Effect of bolt rib spacing on load transfer mechanism

Rock bolting has firmly used as the coal mine roof reinforcement in underground coal mine. The bolting effect of fully grouted rebar bolt is closely related to the bolt surface profile. This paper provides an experimental study to confirm that bolt rib internal length has great influence on bolting effect. Pull-out tests were conducted using rebar bolt with different rib spacings of 12, 24, 36 and 48 mm representatively from steel tube and from concrete. Results show that peak load increases 25.3% for bolt with large rib spacing. For pull out using concrete block, the increment of peak load between large and small rib spacing is not significant, but the bolt with large rib spacing has great absorption of deformational energy than small rib spacing bolt. This study provides experimental evidence towards optimum design of rock bolt for understand coal mining industry.

石窟岩体浅层加固微型木锚杆抗拔力影响因素试验研究

石窟岩体浅层剥落掉块病害常采用微型木锚杆加固,微型木锚杆在微型钻孔中抗拉力及影响因素研究成果甚少。以松木杆为芯材,以环氧树脂粉煤灰混合浆液为灌浆锚固材料,主要研究微型木锚杆表面形态对其抗拔力影响。根据微型木锚杆直径(10 mm、12 mm)、锚固长度(100 mm、150 mm)和表面形态(表面光滑、磨砂划痕、3 cm加箍、2 cm加箍)的不同,设计了4种类型共计16组微型木锚杆拉拔试验。结果表明:磨砂划痕及2 cm加箍处理微型木锚杆其极限抗拔力为5.7~10.0 kN,破坏界面抗剪强度为1.58~1.99 MPa,较表面光滑木锚杆提高15%~31%;3 cm加箍处理微型木锚杆其极限抗拔力为5.1~9.5 kN,破坏界面抗剪强度为1.45~1.86 MPa,较表面光滑木锚杆提高9%~17%。微型木锚杆直径、锚固长度对界面抗剪强度有一定影响。研究成果可为微型木锚杆治理石窟浅层剥落病害提供设计计算依据。

Anchorage Performance and Interfacial Mechanics Transfer Characteristics of a Composite Anchor Bolt with Different Surface Shape

To solve the deficiency of steel anchor blot in corrosion resistance and flaw of GFRP anchor bolt in fracture resistance, our research group develops a new composite anchor bolt made of steel strands wrapped up with compound fiber resin. To improve the cohesion performance of the composite anchor bolt, pull-out tests of different composite anchor bolts with different groove intervals and depths were made and analyzed. The results show that the pulling resistance of the composite anchor bolt increases with the increase of groove interval and depth, but groove interval and depth have optimal value. Based on elastic mechanics, the cohesion between anchor bolts and anchor bodies and its distribution characteristics caused by axial tension are analyzed and cohesion formula is obtained. By contrast, the experimental result is consistent with the theoretical analysis. Therefore, the surficial change of anchor colts could influence the performance of the composite anchor bolt. The cohesion force and anchorage performance can be improved by changing the surface of anchor bolts. Research results show that the new composite anchor bolt is high-performance material in the civil engineering.

花篮螺杆式悬挑脚手架高强螺栓拉拔试验

为研究工期紧张条件下高强螺栓与预埋套筒的拉拔力是否满足施工荷载条件下的安全作业需求,以2.7 m长悬挑梁3排脚手架为例,首先分析了花篮螺杆在正常拉结状态和失效拉结状态条件下高强螺栓的受拉荷载,选取最不利条件作为拉拔试验的测试荷载。其次采用环形液压千斤顶与楔形套筒开展了高强螺栓的拉拔测试,通过观察预埋套筒的锚固状态以及混凝土表面是否存在开裂等判断混凝土强度是否达到悬挑脚手架投入安全施工的标准。本次试验在混凝土养护4 d抗压强度均值达到18.3 MPa时开展,施加82 kN拉拔力后预埋套筒正常锚固且混凝土梁表面未出现裂缝,测试结果证明混凝土强度满足施工作业要求。

理想弹塑性锚杆拉拔理论分析

假定拉拔时锚固体与周围岩土体之间的剪切位移荷载传递符合理想弹塑性模型,推导出锚杆抗拔力的解析算式．根据埋设于淤泥质土层中锚杆的拉拔破坏性试验数据,采用该公式计算锚杆抗拔力,并与实测值对比,两者较为吻合．

多重防腐锚杆抗腐蚀性试验研究

针对地下工程中锚杆防腐性能存在的不足,介绍了多重防腐锚杆的构造和防腐机制。通过模拟不同的腐蚀环境,进行双重和多重防腐锚杆的抗腐蚀性试验研究,观察腐蚀后锚杆的表观变化并测试其抗拔力,分析比较两者锚筋与水泥砂浆之间的粘结强度与滑移位移的关系。分析结果表明:多重防腐锚杆由于在水泥浆中设置了套管,在不同腐蚀环境中其拉拔力始终高于双重防腐锚杆,且随时间更加明显;硫酸盐的结晶作用和腐蚀因子间的牵制效应会使防腐锚杆拉拔力有短暂的提高;多重防腐锚杆产生相同滑移位移对应的粘结强度更大,粘结强度超过极值后的残余强度高于双重防腐锚杆。以上成果能够用于地下结构中防腐锚杆的设计和后期服役期间的耐久性分析,为实际工程中防腐锚杆的抗腐蚀性能研究提供了宝贵的基础资料。

压力型锚杆抗拔能力模拟实验研究

压力型锚杆的应变分布情况反映锚杆损伤破坏位置,利用3次实验室小比例尺模型进行拉拔试验,可以对锚杆的应变分布等进行研究,取得合理的结果。(1)对各级拉拔荷载作用下的锚杆顶部位移进行记录分析,得到了拉力顶部位移与拉力关系图,其曲线的形态说明拉力达到一定程度将引起位移的迅速增加;(2)对锚杆各部位直径增加量做了分析,发现在离承压板锚杆一定位置处直径增加量最大;(3)对锚杆的轴向应变、径向应变的数值和分布情况进行了对比,发现轴向应变是锚杆应变的主要形式,但轴向应变、径向应变分布规律基本一致,都随远离承压位置呈负指数衰减。因此,在提高锚杆的锚固效果方面,减小锚杆承压板附近的形变是一个有效的途径。

自旋式锚杆抗拔力的计算理论

锚杆的抗拔力在锚固工程中是至关重要的技术参数,关系到锚固体系的安全。根据自旋锚杆的结构特点和作用机理,对其抗拔力的计算理论进行了探讨,对实际支护工程有一定的参考作用。

树脂锚杆锚固性能及影响因素分析

采用理论分析、实验室试验、数值模拟及井下实测相结合的方法对树脂锚杆锚固性能及影响因素进行研究。理论分析了锚杆在拉拔与全长锚固状态下的应力分布特征;在实验室进行了不同形状锚杆、不同钻孔直径下锚杆拉拔力试验,得出了锚杆形状、孔径差对锚杆拉拔力的影响程度;测试了不同模拟钻孔温度、淋水量下锚杆的拉拔力,得出了温度、淋水量与锚杆拉拔力之间的关系。采用有限差分数值模拟软件FLAC3D,计算了不同杆体形状、孔径差、居中度及不同围岩强度下锚固剂、围岩中的剪应力大小,分析了诸因素对剪应力分布的影响,得出了不同条件下剪应力分布特征。在平庄风水沟煤矿井下进行了软岩可锚性试验,实测了软岩不同含水状态下锚杆、锚索拉拔力。最后,提出改进树脂锚杆锚固性能、提高锚固力的建议。

软岩隧道自旋锚管抗拔力的计算理论

在软岩隧道支护中,大多数情况下需要向上钻孔打锚杆,目前应用较多的中空注浆锚杆和砂浆锚杆在向上打锚杆的情况下,均存在注浆不饱满及不能形成快速初锚力的问题,影响支护效果和工程安全。自旋注浆锚管能比较好的解决上述工程中存在的技术缺陷。在软岩隧道支护中,自旋注浆锚管的抗拔力是至关重要的技术参数,关系到锚固体系的安全。本文根据自旋注浆锚管的结构特点和作用机理,对其抗拔力的计算理论进行了探讨,对实际支护工程有一定的参考作用。

各向异性初始地应力软岩中自膨胀锚杆扩体-拉拔试验研究

研发了一种掺入了较多HCSA型膨胀剂的自膨胀锚杆,可提升锚杆的极限抗拔力。但对于刚度较低、易变形的介质,自膨胀锚杆的锚固力提升主要因素还不确定。为探明自膨胀锚杆在各向异性初始地应力软岩中的抗拔力提升效果,采用3种壁厚的钢管模拟不同径向刚度的围岩,向钢管内部加入不同膨胀剂掺量的自膨胀锚固材料,通过测试锚固结构的径向膨胀应力和变形的演化规律,推导了在各向异性初始地应力中自膨胀锚杆膨胀应力和位移的分布解析式,建立了应力、变形与钢管壁厚、膨胀剂掺量的关系。基于ABAQUS数值模拟方法验证了公式与试验相吻合,并通过拉拔模拟得到了自膨胀锚杆在低刚度岩土体中的膨胀规律和极限抗拔力的提升效果。研究结果表明:①降低钢管壁厚时,不同膨胀剂含量自膨胀锚杆对应的应力-变形的变化趋势高度一致,在膨胀剂含量较大时,降低钢管壁厚,径向膨胀应力仅减小8.6%,但径向变形量却增大117%,说明扩大头效应更明显。②膨胀剂含量为25%的自膨胀锚杆极限抗拔力在不同刚度的围岩中提升幅度相近,但自膨胀锚杆在相对较高的围岩中抗拔力峰前能量增幅明显更大,达到819%。说明摩擦力对自膨胀锚杆锚固性能的影响比扩体效应更优。最后,建立了以软弱围岩强度参数和初始应力等为判据的膨胀剂掺量设计公式,并在某岩质边坡进行了现场试验,试验结果验证了该公式的可行性。

扩大头锚杆最大抗拔力计算公式探讨与分析

针对国家规范给出的扩大头锚杆最大抗拔力计算公式与工程实践和试验结果相差甚大,论文利用弹塑性力学Boussinesq问题的位移解等相关理论,推导出了扩大头锚杆最大抗拔力计算公式。经过与现场拉拔实验实测数据的对比分析,验证了扩大头锚杆在土体条件下最大抗拔力计算公式的可靠性,并且分析了各相关因素对最大抗拔力的影响大小,结果表明,扩大头直径的影响最大,土体极限抗剪强度的影响次之,弹性模量比的影响再次之,土体泊松比的影响最小。这为以后扩大头锚杆的设计和施工提供了一定的理论依据。

夯土介质中基于PS浆液的楠竹锚杆锚固特性

基于PS溶液的楠竹锚杆锚固系统在夯筑土遗址加固中得到了成功的应用，然而其锚固机理研究还未开展。运用室内物理模型试验，针对该锚固系统开展了拉拔测试与杆体-浆体界面应变监测，研究了该锚固系统的锚固性能与破坏模式、杆体-浆体界面剪应变分布与传递特征。试验结果表明基于PS-F浆液锚固系统和基于PS-（C＋F）浆液锚固系统均为杆体-浆体界面失效模式，极限锚固力分别为10～15kN和8～16kN；锚固系统均具有较强的延性；在荷载进程中杆体-浆体界面的应变分布具有单峰值及双峰值特点，荷载增加时界面应力向锚固末端传递、压应力出现在锚固段末端及峰值局部出现在末端等特征。研究结论表明，锚固系统的力学性能适用于夯筑土遗址加固，但在杆材耐久性和完整性保证方面还需要进一步探究。

新型螺栓球柱节点静力承载性能试验研究

在传统网架螺栓球节点的基础上,研发了一种可用于无檩网架的新型节点——螺栓球柱节点.进行了13个螺栓球柱节点的承载力试验.试验结果表明,螺栓球柱节点主要有圆柱筒壁压扁破坏、圆柱筒壁冲切破坏、螺栓拔出破坏、焊缝拉裂破坏等4种破坏模式;在压力和拉力荷载作用下,圆柱筒壁主要承受环向应力;设置加劲肋可以较大幅度地提高节点承载力和增强节点刚度.

预应力锚索有效锚固长度和极限抗拔力的计算

在Mindlin位移解的基础上,导出了锚索有效锚固长度的计算公式,分析了影响有效锚固长度的因素;根据预应力锚索的三种破裂面形状,提出不同的破坏机理,依次为径向开裂引起的破坏、水平剪切引起的破坏以及既有径向开裂又有水平剪切的破坏,并推导出各自的计算公式。计算数据与试验结果吻合较好。

CS板内膨胀螺栓的抗拔与抗剪承载力试验

CS板是一种环保节能的结构构件,可用做围护结构和承载力构件.通过对埋置CS板中的膨胀螺栓进行拉拔试验和剪切试验,确定了CS板用膨胀螺栓做紧固件时抗拔与抗剪承载力的允许值,分析了混凝土面层厚度对承载力的影响.结果表明,承载力的允许值完全可以满足民用住宅的日常使用,并且混凝土面层厚度对承载力没有影响.根据极限状态下破坏特征,提出CS板内埋置膨胀螺栓的抗拔与抗剪承载力的理论计算公式,计算结果与承载力允许值吻合较好,可供工程设计参考.

全长锚固锚杆拉拔试验研究

支护设计最基本的指标是支护能力,即支护的最大承载力。锚杆的支护能力是锚杆对围岩的最大锚固力,由于锚杆在岩土介质中受力的复杂性、多变性,因此锚固能力的计算十分困难。工程中常用拉拔试验来确定粘锚能力,但由于拉拔试验时锚杆体上的粘结剪应力分布与锚杆实际工作时不同,拉拔力并不能作为锚杆的粘锚能力。研究认为,可根据拉拔试验和锚杆的实际承载状态下载荷分布规律的不同,得出最大拉拔力和锚固力之间的关系,为正确地利用拉拔试验来检验锚杆安装质量和评估锚杆锚固能力提供理论依据。

新型化学锚栓在混凝土中的黏结应力分布规律试验研究

基于M16新型化学锚栓锚固于混凝土时受轴向拉力作用下的试验数据,得到了锚栓在不同强度混凝土中沿锚固长度黏结应力变化规律及有效锚固长度与混凝土强度的关系。试验表明:达到极限拉拔荷载时,沿锚固长度的黏结应力在某一长度范围内数值接近相同,且黏结应力大小随着混凝土强度的增大而增大;混凝土强度越高,新型化学锚栓的有效锚固长度呈减小趋势。

新的锚固体抗拔力测试系统及应用

针对我国锚固体抗拔力现场检测方法中的不足,借助压力传感器、位移传感器、数据采集盒等电子元件,建立了一个新的抗拔力测试系统。该测试系统首先利用数据采集盒将传感器传递过来的反映压力和变形的电流信号转换为数字信号,再由相关程序对数据进行降噪处理并绘制测试曲线。系统实现了测试过程中数据的自动采集和成图,有助于测试人员及时了解锚固体的受力状况,避免了锚固体张拉破坏。以惠莞高速公路ZK26+231~ZK26+520压力分散型锚索抗拔力检测情况为例,验证了该系统的实用性和可靠性。

基于小波函数的锚杆拉拔全过程分析

基于小波函数伸缩平移的特性,建立了能反映锚杆界面黏结-软化-滑动力学特性的剪应力-位移非线性本构模型,克服了三折线软化界面模型需要分段分析的复杂性。结合锚固体荷载传递的力学微分方程,推导了锚杆拉拔荷载-位移曲线的解析表达式,并提出了锚固体位移、轴力、周边剪应力的数值计算方法和步骤。通过算例分析,得到不同张拉位移作用下的锚固段位移、轴力和剪应力分布,获得的锚杆拉拔荷载-位移和锚杆轴向力分布计算值与实测值进行了对比分析,验证了该方法的有效性。该方法能准确地反映锚杆在不同荷载下的传力机制,模拟锚杆从弹性工作状态到塑性滑移的全过程。最后,通过参数分析,得到了锚杆锚固长度、轴向刚度以及锚固界面本构参数对锚固效果的影响规律。