摘　要：玻璃銅錨桿作為煤幫支護的理想材料，由于施工等原因經常受到偏心載荷作用，理論分析表明偏心載荷作用是煤幫錨桿極為不利的受力狀態。本文次采用試驗的方法，模擬了玻璃鋼錨桿受偏心載荷作用，設計了偏心載荷實驗，與正常受力情況進行了對比研究。試驗結果表明，玻璃鋼錨桿尾部受偏心載荷作用，其大抗拉拔力及延伸性能都大幅度降低。
關鍵詞：玻璃鋼錨桿；偏心戢荷；模擬試驗；煤幫支護

1　引　言

　　玻璃鋼錨桿以其輕質高強、制造成本低、可切割且不產生火花，成為金屬錨桿理想替代產品，已在煤幫支護中得到一定應用。但煤幫錨桿在支護過程中，由于錨桿、鉆孔及與巷道表面所呈角度不一以及托盤等原因。在工程實踐中煤幫錨桿尾部經常受到偏心載荷的作用[1~2]。

　　文獻[1]對金屬錨桿受偏心載荷作用進行了理論分析．發現偏心載荷作用進行對錨桿受力極為不利的，分析是基于假設受力的作用點集中于一點。實際受力時，力豹作用一般應為一個區域，而且發生偏心載荷作用后，玻璃鋼錨桿尾部會發生相應變形，將減小偏心載荷作用影響，是一個動態過程，同時，由玻璃鋼材料的特殊性，力學分析無法給出這一作用對玻璃鋼錨桿的整體延伸性能的影響，因此，為真實再現玻璃鋼錨桿受偏心載荷作用的力學響應，有必要對玻璃鋼錨扦進行模擬偏心載荷試驗研究。

2　偏心載荷作用試驗研究

2.1　試驗目的
　　本試驗的目的就是對玻璃鋼錨桿受偏心載荷作用下受力及變形規律進行研究，一方面對理論研究合理性進行驗證，另一方面為研究玻璃鋼錨桿新結構提供指導。
2.2　試驗裝置及方法
　　與桿體拉伸試驗類似，試驗時需將玻璃鋼桿體一端夾持固定，但連續玻璃纖維無捻粗紗增強樹脂桿體一般拉伸強度非常高，而橫向抗壓強度及層間剪切強度很低，彈性模量約為鋼的四分之一[4,5]，因此目前玻璃鋼錨桿拉伸試驗主要存在如下兩方面的問題：
　?、偃糁苯訆A持在試驗機上做拉伸試驗，由于橫向抗壓強度特別低，錨桿尾部還沒有被拉斷時，夾持部位早已被壓碎；②當增大夾持直徑時，對橫向抗壓強度有所提高，但由于縱向層間剪切強度較低，一般易出現“抽芯”現象”[6]。
　　因此，對試驗進行了重新設計，特制了拉拔試驗臺，如圖2所示，錨桿桿體采用三瓣式錨具夾持，將拉拔計放置在架子前端，緊靠著錨尾托盤。試驗時緩慢加載至試件破壞。測試結果以kN為單位，保留至小數點后一位。

　　試驗裝置共由四部分組成，分別為拉力架、錨桿延伸量記錄裝置、液壓拉拔器以及拉拔力記錄裝置。如圖2所示為拉拔試驗臺，它是托拔試驗的平臺，一般玻璃鋼錨桿大抗托拔力小于12t，為了滿足試驗要求，試驗臺橫向支撐板采用兩塊槽鋼對焊而成。試驗時將玻璃鋼錨桿沿試驗臺橫向支撐板中心孔穿入，拉拔計內孔與支撐板中心同心地安放在試驗臺前端，錨頭端用錨具夾持住，并將拉移傳感器固定于試驗臺上，桿體拉拔試驗用錨具如圖3所示。

　　錨桿延伸量測試裝置由位移傳感器及YJZ-8／16型智能數字應變儀組成。儀器在應變儀處于采集顯示菜單下通過計算機串口，利用計算機讀取錨桿延伸量數據。
　　如圖4所示，拉拔力記錄裝置由油壓傳感器、油壓記錄表及筆記本電腦組成。利用Visual Basic編制了串口通信程序，通過RS232串口，讀取油壓并直接按其與拉拔力的轉換關系，終只顯示各個時刻的拉拔力。

　　為模擬玻璃鋼錨桿受偏心載荷作用．如圖所示特制了偏心墊片，一般現場使用中錨桿偏心角不會大于15°，故分別制備了偏心角為3°、5°、8°、12°和15°五種墊片，并考慮到注塑式錨桿尾部直徑為25mm，故偏心墊片內徑取26mm，見圖5。

2.3　試驗結果及分析

　　如圖6所示，在試驗過程中，隨著延伸量增大，抗拉拔力也逐漸增大，但當力增大到35kN，偏心載荷作用處注塑套管先出現裂紋，而隨著施加的力的增大，裂紋迅速擴展，直至套管斷裂，當力達到42.4kN時，套管與桿體脫離。

　　從圖7可以看出，偏心載荷作用下，大拉拔力為42kN，與正常受力相比，大拉拔力降低了22kN，降低了34％。錨桿的大延伸量為15.5mm，比不受偏心載荷作用錨桿大延伸量減小了7mm，降低了31.8％[7]。
2.4　試驗主要結論
　　(1)偏心載荷作用對玻璃鋼錨桿尾部受力極為不利。但并不與理論分析的大拉拔力為正常時1／7到1／5完全一致，這是由于錨尾能產生一定的塑性變形，消除了一部分彎曲應力，但由于這種注塑套管材料的塑性變形量很小，所以并不能完全消除彎曲應力的影響；
　　(2)試驗所取得結果與理論分析基本吻合，即在偏心載荷作用下。在錨尾處產生的正應力是其本身的數倍，所以發生了錨尾從套管截面應力大點先出現裂紋，并逐漸向整個套管斷面發展，直至注塑套管斷裂并與桿體脫離。
　　(3)由于尾部結構不合理，偏心載荷作用下，玻璃鋼錨桿大拉拔力及延伸量都發生了大幅度的下降。

3　結　論

　　(1)偏心載荷作用是極為不利的工作狀態，與正常受力相比，玻璃鋼錨桿大拉拔力及延伸量均大幅下降；
　　(2)為了使尾部結構具有防偏心破斷能力，應選用具有較大塑性變形量材料，如金屬材料。

參考文獻

　　[1]孔恒，馬念杰錨桿尾部的破斷機理研究[J].巖石力學與工程學報，2003，22(3)：383-386。
　　[2]石建軍新型金屬粗尾錨桿研究[D].北京：礦業大學(北京)，2004
　　[4]歐陽國恩，歐國榮復合材料試驗技術[M]武漢：武漢工業大學出版杜．1993
　　[5]詹界東，杜修力，鄧宗才．預應力FRP筋錨具的研究與發展[J].工業建筑，2006，36(12)
　　[6]揚振茂，馬念杰，孔恒等玻璃鋼錨桿的試驗研究[J].煤炭科學技術，2002，30(2)：42-45
　　[7]李英明玻璃鋼錨扦尾部先教機理及尾部新結構研究[D].北京：礦業大學(北京)，2007