刘建月，崔小朝

(太原科技大学 应用科学学院， 山西 太原 030024)

锚索支护结构通过将足够长的锚索深入到较稳定的岩层中并施加预应力来使岩体稳固[1-4]。单孔夹片式锚索支护系统广泛应用于煤矿的巷道支护，对煤炭安全生产起着重要作用。夹片式锚具由锚环和夹片组成，是该支护系统中的核心部件，其承载能力直接影响到支护结构的安全。

影响锚具承载能力的因素很多[5-7]，夹片和锚环在受载下有非常复杂的力学行为，因此，使用有限元软件对夹片式锚具进行数值模拟是当前分析锚具的主要方法。目前，对夹片式锚具的分析主要侧重于夹片和锚环间的摩擦系数和锚具材料对其性能的影响[8]。

本文考虑锚环和夹片不同的锥角搭配对锚具承载能力的影响。以非线性有限元分析软件ABAQUS为平台，建立22组锚环和夹片不同角度搭配的有限元模型，对计算结果的分析发现，合理搭配锚环和夹片锥角能有效提高锚具的承载能力，为锚具的生产和研制提供参考。

1 夹片式锚具的工作原理

锚具正常工作时，夹片咬紧钢绞线，随着岩体的移动夹片在锚环中滑动自锚(见图1)。

忽略锚具材料变形，锚具有效自锚的条件是夹片与钢绞线之间摩擦角α、锚环与夹片摩擦角γ、锚具锥角β需满足以下条件[9]：

tanα≥ tan(β+γ)

式中角度均为弧度制，且锚环与夹片具有相同的锥角β。

考虑到材料变形，因材料轴向不均匀分布，夹片在锚环中滑动锁紧的过程中，会在刚度大难变形的区域产生应力集中，当前广泛生产使用的锚具夹片与锚环锥角相同，不均匀的应力分布影响了锚具的承载能力。……