矿用预应力钢棒：实验室性能全面解析

本文主要探讨了矿用预应力钢棒在煤矿巷道支护工程中的广泛应用，并通过一系列实验室研究对其力学性能进行了深入分析。预应力钢棒以其高预紧力等级、高延伸率和优良的受力状态等特点，成为工程中的重要支撑材料。 首先，拉伸试验结果显示φ20mm的矿用预应力钢棒极限承载能力达到422kN，相较于同样规格的HRB335锚杆杆体，其承载能力提升高达176%，显示出显著的性能优势。断后伸长率平均为13.3%，是锚索断后伸长率的2.4倍，表现出良好的断裂韧性。断口形态为杯锥状，体现了钢棒的断裂模式。 冲击韧性测试中，钢棒拉断前后的冲击吸收功分别为46J和23.3J，表明其抗冲击性能良好。材料组织结构为回火索氏体，且晶粒度为9.5和8.5，这意味着材料具有超细晶粒度，有助于提高其强度和耐久性。 预应力损失试验中，当受力长度分别为1230mm和1500mm时，预应力损失分别为38.37%和36.74%，随载荷增大而有所减小。这说明钢棒的预应力稳定性较好，但长度增加会导致预紧力损失率下降。 偏载试验考察了不同偏载角度下钢棒的承载能力，5º、10º、15º、20º和25º的偏载导致极限承载能力分别下降18.3%、22.5%、26.4%、26.9%和27.5%，这提示设计和施工时应充分考虑钢棒在实际工作条件下的稳定性。 安装推进阻力试验显示，φ18mm和φ20mm钢棒在28mm钻孔条件下，最大推进阻力分别为179N和453N，尽管两者阻力有较大差距，但整体推进过程相对容易。这说明不同直径的钢棒在推进性能上存在差异，但都满足了工程应用的要求。 最后，锚具的平均承载能力为398.2kN，而锚环与夹片的洛氏硬度分别为27.78和58.39，这些数据证明锚具组件符合国家规范和钢棒材料的力学性能标准，确保了整体系统的可靠性。 本研究通过详尽的实验室测试，为矿用预应力钢棒在实际工程中的选择、设计和使用提供了重要的力学性能数据支持，对于优化煤矿巷道支护技术具有重要意义。