螺紋鋼錨桿的結構形式及錨固力影響因素

1螺釘的組成螺旋形鋼錨桿是太原分行“第八八”期間開發的一種新型支撐材料。它由預制螺旋形鋼制成桿體，由樹脂支撐固定劑制成節點支撐桿。基本結構形狀如圖1所示。由螺紋鋼桿體、樹脂錨固劑、托板及配套螺母組成。螺紋鋼錨桿的桿體由軋制的全長連續右旋螺紋鋼材料制成,從其結構形式反映出螺紋鋼錨桿具有以下幾個特點:①它的任一端都可直接擰螺母而成緊固端,另一端可直接與錨固劑粘結而成錨固端,其桿體可按需要長度直接截取,不需要任何機加工;②由于桿體全長范圍內具有連續的螺紋,其錨固長度可按需而定,故這種錨桿既可作為端頭錨固,也可作為全長錨固;③錨桿的螺紋牙形為梯形螺紋,其抗剪強度略高于桿體的抗拉強度,所以該種錨桿具有桿體全長等強度、無弱面的特點;④該錨桿結構形式簡單,安裝使用方便,制造工藝簡單,便于大批量生產,是一種具有廣闊應用前景的新型支護產品。2螺紋鋼樹脂錨桿錨固力的影響因素螺紋鋼錨桿是一種粘結式錨桿,它的錨固端通過樹脂藥卷將桿體粘固在鉆孔中,緊固端以托板及螺母施加預緊力,其作用原理是通過鉆孔底部的錨固端及另一端的緊固部分,使錨桿桿體受拉而抑制圍巖的變形和松動。因此其錨固性能主要取決于錨固力的大小。影響螺紋鋼樹脂錨桿錨固力大小的主要因素有以下幾點:一是樹脂錨固劑與桿體之間的粘結強度;二是樹脂錨固劑與圍巖之間的粘結強度;三是桿體本身的強度。就桿體強度而言,螺紋鋼錨桿桿體的破斷載荷大于180kN(直徑18mm,材質為27SiMn),足以滿足實際需要。故僅討論在樹脂錨固劑與圍巖之間的粘結強度滿足實際要求的情況下,螺紋鋼桿體與樹脂錨固劑之間的粘結強度,以此來分析螺紋鋼樹脂錨桿的錨固性能。螺紋鋼錨桿的桿體與樹脂錨固劑之間的粘結強度包括兩個方面:一是材料之間的純粘結力;二是粘合面形狀不同而具有的機械結構阻力。下面從這兩個方面進行詳細的分析。2.1桿體右旋螺紋螺紋鋼樹脂錨桿的錨固性能主要取決于桿體與樹脂錨固劑之間的粘結力,而其粘結力與螺紋的螺距、齒高、桿長等密切相關,可以從以下幾個方面進行分析。首先,從螺紋鋼錨桿的攪拌特性方面進行分析。由于螺紋鋼錨桿的錨固端為連續的右旋螺紋,當桿體右旋推進時,藥劑沿桿體由孔底向孔口縱向流動,桿體的阻力較小,能夠將藥卷充分混合,達到良好的攪拌效果;由于螺紋的牙形有一定的高度,桿體旋轉過程中,使藥劑由孔心向孔壁橫向流動,藥劑能夠填滿所有空間,與桿體充分粘結,達到最大粘結強度。其次,由于螺紋鋼錨桿的螺紋牙形為梯形,具有一定的螺距及齒高,它與樹脂藥卷的粘合面面積要比圓鋼及反麻花錨桿的粘合面面積大。顯然,在粘結強度一定的條件下,螺紋鋼錨桿的粘結力要大,錨固效果好。第三,由于螺紋鋼錨桿為全長的連續螺紋,錨固端與桿體無界線,而常用的反麻花錨桿的錨固長度是一定的,這樣,前者無疑可以通過增加其錨固長度來提高錨固力,達到最佳錨固效果。2.2外螺紋鋼錨桿從螺紋鋼錨桿的結構形式分析,它為帶外螺紋的螺桿,當它通過樹脂錨固劑與圍巖粘結在一起時,就形成了帶內螺紋的巖石螺母,故桿體與鉆孔構成咬合的螺旋副,具有較大的錨固力。再者,由于螺紋鋼錨桿的桿體是具有一定齒高和螺距的外螺紋,這樣,當樹脂藥劑填滿齒孔時,有利于增加桿體的結構阻力。因為螺紋鋼錨桿在承受外載荷作用時,不僅要克服桿體與藥劑間的粘結力,而且要克服齒形與藥劑間的剪切作用力。理論計算表明,樹脂藥劑與每個螺齒的剪力達17kN(當然,由于藥卷攪拌的密實度不佳,也許剪力達不到這樣大)。3試驗構件及錨固劑螺紋鋼錨桿的實驗室試驗分兩部分:一部分是錨固力試驗;另一部分是錨固力特性曲線的測試。試驗以鋼管作為模擬體進行,所用鋼管外徑34mm,長度300mm。試驗用螺紋鋼錨桿的直徑為18mm,其設計破斷載荷為180kN,試件長度600mm。樹脂錨固劑為淮南礦務局合成材料廠生產的Z23240型樹脂錨固劑,錨固長度為250mm。試驗時采用MZ—20型煤電鉆攪拌,右旋推進,攪拌時間為30s,1h后進行拉拔,所用儀器為ML—20型錨桿拉力計。3.1表1內螺桿的表心固定螺紋鋼錨桿的錨固力試驗結果見表1。3.2錨固力特性分析錨固力特性曲線,即錨固力與位移的關系曲線,它反映錨桿錨固力與位移的重要關系,是確定錨桿支護能力的重要依據,圖2是D18螺紋鋼樹脂錨桿的錨固力特性曲線,該圖是以8#試件的實測數據繪制而成的。從圖2中可以看出,該曲線由AB、BC兩部分組成,在AB段錨固力F與位移S呈線性關系,載荷急速增大而位移量變化較小,這表明施加的外載荷尚未起作用;曲線BC段比較平緩,表明位移急劇變大而載荷變化較小,這是由于錨桿本身已接近其屈服極限,錨固力隨之增加緩慢。該曲線亦表明錨桿的錨固力特性曲線與其材質的力學性能曲線是相匹配的。4提高桿體固力4.1由于螺紋鋼錨桿的特殊螺紋牙形結構,使其合理均勻地攪拌樹脂錨固劑,且粘合面面積較大,能有效地提高桿體與藥劑間的純粘結力。4.2由于螺紋鋼錨桿的紋牙具有一定的螺距和齒高