矿用预应力钢棒力学性能试验研究

发布时间：2021-07-28 15:29

　　预应力钢棒具有预紧力等级高、延伸率高、受力状态好等优点,越来越广泛地应用于煤矿巷道支护工程中。为了进一步探究矿用预应力钢棒材料力学性能,在实验室进行了矿用预应力钢棒拉伸试验、金相组织分析、冲击韧性测试、预应力损失试验、偏载试验、安装推进阻力试验及配套锁具性能试验。结果表明:直径20 mm矿用预应力钢棒拉伸时极限承载能力为422 kN,与直径20 mm、牌号HRB335锚杆杆体相比,增幅达176%,断后伸长率平均为13.3%,为锚索断后伸长率的2.4倍,断后呈杯锥状断口;钢棒拉断前后冲击吸收功分别为46.0 J和23.3 J,材料组织结构为回火索氏体,晶粒度为9.5和8.5,属于超细晶粒度;受力长度为1 230 mm和1 500 mm时,预应力损失为38.37%,和36.74%,随着载荷的加大,预紧力损失率减小;受力长度的增加,钢棒预紧力损失率减小;偏载角度为5°、10°、15°、20°及25°时,极限承载能力降幅分别为18. 3%、22. 5%、26. 4%、26. 9%及27. 5%;采用28 mm钻孔时,直径18 mm和直径20 mm钢棒平均最大推进阻力分别为179 N和453 N... 

【文章来源】：煤炭科学技术. 2020,48(02)北大核心CSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

矿用预应力钢棒拉伸试验

图1 矿用预应力钢棒拉伸试验1)试验结果表明:矿用预应力钢棒拉伸过程没有明显的屈服阶段，拉伸过程主要分为5个阶段:第一阶段为初始承载阶段，此时钢棒初始受力，由于钢棒与夹具间滑动或者钢棒初始张紧，此阶段载荷与位移曲线呈非线性，且位移增加速度高于载荷;第二阶段为弹性阶段，此阶段随着载荷增加位移基本呈线性增加直至弹性极限;第三阶段为屈服阶段，当达到弹性极限后，曲线偏离线性，发生屈服;第四阶段为强化阶段，虽然载荷仍有所增加，但增加速度远小于位移，直到钢棒能承受最大载荷;第五阶段为破断阶段，此阶段钢棒载荷达到最大值后，随着位移进一步增加载荷不断降低，并很快发生破断。

4)钢棒拉伸时断裂后断口为杯锥状断口，杯部较粗糙，呈纤维状，锥部区域呈浅灰色，比较光滑区，并与杯部成45°角。断口上有3个典型宏观特征区域，纤维区、放射区和剪切唇区，断口中间区域为纤维区，最外一圈为剪切唇，两者之间为放射区，存在向外呈放射状的微裂纹，如图3a所示;与HRB335锚杆断口(图3b)相比较，发现钢棒断口上纤维区减小，放射区增大，表明材料的韧性降低，脆性增大;同时，钢棒断后断面收缩率小于锚杆，说明钢棒延伸率小于锚杆。1.2 金相组织及晶粒度分析

【参考文献】：
期刊论文
[1]动载冲击地压巷道围岩稳定性多层次控制技术[J]. 焦建康,鞠文君,吴拥政,何杰.  煤炭科学技术. 2019(12)
[2]跨石门开采巷内加强支护技术研究[J]. 徐佑林,潘瑞凯,张瑞君.  煤炭科学技术. 2019(08)
[3]节理化脆性特厚煤层巷道大变形机理及控制技术[J]. 褚晓威,吴拥政,石蒙.  煤炭科学技术. 2018(12)
[4]预应力钢棒力学特性及其在巷道支护中的应用[J]. 姚毅.  矿山测量. 2018(05)
[5]弱胶结围岩动压影响巷道预应力钢棒支护技术研究[J]. 续晋红.  矿山测量. 2017(02)
[6]强力锚杆杆体断裂失效的微细观试验研究[J]. 吴拥政,褚晓威,吴建星,何杰.  煤炭学报. 2017(03)
[7]我国煤矿巷道锚杆支护技术发展60年及展望[J]. 康红普.  中国矿业大学学报. 2016(06)
[8]矿用预应力钢棒支护成套技术开发及应用[J]. 吴拥政,康红普,吴建星,范润喜.  岩石力学与工程学报. 2015(S1)
[9]超高强热处理锚杆开发与实践[J]. 吴拥政,康红普,丁吉,吴建星,王强.  煤炭学报. 2015(02)
[10]锚杆构件力学性能及匹配性[J]. 康红普,林健,吴拥政,程蓬,孟宪志,任硕.  煤炭学报. 2015(01)

硕士论文
[1]锚杆杆体的受力状态及支护作用研究[D]. 吴拥政.煤炭科学研究总院 2009



本文编号：3308169