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1、高强度锚杆尾部螺纹断裂受力分析蓬1,2,3,鞠文君1,2,3程(11煤炭科学研究总院开采设计研究分院,北京100013;21天地科技股份有限公司开采设计事业部,北京100013;31煤炭资源开采与环境保护国家重点实验室(煤炭科学研究总院),北京100013)[摘要]针对高强度高预紧力锚杆支护技术在应用过程中存在锚杆尾部螺纹脆性断裂的问题,分析了锚杆螺纹断裂形式和原因,建立了锚杆尾部螺纹受力模型。根据断裂力学理论,得出裂纹应力强度因子大小表达式,并利用K准则,计算出在不同轴力和不同角度条件下锚杆发生断裂时裂纹临界尺寸ac
2、大小,并提出了防止锚杆尾部螺纹脆断的措施。[关键词]锚杆尾部螺纹;受力分析;脆性断裂[中图分类号]O34611[文献标识码]A[文章编号]100626225(2011)0220020203ForceAnalysisofWormBreakageofAnchoredBoltwithHighStrengthCHENGPeng1,2,3,JUWen2jun1,2,3(11CoalMining&DesigningBranch,ChinaCoalResearchInstitute,Beijing100013,China;21Coa
3、lMining&DesigningDepartment,TiandiScience&TechnologyCo.,Ltd,Beijing100013,China;31StateKeyLaboratoryofCoalResources&EnvironmentProtection,ChinaCoalResearchInstitute,Beijing,100013China)Abstract:Inordertosolvecrispfractureproblemoftailwormofanchoredboltwithhighst
4、rengthandhighpre2tighten,wormfractureformandcausewasanalyzedandmechanicsmodeloftailwormofanchoredboltwassetup.Basedonfracturemechanicstheory,stressstrengthfactorexpressionoffracturewasobtainedandcriticaldimensionacunderdifferentaxialforceanddifferentangleswascal
5、culat2edbyKPrinciple.Measureofpreventingcrispfractureoftailwormwasputforwardaswell.Keywords:tailwormofanchoredbolt;forceanalysis;crispfracture巷道支护是煤炭开采中的一项关键技术,合理、安全、可靠的巷道支护技术是实现矿井高产高效的必备条件。近年随着锚杆支护技术的发展,已逐渐认识到高预紧力是锚杆发挥及时主动支护效果的关键。目前锚杆预紧力的施加方法主要有2种:直接法,使用专门的中空千斤
6、顶拉伸锚杆到预定的轴向力,然后拧紧螺母,获得预紧力;间接法,通过给螺母施加较大的扭矩,锚杆获得较大的轴向力。由于直接法施工复杂,不适合快速支护的需要,目前大多数均采用间接法施加锚杆预紧力,锚杆尾部螺纹是锚杆获得高预紧力的关键部位。锚杆杆尾采用螺纹结构,结构特殊,受力复杂,为杆体的薄弱环节,实际使用中锚杆多在此处断裂,见图1。锚杆从杆尾螺纹段破断分2种形式:一种主要表现为延性断裂,是由于锚杆过载造成的,是正常的断裂形式,主要为拉断,断口有明显的径缩现象,断口不工整,断裂前发生显著的塑性变形,如图1(a)所示;另一种主要表
7、现为脆性断裂,属于发生在屈服应力以下的低应力脆断,是一种非正常的断裂形式,造成锚杆支护体系的失效,杆体强度和延伸率发挥不出来,造成材料浪费和安全隐患,主要为弯曲断裂,断口径缩不明显,断口较工整,断裂前不产生明显的塑性变形,如图1(b)。1锚杆螺纹断裂分析以往的锚杆支护设计对锚杆材质的选择主要以锚杆的强度性能为主要参考依据,认为锚杆材质的破坏是由于锚杆在载荷的作用下,其材料内部的应力达到或者超过自身的破坏强度极限之后,才产生了断裂破坏。这种强度理念以材料为均质完整的物体为假设前提,是一种理想状态,但是与实际不相符,忽略了
8、锚杆尾部螺纹裂纹的存在对锚杆脆性断裂的影响。随着高强锚杆、强力一次支护技术的发展和应用,高强度锚杆材质不断地开发出来,但随着锚杆强度的增加,硬度也不断增加而塑性逐渐下降,从而使螺纹加工难度增大,对锚杆加工技术和工艺提出更高的要求,而目前国内锚杆螺纹加工技术和工艺有待提高。[收稿日期]2010-10-27[基金项目]国家科技支撑计划
