新型玻璃钢锚杆结构及其性能

1 新型玻璃钢锚杆结构
为适应煤帮支护要求, 中国矿业大学( 北京校区) 对玻璃钢锚杆进行了深入的研究, 经过大量的试验, 研究出了一种全新结构的玻璃钢锚杆。新型玻璃钢锚杆使用了专利/ 压痕金属套管式玻璃钢柔性锚杆0 和/ 左旋螺纹式玻璃钢锚杆0 的结构( 如图1 所示) , 它的杆体材料为玻璃钢, 玻璃纤维纵向排列, 这样最大限度地发挥了玻璃纤维抗拉强度高的优势, 满足了杆体的抗拉强度要求。抗扭加强筋由浸胶玻璃纤维束在杆体周围缠绕制成, 呈左旋方向分布, 不仅可以增加锚杆的抗扭强度, 使锚杆安装时能够充分搅拌树脂锚固剂, 有效地将锚杆与煤帮钻孔孔壁胶结在一起, 获得较大的锚固力。锚尾带有金属套管, 其上加工有螺纹。套管与玻璃钢杆体通过一段或几段带有锥度的凹槽相互嵌接, 使二者形成一个整体。这种锚尾结构不但可以获得较高的抗拉强度, 还可以保护孔口锚尾, 大大增强杆尾的抗弯曲、抗剪切能力, 有效避免锚尾破断。同时这种套管与杆体的连接方式既保证了锚杆具有足够的锚固力, 又可通过钢套管与杆体间在工作阻力较大时的相对滑动增大锚杆整体的延伸率, 以弥补玻璃钢杆体延伸率较小的不足。杆体长度根据需要而定, 除锚尾部分外( 锚尾部分为120 mm) , 杆体直径为151 6 mm。

2 新型玻璃钢锚杆抗扭性能
玻璃钢锚杆的抗扭强度一般较低。现场实际使用中, 在搅拌树脂和扭紧螺母时容易将锚杆扭断,因此要求锚杆具有一定的抗扭强度。新型玻璃钢锚杆的抗扭强度试验在扭力矩试验机上进行, 玻璃钢锚杆的抗扭力矩与锚杆扭转角之间的关系如图2 所示。图2 表明对应的玻璃钢杆体破坏过程为: 抗扭力矩达到43 kN 时, 玻璃钢杆体出现纵向裂纹, 即粘结呈纵向排列, 玻璃纤维杆体的树脂发生破坏, 但杆体中的纵向纤维保持完好, 锚杆抗扭强度达到极大值; 在杆体出现裂纹之后抗扭强度急剧下降到极限强度的60% 左右, 纵向裂纹逐渐增多, 但由于玻璃纤维束扭紧时具备一定的抗扭强度, 所以在杆体中的玻璃纤维断裂之前, 抗扭力矩缓慢上升。
 

3 新型玻璃钢锚杆尾部连接性能
经现场研究发现, 玻璃钢锚杆尾部经常受到偏心载荷作用, 而且偏心载荷作用是导致锚杆失效的重要原因, 因此, 进行了新型玻璃钢锚杆尾部正常受力和偏心载荷受力两种情况的试验研究。锚杆尾部的连接性能是衡量玻璃钢锚杆结构优劣最重要指标, 通过试验研究, 得出直径为16mm 的压痕式金属套管锚尾玻璃钢锚杆正常受力时的延伸量与抗拉拔力关系的典型曲线, 如图3 所示。图3 表明, 这种锚杆的工作状态可以分为急增阻和降阻两个工作阶段。

在急增阻工作阶段, 当变形很小时抗拉拔力上升很快, 直至达到其极限抗拉峰值, 这一阶段锚杆主要发生弹性变形。在降阻工作阶段, 锚杆的抗拉拔力从峰值强度86 kN 开始逐渐降低, 同时产生一定的延伸量, 最后锚杆完全破坏。锚杆出现上述两种工作状态, 是压痕式金属套管锚尾玻璃钢锚杆的特殊结构决定的, 这一结构是依靠间歇式拉挤锚尾后固化成型工艺实现的, 在金属套管锚尾与玻璃钢杆体未发生相对滑动之前, 锚杆的抗拉拔力可以一直保持上升状态, 直至达到峰值抗拉拔力。一旦外部载荷超过该峰值, 金属套管锚尾与玻璃钢杆体之间就会发生相对滑动, 同时使它们之间的固结强度遭到一定程度的损失。但由于金属套管锚尾与玻璃钢杆体之间的连接性能较好,锚杆的抗拉拔力在发生下降后, 还可使锚杆的强度保持在一个较高的水平。
如图4 所示, 为新型玻璃钢锚杆受偏心载荷作用时的性能曲线, 压痕式玻璃钢锚杆在偏心载荷作用下, 锚尾承载力和锚杆延伸性能有所下降, 但在一般工程条件下( 偏心角小于15b) , 尾部最大承载力仍可达到64 kN, 最大延伸量大于30 mm, 仍
可满足煤帮支护要求。