一种改进的中空注浆锚杆连接段螺纹参数优化分析

作者

朱珍德舒晓云陈卫忠谭贤君田洪铭李喆
单位

河海大学土木与交通学院，江苏南京中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室，湖北武汉
摘要

软岩大变形隧道需要及时锚固支护，特别是在围岩强度较低的隧道中，常采用对围岩扰动较小的中空注浆树脂锚杆施加预应力支护，而开挖后围岩产生的大变形将对锚杆性能提出更高的要求，如何提升锚杆强度与变形能力成为控制围岩稳定性的关键。考虑改进的中空注浆锚杆树脂锚固段+砂浆锚固段的螺纹连接特性，利用数值模拟分析了锚杆连接段内螺纹螺距、连接长度、外壁厚度对连接段强度与变形的影响，得到了连接段螺纹最佳组合参数。研究结果表明:连接段破坏模式受螺纹抗剪强度、钢筋与中空外壁抗拉强度的影响，可分为中空外壁拉断破坏、螺纹滑脱破坏、钢筋拉断破坏 3 种。当连接段长度较短时，易发生螺纹滑脱破坏，随着连接长度的增加，连接段强度薄弱点由螺纹转移至中空外壁。不同螺纹螺距条件下存在临界连接长度使得连接段内各强度均能得到有效发挥，从而提高锚杆连接段的整体强度。随着螺纹螺距的增加，连接段整体受力性能得到显著改善，当螺纹螺距为1.5 mm时，螺纹抗剪强度最差，在设计时应尽量避免。在中空外壁直径不变时，钢筋直径过大易导致连接段外壁拉断破坏，过小易导致钢筋拉断破坏，在设计时应合理匹配钢筋直径与中空外壁直径。随着中空外壁直径的增加，连接段破坏模式由中空外壁拉断破坏转变为钢筋拉断破坏，但连接段性能并未得到较大改善。对于中空外壁直径为 32 mm 的锚杆而言，钢筋直径为 25 mm、螺纹螺距为 2 mm、连接长度为 16 mm 时，锚杆连接段抗拉性能最佳，可满足软岩大变形隧道的使用要求。
关键词

中空注浆锚杆结构优化螺纹长度螺纹螺距锚杆强度拉伸实验
引用格式

朱珍德，舒晓云，陈卫忠，等. 一种改进的中空注浆锚杆连接段螺纹参数优化分析[J]. 煤炭学报，2022，47(6):2300-2310.
ZHU Zhengde，SHU Xiaoyun，CHEN Weizhong，et al. Optimization analysis on thread connection parameters of an improved hollow grouting bolt[J]. Journal of China Coal Society，2022，47(6):2300-2310.
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这篇文章属于“深部软岩巷道围岩控制理论与实践”专题（29篇）