自旋锚管的抗弯性能分析研究

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1、第4期吴王平许刚自旋锚管的抗弯性能分析研究67自旋锚管的抗弯性能分析研究吴王平，许刚(1．澄合矿业公司王村斜井，陕西澄城715200；2．西安科技大学建筑与土木工程学院，陕西西安710054)摘要：在松散破碎的岩土体中，需要锚杆(土钉)具有较大的抗弯能力，才能维持岩土体的稳定。自旋锚管与螺纹钢锚杆相比，其在抗弯能力上有着显著的优势，在等截面面积的情况下，自旋锚管的抗弯能力能够提高2倍，此外，如果在管体内注浆的话，其抗弯能力提高的就更多，所以说，对于松散破碎的岩土体(巷道两帮)来说，自旋锚管的支护效果要远远优于螺纹钢锚杆的，非

2、常有利于保持巷道的稳定。关键词：自旋锚管；螺纹钢锚杆；破碎岩体；抗弯能力中图分类号：U455．3文献标识码：B文章编号：1671—749X(2010)04—0067—020引言：(1)』式中——横截面上任意一点的正应力；由自旋锚管的结构特点，因此使其具有及时支护和可回收的工程特性，这也为确保工程安全和节一横截面上的弯矩；r所求应力点到中性轴z的距离；省工程支护成本提供了可靠保障。，：——横截面对中性轴的惯性矩。在目前的巷道支护中，螺纹钢锚杆使用还是比在上式中，若将各个数值取杆件截面上的最大较广泛的，但是对于破碎的岩土体来说，

3、尤其巷道两值，则横截面上的最大正应力为：帮，就需要锚杆具有较大的抗弯能力，因此需要加大My螺纹钢锚杆的断面面积来满足要求，然而这就大大6一：_『__(2)增加了钢材用量，提高了支护成本。本文针对这种圆形截面的抗弯截面系数为：情况，着重研究自旋锚管的抗弯能力，说明其在松散~d4／64破碎岩土体支护中的优势，从而为自旋锚管的推广===譬(3)使用打下基础。式中d——杆件直径。l理论分析圆环形截面的抗弯截面系数为：根据自旋锚管的受力特性，将其当作纯受弯曲：：骂作用的杆件来计算。分别对注浆自旋锚管和未注浆自旋锚管的抗弯能力进行理论分

4、析。rl一(吾门1．1螺纹钢锚杆与钢管的承载力计算32(4)由截面法可知，杆件上的任一横截面上将只有式中D——圆环杆件外径：弯矩，其数值等于外力矩。杆件横截面上正应圆环杆件内径。力的计算公式：抗弯截面系数，其数值与横截面的形状和尺寸有关，单位为mm或m。自旋锚管结构示意图见图1。收稿日期：2009—12—04作者简介：吴王平(1971一)，男，陕西澄城人，1996毕业于中国矿业1．2钢管混凝土承载力计算大学采矿专业，总工程师，长期从事煤矿技术工作。对圆钢管混凝土受弯构件的抗弯承载力计算公陕西煤炭2010拄钢管壁厚为4mm，钢

5、筋的屈服强度为295MPa，混挤压旋进头螺旋杆体凝土的等级为C25。混凝土圆柱体抗压强度为13．83MPa，则钢管混凝土截面的弯矩为19．6304kN·m。2．4等价换算为进一步研究自旋锚管的优越性，因此就抗弯能力相同的情况下，代换螺纹钢锚杆的截面面积，从而说明自旋锚管起到的节约成本的作用，也证实了图1自旋锚管结构示意图自旋锚管的工程优点。假设钢筋的直径为dmm，采用锚管外径为65mm，内径为57mm。式进行推导前，采用了如下基本假设：①构件在变形可求得钢筋的抗弯截面系数为11013．75mm。，过程中保持为平截面，且只考虑

6、危险截面的力的平则解得d一48mm。衡；②忽略受拉区混凝土的受力；③在达到极限承载由计算可以得出，自旋锚管的抗弯能力要远远力时，危险截面上，受压区混凝土的强度均达到了混优于螺纹钢锚杆，而注浆自旋锚管的抗弯能力相对凝土圆柱体抗压强度．，受拉区和受压区的钢管强于螺纹钢锚杆来说提高的就更多了，因此，对于松散度均达到了钢管的屈服强度。可求得圆钢管混凝土破碎的岩土体来说，采用自旋锚管支护要比螺纹钢构件的抗弯承载力。。锚杆优越的多，支护效果会更好，必要的情况下，还2计算可以对自旋锚管进行注浆，其锚固效果就更加得到了改善。选择直径为32m

7、m的螺纹钢筋进行计算，根据面积相等的原理，该钢筋等价于内径为58．5mm，壁3结论厚为4mlTl的圆钢。然后分别计算相同面积的钢本文通过对自旋锚管与螺纹钢锚杆的抗弯能力筋、锚管以及锚管注浆后的抗弯能力。进行比较研究，得出以下几点结论：根据圆钢的常见型号，选择内径为57rnm，壁厚(1)选择外径为65mm锚管的抗弯能力大约是为4mm的圆钢进行计算。直径为32mm螺纹钢筋的3倍。2．1锚管的抗弯截面系数计算(2)通过反算，若要使得钢筋抗弯性能等同于采用低合金高强度结构钢Q345，锚管外径为外径为65mm锚管，则需要钢筋直径大于4

8、8mm。65mm，内径为57mm。根据相关公式可求得锚管(3)当选用外径为65mm的锚管且在内部注浆截面的抗弯截面系数为11013．75mm。的话，其抗弯能力比单纯的锚管和钢筋都强，并远远由于钢管的屈服强度为295MPa，可求得锚管强于钢筋的抗弯能力。截面的弯矩为3．249kN·m。参考文