摘　要：玻璃铜锚杆作为煤帮支护的理想材料，由于施工等原因经常受到偏心载荷作用，理论分析表明偏心载荷作用是煤帮锚杆极为不利的受力状态。本文次采用试验的方法，模拟了玻璃钢锚杆受偏心载荷作用，设计了偏心载荷实验，与正常受力情况进行了对比研究。试验结果表明，玻璃钢锚杆尾部受偏心载荷作用，其大抗拉拔力及延伸性能都大幅度降低。
关键词：玻璃钢锚杆；偏心戢荷；模拟试验；煤帮支护

1　引　言

　　玻璃钢锚杆以其轻质高强、制造成本低、可切割且不产生火花，成为金属锚杆理想替代产品，已在煤帮支护中得到一定应用。但煤帮锚杆在支护过程中，由于锚杆、钻孔及与巷道表面所呈角度不一以及托盘等原因。在工程实践中煤帮锚杆尾部经常受到偏心载荷的作用[1~2]。

　　文献[1]对金属锚杆受偏心载荷作用进行了理论分析．发现偏心载荷作用进行对锚杆受力极为不利的，分析是基于假设受力的作用点集中于一点。实际受力时，力豹作用一般应为一个区域，而且发生偏心载荷作用后，玻璃钢锚杆尾部会发生相应变形，将减小偏心载荷作用影响，是一个动态过程，同时，由玻璃钢材料的特殊性，力学分析无法给出这一作用对玻璃钢锚杆的整体延伸性能的影响，因此，为真实再现玻璃钢锚杆受偏心载荷作用的力学响应，有必要对玻璃钢锚扦进行模拟偏心载荷试验研究。

2　偏心载荷作用试验研究

2.1　试验目的
　　本试验的目的就是对玻璃钢锚杆受偏心载荷作用下受力及变形规律进行研究，一方面对理论研究合理性进行验证，另一方面为研究玻璃钢锚杆新结构提供指导。
2.2　试验装置及方法
　　与杆体拉伸试验类似，试验时需将玻璃钢杆体一端夹持固定，但连续玻璃纤维无捻粗纱增强树脂杆体一般拉伸强度非常高，而横向抗压强度及层间剪切强度很低，弹性模量约为钢的四分之一[4,5]，因此目前玻璃钢锚杆拉伸试验主要存在如下两方面的问题：
　　①若直接夹持在试验机上做拉伸试验，由于横向抗压强度特别低，锚杆尾部还没有被拉断时，夹持部位早已被压碎；②当增大夹持直径时，对横向抗压强度有所提高，但由于纵向层间剪切强度较低，一般易出现“抽芯”现象”[6]。
　　因此，对试验进行了重新设计，特制了拉拔试验台，如图2所示，锚杆杆体采用三瓣式锚具夹持，将拉拔计放置在架子前端，紧靠着锚尾托盘。试验时缓慢加载至试件破坏。测试结果以kN为单位，保留至小数点后一位。

　　试验装置共由四部分组成，分别为拉力架、锚杆延伸量记录装置、液压拉拔器以及拉拔力记录装置。如图2所示为拉拔试验台，它是托拔试验的平台，一般玻璃钢锚杆大抗托拔力小于12t，为了满足试验要求，试验台横向支撑板采用两块槽钢对焊而成。试验时将玻璃钢锚杆沿试验台横向支撑板中心孔穿入，拉拔计内孔与支撑板中心同心地安放在试验台前端，锚头端用锚具夹持住，并将拉移传感器固定于试验台上，杆体拉拔试验用锚具如图3所示。

　　锚杆延伸量测试装置由位移传感器及YJZ-8／16型智能数字应变仪组成。仪器在应变仪处于采集显示菜单下通过计算机串口，利用计算机读取锚杆延伸量数据。
　　如图4所示，拉拔力记录装置由油压传感器、油压记录表及笔记本电脑组成。利用Visual Basic编制了串口通信程序，通过RS232串口，读取油压并直接按其与拉拔力的转换关系，终只显示各个时刻的拉拔力。

　　为模拟玻璃钢锚杆受偏心载荷作用．如图所示特制了偏心垫片，一般现场使用中锚杆偏心角不会大于15°，故分别制备了偏心角为3°、5°、8°、12°和15°五种垫片，并考虑到注塑式锚杆尾部直径为25mm，故偏心垫片内径取26mm，见图5。

2.3　试验结果及分析

　　如图6所示，在试验过程中，随着延伸量增大，抗拉拔力也逐渐增大，但当力增大到35kN，偏心载荷作用处注塑套管先出现裂纹，而随着施加的力的增大，裂纹迅速扩展，直至套管断裂，当力达到42.4kN时，套管与杆体脱离。

　　从图7可以看出，偏心载荷作用下，大拉拔力为42kN，与正常受力相比，大拉拔力降低了22kN，降低了34％。锚杆的大延伸量为15.5mm，比不受偏心载荷作用锚杆大延伸量减小了7mm，降低了31.8％[7]。
2.4　试验主要结论
　　(1)偏心载荷作用对玻璃钢锚杆尾部受力极为不利。但并不与理论分析的大拉拔力为正常时1／7到1／5完全一致，这是由于锚尾能产生一定的塑性变形，消除了一部分弯曲应力，但由于这种注塑套管材料的塑性变形量很小，所以并不能完全消除弯曲应力的影响；
　　(2)试验所取得结果与理论分析基本吻合，即在偏心载荷作用下。在锚尾处产生的正应力是其本身的数倍，所以发生了锚尾从套管截面应力大点先出现裂纹，并逐渐向整个套管断面发展，直至注塑套管断裂并与杆体脱离。
　　(3)由于尾部结构不合理，偏心载荷作用下，玻璃钢锚杆大拉拔力及延伸量都发生了大幅度的下降。

3　结　论

　　(1)偏心载荷作用是极为不利的工作状态，与正常受力相比，玻璃钢锚杆大拉拔力及延伸量均大幅下降；
　　(2)为了使尾部结构具有防偏心破断能力，应选用具有较大塑性变形量材料，如金属材料。

参考文献

　　[1]孔恒，马念杰锚杆尾部的破断机理研究[J].岩石力学与工程学报，2003，22(3)：383-386。
　　[2]石建军新型金属粗尾锚杆研究[D].北京：矿业大学(北京)，2004
　　[4]欧阳国恩，欧国荣复合材料试验技术[M]武汉：武汉工业大学出版杜．1993
　　[5]詹界东，杜修力，邓宗才．预应力FRP筋锚具的研究与发展[J].工业建筑，2006，36(12)
　　[6]扬振茂，马念杰，孔恒等玻璃钢锚杆的试验研究[J].煤炭科学技术，2002，30(2)：42-45
　　[7]李英明玻璃钢锚扦尾部先教机理及尾部新结构研究[D].北京：矿业大学(北京)，2007