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格宾网筋材的绞边强度特性

格宾网筋材的绞边强度特性

[时间:2019-4-13] [热度:]

  摘 要:为研究不同绞边方式及不同网孔尺寸下格宾网的绞边拉伸特性,参考欧洲标准 (ENl0223—3:1997),采用自行设计(Design)的绞边试验装置,对网孔型号为60 mm×80 mm和80 mm×100 mm的A与B两类绞边方式的格宾网片进行绞边拉伸试验,分析(Analyse)比较各自的力学 特性,并讨论绞边拉伸破坏的典型破坏模式.研究结果表明:与B类绞边方式相比,A类绞 边方式的格宾网片绞边拉伸强度较大;根据格宾网的破坏形态(pattern),绞边拉伸破坏可分为3种典 型破坏模式,即绞边钢丝被拉出破坏、网丝的拉断破坏以及绞边钢丝部分被拉出后网丝被拉 断破坏;绞边质量与绞合在端丝上的钢丝缠绕圈数、紧密程度有关;网孔尺寸、钢丝直径及绞 边质量均是影响格宾网的绞边拉伸力学特性的重要因素.研究结果可为加筋格宾结构物的 设计、施工提供参考.
 
  关键词:双绞合六边形钢丝网;筋材;强度(strength)特性(characteristic]);拉伸试验;绞边质量(Mass);破坏模式(pattern)
 
双绞合六边形钢丝网(steel wire mesh)
 
  格宾网挡土墙具有较强的抗压和抗剪强度(strength),但其 抗拉强度较小,在岩土体中铺设抗拉材料,可有效改 善岩土体的抗拉特性,这就是“加筋”的概念,而起抗 拉作用的材料就是筋材.加筋土筋材以其优良的适 用性和显著的经济性得到了世界各国工程及学术界 的重视,现已广泛(extensive)应用于铁路、公路、市政以及水利 等工程领域[1-6].加筋材料也从天然植物发展为高 模量的钢条、钢丝网以及各类土工合成材料等.加 筋土筋材的拉伸力学特性是工程设计中*基本的力 学指标,国内外的一些学者和单位针对加筋土筋材 的拉伸力学特性展开了大量研究(research),如:Perkins[7]对 各类土工合成材料进行了一系列的拉伸试验研究, 得出了土工合成材料的拉伸应力一应变关系具有热、 黏、弹塑性等特性;Parsons等口1认为土工合成材料 在拉伸过程(process)中具有应变率相关性;李作攀等[93研究 了试样的宽度与长度对拉伸断裂(fracture)强度的影响,认为 试样尺寸改变会引起拉伸过程中颈缩率的变化,试 样的长宽比越小,颈缩率越小,断裂拉伸强度越高; 李俊伟等[1 o]对土工格室HDPE片材的拉伸力学特 性进行了试验研究,试验结果表明拉伸速率对其应 力一应变关系有着较大影响,并提出了一种描述较小 应变下的应力一应变数学模型(model);杨广庆等[11]选取3 种不同类型的HDPE土工格栅,对其在不同拉伸速 率下的拉伸性能(xìng néng)进行了研究;杨果林等[12]对在循环 荷载作用下的土工合成材料应力一应变特性进行了 研究,并推导了约束条件下的变形方程.此外,很多 学者对土工合成材料的蠕变特性[13叫5]也进行了研 究.以上主要是关于土工合成材料等方面的研究. 格宾网筋材作为一种新型的加筋材料,具有良好的 工程特性和价格优势[1 6|.目前关于格宾网的研究 主要集中在拉伸特性[16-1引、拉拔特性[18_1钉方面,均 未涉及到格宾网的绞边强度特性.欧洲标准 (ENl0223—3:1997)指出格宾网必须采用比网面钢 丝直径(diameter)稍大的钢丝作为边端钢丝进行绞边,但欧洲 标准中并没有对绞边的具体制作要求和绞边强度的 测试方法(method)进行说明.格宾网在制作过程中是裁剪成 片的,在施工现场铺设时需要将格宾网片拼接起来, 而格宾网片边缘的钢丝绞合缠绕在边端钢丝上,这 就使得网片末端与边端钢丝(即端丝)的连接位置成了整个格宾网的薄弱(解释:单薄而不坚强)部位.可见,格宾网的绞边强 度特性尚需进行系统性研究.为此,本文以湖南省安 化至邵阳高速公路加筋格宾路堤为背景,选取不同绞边方式、不同网孔型号的格宾网片进行绞边拉伸 试验,研究格宾网的绞边拉伸特性及破坏形式.研 究成果对于加筋格宾路堤工程的修建具有重要的指 导作用,也对加筋格宾结构的深入研究具有参考意。格宾网箱较好地实现了工程结构与生态环境的有机结合。同时与一些传统刚性结构比较起来有其自身的优点,因此在世界范围内已经成为保护河床、治理滑坡、防治泥石流、防止落石兼顾环境保护的首选结构型式。雷诺护垫也叫石笼护垫,格宾护垫,是指由机编双绞合六边形金属网面构成的厚度远小于长度和宽度的垫形工程构件。雷诺护垫中装入块石等填充料后连接成一体,成为主要用于水利堤防、岸坡、海漫等的防冲刷结构,具有柔性、对地基适应性的优点。镀锌石笼网是工程技术人员为了实现工程与生态环境相结合而研究出来的一种新型防护结构,高强度镀锌铁丝编制的不同大小的矩形笼子,装满石块应用到景观工程和水利工程的岸坡防护后,它的柔性结构特点可人为设计搭建成和周围围环境相结合的形象景观,例如石笼阶梯,石笼墙等。
 
  试验装置 绞边强度是格宾网片绞合段的末端钢丝缠绕在 端丝上的抗拔强度值(1所示为格宾网片的绞边 示意).格宾网片的绞边拉伸试验装置不同于格 宾网片的拉伸试验装置.格宾网片拉伸试验是通过 螺栓(组成:头部和螺杆组成)将网片节点与夹具连接起来,而绞边强度试验 是为了测量网片的绞边强度,应充分考虑(consider)网片绞边 部分与夹具连接的特殊性.为此,参考欧洲标准 (ENl0223—3:1997)中格宾网制作要求,考虑到避免 格宾网拉伸过程中的颈缩现象(横向变形),保证拉 伸过程中绞边部位与拉伸方向垂直和试验可操作 性,采用光滑扣环扣住绞边部位的端丝进行绞边拉 伸.并考虑到对格宾网不同网孔单元试件的可测试 性,合理布置夹具上孔槽,研制了专门的绞边强度拉 伸装置.该绞边测试方法合理,具有简便、可操作性 强的特点,在未来实际应用(application)中具有可行性.(对应的 试验装置专利(意为:公开的信件或公共文献)号:201420386094.6)
 
  试验材料及试验过程(process)
 
  为了得到不同网孔单元尺寸和不同绞边质量对 绞边强度特性的影响,特选取了某公司生产(Produce)的2种 不同绞边质量的格宾网(双绞合六边形钢丝网)片进 行绞边试验,其中,每种绞边方式的钢丝网又分2种 网孔型号,分别为60 mm×80 ram(对应网面钢丝直 径为2.0 mm,端丝直径为2.7 mm)和80 mm×100 mm(对应网面钢丝直径为2.7 mm,端丝直径为3.4 ram)的2种网孑L,共4种组合类型网片.为方便区 分,本文规定绞边质量较好的为A类绞边方式(如 3(a),由专业的翻边机器(machine)将网面钢丝缠绕在边端 钢丝上),绞边质量较差的为B类绞边方式(如)
 
  (b),采用手工绞边,缠绕圈数为2圈).可以很明显 地发现两者的绞合段缠绕在端丝上的缠绕圈数有较 大差异,A类绞边方式的缠绕圈数明显多于
 
  镀高尔凡格宾网为了保证试验数据(data)的可统计性,对上述每种组 合类型的网片均取6片进行平行试验.网孔型号为 60 mm×80 mm的网片长度和宽度分别裁取4个单 元尺寸长度和10个单元尺寸宽度;网孔型号为80 mm×100 mm的网片长度和宽度分别裁取4个单 元尺寸长度和8个单元尺寸宽度,同时保证网片的 一端必须为缠绕有网面钢丝的端丝
格宾网
 
  1)对于A类绞边方式的网片绞边拉伸曲线,在 两者达到*大拉伸应力前的绞边拉伸曲线变化规律 相差不大.在初始阶段,拉力随格宾网应变增长较 为缓慢,格宾网尚处于调整过程;随着应变的继续增 加,拉力增长速度加快且呈线弹性;在达到*大拉伸 应力前,拉伸曲线多处出现锯齿形,说明在拉伸过程 中格宾网片内钢丝在不断地进行应力调整;两者的 *大负荷下伸长率相差不大,约为16%,曲线1对 应的*大拉伸应力小于曲线2的*大拉伸应力,原 因是曲线1对应的格宾网片发生了绞边破坏,缠绕 在端丝上的钢丝被拉出,而曲线2对应的格宾网片 为网片内的斜向钢丝被拉断破坏.此外,曲线2对 应的拉伸应力达到*大值之后并没有迅速减小,反 而能够继续保持较大的拉伸应力,这是因为网片内 钢丝发生断裂后,网片内发生了拉力重分配,且网片 内存在应力集中现象,部分钢丝没有达到*大拉伸 强度(strength),能够继续承受一定的拉力,故网片能够在伸长 率增加的情况(Condition)下继续维持较高的拉伸应力. 伸长率/’% a)网孔型号60 mm×80 mm 伸长率/% (b)网孔型号80 mmXl00 mm 4格宾网绞边拉伸试验典型曲线 Fig.4 Typical selvage tensile curves of gabion meshes
     
       2)对于B类绞边方式的网片绞边拉伸曲线,两 者的绞边拉伸曲线差异较大.由于B类绞边质量较 差,缠绕不够紧密,均发生了绞边破坏,即绞边钢丝 被拉出,而绞边质量存在随机性,导致拉伸曲线存在 差异性,进而导致*大拉伸力不同.
     
       3)A类绞边方式的格宾网片绞边拉伸强度(strength)大 于B类绞边方式的格宾网片绞边拉伸强度,这是由 于A类绞边方式的格宾网片钢丝在端丝上的缠绕 圈数和紧密程度都高于B类绞边方式的格宾网.与 B类绞边方式相比,A类绞边方式的*大负荷下伸 长率较大.说明绞边质量较好的格宾网用于加筋构 筑物中,在维持荷载的同时,具有承受较大变形的 能力.

       4)为保证格宾网片的平整性及网片与夹具紧 密接触,对格宾网片施加了一定的预拉力,故伸长率 为0时,格宾网拉力并不为0;在应变较小的范围 内,2种绞边方式的格宾网拉伸曲线的斜率大致相 等,即割线模量在拉伸的初始阶段可认为相同;但当 应变进一步增大时,不同绞边方式的格宾网片拉伸 曲线差异较大.可见,格宾网的拉伸力学性能与绞 边质量关系密切.

      (b)所示为不同绞边方式的格宾网片(网孔 型号80 mm×100 mm)的典型绞边拉伸曲线.由 可知:

      1)对于A类绞边方式的网片绞边拉伸曲线,在 两者达到*大拉伸应力前的绞边拉伸曲线变化规律 也具有一致性.在初始阶段,拉伸曲线变化与网孔 型号60 mm×80 mm的格宾网片拉伸曲线变化情 况相同,在伸长率达到7%之后呈线弹性(Elasticity);曲线1的 *大拉伸应力是曲线2的*大拉伸应力的1.3倍, 曲线1对应的格宾网片表现为很明显的网片内多根 斜向钢丝连续拉断破坏,曲线2对应的格宾网片发 生的是缠绕在端丝上的绞边钢丝逐根被拉出破坏, 表现出位移破坏特征.

       2)对于B类绞边方式的网片绞边拉伸曲线,格 宾网片均表现为绞边钢丝的拉出破坏,但由于绞边 质量的随机性,两者的绞边拉伸曲线差异也较大,曲 线3对应的*大拉伸应力约为曲线4对应的*大拉 伸应力的2倍,进一步说明绞边强度与绞合在端丝 部分的网丝缠绕圈数、紧密程度相关.并且随着绞 边质量的提高,格宾网片绞边拉伸过程中的绞边拉 伸曲线会逐渐向网片的拉伸曲线转变.

       3)与B类绞边方式相比,A类绞边方式的格宾 网片绞边拉伸强度较大;两者的*大负荷下伸长率 均较大,约为15%

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