弹簧、插片及插片座等组成，如图5.2.2所示，用以夹持热处理钢筋。方套筒采用45号钢制作，热处理硬度为HRC40～45。夹片采用20Cr钢制作，表面渗碳，深度0.8～1.2mm，HRC58～62。夹片齿形根据钢筋外形确定，若钢筋外形改变，齿形也需作相应改变。

图5.2.2 方套筒二片式夹具示意图

2. 圆锥齿板式夹具

圆锥齿板式夹具由套筒与齿板组成，属于摩阻锚具类，如图5.2.3所示，均用45号钢制成。当夹持冷轧带肋钢丝时，齿板必须经热处理，其硬度为HRC40～45; 当夹持螺旋肋钢丝时，套筒热处理硬度为 HRC25 ～28，夹片采用倒齿形，热处理硬度为HRC55～58。

图5.2.3 圆锥齿板式夹具示意图

5.2.2 预应力筋用锚具

1. 夹片式锚具

(1) 单孔夹片锚具

单孔夹片锚由锚环和夹片组成，如图5.2.4所示。锚环顶面为平面，锚孔垂直于锚环顶面，沿锚环圆周排列。夹片有直开缝三片式、斜开缝三片式和直开缝两片式三种。直开缝三片式和直开缝两片式夹片用于锚固钢绞线; 斜开缝三片式用于锚固钢丝束。锚环采用45号钢，调质热处理硬度为HRC32～35。夹片采用20Cr钢，表面热处理硬度为HRC58～61，以使其达到心软齿硬。该锚具适用于锚固钢绞线。

1—钢绞线; 2—锚环; 3—夹片; 4—弹性槽

图5.2.4 单孔夹片锚具示意图

(2) 多孔夹片式锚具

多孔夹片式锚具也称为群锚，由多孔锚环与夹片组成。在每个锥形孔内装一副夹片，夹持一根钢绞线。这种锚具的优点是每束钢绞线的根数不受限制，任何一根钢绞线锚固失效，都不会引起整束锚固失效。多孔夹片式锚具在预应力混凝土施工中广泛应用，主要产品有: OVM型、XM型、QM型、BS型等。对于多孔夹片锚具，若采用大吨位千斤顶整束张拉有困难，也可以采用小吨位千斤顶逐根张拉锚固。多孔夹片锚具都有配套的钢垫板、喇叭管与螺旋筋等，实际施工中使用十分方便。

①XM型锚具。XM型锚具由锚板与夹片组成，如图5.2.5所示。锚板的锥形孔沿圆周排列，对φS15.2钢绞线，间距不小于36mm。锥形孔中心线的倾角1∶ 20。锚板顶面应垂直于锥形孔中心线，以利夹片均匀塞入。夹片采用三片斜开缝形式。XM型锚具适用于锚固钢绞线，也可以应用于锚固钢丝束。该锚具广泛应用于各种后张法施工的预应力混凝土结构和构件，或应用于斜拉桥的缆索。

XM型锚具可以用做工作锚与工具锚，当用于工具锚时，可以在夹片与锚板之间涂抹一层能在极大压强下保持润滑性能的润滑剂，千斤顶回程时自动松脱。用于工作锚时，具有连续反复张拉的功能，可以用行程不大的千斤顶张拉任意长度的钢绞线。

②QM型锚具。QM型锚具由锚板与夹片组成，锚板顶面为平面，锥形孔为直孔; 夹片为三片式直开缝。QM型锚具适用于锚固钢绞线。此外，备有配套喇叭形铸铁垫板与弹簧圈等。QM型锚固体系配有专门的工具锚，以保证每次张拉后退楔方便，并减少安装工具锚所花费的时间。

图5.2.5 XM型锚具示意图

③OVM型锚具。该锚具是在QM型锚具的基础上发展起来的，夹片改用直开缝，适用于锚固钢绞线。OVM型锚具的形状如图5.2.6所示。

图5.2.6 OVM型锚具示意图

④BM型扁锚具。当预应力钢绞线配置在板式结构内时，为了避免因配预应力筋而增大板的厚度，将锚具做成扁平形状，如图5.2.7所示。该锚具适用于锚固钢绞线。

图5.2.7 BM型扁锚具示意图

2. 锥塞式锚具

(1) GZ型钢质锥形锚具

钢质锥形锚具由锚环与锚塞组成，如图5.2.8所示。锚环采用45号钢，锥度为5°，调质热处理硬度为HB251～283。锚塞也采用45号钢或T7、T8碳素工具钢，表面刻有细齿，热处理硬度为HRC55～58。为防止钢丝在锚具内卡伤或卡断，锚环两端出口处必须有倒角，锚塞小头还应有5mm无齿段。这种锚具适用于锚固钢丝束。钢质锥形锚具使用时，应保证锚环孔中心、预留孔道中心和千斤顶轴线三者同心，以防止压伤钢丝或造成断丝。锚塞的顶压力宜为张拉力的50%～60%。

图5.2.8 钢质锥形锚具示意图

这类锚具应满足自锁和自锚条件。自锁就是使锚塞在顶压后不致弹回脱出，如图5.2.9 (a) 所示。取锚塞为脱离体，自锁条件是: Nsinα＜μ1Ncosα，其中α应满足

tanα≤μ1　(5.2.1)

一般情况下，α值较小，锚塞的自锁比较容易满足。

图5.2.9 钢质锥形锚具的受力示意图

P—钢丝张拉力; N—正压力; α—锚塞的锥度μ1—锚塞与钢丝之间的摩擦系数; μ2—锚环与钢丝之间的摩擦系数

自锚就是使钢丝在拉力作用下带着锚塞楔紧而又不发生滑移，如图5.2.9 (b) 所示。

取钢丝为脱离体，略去钢丝在锚杯口处角度变化，平衡条件为

P=μ1N+Ntanα　(5.2.2)

阻止钢丝滑移的最大阻力

Fmax=μ1N+μ2N　(5.2.3)

自锚系数

由上式可知，当μ1≥tanα时，K≥1; 当减小α、μ2值，加大μ1值时，则K值就越大，即自锚性能越好。但α值不宜过小，否则锚环承受的环向拉力过大，易导致锚具失效。

(2) KT-Z型锚具

KT-Z型锚具是可锻铸铁锥形锚具的简称，由锚环与锚塞组成，如图5.2.10所示。锚环与锚塞均用KT37～12或KT35～10可锻铸铁铸造成型。加工时，锚塞槽口应平整清洁，铸铁件表面不允许有夹砂、气孔、蜂窝、毛刺。这种锚具为半埋式，使用时，先将锚环小头嵌入承压钢板中，并用断续焊缝焊牢，然后埋设在构件端部。适用于锚固多根钢筋或钢绞线等。

图5.2.10 KT-Z型锚具示意图

3.DM型镦头锚具

镦头锚具是利用钢丝两端的镦粗头来锚固预应力钢丝的一种锚具，如图5.2.11所示。镦头锚具加工简单，张拉方便，锚固可靠，成本较低，但对钢丝束的等长要求较严。这种锚具可以根据张拉力大小和使用条件，设计成多种形式和规格，能锚固任意根数的φP5和φP7钢丝束。

锚具的型式与规格可以根据需要自行设计。最常用的镦头锚具分为A型和B型。A型为张拉端，由锚环和螺母组成; B型为固定端，为一锚板。DM型锚具的加工材料: 锚环与锚板采用45号钢，螺母采用30号钢或45号钢。制作锚环和锚板时，应先将45号钢粗加工并接近设计尺寸，再调质热处理，硬度为HB251～283，然后精加工至设计尺寸。锚环、螺母和张拉用连接杆的配合精度为3级，且要求具有互换性。锚环内螺纹的退刀槽应严格按图加工，不得超过齿根。锚环底部 (锚板) 的锚孔，沿圆周分布，锚孔间距:对φP5钢丝，应不小于8mm; 对φP7钢丝，应不小于11mm。(www.xing528.com)

图5.2.11 钢丝束镦头锚具示意图

4. 冷铸锚具

冷铸锚具是一种运用冷铸工艺将其与拉索固接并能传递载荷的部件，属于机械承压锚固类锚具。LZM型冷铸锚具的构造如图5.2.12所示，主要靠浇筑在锚环内的填充料将钢丝锚固。填充料将锚具与钢丝结成一体，用于承受钢丝束的拉力。这种锚具的特点是锚固性能好，锚固吨位大，尤其是抗疲劳性强，可以承受高应力变化幅度的动荷载。冷铸填充料由铁砂和环氧树脂配制而成，适当加温固化。LZM型锚具的固定方式有两种: 带有外螺纹的锚环，利用螺母固定; 锚环下设置对开垫块锚固。LZM型冷铸锚具，适用于锚固多根钢丝，主要用于大跨度斜拉桥的拉索，是近年来发展起来的大吨位无粘结预应力体系。

LZM型冷铸锚具，也可以采用热铸。热铸镦头锚具，其填充料用熔化的金属代替环氧铁砂，且没有延长筒，其尺寸较小，可以用于房屋建筑、特种结构等7～54φP5钢丝束。

图5.2.12 冷铸镦头锚具示意图

垫; 3—镦头锚板; 4—定位螺丝; 5—筒体; 6—螺母; 7—锁紧螺钉; 8—垫圈

5. 粗钢筋锚具

①冷轧螺纹锚具。又称“轧丝锚”，该锚具是采用冷滚压的方法在高强度圆钢筋的端部按照设计要求滚压出一定长度的螺纹，并配有螺母的锚具。以这种方法加工的螺纹，其外径大于原钢材外径而内径仅略小于原钢材直径，考虑到冷加工强化作用，可以仍按原钢材直径使用。

张拉端冷轧螺纹锚固体系如图5.2.13所示。内埋式固定端的螺母与锚垫板合一，形成锥形螺母。

图5.2.13 张拉端冷轧锚固示意图

; 3—排气槽; 4—预应力筋冷轧螺纹; 5—螺母; 6—锚垫板

②精轧螺纹钢筋锚具。由螺母及垫板组成，属于机械承压锚固类锚具。由于精轧螺纹钢筋本身轧有外螺纹，不需专门的螺杆，可以直接拧上螺母进行锚固。螺母的内螺纹应与精轧螺纹钢筋的螺纹匹配，防止钢筋从中拉脱。螺母分为平面螺母和锥形螺母两种。锥形螺母是通过锥体与锥孔的配合，保证预应力筋的正确对中; 开缝的作用是增加螺母对预应力筋的夹持能力。螺母材料采用45号钢，调质热处理后其硬度为HB220～253。垫板也相应分为平面垫板与锥形垫板。

5.2.3 连接器

连接器是一种将两段钢绞线或钢丝束连接成整体的机具。连接器主要有两种用途: 一是将特别长的钢绞线或钢丝束在弯矩较小的部位断开，逐段张拉、逐段连接，使钢绞线或钢丝束连为一体; 二是将分段搭接的短筋连成长筋，梁上不必设置凸出或凹出的齿板、齿槽，也不必对结构局部加厚。使用连接器，可以简化模板和锚具下大量复杂的配筋，使混凝土的浇筑质量更易得到保证，节约混凝土和预应力筋，减少张拉次数和缩短工期，同时也提高了结构的整体性。

1. 单根钢绞线锚头连接器

单根钢绞线锚头连接器是由带外螺纹的夹片锚具、挤压锚具与带内螺纹的套筒组成，如图5.2.14所示。钢绞线的前段用带外螺纹的夹片锚具锚固，后段利用挤压锚具穿在带内螺纹的套筒内，利用该套筒的内螺纹拧在夹片锚具的外螺纹上，达到连接作用。

5.2.14 单根钢绞线锚头连接器示意图

锚环; 2—带内螺纹的套筒; 3—挤压锚具; 4—钢绞线

2. 单根对接式连接器

单根对接式连接器如图5.2.15所示，可以将群锚锚固的钢绞线逐根接长，然后外部用钢质护套罩紧，再浇筑混凝土，张拉后段钢绞线。

图5.2.15 单根钢绞线对接式连接器示意图

锚环; 2—夹片; 3—弹簧; 4—带外螺纹的连接头; 5—钢绞线

3. 周边悬挂式连接器

周边悬挂式连接器如图5.2.16所示，锚具中央为群锚，用以张拉、锚固前段预应力束; 锚具直径大于群锚锚具，周边等距分布U形槽口，槽口数量和群锚锚孔数量相同;槽内放置有挤压式锚固头的钢绞线或7φP5钢丝束，并加以固定，然后用钢质护套罩紧。这种连接器构造简单、整体性好，适用范围广; 但其直径较大，要求结构截面厚度不能太小，一般应用于结构分段的端部、剪力较小处。

图5.2.16 周边悬挂式连接器示意图

连接体; 3—夹片; 4—白铁护套; 5—钢绞线; 6—钢环; 7—打包钢条

4. 接长连接器

接长连接器的构造如图5.2.17所示，这种连接器设置在孔道的直线区段，仅用于接长。连接器中，钢绞线的两端均用挤压锚具固定。张拉时连接器应有足够的活动空间。

图5.2.17 接长连接器示意图

护套; 3—挤压锚具; 4—锚板; 5—钢绞线; 6—钢环; 7—打包钢条

5. 精轧螺纹钢筋连接器

精轧螺纹钢筋连接器如图5.2.18所示，这种连接器的材料、螺纹、加工工艺与精轧螺纹钢筋螺母的相同。

图5.2.18 精轧螺纹钢筋连接器

5.2.4预应力锚具、夹具和连接器的质量检验和性能要求

1. 锚具、夹具和连接器的技术性能要求

预应力筋用锚具、夹具和连接器的性能均应符合现行国家标准《预应力筋用锚具、夹具和连接器》(GB/T14370)和《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》(JGJ85)中的相关规定。

锚具的静载锚固性能，应由预应力筋-锚具组装件静载试验测定的锚具效率系数ηa和达到实测极限拉力时组装件受力长度的总应变εapu确定。锚具效率系数ηa不应小于0.95，预应力筋总应变εapu不应小于2.0%。锚具效率系数ηa应按下式计算

式中: Fapu——预应力筋-锚具组装件的实测极限拉力;

Fpm——预应力筋的实际平均极限抗拉力。由预应力钢材试件实测破断荷载平均值计算得出;

ηp——预应力筋的效率系数。其值应按下列规定取用: 预应力筋-锚具组装件中预应力钢材为1～5根时取1; 6～12根时取0.99; 13～19根时取0.98; 20根及以上时取0.97。

预应力筋-锚具组装件的破坏形式应是预应力筋的破断，锚具零件不应破裂。夹片式锚具的夹片在预应力筋拉应力未超过0.8fptk时不应出现裂纹。

夹片式锚具的锚板应有足够的刚度和承载力，锚板性能由锚板的加载试验确定，加载至0.95Fptk后卸载，测得的锚板中心残余挠度不应大于相应锚垫板上口直径的1/600; 加载至1.2Fptk时，锚板不应出现裂纹或破坏。

有抗震要求的结构中采用的锚具，应满足低周反复荷载性能要求。

锚具尚应满足分级张拉、补张拉和放松拉力等张拉工艺的要求。锚固多根预应力筋的锚具，除应具有整束张拉的性能外，尚宜具有单根张拉的可能性。

预应力筋-夹具组装件的静载锚固性能试验实测的夹具效率系数ηg不应小于0.92。实测的夹具效率系数ηg应按下式计算

式中: Fgpu——预应力筋-夹具组装件的实测极限拉力。

预应力筋-夹具组装件的破坏形式应是预应力筋的破断，夹具零件不应破坏。夹具应具有良好的自锚性能、松锚性能和安全的重复使用性能。主要锚固零件宜采取镀膜防锈。夹具的可重复使用次数应不少于300次。

后张法预应力混凝土结构构件的永久性预应力连接器，应符合锚具的性能要求; 用于先张法施工且在张拉后还需要进行放张和拆卸的连接器，应符合夹具的性能要求。

2. 锚具、夹具和连接器的质量检验

锚具产品进场验收时，除应按合同核对锚具的型号、规格、数量及适用的预应力筋品种、规格和强度外，尚应包括锚具产品质量保证书，其内容应包括: 产品的外形尺寸，硬度范围，适用的预应力筋品种、规格等技术参数，生产日期、生产批次等。产品保证书应具有可追溯性。

锚具产品按合同验收后，应进行进场检验。同种材料和同一生产工艺条件下生产的产品，列为同一批量。进场检验时，每个检验批的锚具不宜超过2000套，每个检验批的连接器不宜超过500套，每个检验批的连接器不宜超过500套。获得第三方独立认证的产品，其检验批的批量可以扩大1倍。进场检验应按下列规定的项目进行:

①外观检查。应从每批产品中抽2%且应不少于10套样品，其外形尺寸应符合产品质量保证书所规定的尺寸范围，且表面不得有裂纹及锈蚀。当有1个零件尺寸不合格时，应双倍取样检验，仍有1件不合格，应逐件检查，合格者方可进行后续检验; 当有1个零件表面有裂纹或夹片、锚孔锥面有锈蚀，也应逐套检查，合格者方可进入后续检验。

②硬度检验。对硬度有严格要求的锚具零件，应从每批产品中抽取3%且应不少于5套样品 (多孔夹片式锚具的夹片，每套不少于6片) 进行检验，硬度值应符合产品保证书的规定; 当有1个零件不符合时，则应另取双倍数量的零件重做检验; 在重做试验中仍有1个零件不合格时，则应对本批产品逐个检验，合格者方可进入后续检验。

③静载锚固性能试验。在通过外观检查和硬度检验的锚具中抽取样品，与相应规格和强度等级的预应力筋组装成3个预应力筋-锚具组装件，且应由国家或省级质量技术监督部门授权的专业质量检测机构进行静载锚固性能试验。当有1个试件不符合要求时，则应取双倍数量的锚具重做试验; 仍有1个试件不符合要求时，则该批锚具应视为不合格品。

夹具进场验收时，应进行外观检查、硬度检验和静载锚固性能试验，检验方法与锚具相同。后张法连接器的进场验收规定应与锚具相同。先张法连接器的进场验收规定应与夹具相同。