樹脂錨桿尾部螺紋螺母承載力試驗方法

尚志有， 張宇， 許日成

(煤炭科學技術研究院有限公司 檢測分院， 北京 100013)

0 引言

樹脂錨桿廣泛應用于國內外煤礦巷道的支護，在國內，已占煤礦巷道支護總量的70%以上[1]，國有重點煤礦樹脂錨桿支護率已超過80%。樹脂錨桿由桿體、托盤、螺母、墊圈、樹脂錨固劑等組成，各零部件的質量及相互配合的結果決定了巷道支護效果的好壞。

樹脂錨桿桿體尾部普遍采用螺紋結構，用于擰緊螺母壓緊托盤而施加預緊力。錨桿桿體尾部螺紋段是錨桿桿體的關鍵部位，受力非常復雜，是錨桿桿體的薄弱環節，也是最容易破斷的部位[2-5]。桿體尾部螺紋質量的優劣，與螺母配合的好壞決定了扭矩向預緊力轉化效率的高低、錨桿支護效果的好壞和支護安全的可靠性。目前錨桿桿體尾部螺紋段強度較弱，預緊力矩轉化效率低等問題，導致錨桿桿體尾部螺紋段力學性能差，實際使用中錨桿多在此處斷裂[6]。

目前，錨桿執行標準MT 146.2—2011通過“螺母組裝件承載效率系數”這一考核指標來控制桿體尾部螺紋的質量，具體規定如下[7]：將配套螺母完全擰進桿體尾部螺紋段，外露部分大于25 mm，用萬能材料試驗機測試桿體尾部螺紋、螺母組裝件承載力。螺母組裝件承載效率系數(η)按式(1)計算。

(1)

式中：F1為尾部螺紋螺母組裝件承載力，kN；F為桿體母材最大力實測平均值，kN。

標準中只給出了測試計算方法，并未給出具體的試驗方法，不同的檢測人員采用不同的試驗方法，往往造成測試結果不一致，甚至相差較大，造成判定結果有出入，給日常的檢測檢驗工作帶來巨大的挑戰。因此，筆者基于萬能材料試驗機，設計出一種簡便的試驗工裝，快速便捷地測試出尾部螺紋螺母組裝件承載力，從而計算出螺母組裝件承載效率系數。

1 試驗工裝的設計

為了獲得螺母組裝件承載效率系數，關鍵就是測試出尾部螺紋螺母組裝件承載力。綜合考慮萬能材料試驗機的結構特點，兩端通過液壓夾持實現拉伸。目前，測試時可以一端直接夾持桿體非螺紋段，然而由于桿體尾部螺紋段太短(80 mm～150 mm)，不易直接夾持，而且直接夾持會影響測試結果，因此，另一端無法直接夾持桿體尾部螺紋段，為了解決這個問題，設計出一種試驗工裝，該工裝由支撐裝置和套環組成，如圖1所示。通過試驗工裝，將直接夾持桿體尾部螺紋段轉化為夾持試驗工裝，從而實現兩端夾持，獲得準確的測試結果。

(a) 支撐裝置

2 試驗模型的建立

首先將螺母旋入桿體尾部螺紋段，然后桿體穿入套環孔內，一并放入到支撐裝置內，萬能材料試驗機一端夾持桿體非螺紋段，一端夾持支撐裝置的一端或支撐裝置通過螺紋連接到試驗機上，建立的試驗模型如圖2所示。

1-支撐設置；2-螺母；3-套環；4-桿體；5-鉗口；6-夾持部分。

3 測試結果

選取屈服強度分別為335 MPa、400 MPa、500 MPa、600 MPa，公稱直徑分別為20 mm、20 mm、20 mm、22 mm的樹脂錨桿作為測試對象，截取桿體長度500 mm，首先運用萬能材料試驗機測試出桿體母材實測最大力，計算出平均值F分別為187.4 kN、207.7 kN、237.9 kN、325.7 kN，然后運用上述設計的工裝，安裝好試樣，進行拉伸試驗，測試出桿體尾部螺紋螺母組裝件承載力F1，測試曲線如圖3所示，最后運用公式(1)計算出螺母組裝件承載效率系數，結果見表1。

(a) 335 MPa桿體

表1 測試結果

4 結論

為了解決測試樹脂錨桿桿體尾部螺紋螺母組裝件承載力夾持的問題，通過設計出一種試驗工裝，通過夾持試驗工裝實現測試，建立試驗模型，并對屈服強度分別為335 MPa、400 MPa、500 MPa、600 MPa的樹脂錨桿進行了驗證性試驗，整個試驗過程，簡單便捷，而且效率高，測試結果均符合標準的相關要求。