鋼筋網力學性能試驗分析

茍曉梅，蘇華友，杜旭東

（1.西南科技大學環境與資源學院，四川綿陽 621010；2.中鐵二十局第三工程有限責任公司，重慶 404100）

鋼筋網力學性能試驗分析

茍曉梅1，蘇華友1，杜旭東2

（1.西南科技大學環境與資源學院，四川綿陽 621010；2.中鐵二十局第三工程有限責任公司，重慶 404100）

為了解決金屬網的選擇及網片間的連接形式等方面隨意性比較大的問題，采用數理統計方法分析金屬網直徑對折斷次數的影響，并采用萬能機對鋼筋網單元進行試驗。研究表明：彎曲是影響鋼筋承載能力的重要因素；鋼筋網的強度利用率比較低，網片間的連接強度是影響支護效果的主要因素，得出了改善金屬網的力學性能及網片間的連接方式是提高支護效果有效措施之一的結論。

鋼筋網；錨網支護；破壞特征

巷道支護中，圍巖壓力大，地質條件復雜，支護難度大，必須把頂板、底板及兩幫作為整體進行支護才能防止巷道因局部失效而發生破壞。作為面支護的錨網支護既充分發揮了圍巖的自承能力，又均衡了巷道各部分的變形和受力狀態，與圍巖形成統一支護體系，從而達到提高巷道穩定性的效果。錨網支護中的金屬網具有下述優點[1-2]：允許圍巖在一定范圍內發生移動，充分發揮圍巖的自承能力；防止錨桿間圍巖發生過大變形及破壞；將垮落擠入巷道的圍巖兜住，使破碎狀態的圍巖轉化為鑲嵌結構；將錨桿間圍巖的荷載傳遞給錨桿及穩定巖層，使巷道表面圍巖的受力狀態在一定程度上發生改變，將巷道支護中的點支護轉換為面支護。但目前我國在鋼筋網的力學性能、參數選擇及支護效果等方面的研究還比較少，盲目的選擇鋼筋網很容易造成鋼筋的浪費及嚴重影響工程質量、安全[3-4]。為解決上述問題，下面將從理論及實驗室試驗兩個方面對鋼筋網的力學性能進行研究分析，指出鋼筋網的不足之處并提出解決措施。

1 鋼筋網力學性能理論分析

1.1 運用數理統計方法分析鋼絲的抗彎曲性能

據調查可知，多數巷道支護采用綁絲或勾接的方式進行聯網，聯網強度成了影響支護效果的重要因素。據此，下文分別對直徑為2.20mm，2.80mm，3.20mm和4.00mm的冷拉圓鋼進行抗彎曲試驗，研究彎曲是否會對鋼筋承載能力產生影響。彎曲角為±90°，測出不同直徑鋼筋的折斷次數，然后運用一元方差分析法在α=5%的情況下對試驗結果進行分析，分析過程如表1和表2所示。

因F≥F0.05（3，9）=3.86，拒絕H，即認為鋼筋直徑對折斷次數有顯著影響。進而得出，彎曲是影響鋼筋承載能力的重要因素；網絲直徑越大，鋼筋網的極限承載能力也就越大[5-6]。

1.2 鋼筋網受力分析

位于墊板附近的鋼筋網受頂板圍巖擠壓作用及圍巖的形狀多樣，導致鋼筋網的受力復雜多變，可同時受拉、受剪、受扭、受彎等幾種力組合作用。通過計算得，鋼筋網對圍巖的支護力與鋼筋的強度成正比，與網兜面積和錨桿的間排距的乘積成反比[7]。鋼筋網承受的垂直應力與圍巖的比重、錨桿間距成正比[8]。鋼筋網吸收和傳遞能量的能力比較弱，交叉點處應力集中現象和材料損失現象較為嚴重[9]。

2 鋼筋網力學性能實驗室試驗

2.1 鋼筋網網片間勾接處拉伸試驗

金川鎳礦采用噴錨網支護技術對巷道進行加固，其中鋼筋網的直徑為6.5mm，網度為150mm× 150mm，網片尺寸為1.5m×2.0m，網片間采用勾接的方式進行聯網，井下底鼓、兩幫內收等問題較嚴重，對安全施工及經濟帶來困擾。故下文通過萬能機對金川鎳礦采用的鋼筋網進行力學試驗，試驗時的加載速度為50.0mm/min。為此，制作了母材試件，勾接試件，井字型（勾接處）未焊試件及井字型（勾接處）焊接試件五類試件，然后對各類試件分別進行試驗，試驗結果如表3和表4所示。

由表3可知，各試件承力大小依次為：勾接試件＜井字型勾接處未焊試件＜井字型勾接處焊接試件。僅采用勾接的方式聯網，當載荷達到4.1 kN左右時，鋼筋因彎曲角減小至90°以下，勾接處不能繼續扣鎖住彼此來承受載荷，圍巖便容易從聯網處垮落擠入巷道。若相鄰網片間通過焊接的方式將勾接處連接到鋼筋網上，勾接處相對固定，不易發生滑動、扭轉，能更好的將力分散到鋼筋網上，緩解勾接處的承力壓力，因此其承載能力比僅采用勾接方式進行聯網的承載能力要大得多，鋼筋網容易在焊接點發生剪切和受扭破壞。

綜上可知，鋼筋骨架焊接點處的承載能力比勾接處即聯網處的承載能力大；采用勾接方式進行聯網時，將勾接點焊接到骨架上的鋼筋網承載能力比未焊時的承載能力大，因為焊接點不會發生錯動，能更好的將力傳遞到骨架上。但鋼筋骨架的焊接點和勾接處的承載能力都比較小，均未能充分發揮鋼筋的承載能力，造成鋼筋的嚴重浪費。因此改善鋼筋網焊接點強度和聯網強度是提高噴錨網支護效果的重要手段。

由表3和表4可知，鋼筋的極限承載能力實測均值為16.51 kN，而勾接試件、井字型勾接處未焊試件及井字型勾接處焊接試件的極限承載能力均值分別為：3.25 kN，3.67 kN和5.56 kN，即其強度利用率分別為：19.7%，22.2%和33.7%。由此可知，在實際應用中鋼筋的強度利用率極低，未能充分發揮其作用，造成鋼筋的嚴重浪費。因此要想提高支護效果和經濟效益，就必須提高鋼筋網的聯網強度和改善金屬網的類型。

2.2 鋼筋網在不同支護條件下試驗

文獻10對鋼筋網在不同支護條件下進行試驗，得出不同支護條件下鋼筋網的受力柱狀圖，見圖1。

由圖1可知，與錨桿配套使用的支護構件強度和剛度越大，綁絲斷裂時鋼筋網提供的護表力越大，與鋼筋網失效時提供的最大護表力越接近。說明強度和剛度越大的構件越能更好的吸收和傳遞載荷，從而減輕綁絲的負荷，鋼筋網提供的最大護表力也就越大。因此在噴錨網支護中可以在網片間的連接處加設強度和剛度度較高的W鋼護帶來吸收和傳遞作用在綁絲處的載荷，從而緩解綁絲的壓力，進而更好發揮鋼筋網的支護作用。

3 結論

1）根據上述理論及試驗結果可知，彎曲是影響鋼筋承載能力的重要因素。彎曲角為180°鋼筋平均強度利用率僅為19.7%，增強聯網強度是提高鋼筋承載能力的有效措施之一。

2）在集中力的作用下，鋼筋網不能很好的吸收和傳遞載荷，若科學的選擇聯網方式，鋼筋網將沿焊接點發生受剪和受扭破壞。因此，在實際生產中，應選擇焊接質量高的鋼筋網或更換金屬網類型來支護圍巖，從而達到提高支護效果的目的。

3）金川鎳礦現用的鋼筋網聯網方式是影響金屬網承載能力的薄弱環節，鋼筋網的強度利用率極低，要想提高支護效果，就必須提高鋼筋網的聯網強度。

4）與錨桿配套使用的構件強度和剛度越高，鋼筋網提供的最大護表力就越大。因此，就金川鎳礦而言，可將勾接處焊接到鋼筋網上或聯網處加設W鋼帶或改變金屬網的類型等方式來提高鋼筋網的承載能力，防止金屬網沿聯網處發生破壞，從而提高支護效果。

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[10]林健，孫志勇.錨桿支護金屬網力學性能與支護效果實驗室研究[J].煤炭學報，2013（9）:1542-1549．

Mechanical Property Analysis on Welded Steel Fabric

Gou Xiaomei1,Su Huayou1,Du Xudong2
（1.School of Environment and Resource,Southwest University of Science and Technology, Mianyang Sichuan 621010,China;2.China railway bureau of twenty third engineering co.,LTD., Chongqing,404100）Abstract：For selection ofmetalmesh and the connection between themesh with arbitrary bigger problems in our country,This text usemathematical statisticsmethods to analyze the diameter of themetal net impact on break times,use all-powerfulmachine to carry on experimenting about the unit of welded steel fabric.The study results showed that bending is an important factor affect the bearing capacity of the reinforced;the strength utilization of net lower and it's themain factor that affecting the supporting effect, changing themechanical properties ofmetalmesh and the connectionmethod is one of the importantmethods andmeasure toimprove the supportingeffect.

Welded steel fabric;anchor net support;failure characteristics

TD353

A

1672-5050（2015）05-0030-04

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.05.011

（編輯：樊敏）

2015-05-14

西南科技大學博士研究基金項目（12zx7112）

茍曉梅（1989-），女，四川巴中人，在讀碩士研究生，研究方向：巷道支護。