轴向冲击下锚固锚杆变形与应力特征分析

作者：司林坡; 娄金福; 杨景贺; 原贵阳

来源：煤炭学报, 2022, 47(10): 3645-3653.

DOI：10.13225/j.cnki.jccs.2022.0246

• 轴向冲击
• 全尺寸锚杆
• 力学响应
• 数值模拟
• 变形特征

冲击地压因其特有的易发、多发、难防治特征，成为影响煤矿生产最为突出的动力灾害之一，其中以回采巷道冲击地压发生最为显著。冲击地压巷道动力显现过程中，锚杆支护系统往往伴随着一定的动载冲击作用，关于锚杆支护系统在动载冲击作用下的力学响应研究对冲击地压防治具有重要意义。为研究锚杆支护系统中杆体不同位置对冲击载荷的响应规律，选择煤矿常用的500号左旋无纵肋螺纹钢锚杆，沿锚杆轴向不同位置粘贴应变片，利用锚杆力学性能综合试验台对支护单元施加轴向冲击载荷，分别采用激光位移传感器和动态应变仪采集锚杆杆体及不同位置变形数据，分析杆体变形规律及时序特征；利用LS-DYNA数值分析软件再现轴向冲击载荷下锚杆受载变形过程，分析锚杆不同位置的应力和变形特征。结果表明：(1)在171 kN初始拉伸载荷状态下，10 kJ轴向冲击能量使锚杆端部载荷瞬时增加至438 kN,此后处于振荡衰减状态，衰减速度逐渐增大。(2) 10 kJ轴向冲击能量导致锚杆在30 ms内振荡拉伸和收缩，并最终产生28.39 mm的拉伸塑性变形。(3)锚杆杆体不同位置的变形受应力波的界面反射效应影响较大，塑性变形大部分产生在锚杆自由段，且距离锚固段与自由段分界面越近杆体塑性变形量越大。(4)锚杆不同位置对冲击载荷响应具有时序性，拉伸和收缩变形均由杆尾向锚固端头依次响应。(5)锚固作用可有效约束锚杆变形，吸收冲击产生的应力波，随着锚固深度加大，锚杆应力和变形响应幅值显著减小。

• 单位
  煤炭科学技术研究院有限公司