钢管混凝土支护模型实验研究

钢管混凝土结构由于其优越的力学性能而在地面工程中得到广泛的应用。要将钢管混凝土制成支架用于地下工程支护中,就必须对钢管混凝土支架的力学性能进行研究。而根据相似准则进行模拟试验,是解决缺少大型试验设备难题的一种有效途径。     

径向荷载作用下的钢管混凝土支架研究

简述了钢管混凝土的力学性能,以圆形钢管混凝土支架为研究对象,通过结构力学方法,分析其在径向荷载作用下的受力状态。与常用的型钢支架进行比较,证明钢管混凝土支架是一种承载力高,施工快捷,造价低的新型支架。     

钢管混凝土圆形支架压弯力学性能

通过试验对均布加载条件下矢跨比为0.26的钢管混凝土圆形支架拱顶弧段和左右帮段变形进行了监测,并结合ABAQUS对钢管混凝土抗弯过程进行全过程仿真三维数值模拟分析。同时通过内嵌一种无厚度黏聚力粘结单元的混凝土损伤模型,从微观方面更为准确地展示了钢管混凝土短柱,以及核心混凝土试件受压破坏过程中产生的裂纹扩展和剥落程度。结果表明:随着支架顶弧段和两帮段均压让压层厚度的增加,钢管混凝土圆形支架的承载能力逐渐增大,进而减弱了支架四段圆弧拱整体的轴力,降低了钢管与内部核心混凝土的变形、破坏速度。同时核心混凝土试件在受压过程中产生裂缝,继续施加荷载,由于裂缝的存在导致核心混凝土体积膨胀,从而使钢管混凝土短柱压缩鼓包。研究成果可为了解钢管混凝土力学性能和支架模拟让压空间的工况提供参考。     

软岩巷道钢管混凝土支架结构参数优化

为探究钢管混凝土支架结构参数对支架承载能力的影响规律,通过理论分析和数值模拟对钢管混凝土支架承载能力的影响参数及其规律进行研究,以优选出针对某矿巷道断面的最佳钢管混凝土支架结构参数。结果表明:钢管混凝土支架的承载能力与套箍系数、钢管所用钢材的自身强度、混凝土材料的自身强度、钢管的外径和厚度有关。山东某矿巷道的钢管混凝土支架最佳参数为:钢管外径为150 mm,混凝土强度为50 MPa,钢管壁厚为5 mm,钢材的屈服强度为335 MPa。     

钢管混凝土支架与围岩相互作用关系模型试验研究

为研究钢管混凝土支架与围岩相互作用关系,通过相似物理模型手段,对巷道应力、变形、破坏随外部荷载变化而变化的过程进行分析,研究其规律,采用铝管内灌注水泥砂浆浆液模拟钢管混凝土支架,极大限度地还原钢管与核心混凝土之间的相互作用关系。试验表明,首先钢管混凝土支架支护是一种被动封闭式支护形式,当钢管混凝土支架某部位先发生变形,此部分四分之一圆弧拱矢跨比减小,承受围岩荷载、变形能力降低;当钢管混凝土支架某部位随后发生变形,此部分四分之一圆弧拱矢跨比增加,承受围岩荷载、变形能力增加。先发生位移处通常发生在软弱岩层及围岩压力大的方向,或因施工问题,没有保证钢管混凝土支架与围岩完全贴合处。再者,钢管混凝土被动提供围岩径向应力,使得围岩承受荷载的能力大幅提高。     

钢管混凝土支架在巷道支护中的应用及ANSYS分析

钢管混凝土支架在土木工程中的应用由来已久,尤其在建筑工程、桥梁工程等工程中大量使用。近年来,随着煤炭资源开采的深度加深,矿山企业也在矿井巷道支护中使用钢管混凝土支架。为研究钢管混凝土支架在巷道支护中的使用情况,简单设计了支架形状及构件,利用ANSYS有限元软件对特定受力情况下的支架进行数值模拟,从而得到圆形截面钢管混凝土半圆弧构件的最大承载能力及受压变形情况,为进一步的数值模拟提供依据。     

圆弧形钢管混凝土支架承载力的试验研究

国内外学者对钢管混凝土结构在各种荷载作用下的静力性能、动力性能以及防火性能等进行了大量的研究已取得了许多成就。而对于圆弧形钢管混凝土支架应用于地下工程支护方面的研究却很少。通过一些实验室的试验来对圆弧形钢管混凝土支架承载力进行初步的研究。     

深部高应力巷道弯曲D型钢管混凝土支架支护分析

以贵州某矿30 m水平为背景,通过理论计算弯曲D型钢管混凝土支架和圆形钢管混凝土支架钢管的抗弯截面系数,对比分析了2种支架的抗弯性能;使用ABAQUS构建了围岩支架耦合模型,研究了不同侧压力系数下2种支架的受力特点和变形特征。结果表明,弯曲D型钢管抗弯截面系数是圆形钢管抗弯截面系数的1.47倍,弯曲D型钢管混凝土支架的抗弯性能强于圆形钢管混凝土支架;2种支架受力均呈对称分布,顶拱变形量大于底角变形量;侧压力系数一定时,弯曲D型钢管混凝土支架最大应力和变形量均小于圆形钢管混凝土支架的相应值。     

钢管混凝土支架性能试验及其在动压巷道支护中的应用

钢管混凝土支架的承载性能主要取决于其抗压性能和抗弯性能,实验测试了钢管混凝土短柱的抗压强度和支架圆弧段的抗弯能力。并针对受采动压影响严重的采区上山进行了巷道钢管混凝土支架支护方案设计,支护后巷道变形量小,巷道围岩稳定。     

钢管混凝土支架注浆孔方位的优化

钢管混凝土支架具有承载能力高、施工方便、造价低廉等优点,逐渐被应用到巷道支护中。但在一些使用中出现了注浆孔开裂的问题,严重地影响了支护的总体稳定性。运用数值模拟对支架进行力学性能研究,发现注浆孔开裂问题主要是由于开孔位置的不合理所导致,并确定了最优注浆孔位。     

极软岩巷道交岔点钢管混凝土支架结构设计与应用

为解决极软岩巷道交岔点支护问题,结合钢管混凝土支架和极软岩巷道围岩的力学特性,分析了钢管混凝土支架控制极软岩巷道变形的机理。对查干淖尔一号井井底车场中3个极软岩巷道交岔点支护问题采用了工程类比法进行分析,结果认为:若能充分发挥钢管混凝土的结构优势,采用"194 mm×10 mm钢管混凝土支架+钢筋网+400 mm厚混凝土喷层"的支护方案可有效控制3个极软岩巷道交岔点的围岩变形。因此,设计了适用于极软岩巷道交岔点的钢管混凝土支架结构形式:极软岩巷道交叉点钢管混凝土支架,采用由支撑架和"C"形异形支架组成的组合结构。提出了查干淖尔煤矿井底车场3个交岔点的支护方案,并进行现场支护试验。现场支护试验证明:巷道交岔点支护2 a后,收敛量小于100 mm,巷道稳定性良好。     

钢管混凝土支架的研究和实验室试验

钢管混凝土支架是一种承载力高，造价低廉，规格多样，可适合各种地质条件的新型支架。简述了钢管混凝土的工作原理，介绍了钢管混凝土支架的实验室试验情况。     

深部巷道直墙半圆拱形钢管混凝土支架承载性能分析

为了推动钢管混凝土支架在深部高应力巷道中的应用,以贵州某矿270中段为背景,对比了常规U36型钢支架与钢管混凝土支架承载力;采用ANSYS有限元法,建立深部巷道支护力学三维模型,分析了两类支架在高水平应力下的变形情况.研究结果表明,钢管混凝土支架的承载力远大于U型钢支架;当侧应力系数大于1时,钢管混凝土支架底角的变形量...     

抗弯强化型钢管混凝土支架支护技术研究

千米深井巷道支护中钢管混凝土支架的各种破坏形式中,拱结构的压弯破坏是主要破坏形式。为解决钢管混凝土支架压弯破坏问题,采用理论分析和室内试验研究抗弯强化的作用机理。理论分析证明,增加强化圆钢直径可有效提高钢管混凝土结构的抗压刚度和抗弯刚度。室内试验表明,抗弯强化措施使中性层向圆钢侧移动,增大压应力分布面积,充分发挥出约束混凝土抗压性能和高强圆钢抗拉性能,提高复合结构整体承载力。抗弯强化型钢管混凝土支架在现场的应用也证明了支架能够有效支撑来自围岩的载荷,支架整体变形量较小,巷道支护稳定。     

不同应力状态下钢管混凝土支架支护性能模拟分析及应用研究

为解决千米深井巷道支护难题,以华丰煤矿-1100 m水平大巷为研究对象,分别设计了基于直墙半圆拱形钢管混凝土支架和曲墙半圆拱形钢管混凝土支架的复合支护方案,采用有限元软件ABAQUS模拟水平主应力、垂向主应力和等压应力3种围岩状态,分析不同应力状态下钢管混凝土支架的支护反力、支架变形和支架破坏方式,揭示钢管混凝土支架不同应力水平下的支护性能与两种断面支架的性能差异,并将复合支护方案应用于工程实践,在工程中验证两种断面支架变形差异,并对薄弱点提出加固建议。     

圆形钢管混凝土支架支护承载力研究

为了揭示深部煤矿井下复杂受力状态下钢管混凝土支架支护承载力的变化规律,采用支护机理分析和数值模型的方法,研究圆形钢管混凝土支架的承载特征。研究结果显示,圆形钢管混凝土支架在两个对称点受集中载荷影响,当集中载荷引起支架弯矩急剧上升,支架承载能力大幅度降低;当集中载荷控制在轴力限值的0.3%～3%范围内时,支架的承载能力保持稳定,大约相当于临界均布载荷的69%。通过进一步研究,认为圆形钢管混凝土支架适合在深部矿井压力差较小的巷道应用。     

下山岩巷中应用钢管混凝土支架

钱家营煤矿八采区轨道下山受采动压力影响较大,采用钢管混凝土支架支护,巷道稳定性良好。理论计算了钢管混凝土支架的极限承载能力。     

钢管混凝土支架构件—圆弧拱破坏机理研究

以钢管混凝土支架支护深井软岩巷道为背景,对钢管混凝土支架组成构件中的四分之一圆弧拱进行六分点等值加载,以研究试验试件的矢跨比和钢纤维体积掺量对试件力学性能的影响。实验表明,钢管混凝土圆弧拱试件拱底处主要受压弯剪应力影响,最先发生局部破坏;拱顶处主要受压应力影响,拱底和拱顶均为试件最薄弱截面。矢跨比越大,能够承受的荷载和刚度越大。1%~1.5%钢纤维体积掺量的试件的柔性增强,极限荷载与无钢纤维试件差别不大。继续增加钢纤维掺量,试件刚度增加,但试件极限荷载降低,钢纤维体积掺量在1%~1.5%较为合适。再通过数值模拟进一步研究试件危险截面的受力形式和试件的截面尺寸、矢跨比、壁厚对承载力的影响。与此同时,结合试验分析和数值模拟结果,从试件截面强度、局部失稳、整体失稳三方面进行理论分析,给出钢管混凝土圆弧拱局部失稳的原因和承载力的计算公式。最后,结合实际工程情况,提出钢管混凝土设计方案。     

高应力巷道钢管混凝土支架支护技术研究

针对煤炭资源深部开采中面临的高应力巷道围岩控制难题,在鹤壁三矿三水平变电所泵房硐室和带式输送机巷返修中进行了钢管混凝土支架支护实验。将巷道原支护结构拆除掉,将巷道扩大至原断面,并进行锚网喷初次支护,然后进行钢管混凝土支架支护,并在两帮和顶部预留围岩变形空间,便于围岩释放压力。     

钢纤维掺量对自密实钢管混凝土柱轴压力学性能影响研究

为提高钢管混凝土柱轴压承载力,在自密实混凝土中掺入钢纤维,研究不同钢纤维掺量对自密实钢管混凝土柱轴压力学性能的影响。通过设计正交试验,研究3组钢纤维掺量对自密实混凝土强度的影响,并为钢管混凝土钢纤维用量提供依据;对钢纤维组、普通组自密实钢管混凝土柱进行轴压试验,研究钢纤维对自密实钢管混凝土柱轴压力学性能影响;基于ABAQUS建立26组不同钢纤维掺量钢管混凝土柱模型,根据现场试验结果验证模型的正确性,分析其中6组钢纤维掺量对其轴压性能的影响,并建立不同钢纤维掺量下钢管混凝土柱轴压承载力计算公式。结果表明,2%掺量钢纤维对自密实混凝土强度增长的贡献较为显著,并能提高约4%自密实钢管混凝土柱轴压承载力,为最适宜掺量。提出考虑钢纤维掺量对钢管混凝土强度提高的计算式,与试验结果吻合良好。