超低温锚固体系预应力钢绞线中心丝滑移试验

吴勇翔 刘琳琳 招礼亮 廖夙志

摘要：预应力钢绞线是由一根中心钢丝和六根边缘钢丝捻制而成，钢绞线中心钢丝受力主要依靠于锚具夹片对边缘钢丝相互挤压产生的摩擦力，当摩擦力大于中心钢丝所受的拉伸力时，中心丝相对边缘钢丝不会产生滑移，中心钢丝和边缘钢丝拉伸受力均匀，钢绞线能够承受极限载荷。超低温锚固体系应用在LNG液化天然气工程项目上，在超低温环境下，边缘钢丝对中心钢丝的摩擦力是否发生变化，而引起中心钢丝相对边缘钢丝产生滑移，本文介绍我们在LNG超低温锚固体系钢绞线中心丝滑移试验的方法，并与同行专家探讨。

关键词：LNG储罐；液氮；低温装置；中心丝滑移

1概述

唐山LNG接收站应急调峰保障工程LNG储罐预应力工程使用我公司OVM.DW15-19低温锚具和某公司1×7-15.7-1860低温钢绞线等组成的超低温锚固体系，为掌握在极端情况下，LNG储罐内罐发生泄漏事故，外罐预应力混凝土结构中的超低温锚固体系灌进-165℃的LNG低温液体时，钢绞线锚具组件在这种低温状态下，边缘钢丝对中心钢丝的摩擦力是否发生变化，而引起中心钢丝相对边缘钢丝产生滑移，造成钢绞线极限载荷降低，为获得这个基础数据，应设计单位和业主要求，在OVM公司试验室进行了LNG超低温锚固体系钢绞线锚具组件在超低温状态下（液氮浸泡-196℃）中心丝滑移试验，以此确保LNG储罐的安全使用。

1.1试验试件的基本参数

（1）本次试验使用OVM.DW15-1低温锚具，由低温单孔工作锚板和低温工作夹片组成，与LNG工程使用的OVM.DW15-19低温锚具有相同的材质、锥孔尺寸和加工工艺。

（2）本次试验用预应力钢绞线是1×7-15.7-1860低温钢绞线，表面涂抹有油膜防锈处理，在工地抽样寄来。

1.2试验目的

（1）检测超低温锚固体系钢绞线常温端加载过程中，钢绞线中心丝的滑移量。

（2）检测超低温锚固体系钢绞线低温端在-196℃±5℃的环境下，加载0.8Fm持荷15min中心丝产生的滑移量和加载至0.95Fm中心丝的滑移量。

2试验装置的组成及安装

2.1试验装置的组成

（1）加荷装置：加载装置是由一台千斤顶和油泵、撑脚、支撑垫环组成。

（2）低温装置：低温装置是由液氮、液氮输送管、上密封筒、下密封筒、密封端盖、密封腻子组成。

（3）测试仪器：测试仪器有测力传感器、温度传感器、数显百分表（可引线显示）、钢绞线磁力表座组成。

2.2试验装置的安装

钢绞线分别穿入测力传感器、千斤顶、撑脚、上密封筒、支撑垫环的中心孔；在测力传感器及支撑垫环外端安装低温单孔锚具；下密封筒穿过钢绞线旋入支撑垫环，密封端盖填充密封腻子后穿过钢绞线旋入下密封筒端面螺纹；钢绞线磁力表座固定在钢绞线上、下端，调整合适位置安装数显百分表，并使测头与钢绞线中心丝抵触；上密封筒插入温度传感器，下密封筒接入液氮管。

3.钢绞线中心丝滑移试验过程

启动油泵对千斤顶施加油压，对钢绞线锚具组装件加载初始力至0.1Fpk，调整数显百分表置零；对钢绞线锚具组装件按0.2Fpk、0.4Fpk、0.6Fpk、0.8Fpk分级等速加载，加载速度为≤100MPa/min，通过数显百分表记录各级加载力时上下两端钢绞线中心丝滑移量；开动液氮泵使液氮通过液氮管注入到下密封筒，直至上、下密封筒充满液氮，钢绞线锚具组件完全浸泡在液氮中，温度传感器示值稳定在-196℃±5℃内，保温15min后记录中心丝滑移量；保持温度，千斤顶缓慢加载直至达到0.95Fpk，记录中心丝滑移量；试验结束排出残余液氮，检查试验试件和试验仪器。

4.试验测试结果如表1所示：

由表1可得出，常温状态下，钢绞线锚具组件加载由0.1Fpk至0.8Fpk，中心絲滑移量滑移量为0，由0.8Fpk至0.95Fpk，中心丝滑移量滑移量为0.01；低温（-196℃±5℃）状态下，钢绞线锚具组件在0.8Fpk保温15min，中心丝滑移量为0，由0.8Fpk至0.95Fpk时，中心丝滑移量滑移量为0.03。

5.结论

通过超低温环境下锚固体系钢绞线中心丝滑移试验表明：

1.OVM.DW15低温锚具与该1×7-15.7-1860低温钢绞线组成的超低温锚固体系，满足在低温-196℃±5℃环境下，0.8Fpk力值保温15min中心丝滑移量为0mm和加载至0.95Fpk时钢绞线中心丝滑移量小于0.5mm的设计要求。

2.OVM.DW15低温锚具与该1×7-15.7-1860低温钢绞线组成的超低温锚固体系，满足在常温环境下，加载至0.8Fpk力值时中心丝滑移量为0mm和加载至0.95Fpk时钢绞线中心丝滑移量小于0.5mm的设计要求。

6.结束语

随着预应力钢绞线锚固体系技术的不断发展，低温、环氧、无粘结和缓粘结钢绞线与锚具构成的锚固体系应用在超低温、高腐蚀、复杂应变等恶劣环境下长期工作，锚固体系的钢绞线中心丝相对边缘钢丝产生滑移变化量大小，已成为预应力领域愈来愈关注的问题，本文介绍的超低温锚固体系钢绞线中心丝滑移试验装置，能很好的模拟钢绞线锚固体系在恶劣环境工作过程，准确测量出钢绞线中心丝滑移量，并能长时间跟踪钢绞线中心丝滑移变化量，是目前研究钢绞线中心丝滑移比较先进的试验方法。

参考文献

[1]刘克勤.钢绞线单根受力时的变形分析[A].新世纪预应力技术创新学术交流会论文集[C]，2002.

[2]黄颖.液化天然气储罐用预应力锚具的低温静载试验研究[J].特种结构[S1]，2010（02）.

（作者单位：柳州欧维姆机械股份有限公司）