锚杆—砂浆界面剪切特性的表面形态效应研究

发布时间：2020-09-19 20:59

　　以水泥砂浆为锚固剂的锚杆属于粘结型锚杆。它在水电、金属矿山、土木交通和地质灾害领域应用得比较多,其支护效果在工程灾害防治和调控上起着重要的作用。由于我国经济发展,地面空间有时不能满足人们生产生活的需要,因此地下空间正被不断地开发。因为地质条件比较复杂,在开发过程中涌现了许多支护困难的隧道,现有的锚杆支护技术难以满足稳定性要求,所以我们必须将现有的锚杆进行优化,使其拥有最好的巷道稳定状态。锚杆外表形态有横肋间距、高度、角度、宽度,通过调整以上四个参数,锚杆支护性能会改变,因此对其进行合理的调整能提高锚杆的支护性能。本实验针对锚杆横肋的四个参数进行系列实验,以达到优化锚杆性能的目的。通过对锚杆横肋间距进行系列实验,发现随着横肋间距增大,剪切强度先增大后减小,在横肋间距为20mm时剪切强度到达峰值;随着横肋间距增加,剪胀角呈现先增大后减小的趋势。通过对锚杆杆体横肋高度进行系列实验,发现随着横肋高度的增加,其剪切应力呈现出增加的趋势,在锚杆肋高为1.8mm下剪切强度到达最大值,随着横肋肋高增加,剪胀角呈增加趋势。通过对锚杆横肋角度进行系列试验,发现随着横肋角度增大,剪切强度先增大,但超过40°后随着横肋角度的增大剪切强度几乎不变;随着横肋角度增加,剪胀角基本也增加。通过对锚杆横肋宽度进行系列实验,发现随着横肋肋宽增加,剪切强度也增大;随着横肋肋宽增加,剪胀角也增加。最终,对四个最优的参数组合起来制作相应的钢模并进行试验,发现其力学性能确实最优。验证了本试验的结论。
【学位单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU476
【部分图文】：

横肋,研究现状

高度与粘结强度有关。加大横肋高度可加强锚固剂与锚杆杆体的咬合效应[16]。与此同时，钢筋杆体自身的物理性质如冷弯性能、抗疲劳性能和强度相对来说较差，横肋间距缩小能够加强咬合效应却会导致混凝土间齿减小抗剪切能力降低。对于螺纹钢筋锚杆常采用相对横肋面积来作为总体评价带肋钢筋的外表参数，相对横肋面积是指横肋在与锚杆钢筋轴线相垂直的平面上的投影面积与钢筋公称周长和横肋间距的乘积之比[17-19]。世界范围内普遍在生产带肋钢筋时都对最小相对横肋面积都作出了具体的规定。然而相对横肋面积不是决定锚杆钢筋粘结性能的唯一参数。现有的研究显示虽然较粗带肋钢筋的相对横肋面积略微增大但却粘结强度更低。例如在同样的条件下直径为 32mm 比直径为 16mm 的月牙型螺纹钢筋的粘结强度低。可得随着直径的增大相对横肋高度的减小造成了这一现象[20]。土耳其苦卡劳法大学的 A.kilic[21]等人，利用在圆钢锚杆上加筑不同角度的横肋，来研究锚杆横肋角度对锚固性能的影响。试验中选取了 15°、30°、45°、60°、90°五种递增的横肋角度，如图 1 所示：

横肋,研究现状

杆锚固系统出现不稳定可靠的问题；左旋有纵筋螺锚杆也由于锚穿全长的纵筋，使的药卷不能够获得充足有效的搅拌，并且两边不能紧密接触，这尤其影响锚杆锚固的效果，使得锚固性能减弱光滑的杆体使药卷的搅拌效果较带肋杆体的搅拌效果差很多，且生锚杆与药剂互相嵌入的锚固效果，因此其抗拉拔力最小。为锚固剂时锚杆钢筋横肋参数的研究带肋钢筋的基圆确定了的状况下，横肋牙形角会影响热轧工艺及一般牙形角较大则热轧效果佳，钢材综合利用率高。横肋高度对、锚杆锚固效果、钢材热轧工艺和螺纹抗弯强度均有影响，横肋高固性能和锚固剂搅拌效果就越好，但也会使锚杆在安装过程中搅的强度减小，并且不利于热轧工艺，使其在轧制的过程中，不易等，在横肋间距为 33.15mm 时分别进行了横肋高度分别为 0.42、0.46mm 时锚杆拉拔试验情况。如图 2、图 3 所示：

横肋,研究现状,拉拔力

图 3 不同横肋高度的研究现状Fig.3 the research status of different transverse rib height验结果表明：随着锚杆横肋高度的增大，拔出锚杆所需的拉拔力肋高度达到一定数值以上时，横肋高度再继续增加锚杆的拉拔力肋宽度，会影响钢材的利用率和钢筋螺纹强度，宽度越宽，钢材横肋的剪切强度增大。横肋角度会直接影响锚固剂搅拌效果和安阻力，横肋角度越大，会使搅拌更紧密充实且钢材利用率更大。钢锚杆已经在建筑螺纹钢锚杆的基准上做了些许优化，比如减小了横肋宽度和横肋间距。任硕[29]等模拟了锚杆横肋间距为 33.1 1.2mm 的条件下，横肋宽度为 3、6、9、12、15、18、21mm 时况，结果显示：拉拔力随着横肋宽度的增大而增大，但当增大到力反而减小。表 1 不同横肋宽度的拉拔力

【参考文献】