锚头研究背景

从理论上讲采用激振器或人工激振等，测试锚杆的横向固有振动特性(主要是分析振动阶数的自振频率)，根据结构的自由振动微分方程可方便地测出其张力状况，本研究利用无损检测方法对锚杆采用自动激振装置和直径分别为6、10和17的激振锤进行激励得到计算频率(主要是频率、重心频率以及基础频率)，利用弦振动理论并结合锚杆张力与系统弹簧系数的关系来分析测试预应力锚杆张力，研究表明其方法是有效的可行的。但是利用其测试分析得到的计算频率 ( 主要是频率 、重心频率以及基础频率 ) 来推定张力的大小 。在实验室或工程实践中测试精度并不十分理想，其原因在于预应力锚杆工程属于隐蔽工程，受锚固介质、传感器固定位置、预应力索或锚杆露出长度、测试对象和不同预应力等多因素的影响，振动特性变得相当复杂，研究试图探讨在不同预应力下锚头的振动特性进而得到在瞬间激励下系统计算频率与作用系统的张力之间的关系。

锚头不同预应力下锚头的振动特性

由于预应力锚杆工程属于隐蔽工程，所以对锚头的振动特性的研究显得至关重要，为了方便试验，按照图1所示标注并进行试验。

把传感器固定安装在不同测试对象的东、西、南和北4个方位，研究传感器在不同方位下，在不同的打击力度下以及锚索不露出的情况下，锚杆在不同拉力(拉力在10 MPa以下)作用下，经特制激励装置瞬间激励，对系统响应的影响。

（1）锚索没有露出的试验及测试数据分析

分别在对象A和对象B进行测试，把传感器分东、西、南和北四个方向，采用磁铁安装固定，而激励装置在其相对的方向激励并采集数据。数据的分析，主要采用在开发软件的频谱分析功能的基础上，结合不同算法以计算频率体现 。测试结果分析见表1和图2。

如图2所示，总体上讲，计算频率伴随拉力的增强而增加。(I)系列趋势线优于(II)系列趋势线，也说明了传感器在南、北方向是有利的，这也符合压电式传感器结构特性，在该方向传感器以及引出电缆不起负效应作用，有利发挥传感器的压电效应。

在低拉力情况下，同样的拉力，测试对象B的计算频率普遍高于测试对象A的计算频率；也说明了在拉力不大的情况下，若对测试对象B进行测试，容易诱导出高频。

（2）不同打击力度的试验及测试数据分析

主要把传感器安装在不同方位下，提高激励打击力度的倍数(主要是采用了2倍和3倍)并激励下，研究不同方位和打击力度对响应的影响。表2和表3是在原来的力度上，分别提高2倍和3倍打击力度的结果。

从图3可知，打击力度的影响主要在低拉力(≦4 MPa)范围内，力度越大越容易激励高频信号；而在高拉力作用下，力度越大趋势向更好的方向发展，并且传感器的固定方向对测试结果的影响不大。

锚头研究结论

综上所述，可得到以下有意义的结论：

(1)作用于系统的响应频率(计算频率)随系统拉力增加而增大。

(2)传感器安装固定位置，最好在测试对象的上下(南北)方向，符合传感器的压电效应原理；为了操作性更强，建议传感器安装在测试对象的下部，激励在对侧的上部。

(3)测试对象最好选择在安装有夹片的锚具上，不仅利于测试数据的稳定，还有利于传感器的安装和激励装置的发振。

(4)打击力度对系统响应的影响也主要存在于低拉力范围内，力度越大越容易激励高频信号，计算频率偏高。但是伴随拉力的增加，这种影响减弱。值得说明的是系统的响应需要有一定能量的行为来激励，只有充分的激励，系统的响应才是不变的、稳定的。因此，要求有一定冲击力度的打击能量来激励。

锚头装得好，那整体材安装得美丽得体，结实耐用，但如果拼接得不好，就会出现裂缝，破烂等现象。在预应力混凝土里，钢筋锚头是保证预应力钢筋的预应力不损失，长期存在的设施。螺栓锚头是受拉普通钢筋末端旋入螺栓；焊端锚板是受拉普通钢筋末端与厚度d的锚板塞焊。在钢筋末端配置弯钩或机械锚固是减小锚固长度的有效方式，其原理是利用受力钢筋端部锚头（弯钩、贴焊锚筋、焊接锚板或螺栓锚头）对混凝土的局部挤压作用加大锚固承载力。

锚头研究背景

斜拉桥由于其跨度较大、造型美观、施工方便等特点而成为应用较多的一种桥型。如果桥位处大气环境恶劣，例如处于跨海湾区域，盐分较高，而斜拉索一般都布置在梁体外部，直接与大气接触，因而极易产生腐蚀。如今，由于保护措施的逐渐完善，斜拉桥斜拉索索体已经得到了很好的保护，而斜拉索与锚具结合部位由于保护措施较少从而成为斜拉索防腐蚀的薄弱环节，国内已有多座斜拉桥由于斜拉索腐蚀破坏尤其是斜拉索与锚具结合部位的腐蚀而导致换索，造成了巨大的经济损失和不良社会影响。本文特以舟山桃夭门大桥斜拉索上下锚头的综合防护方案为例，介绍斜拉索在上下锚头部位的防腐蚀保护技术。

锚头工程概况

桃夭门大桥是舟山大陆连岛工程的第三座特大桥，横跨桃夭门水道，为七跨连续半漂浮体系混合式斜拉桥，桥跨布置见图4。

（1）主要技术标准

公路等级：4车道一级公路；设计行车速度：60 km/h；设计荷载：汽车-超20级，挂车-120；桥梁宽度：桥面净宽22.5 m；通航标准：通航净高按设计最高通航水位以上32 m，通航净宽为280 m；设计风速：桥址区离地面20 m 高度处百年一遇10 min平均最大风速为42.8 m/s，计入海岛地形系数后设计风速为55 m/s；地震基本烈度：6度。

（2）桥位区气候条件

舟山群岛气候上表现为大陆性气候向海洋性气候转换的过渡性气候。气象要素的经向梯度大，季节滞后，温暖湿润，雨热同季，灾害性天气类型多、频次高。大桥工程区累计年平均气温在16℃左右，一年中日最高气温不小于35℃的平均天数为2.4～8.4 d，日最高气温不小于30℃的平均天数为53～58 d，日最低气温不大于0℃的平均天数为14～16 d；年平均相对湿度在80%左右，年平均日照时数在1880～2258 h之间；地区年平均降水量在900～1400 mm，全年平均降水日数（日雨量不小于0.1 mm）为130～160 d，最长连续降水日数在16～22 d之间，主要表现为3～4月的春季连阴雨天气；常年盛行风向以西北风和东南偏南风为主，台风一般在每年的5~11月，其中大部分发生在7～9月，约占全年的86%。

锚头实施方案

斜拉索通过索塔锚固区将索力传递给混凝土索塔，锚固区必须在保证恒载、活载作用下的自身合力受力外，构造上还要满足施工的要求，同时要考虑方便养护和维修。索塔锚固方式多采用拉索在锚固区断开（相对于鞍座锚固结构）非交错式锚固结构，主要包括：环向预应力锚固、 锚固钢横梁、钢锚箱三种锚固方式，桃夭门大桥则采用了环向预应力锚固的锚固方式（见图5）。

桃夭门大桥是一座混合式斜拉桥，在钢箱梁段采用了耳板式连接，在混凝土梁段采用了锚管式连接。

（1）上锚头防护

由于环境恶劣，为防止潮湿环境对上端斜拉索锚具的腐蚀，必须对上锚头进行密封，并且孔端密封后表面平整，增加了大桥的美观。

首先对锚孔金属管内表面的杂质进行彻底清理并做除锈处理，在金属管内表面刷涂两道环氧底漆，然后对管口做临时封堵，并分2~3次对管内进行发泡密封，待发泡完毕后，对发泡表面进行修整，调用HM106密封胶对管口进行密封，最后刷涂两道塔用聚氨酯面漆。

（2）下锚头防护

桃夭门大桥下锚头采用了在混凝土梁段用锚管连接，在钢箱梁段采用销铰连接两种连接方式，钢套管上口的密封处理考虑到实用性和美观性的结合，采用了不同规格的不锈钢将军帽，这些部位都成为防护的重点。

钢套管在进行彻底的清理后，采用聚氨酯发泡材料填充。聚氨酯发泡材料是由聚醚与多次甲基多苯基、多异氰酸酯发生聚合反应后而成，具有质量轻、不吸水、低导热性、隔气性好、韧性好等特点，从而能够有效地使锚具与雨水、潮气以及其他腐蚀介质相隔离聚氨酯发泡施工采用专用气泵提供压缩空气，使混合料在导管口处呈雾状高压喷出得以充分混合反应，直接喷入锚管进行发泡，喷射量由计算所得的实际体积控制。发泡完毕24 h后，对管口的发泡材料进行修整，然后填充聚氨酯防水密封胶。

由于桃夭门大桥位于海峡地区，且在桥位两侧有两个很大的油库，空气中盐分、油雾及水气的含量都非常高，环境十分恶劣，即使是不锈钢也会产生一定程度的锈蚀，因此，对斜拉索锚具的防护不仅仅只限于内部的防护，外部的防护从美观和实用的角度来说都需要重视。经过对现场情况的研究和分析，最终决定采用在锚管及将军帽外部涂刷防锈漆的方法来进行防护，具体的涂装体系为：二道环氧锶黄底漆（80 μm），一道环氧云铁中间漆（40 μm），二道氟碳面漆（80 μm），颜色与防撞护栏一致。在施工中，由于空气中油雾含量极高，附着在表面影响粘结力，所以要求每一层防锈漆涂刷之前都要对工作面用特定的溶剂进行彻底清洗，并且进行打磨粗糙，增加层间的结合力，涂刷时要均匀涂刷保证美观。经过以上步骤，桃夭门大桥形成了一套完整且行之有效的锚头防护系统。