树脂锚杆尾部螺纹螺母承载力试验方法

尚志有， 张宇， 许日成

(煤炭科学技术研究院有限公司 检测分院， 北京 100013)

0 引言

树脂锚杆广泛应用于国内外煤矿巷道的支护，在国内，已占煤矿巷道支护总量的70%以上[1]，国有重点煤矿树脂锚杆支护率已超过80%。树脂锚杆由杆体、托盘、螺母、垫圈、树脂锚固剂等组成，各零部件的质量及相互配合的结果决定了巷道支护效果的好坏。

树脂锚杆杆体尾部普遍采用螺纹结构，用于拧紧螺母压紧托盘而施加预紧力。锚杆杆体尾部螺纹段是锚杆杆体的关键部位，受力非常复杂，是锚杆杆体的薄弱环节，也是最容易破断的部位[2-5]。杆体尾部螺纹质量的优劣，与螺母配合的好坏决定了扭矩向预紧力转化效率的高低、锚杆支护效果的好坏和支护安全的可靠性。目前锚杆杆体尾部螺纹段强度较弱，预紧力矩转化效率低等问题，导致锚杆杆体尾部螺纹段力学性能差，实际使用中锚杆多在此处断裂[6]。

目前，锚杆执行标准MT 146.2—2011通过“螺母组装件承载效率系数”这一考核指标来控制杆体尾部螺纹的质量，具体规定如下[7]：将配套螺母完全拧进杆体尾部螺纹段，外露部分大于25 mm，用万能材料试验机测试杆体尾部螺纹、螺母组装件承载力。螺母组装件承载效率系数(η)按式(1)计算。

(1)

式中：F1为尾部螺纹螺母组装件承载力，kN；F为杆体母材最大力实测平均值，kN。

标准中只给出了测试计算方法，并未给出具体的试验方法，不同的检测人员采用不同的试验方法，往往造成测试结果不一致，甚至相差较大，造成判定结果有出入，给日常的检测检验工作带来巨大的挑战。因此，笔者基于万能材料试验机，设计出一种简便的试验工装，快速便捷地测试出尾部螺纹螺母组装件承载力，从而计算出螺母组装件承载效率系数。

1 试验工装的设计

为了获得螺母组装件承载效率系数，关键就是测试出尾部螺纹螺母组装件承载力。综合考虑万能材料试验机的结构特点，两端通过液压夹持实现拉伸。目前，测试时可以一端直接夹持杆体非螺纹段，然而由于杆体尾部螺纹段太短(80 mm～150 mm)，不易直接夹持，而且直接夹持会影响测试结果，因此，另一端无法直接夹持杆体尾部螺纹段，为了解决这个问题，设计出一种试验工装，该工装由支撑装置和套环组成，如图1所示。通过试验工装，将直接夹持杆体尾部螺纹段转化为夹持试验工装，从而实现两端夹持，获得准确的测试结果。

(a) 支撑装置

2 试验模型的建立

首先将螺母旋入杆体尾部螺纹段，然后杆体穿入套环孔内，一并放入到支撑装置内，万能材料试验机一端夹持杆体非螺纹段，一端夹持支撑装置的一端或支撑装置通过螺纹连接到试验机上，建立的试验模型如图2所示。

1-支撑设置；2-螺母；3-套环；4-杆体；5-钳口；6-夹持部分。

3 测试结果

选取屈服强度分别为335 MPa、400 MPa、500 MPa、600 MPa，公称直径分别为20 mm、20 mm、20 mm、22 mm的树脂锚杆作为测试对象，截取杆体长度500 mm，首先运用万能材料试验机测试出杆体母材实测最大力，计算出平均值F分别为187.4 kN、207.7 kN、237.9 kN、325.7 kN，然后运用上述设计的工装，安装好试样，进行拉伸试验，测试出杆体尾部螺纹螺母组装件承载力F1，测试曲线如图3所示，最后运用公式(1)计算出螺母组装件承载效率系数，结果见表1。

(a) 335 MPa杆体

表1 测试结果

4 结论

为了解决测试树脂锚杆杆体尾部螺纹螺母组装件承载力夹持的问题，通过设计出一种试验工装，通过夹持试验工装实现测试，建立试验模型，并对屈服强度分别为335 MPa、400 MPa、500 MPa、600 MPa的树脂锚杆进行了验证性试验，整个试验过程，简单便捷，而且效率高，测试结果均符合标准的相关要求。