钢筋网力学性能试验分析

苟晓梅，苏华友，杜旭东

（1.西南科技大学环境与资源学院，四川绵阳 621010；2.中铁二十局第三工程有限责任公司，重庆 404100）

钢筋网力学性能试验分析

苟晓梅1，苏华友1，杜旭东2

（1.西南科技大学环境与资源学院，四川绵阳 621010；2.中铁二十局第三工程有限责任公司，重庆 404100）

为了解决金属网的选择及网片间的连接形式等方面随意性比较大的问题，采用数理统计方法分析金属网直径对折断次数的影响，并采用万能机对钢筋网单元进行试验。研究表明：弯曲是影响钢筋承载能力的重要因素；钢筋网的强度利用率比较低，网片间的连接强度是影响支护效果的主要因素，得出了改善金属网的力学性能及网片间的连接方式是提高支护效果有效措施之一的结论。

钢筋网；锚网支护；破坏特征

巷道支护中，围岩压力大，地质条件复杂，支护难度大，必须把顶板、底板及两帮作为整体进行支护才能防止巷道因局部失效而发生破坏。作为面支护的锚网支护既充分发挥了围岩的自承能力，又均衡了巷道各部分的变形和受力状态，与围岩形成统一支护体系，从而达到提高巷道稳定性的效果。锚网支护中的金属网具有下述优点[1-2]：允许围岩在一定范围内发生移动，充分发挥围岩的自承能力；防止锚杆间围岩发生过大变形及破坏；将垮落挤入巷道的围岩兜住，使破碎状态的围岩转化为镶嵌结构；将锚杆间围岩的荷载传递给锚杆及稳定岩层，使巷道表面围岩的受力状态在一定程度上发生改变，将巷道支护中的点支护转换为面支护。但目前我国在钢筋网的力学性能、参数选择及支护效果等方面的研究还比较少，盲目的选择钢筋网很容易造成钢筋的浪费及严重影响工程质量、安全[3-4]。为解决上述问题，下面将从理论及实验室试验两个方面对钢筋网的力学性能进行研究分析，指出钢筋网的不足之处并提出解决措施。

1 钢筋网力学性能理论分析

1.1 运用数理统计方法分析钢丝的抗弯曲性能

据调查可知，多数巷道支护采用绑丝或勾接的方式进行联网，联网强度成了影响支护效果的重要因素。据此，下文分别对直径为2.20mm，2.80mm，3.20mm和4.00mm的冷拉圆钢进行抗弯曲试验，研究弯曲是否会对钢筋承载能力产生影响。弯曲角为±90°，测出不同直径钢筋的折断次数，然后运用一元方差分析法在α=5%的情况下对试验结果进行分析，分析过程如表1和表2所示。

因F≥F0.05（3，9）=3.86，拒绝H，即认为钢筋直径对折断次数有显著影响。进而得出，弯曲是影响钢筋承载能力的重要因素；网丝直径越大，钢筋网的极限承载能力也就越大[5-6]。

1.2 钢筋网受力分析

位于垫板附近的钢筋网受顶板围岩挤压作用及围岩的形状多样，导致钢筋网的受力复杂多变，可同时受拉、受剪、受扭、受弯等几种力组合作用。通过计算得，钢筋网对围岩的支护力与钢筋的强度成正比，与网兜面积和锚杆的间排距的乘积成反比[7]。钢筋网承受的垂直应力与围岩的比重、锚杆间距成正比[8]。钢筋网吸收和传递能量的能力比较弱，交叉点处应力集中现象和材料损失现象较为严重[9]。

2 钢筋网力学性能实验室试验

2.1 钢筋网网片间勾接处拉伸试验

金川镍矿采用喷锚网支护技术对巷道进行加固，其中钢筋网的直径为6.5mm，网度为150mm× 150mm，网片尺寸为1.5m×2.0m，网片间采用勾接的方式进行联网，井下底鼓、两帮内收等问题较严重，对安全施工及经济带来困扰。故下文通过万能机对金川镍矿采用的钢筋网进行力学试验，试验时的加载速度为50.0mm/min。为此，制作了母材试件，勾接试件，井字型（勾接处）未焊试件及井字型（勾接处）焊接试件五类试件，然后对各类试件分别进行试验，试验结果如表3和表4所示。

由表3可知，各试件承力大小依次为：勾接试件＜井字型勾接处未焊试件＜井字型勾接处焊接试件。仅采用勾接的方式联网，当载荷达到4.1 kN左右时，钢筋因弯曲角减小至90°以下，勾接处不能继续扣锁住彼此来承受载荷，围岩便容易从联网处垮落挤入巷道。若相邻网片间通过焊接的方式将勾接处连接到钢筋网上，勾接处相对固定，不易发生滑动、扭转，能更好的将力分散到钢筋网上，缓解勾接处的承力压力，因此其承载能力比仅采用勾接方式进行联网的承载能力要大得多，钢筋网容易在焊接点发生剪切和受扭破坏。

综上可知，钢筋骨架焊接点处的承载能力比勾接处即联网处的承载能力大；采用勾接方式进行联网时，将勾接点焊接到骨架上的钢筋网承载能力比未焊时的承载能力大，因为焊接点不会发生错动，能更好的将力传递到骨架上。但钢筋骨架的焊接点和勾接处的承载能力都比较小，均未能充分发挥钢筋的承载能力，造成钢筋的严重浪费。因此改善钢筋网焊接点强度和联网强度是提高喷锚网支护效果的重要手段。

由表3和表4可知，钢筋的极限承载能力实测均值为16.51 kN，而勾接试件、井字型勾接处未焊试件及井字型勾接处焊接试件的极限承载能力均值分别为：3.25 kN，3.67 kN和5.56 kN，即其强度利用率分别为：19.7%，22.2%和33.7%。由此可知，在实际应用中钢筋的强度利用率极低，未能充分发挥其作用，造成钢筋的严重浪费。因此要想提高支护效果和经济效益，就必须提高钢筋网的联网强度和改善金属网的类型。

2.2 钢筋网在不同支护条件下试验

文献10对钢筋网在不同支护条件下进行试验，得出不同支护条件下钢筋网的受力柱状图，见图1。

由图1可知，与锚杆配套使用的支护构件强度和刚度越大，绑丝断裂时钢筋网提供的护表力越大，与钢筋网失效时提供的最大护表力越接近。说明强度和刚度越大的构件越能更好的吸收和传递载荷，从而减轻绑丝的负荷，钢筋网提供的最大护表力也就越大。因此在喷锚网支护中可以在网片间的连接处加设强度和刚度度较高的W钢护带来吸收和传递作用在绑丝处的载荷，从而缓解绑丝的压力，进而更好发挥钢筋网的支护作用。

3 结论

1）根据上述理论及试验结果可知，弯曲是影响钢筋承载能力的重要因素。弯曲角为180°钢筋平均强度利用率仅为19.7%，增强联网强度是提高钢筋承载能力的有效措施之一。

2）在集中力的作用下，钢筋网不能很好的吸收和传递载荷，若科学的选择联网方式，钢筋网将沿焊接点发生受剪和受扭破坏。因此，在实际生产中，应选择焊接质量高的钢筋网或更换金属网类型来支护围岩，从而达到提高支护效果的目的。

3）金川镍矿现用的钢筋网联网方式是影响金属网承载能力的薄弱环节，钢筋网的强度利用率极低，要想提高支护效果，就必须提高钢筋网的联网强度。

4）与锚杆配套使用的构件强度和刚度越高，钢筋网提供的最大护表力就越大。因此，就金川镍矿而言，可将勾接处焊接到钢筋网上或联网处加设W钢带或改变金属网的类型等方式来提高钢筋网的承载能力，防止金属网沿联网处发生破坏，从而提高支护效果。

[1]崔莉.矿用金属网气动联接装置的研究[D]太原：太原理工大学，2008.

[2]袁和声.煤矿巷道锚杆支护技术[M].北京：煤炭工业出版社，1997.

[3]林健，孙志勇.锚杆支护金属网力学性能与支护效果实验室研究[J].煤炭学报，2013（9）:1542-1549.

[4]林健，康红普.煤矿锚杆支护构件精细化研究方向和趋势[J].煤矿开采,2009,14(4):1-4.

[5]Tannant，D.D.Load capacityand stiffness ofwelded wire，chain link and expandedmetalmesh.Chapter 46 in surface support inmining [M].Melbourne:Australian Center for Geomechanics，2004．

[6]Tannant D.D，Kaiser P K，Maloney S.Load-displacement properties of welded-wire chain-link and expandmetalmesh[C]//International symposiumon rock support，Norway:1997:651－659．

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[8]Villaescusa E.Laborarytestingofweldmesh for rock support[C]//Rock Support and Reinforcement Practice in Mining，Rotterdam：Balkema，1999：155-159．

[9]Ortlepp WD，StaceyTR，Kirsten H AD.Containment support for large static and dynamic deformation inmines[C]//Rock Support and Reinforcement Practice in Mining，Balkema，Rotterdam:1999:359-364．

[10]林健，孙志勇.锚杆支护金属网力学性能与支护效果实验室研究[J].煤炭学报，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

（编辑：樊敏）

2015-05-14

西南科技大学博士研究基金项目（12zx7112）

苟晓梅（1989-），女，四川巴中人，在读硕士研究生，研究方向：巷道支护。