抗浮锚杆受力特性试验研究进展

随着基础埋深不断加大,建(构)筑物的抗浮问题愈加严重,抗浮锚杆在城市建设中得到了广泛应用。充分掌握抗浮锚杆的受力特性并厘清抗浮锚杆在长期荷载作用下力学性能的动态演化规律是保证抗浮结构安全、可靠的前提。为此,围绕抗浮锚杆的工作原理、应力传递机制、承载特性以及蠕变性能等方面分析和评述国内外的相关研究现状。首先从抗浮锚杆的工作原理、破坏形式出发,分别对纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer, FRP)抗浮锚杆和钢筋抗浮锚杆应力传递机制进行讨论和对比分析;从理论计算、试验研究与数值模拟三个方面对抗浮锚杆的承载特性进行阐述;进而对抗浮锚杆处于长期荷载、循环荷载作用下的蠕变性能进行归纳总结。最后梳理了抗浮锚杆在工程应用中存在的不足,同时为非金属抗浮锚杆在侵蚀环境中的服役性能提出了研究与发展方向。

FRP-钢复合板剪力墙力学性能试验研究

为进一步提高钢板剪力墙的力学性能,文章将纤维增强复合材料(FRP)引入钢板剪力墙结构体系中,形成一种FRP-钢复合板剪力墙结构。复合板提升的拉力场效应,增加墙-框连接节点的设计难度,受剪墙板在框架-墙板连接节点部位容易发生局部破坏。为解决这一问题,提出增强复合板螺栓连接节点抗剪设计与构造方法,并通过9个复合板螺栓连接节点抗剪试验,探究复合板螺栓连接的破坏模式,验证设计方法的有效性。为验证采用增强复合板螺栓连接节点的FRP-钢复合板剪力墙的抗震性能,完成2个1/3缩尺的单层单跨钢板剪力墙试件的拟静力试验,墙板分别采用复合板和纯钢板,为充分发挥FRP的受拉承载能力,在钢板两侧沿对角度方向各粘贴一层单向CFRP纤维布,两层布的纤维相反方向布置,在墙-框节点连接区采用增强复合板螺栓连接节点,通过对比探究复合板剪力墙的抗震性能指标、破坏顺序和破坏模式。研究表明,墙-框复合板螺栓连接节点铺设CFRP能够提高节点抗剪承载能力,其中增设CFRP 90°铺层能够改善只有45°铺层复合板承载力的突降,提高节点的延性。复合板剪力墙表现出明显的三阶段受力特征:弹性阶段(阈值层间位移角0.4%),前期承载力由弹性模量控制,随后逐渐转变为屈曲强度控制,提升作用随位移增大逐渐降低;塑性阶段(阈值层间位移角1.5%),FRP对钢板的承载力和刚度实现明显的增强作用,呈现上升趋势,同时提升了钢板墙的耗能能力,控制了墙板的面外变形,承载力最大提升30%,刚度最大提升31%;破坏阶段(阈值层间位移角3%),FRP对钢板的承载力和刚度提升作用逐渐降低,随后FRP断裂,复合板剪力墙退化为纯钢板剪力墙结构。

FRP锚杆在石膏岩隧道中的支护效果研究

当前穿越石膏层的隧道工程越来越多,因石膏岩具有遇水膨胀、腐蚀性等危害,传统钢锚杆支护效果不理想。FRP锚杆具有轻质高强、耐腐蚀、工艺性优良等特点,将其应用于石膏岩隧道中能够克服钢锚杆劣势。以某穿越石膏层公路隧道为依托,重点研究了FRP锚杆与传统锚杆在石膏岩隧道中的支护效果,从围岩变形、锚杆受力情况、塑性区分布、初期支护应力分布、岩体安全度等方面,对其支护效果进行对比。研究结果表明:在遇水膨胀的石膏岩中,FRP锚杆在控制围岩变形、改善塑性区分布、减少应力集中等方面优于传统锚杆,尤其是在长期运营条件下,耐腐蚀的FRP锚杆可代替传统钢锚杆作为新型支护材料应用于石膏层隧洞支护中。

基于rocfall数值模拟的危岩落石路径分析

深圳市新彩隧道南侧洞口边坡发育三组危岩带,边坡顺坡向结构面及构造裂隙较为发育,洞口及断层附近多以密集带出现,已采用SNS被动防护网进行防护。对右侧洞口高边坡采用滚石运动分析,危岩失稳方式为非直落式,滚石滚滑下坠。采用rocfall软件进行模拟,落石贴坡下滑或倾倒下滑,碰撞反弹后部分落石SNS被动防护网拦截后停止运动,隧道洞顶平台处5m高SNS被动防护网不足以拦挡所有落石,结合工程特点提出采用嵌入式光纤复合FRP智能锚杆智能在线实时监测系统进行危岩监测与防护。

玻璃纤维增强复合材料加固原竹螺栓组合节点的抗剪性能

在竹建筑结构中,最常见的螺栓连接节点经常出现顺纹劈裂。通过试验研究了包裹玻璃纤维复合布材(glass fibre reinforced plastics,GFRP)后对于不同螺栓组合节点抗剪承载力的提升效果及加固后抗剪承载力的影响因素,以期为今后工程中竹结构螺栓组合节点的设计与应用提供参考。选取无裂缝无竹节的竹筒,制备单螺栓连接、双螺栓平行连接下的原竹螺栓组合节点试件,不加固组无处理,加固组采用GFRP包裹增强,用单轴压缩试验方法加载。比较加固前后组合节点和GFRP增强节点之间的等效抗剪强度和破坏模式,得出竹筒直径、螺栓直径、螺栓端距和根数对于GFRP增强效果和极限承载能力的影响。GFRP的包裹约束使得节点避免脆性开裂,屈服应力和等效抗剪强度分别提升5.84%~28.46%和7.59%~29.77%。GFRP加固对组合节点的等效抗剪强度提升效果与螺栓直径、竹筒外径、螺栓端距正相关,与螺栓根数没有显著关系。螺栓直径和竹筒外径是影响等效抗剪强度的主要因素。GFRP包裹增强的组合节点等效抗剪强度按照Johansen螺栓屈服模型拟合计算得到的误差平均绝对值为6.4%,在工程中可以用于简化计算。GFRP包裹能有效提升原竹螺栓组合节点的等效抗剪强度,使节点破坏模式由脆性开裂破坏变为延性受压破坏。螺径、螺栓根数、竹筒外径的增大能提升GFRP加固节点承载力和GFRP的承载力增强效果,螺栓端距增大对承载力无显著影响。GFRP加固节点的承载力可以通过螺栓屈服计算模型拟合而较为准确地预测。

玻璃钢锚杆支护锚固力的试验分析

针对锚固长度、锚固时间、锚固材料等影响玻璃钢锚杆锚固力的因素,在实验室开展了玻璃钢锚杆拉拔试验研究。通过单因素对比法,分析研究了锚杆锚固长度、锚固时间、锚固材料对锚固力的影响规律,总结出玻璃钢锚杆锚固力随锚固长度和锚固时间的增加而增大,锚固材料的选择应综合各方面因素考虑等规律,对玻璃钢锚杆的支护参数设计及支护机理分析具有一定的指导意义。

玻璃钢锚杆阻燃机理及其配方研究

笔者指出了玻璃钢锚杆阻燃特性对煤矿生产安全具有十分重要的意义 ,分析一般复合材料的阻燃机理即隔离膜机理、自由基捕获机理、冷却机理、协同作用机理 ,重点研究了锑 -卤协效体系的阻燃特性。并根据玻璃钢锚杆的原料的特性 ,选择了适当的阻燃剂进行了试验。发现氯化石蜡和三氧化二锑的添加比例为 1∶3的玻璃钢锚杆具有理想的阻燃特性 ,从而得出了具有良好阻燃性能玻璃钢锚杆试验室配方。

新型玻璃钢锚杆成型工艺研究

本文通过对玻璃钢锚杆性能特点及现有玻璃钢锚杆成型工艺的分析,提出了一种新型玻璃钢锚杆成型工艺-间歇式拉挤锚尾后固化成型工艺,并对生产出的杆体进行了试验研究,杆体的各项性能指标均达到和超过了国家标准,具有推广应用价值。

腐蚀环境下FRP锚杆耐久性能试验研究

通过纤维和树脂的耐久性分析和GFRP锚杆、CFRP锚杆的抗碱性、抗酸性以及抗盐腐蚀性试验,得到GFRP锚杆和CFRP锚杆在不同腐蚀环境下力学性能随腐蚀时间的变化规律。研究结果表明,GFRP锚杆在碱、酸和盐介质中腐蚀1 500n后,强度分别下降13.76%,11.09%和4.14%,其耐盐腐蚀性能较好,但耐酸、耐碱性能相对较差,当GFRP锚杆应用到实际工程结构时需要考虑酸碱性环境的影响,可以通过控制应力水平低于极限拉伸强度的25%来保证耐久性的要求;酸碱盐腐蚀环境对CFRP锚杆的强度影响很小,强度下降都在4%以内,碳纤维具有较好的耐酸、耐碱和耐盐腐蚀的性质,与GFRP锚杆相比CFRP锚杆的耐久性较好;根据腐蚀环境下FRP锚杆力学性能试验成果,给出力学性能随腐蚀时间的退化规律计算公式,为FRP锚杆在腐蚀环境下的工程应用提供依据。

玻璃钢锚杆锚固质量声波检测技术

针对大冶铁矿玻璃钢锚杆锚固质量检测手段单一、检测参数有限的现状,应用声波检测技术,对大冶铁矿井下巷道玻璃钢锚杆锚固质量进行抽样检测。在随机抽取的35根锚杆中,玻璃钢锚杆锚固质量合格率为85.7%,与支护巷道的实际情况相符,说明应用声波检测技术对玻璃钢锚杆锚固质量进行检测是可行的。检测结果分析表明,影响大冶铁矿玻璃钢锚杆锚固质量的主要因素是玻璃钢锚杆的锚固长度以及玻璃钢锚杆与围岩之间的锚固剂密实度。为此从钻孔深度、锚固剂填塞数量、锚杆杆体插入深度、锚固剂浸泡时间等方面,提出了相应的锚固质量控制对策。玻璃钢锚杆锚固质量声波检测技术可为大冶铁矿玻璃钢锚杆锚固质量的控制提供指导,对实现矿山安全高效开采具有较大的应用价值。

纤维增强塑料锚杆锚固性能的数值分析

以建立的纤维增强塑料锚杆在岩土体中的粘结锚固基本方程为基础,结合纤维增强塑料锚杆的连续光滑粘结–滑移本构关系模式,提出了纤维增强塑料锚杆锚固性能分析的数值计算方法,并通过与FRP锚杆锚固试验结果对比确定有关参数。将数值计算结果与锚固试验结果以及理论计算结果进行了对比分析,验证了数值模拟方法的正确性。

玻璃钢锚杆受偏心载荷作用试验研究

玻璃钢锚杆作为煤帮支护的理想材料,由于施工等原因经常受到偏心载荷作用,理论分析表明偏心载荷作用是煤帮锚杆极为不利的受力状态。本文首次采用试验的方法,模拟了玻璃钢锚杆受偏心载荷作用,设计了偏心载荷实验,与正常受力情况进行了对比研究。试验结果表明,玻璃钢锚杆尾部受偏心载荷作用,其最大抗拉拔力及延伸性能都大幅度降低。

软弱层直接顶板巷道玻璃钢锚杆支护效果研究

为探究玻璃钢锚杆在软弱层直接顶板巷道的支护效果,以湖北肖家河磷矿为工程背景,对比管缝锚杆支护,开展两种锚杆支护的巷道收敛监测试验。监测数据表明,玻璃钢锚杆与管缝锚杆支护的软弱层直接顶板巷道的位移变形规律一致。同时,顶板厚度变化对锚杆支护效果具有显著影响。对此,利用数值模拟进一步探讨不同层状顶板厚度下2种锚杆的支护效果。结果表明,在顶板厚度变化条件下,与管缝锚杆相比,玻璃钢锚杆支护对顶板厚度变化的敏感程度相对较低,支护效果优于管缝锚杆。同时,玻璃钢锚杆支护效果受软弱层直接顶板厚度增大而呈现阶段性变化特征。随着顶板厚度增加,顶板沉降量呈现先线性增长后对数型增长的规律,巷道围岩塑性区占比呈现先增大再减小后趋于稳定的规律。通过对不同顶板厚度的玻璃钢锚杆和管缝锚杆轴向拉力值进行比较,揭示了玻璃钢锚杆支护效果更好的原因是玻璃钢锚杆能够在顶板厚度增加的情况下提供更大的轴向拉力。

新型玻璃钢锚杆生产关键技术

结合大采高矿井煤帮支护实际,对新型玻璃钢锚杆的结构、配方、成型工艺进行了研究,找到了新型玻璃钢锚杆生产关键技术解决方案,说明玻璃钢锚杆生产技术已日趋成熟,生产出的玻璃钢锚杆能够很好地满足煤帮支护要求,保证了煤矿的安全生产。

干河矿煤巷锚杆支护力学模型及数值分析

旺采法中采场巷道服务时间各不相同,为了使支护设计具有针对性,利用力学和数值模型分析了煤巷变形特点。根据"岩梁"理论,建立煤巷顶板力学模型,获得了顶板岩层厚度与煤巷跨度、直接顶容许拉应力之间的双曲关系。结合FLAC3D,分析了支护部位不同时围岩及锚杆力学响应,明确了煤巷支护的重点是角部和两帮,单独进行两帮支护对围岩的控制效果优于单独顶板支护,支巷两帮可以采用玻璃钢锚杆。分析了锚杆参数对围岩的影响规律,证明加强两帮支护可以实现"强帮护顶",帮锚杆长度存在最优值。

新型高强玻璃钢锚杆研究及应用

基于普通玻璃钢锚杆应用失效情况分析,提出了玻璃钢锚杆杆体材质及锚杆尾部结构改进方案,研制了φ25、φ27 mm新型高强玻璃钢锚杆,进行了沿空巷道采煤帮支护工业性试验。结果表明:新型高强玻璃钢锚杆整体性能显著提升,φ27 mm新型高强玻璃钢锚杆更能满足高地压高应力煤巷使用要求。

玻璃钢锚杆加载过程红外辐射实验研究

应用红外探测技术,对玻璃钢锚杆进行了单向拉伸的红外辐射实验研究,结果表明:玻璃钢锚杆拉伸过程中,其红外辐射温度随着荷载的增加而增加,弹性阶段温升变化微小,塑性阶段温升明显,尤其是临近破裂时,温度升高最快,最大温升值为0.3℃。利用玻璃钢锚杆材料的红外辐射温度特征,可以反演该种材料的锚杆与围岩相互作用过程中的应力、应变以及变形等力学性质。

高强玻璃钢锚杆承载特性及应用研究

杆体强度低、承载力不匹配和托板失效是制约玻璃钢锚杆应用主要因素。新型高强度玻璃钢锚杆及构件承载特性测试结果表明,杆体承载力和延伸率高,整体强度低,螺纹段承载力为杆体的57%,配套托板为杆体的22.3%,为此,优化配套构件,提出支护方案并井下试验。

FRP筋锚杆锚具的有限元参数化设计

在岩土工程中通常采用锚固技术来提高岩土体自身的强度和稳定性。钢锚杆几乎应用于土木建筑领域的各个方面,并且应用领域日益扩大,然而由于其防腐性能差、自重大、运输安装困难等缺陷在一定程度上制约了它的应用,尤其是钢锚杆的腐蚀问题,不仅影响结构的耐久性,严重时还会出现重大工程事故。纤维增强塑料筋锚杆为锚固技术在岩土工程中的应用开辟了更为广阔的前景。针对施工中常用的钢套粘结式锚固系统,采用有限元软件ANSYS建立模型,分析了在正常使用状态下,锚固系统各组件之间界面上的应力分布,同时还对影响锚固性能的几个关键因素进行探讨,为此类锚固系统的设计、计算以及其它形式粘结型锚具的设计、分析、优化提供参考。

大采高大角度仰采工作面煤壁片帮防治技术

介绍了段王煤矿根据090502工作面因采高与仰采角度大,在施采过程中,极易发生工作面煤壁片帮的实际情况,在分析工作面顶底板岩性,对锚杆性能测试的基础上,采用玻璃钢锚杆加固煤壁,防治片帮的技术。