钢绞线锚具结构优化及玻璃钢锚环的开发和研究

发布时间：2019-11-03 03:59

【摘要】：钢绞线锚索支护结构在煤矿支护中应用广泛,单孔锚具是锚索支护结构中的关键部件。为了提高金属锚具的承载性能,应用数值的方法对夹片与锚环的锥角搭配做了优化计算。设计了一种方便退锚的带陶瓷环的临时锚固结构并对该结构进行了数值模拟和压载试验。为防止金属锚具在高张力永久锚固结构中因锈蚀腐蚀而失效,设计一种连续玻璃纤维缠绕成型的不饱和聚酯树脂基复合材料锚环,并对所制锚环的承载性能做了压载和张拉试验,通过有限元分析的方法分析了其受力特点和失效形式,并通过试验对有限元分析结果进行了验证。论文的研究结果表明:(1)单孔夹片式钢绞线锚具锚环和夹片间不同的锥角搭配会影响其承载性能,当夹片半锥角为7°时,锚环的半锥角设计为6.5°~6.8°锚具应力分布的均匀程度较好,能明显提高锚具的承载性能。(2)带Al2O3陶瓷环的煤矿临时锚固结构设计,为方便退锚作业提出了一种新方法。数值计算结果表明陶瓷环在该锚固结构中承压性能良好,破坏形式为陶瓷环外壁中部因环向拉应力达到强度极限造成材料轴向破坏。考虑到陶瓷环的加工缺陷,设计陶瓷环的尺寸参数时,拉应力安全系数应在2.0以上。(3)以连续无碱玻璃纤维为增强相不饱和聚酯树脂为基体由缠绕成型工艺制成的玻璃钢锚环代替金属锚环应用在钢绞线锚固结构中,以防止锚具锈蚀、腐蚀造成的锚固失效。所制玻璃钢锚环承压性能在500kN以上,张拉极限为464kN。(4)应用ABAQUS有限元分析软件对玻璃钢锚环的加载分析发现,锚环环向纤维承载性能良好;锚环与夹片接触面上因拉应力导致的小范围基体开裂不影响锚环的承载;玻璃钢锚环因轴对称面上剪应力大范围超出材料横向承载极限是锚环失效的主要因素。当夹片半锥角为7°时,玻璃钢锚环的半锥角设计为6.3°到6.5°能明显提高锚具的承载能力。验证试验结果表明6.3°玻璃钢锚环的张拉极限达到512kN,证明了有限元分析方法和结果是可靠的。
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD350.4

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本文编号：2554884