预应力锚杆拉拔力学特性及临界锚固长度研究

相较于非预应力锚杆而言,预应力锚杆在受到拉拔作用后呈现出特殊的支护力学特性。为深入探明预应力锚杆的这一特点,采用足尺室内实验和理论分析的方法研究预应力锚杆在受载后的力学响应情况,掌握预应力锚杆的支护力学特点及其机制,进一步丰富和扩展了预应力锚杆的主动支护理论,并从锚固系统支护效果最优化的角度出发,基于二次开发手段提出一种预应力树脂锚杆临界锚固长度的数值计算方法。结果表明:(1)预应力施加后锚杆的荷载-位移曲线形态发生了明显变化,在前期支护刚度增加,同时出现荷载突变点,且随着预应力施加量值的增加,突变点处荷载从17.3 kN增加至54.6 kN;(2)预应力锚杆在受载后呈现出“先刚后强”的支护力学特性,在支护前期能够迅速达到较大的承载力,有效提高锚杆控制围岩变形的能力;(3)建立的数值分析模型很好地再现了锚固系统在受到拉拔荷载时的力学响应情况,基于该模型分析了不同锚固长度条件下锚固系统的承载能力峰值,确定了该实验条件下树脂锚杆的临界锚固长度为44 cm。相关研究成果对认识预应力锚固系统的支护力学特性和参数设计具有指导意义。