腹筋对深梁受剪承载力影响的试验研究

在矿山选矿厂等大跨度厂房建设中需构筑深梁构件。为研究腹筋配筋率对深梁受剪承载力的影响,在集中荷载作用下对4根高强钢筋混凝土深梁进行了受剪性能试验。通过对4根深梁试件受力全过程特征、破坏形态和荷载-挠度变形曲线等变化规律的分析,明确了腹筋配筋率对深梁开裂荷载、极限荷载及破坏形态的影响。研究表明:小剪跨比深梁破坏模式为斜压破坏,受腹筋的配置与含量影响,斜压破坏表现为压杆压毁和压杆劈裂两种形态。竖向箍筋配筋率对受剪承载力影响很小。采用《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010)中深梁受剪承载力计算方法对4根试件梁进行计算,计算结果与试验值较为接近,验证了试验结果的可靠性。     

再生混凝土有箍筋梁斜截面受力性能研究

本文通过试验研究了不同取代率的再生混凝土简支梁有箍筋梁的斜截面抗剪性能,试验结果表明,再生混凝土梁的破坏形式基本与普通混凝土梁类似,再生混凝土梁的破坏荷载低于普通混凝土梁,其抗剪承载力随着剪跨比的增加而降低。     

煤-岩-煤组合体冲击荷载作用下力学特性研究

为了研究煤-岩-煤组合体在冲击荷载作用下的力学特性和破坏模式,利用分离式霍普金森压杆和高速摄像仪在不同的冲击荷载下对组合体试件进行动态冲击压缩试验。试验结果表明:煤-岩-煤组合体的应变率、应变、应力、动态弹性模量和破碎程度都与冲击荷载有较强的相关性,都随冲击荷载的增强而变大;组合体在动态冲击作用下应力-应变曲线变化规律大致可划分为弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段;高速摄像结果表明,组合体在冲击荷载作用下,裂纹先在两端产生,并沿轴向发展产生贯穿裂纹,且两端煤体破裂明显并有较大破碎变形,组合体中间岩体部分具有较高的强度,其裂纹的产生及扩展要比两端煤体缓慢;组合体随冲击荷载的加大,破碎程度显著增强。     

水化学腐蚀下锚杆的承载特性

针对永久性锚杆的水化学腐蚀特性,从地下水环境下锚杆钢筋锈蚀原理出发,建立了杆体锈蚀过程的物理模型,以变化的钢筋锈蚀率为分析变量,建立了杆体锈蚀后的直径计算式和修正的锚杆极限承载力的标准值。     

预应力活性粉末混凝土简支梁抗裂性能试验研究

为了研究预应力活性粉末混凝土梁的抗裂性能,通过改变非预应力筋配筋率,对8根预应力活性粉末混凝土矩形截面简支梁进行抗弯性能试验研究,分析不同非预应力筋配筋情况对试验梁受力性能的影响;探讨了试验加载阶段中裂缝形式、裂缝分布、裂缝间距、开裂荷载及抗裂度验算。结果表明:非预应力筋配筋率对试验梁开裂前的抗弯性能基本无影响,开裂后期,随配筋率的增加,极限弯矩增加明显;平均裂缝宽度、最大裂缝宽度和平均裂缝间距随配筋率的增大而减小;在正常使用极限状态下,活性粉末混凝土预应力钢筋能充分发挥两者协同工作时强度。     

非静水压条件下深部岩石能量耗散规律及破坏特征试验研究

深部岩石常处于非静水压初始应力场，岩石所处应力状态的不同导致其对动态荷载的响应有所差异，为研究非静水压及动载耦合作用下岩石的动力学行为，利用分离式霍普金森杆试验系统，开展多种初始应力组合下的岩石动态压缩试验，分析不同非静水压条件对岩石能量耗散及破坏规律的影响规律。通过试验结果发现，轴压和围压均对岩石动态强度产生显著影响，以8 MPa时为临界点，岩石动态强度随着轴压提升呈先增加后减小的趋势，但岩石动态强度随着围压的增加持续增大；岩石耗散能随着轴压的增加逐渐减小，但随围压变化趋势较为复杂，在轴压较低时，耗散能随着围压的增加而减小，在轴压较高时，耗散能随围压提升表现出先增加后减小的特征。根据试样的表观及内部破坏形态，结合分形理论及CT扫描技术，分析不同非静水压力条件下岩石的破坏模式发现，岩石表观裂纹与轴围压比存在显著关联，当轴围压比较低时，岩石侧面及端面裂纹较少，随着轴围压比的提高，岩石表观裂纹明显增加。通过对岩石扫描后横向及纵向切片分析发现，岩石内部同时存在环向和径向裂纹，且岩石破坏由贯穿型剪切裂纹控制。同时可以发现，非静水压条件下岩石的破坏可分为中心圆台形岩块和周边破碎岩块2部分，当轴压...     

高应变率下煤力学特性试验研究

利用Φ50 mm分离式霍普金森(Hopkinson)压杆(SHPB)试验系统,对煤进行单轴冲击压缩试验,明确煤的力学特性随应变率的变化规律。试验气压等级设计为0.30,0.35,0.40,0.45,0.50,0.55 MPa,为试样提供相应的6组不同应变率。试验结果表明:高应变率下煤应力-应变曲线大致分为压密阶段、弹性变形阶段、微裂纹演化阶段、裂纹非稳定扩展阶段以及卸载阶段;应变率升高缩短压密阶段,延长弹性变形阶段;随着应变率的升高,煤动态弹性模量与峰值应力近似呈对数形式增加,而峰值应变近似呈对数形式降低;煤试样的破坏程度随应变率的升高而增加,应变率由68.666 s-1增加到79.751 s-1,煤破坏程度对应变率的敏感性最为显著。研究结果可为采矿工程割煤参数的确定提供依据。     

动静组合加载下白云岩碎屑破坏特征研究

利用改进的三轴霍普金森压杆(SHPB)动静组合加载实验装置,对某矿深部白云岩试样进行常规动态加载及动静组合加载室内试验,收集破坏后的岩石碎屑,针对碎屑特征做分类的测量分析,包括碎屑质量、长度、宽度和厚度。并对不同粒径范围内的碎屑数量、质量分布、破坏形态等作分类研究,分析冲击荷载在不同静应力状态下对碎屑特征的影响,讨论冲击过程中白云岩的破坏特性。研究结果表明:冲击荷载下轴压会加剧岩石的破坏程度,破坏模式多为拉伸破坏且对碎屑形态的影响较明显;围压的存在会降低岩石的破坏程度,并使其破坏模式由拉伸破坏逐步转变为剪切破坏;当静力一定时,岩石破坏程度会随动载荷的升高而增大,但碎屑形态受其影响较小。     

粉煤灰混凝土保护层锈胀开裂条件试验研究

在普通混凝土钢筋锈蚀研究的基础上,围绕粉煤灰混凝土中钢筋锈蚀机理、影响粉煤灰混凝土中钢筋锈蚀的因素以及粉煤灰混凝土保护层锈胀开裂条件等内容展开,并通过电化学快速锈蚀的方法进行粉煤灰混凝土保护层锈胀开裂试验,对影响粉煤灰混凝土保护层锈胀开裂的因素进行了分析.研究结果表明:随着水胶比、粉煤灰掺量及保护层厚度与钢筋直径比值的增加,粉煤灰混凝土保护层锈胀开裂时钢筋锈蚀率也相应增大.     

轴向动荷载作用下煤系石灰岩损伤特性研究

为降低在巷道支护、掘进的过程中，工程扰动、爆破等活动对围岩稳定性的影响，开展煤系石灰岩在不同冲击荷载下的损伤特性研究；使用霍普金森压杆进行不同冲击荷载下的冲击试验，利用LS-DYNA有限元软件模拟石灰岩破碎过程，对破碎后各粒度质量分数、应力-应变曲线、峰值应力-平均应变率曲线及石灰岩破碎过程分析。结果表明：随着冲击荷载增大，峰值应力、平均应变率逐渐增大，试件破碎程度愈发严重，且峰值应力与平均应变率呈近似线性关系；不同冲击荷载下，试件破碎遵循由边缘向中心扩展、由内部裂隙间挤压破碎向外部发育的规律，其破坏过程分为裂隙闭合阶段、近似弹性阶段、裂隙急速发育阶段和快速卸载阶段；峰值应力、试件破碎程度以及试样破碎能量耗散受应变率影响显著。     

矿用预应力钢棒力学性能试验研究

预应力钢棒具有预紧力等级高、延伸率高、受力状态好等优点,越来越广泛地应用于煤矿巷道支护工程中。为了进一步探究矿用预应力钢棒材料力学性能,在实验室进行了矿用预应力钢棒拉伸试验、金相组织分析、冲击韧性测试、预应力损失试验、偏载试验、安装推进阻力试验及配套锁具性能试验。结果表明:直径20 mm矿用预应力钢棒拉伸时极限承载能力为422 kN,与直径20 mm、牌号HRB335锚杆杆体相比,增幅达176%,断后伸长率平均为13.3%,为锚索断后伸长率的2.4倍,断后呈杯锥状断口;钢棒拉断前后冲击吸收功分别为46.0 J和23.3 J,材料组织结构为回火索氏体,晶粒度为9.5和8.5,属于超细晶粒度;受力长度为1 230 mm和1 500 mm时,预应力损失为38.37%,和36.74%,随着载荷的加大,预紧力损失率减小;受力长度的增加,钢棒预紧力损失率减小;偏载角度为5°、10°、15°、20°及25°时,极限承载能力降幅分别为18. 3%、22. 5%、26. 4%、26. 9%及27. 5%;采用28 mm钻孔时,直径18 mm和直径20 mm钢棒平均最大推进阻力分别为179 N和453 N,两者相差274 N,但两者推进均比较容易;预应力钢棒锚具平均承载能力为398.2 kN,锚环与夹片的洛氏硬度分别为27.78和58.39,能够满足国标和钢棒材料力学性能要求。     

新老混凝土植筋加固的接触模型分析

随着混凝土结构老化问题的日益严重,植筋加固技术得到越来越广泛的应用。建立了新老混凝土植筋的接触模型,从植筋根数、布置形式以及植筋深度等方面,研究了新老混凝土植筋加固结构的抗剪切/拉拔承载力的影响。主要计算结果表明:植筋的布置形式对承载力的影响不大;植筋深度在（10~15）d为宜（d为钢筋直径）,过小承载力得不到加强,过大则无明显作用;植筋胶体强度的提升可在一定范围上增强承载力。     

深基坑双排桩支护结构施工设计计算分析

作为一种新型深基坑支护结构，双排桩支护结构本质上是一种悬臂支挡结构，是通过竖向双排混凝土灌注桩、刚性连系梁和冠梁形成空间门架式支护结构体系，侧向刚度相对较大，可以对深基坑的变形进行有效的控制。对襄阳内环线工程跨襄阳北编组站大桥主塔深基坑进行施工设计及计算分析，从荷载取值、土压力计算、嵌固深度、稳定性分析等方面，详细阐述双排桩计算过程。并利用有限元计算软件建模分析开挖过程，为深基坑开挖提供合理分层厚度，进一步确保工程施工安全，为类似工程提供参考。     

环向裂纹缺陷压力管道塑性极限载荷安全性分析

采用正交试验法,编制了25 种不同管道尺寸、不同缺陷尺寸的正交实验图,对20号钢管道进行非线性计算。研究了单一载荷及组合载荷下含环向表面裂纹缺陷管道的塑性极限载荷,并用公式计算不同载荷工况下管道的塑性极限载荷,将有限元分析值与理论值进行对比,验证有限元计算的准确性。分析了裂纹环向长度、轴向长度、深度及管径4个因素对塑性极限载荷的影响,从而得到这4个因素对不同载荷工况下管道承载能力的影响规律以及相同裂纹尺寸的管道在不同载荷工况下的等效应力图。     

一种基于加权平均应变计的混凝土支撑轴力监测方法

传统的钢筋计监测基坑支撑梁时,由于受到混凝土徐变、收缩等影响,测量结果往往不能真实地反应混凝土支撑的受力情况,且实际的轴力监测值往往远高于设计值。针对这一问题,提出了一种基于多个混凝土应变计的加权平均监测方法。该方法将5个(可扩展)应变计等间距安装于混凝土支撑梁,通过对5个轴力监测点轴力值进行加权平均,从而求出混凝土支撑实际受外力情况。实际加载测量试验表明,本方法监测平均误差能够控制在5%以内,有效地避免了传统的钢筋计测量值过大的问题,且本方法安装中无需截断支撑梁内部钢筋,保证了支撑梁的完整性。     

冲击地压薄壁圆管吸能构件仿真与试验研究

针对新型螺旋式抗冲击装置中的吸能构件，建立薄壁圆管镂空结构的有限元模型，利用试验对薄壁圆管镂空结构的吸能特性仿真结果进行验证。根据试验验证的模型参数，研究了薄壁圆管竖条结构的竖条数量及长度对其轴向静态压溃屈曲变形、初始峰值力、弹性阶段位移、平均支反力、吸能量、支反力均方差的影响。根据研究规律及防冲立柱实际工况设计薄壁竖条构件并试验，为后续现场冲击地压试验提供依据。研究表明：诱导结构在不改变薄壁圆管材料、厚度及截面形状前提下，使构件的变形更加稳定，压溃屈曲变形形态可控|对于薄壁圆管竖条结构，随着竖条数量增加和竖条长度增加，其初始峰值力、弹性阶段位移减小、吸能量与平均支反力降低，支反力均方差减小。     

充填体荷载作用下金属矿山采空区顶板稳定性分析

针对如何提高研究区深部矿体采矿活动安全性的问题，通过理论计算方法和数值模拟计算法对采空区顶板的稳定性进行了分析。结果表明，厚跨比理论、载荷传递交汇线理论和结构力学梁理论求得的采空区顶板安全厚度基本一致，具有较好的线性变化关系，获得采空区顶板安全距离为10.0～18.0 m(采空区跨度为20 m);通过数值模拟极端后，确定了研究区顶板的临界破坏厚度为12.5 m,最终确定了采空区顶板的安全厚度为15 m。此时，采空区的水平方向最大的位移量可达28.2 mm,垂直方向上最大下沉量可达368 mm;采空区开挖后的最小主应力为-1.42 MPa,最大主应力为-6.7 MPa。     

软岩巷道钢桁架力学性能试验及支护研究

我国煤矿深部软岩巷道大地压、强流变、大变形等问题突出,此类巷道稳定需要较大的支护力,因此提出全圆钢桁架支架支护技术。桁架采用8段双层12#工字钢构件组成,每段构件之间连接采用端头焊接390 mm×800 mm×30 mm钢板和螺栓连接,在实验室借助分步多次逐级加载、测试系统测试了全圆钢桁架支架在垂向和水平向荷载按不同比例组合作用下的极限荷载和极限变形量。试验结果表明:在均压荷载作用下,钢桁架的极限承载力为1 500 t,弹性极限压缩变形为12.18 mm;非均压荷载组合比值为0.2时,支架极限承载力为900 t,弹性极限变形为26.3 mm;极限荷载破坏方式为连接块处的错动和支架直径收缩变形破坏。与传统U型钢支架相比,钢桁架支护反力提高10倍以上。针对极软岩巷道变形规律,提出恒阻大变形锚杆索+预留变形量的一次支护,在高预紧力支护下通过恒阻装置释放变形能并形成锚网索-围岩耦合支护圈,然后采用全圆钢桁架强力二次支护,在均压下发挥钢桁架的最佳支护力学性能,其支护方式在深部大地压、强流变软岩巷道中有着广泛的应用前景。     

爆破作用下预制共线裂纹的扩展机理研究

为了研究爆破作用下裂纹的扩展规律,从而进一步指导裂隙发育岩体爆破设计。试验运用深部岩石三轴动静载荷实验系统对含有预制裂纹的混凝土试件逐一加载,得到混凝土试件抗压强度;并采用高速摄像机对试件中裂纹起裂拓展过程进行全程拍摄,与加载曲线对照,得到裂纹起裂时垂向初始压力。研究表明:在一定范围内,试件所受围压越大,其裂纹起裂时所需压力越大;次裂纹的存在会使得主裂纹端部更容易在外力作用下起裂,且主裂纹内侧端部所受影响要大于外侧端部,这种影响程度的大小与次裂纹长度、裂纹间距等因素有关;围压越小、裂纹夹角越大、次裂纹长度越大、裂纹间距越小,主裂纹端部越容易起裂。     

深厚表土层冻结井筒高强钢筋混凝土内壁设计优化与实测分析

针对深厚表土层冻结井筒内壁设计厚度较大问题,对高强钢筋混凝土内壁的受力机理、设计优化方法、现场实测结果进行了分析研究。首先,采用相似理论设计出模型井壁并进行加载试验,实测得到高强钢筋混凝土内壁的应力、变形和承载力,研究了该种井壁结构的受力机理,结果表明深厚表土层冻结井筒内壁属于深埋于地下的厚壁圆筒结构物,由于内表面的圆形结构特征,在侧向压力作用下,井壁结构中混凝土由外缘的三向受压过渡到内缘的二向受压应力状态,其混凝土抗压强度提高了1.592～1.765倍,井壁承载能力得到显著提高。建立了混凝土抗压强度提高系数试验值的计算公式,获得了高强钢筋混凝土内壁的应力特性和强度特征。然后,基于我国现行混凝土结构设计规范关于混凝土多轴强度验算要求,根据模型试验结果和内壁受力机理,提出了深厚表土层高强钢筋混凝土内壁设计优化方法,给出了混凝土抗压强度提高系数设计取值。并将设计优化方法应用于潘三煤矿新西风井冻结段内壁控制层位,井壁厚度由原设计的1 150 mm优化为900 mm,厚度减薄达21.74%。最后,通过潘三煤矿新西风井工程现场实测表明,优化设计后的井壁结构中环向钢筋应力值为-125.8～-136.9 MPa、竖向钢筋应力值为-39.5～-53.2 MPa,远小于钢筋强度设计值300 MPa,井壁中混凝土环向应变为-730×10~(-6)～-790×10~(-6)、竖向应变为-380×10~(-6)～-390×10~(-6),远小于C70混凝土的极限压应变值,说明设计优化后的井壁结构不但经济合理,而且安全可靠。