锚杆支护金属网力学性能及传力机制试验研究

鉴于目前井下金属网常见的强度及刚度失效2类破坏方式严重制约巷道安全可靠性问题，采用自主研发的金属网静载试验系统对3类金属网进行了测试，得到了3类金属网在垂直载荷作用下的支护强度、刚度及变形破坏方式；借助有限元分析软件Ansys得到了3类金属网在垂直载荷作用下的应力分布规律；采用理论分析的方法得到了3类金属网的传力机制问题，并进一步根据3类金属网的力学响应特征、应力分布规律及传力机制分别给出了结构优化建议。研究结果表明：(1)金属网支护系统在垂直载荷作用下的载荷-位移曲线变化可分为载荷传递阶段、网丝变形阶段及结构破坏阶段3部分。(2)钢筋网具有高刚度支护特征，菱形网具有高强度支护特征，垂直载荷作用下经纬网的网丝错动会大幅度降低其支护强度及刚度。(3)钢筋网及经纬网以中心“十”字型区域内的网丝承受轴向应力，菱形网以中心“X”字型区域内的网丝承受轴向应力。(4)钢筋网支护系统在承载过程中呈现出中心“十”字型传力方式，菱形网呈现出中心“X”字型传力方式，经纬网网丝在外部载荷作用下由高应力区向低应力区滑移。(5)直接决定金属网支护作用的边界网丝，在垂直及水平方向上分别受到剪切及扭曲作用，且绑丝强...     

30 000 J多功能落锤冲击试验机研制及应用

为深入研究冲击地压巷道锚杆支护材料的抗冲击力学性能，自主研制了30 000 J多功能落锤冲击试验机。该试验机由主机框架、抓脱锤装置、提升装置、锤体组件、液压缓冲装置、安全防护装置及电气装置等部分组成，可实现锚杆、锚索、托板及金属网等多种支护材料全尺寸动态力学性能测试和锚固岩体相似模型的冲击试验。选取了冲击地压煤矿常用的锚杆支护材料，初步开展了支护材料动态力学性能测试，测试结果表明：动载下锚杆颈缩不明显，表现出明显的脆性。随着冲击能量的增加，锚杆的冲击力峰值逐步增加，而延伸率大幅度降低；锚索受动载后钢丝易散开，外侧的钢丝更容易出现破断，破断位置通常位于夹具区域。动载作用下锚索的强度略有提高，而延伸率却大幅度降低，锚索的断后伸长率约为其静载的1/2;动载下拱形托板冲击力曲线具有明显的平稳震荡阶段，托板的冲击力峰值要明显大于其静载，变形量与静载基本相同，拱部结构在动载下能平稳变形吸能；随着冲击能量的增加，菱形网的冲击力峰值逐步增加，而变形量先增加后减小，菱形网具有很好的缓冲性能。多功能落锤试验机的研制为冲击地压巷道支护材料的动态力学性能测试提供了手段，为不同冲击危险性巷道的锚杆支护材料选取和...     

锚杆支护金属网力学性能与支护效果实验室研究

针对煤矿锚网喷支护巷道金属网选择及联网方式随意性大,严重影响支护质量的问题,采用实验室试验的方法对锚杆支护常用金属网的受力状态、变形状况及支护作用进行了研究。制作了专门的金属网变形破坏试验台和测力金属网,测试了3种金属网在不同支护下提供的最大护表力和挠度,分析了不同联网方式对金属网强度利用率的影响,得出3种金属网的极限承载能力和在不同支护方式下的强度利用率。指出钢筋网的强度利用率极低,联网强度是制约钢筋网充分发挥护表作用的薄弱环节。提出大幅度提高金属网的预张力是提高锚杆支护效果的重要方法和途径。     

金属网受力浅析

目前,国内绝大多数煤矿在分层开采时,选用10~#铅丝编织的经纬网做假顶材料。潞安矿务局王庄矿,根据出国考察人员带回的讯息,曾经用8~#铅丝试制了菱形网,并且,经过承力试验后认为,菱形网比经纬网的承力性能优越。 菱形网是否确实比经纬网承力性强?编金属网选用几号铅丝以及网孔多大会影响网的承力性能吗?探索网的受力情况,提出最优网的结构参数,必将对大量采用金属网作假顶材料的矿井,带来不可忽视的巨大技术和经济效益。 一、经纬网丝受力分析     

锚杆支护焊接钢筋网力学性能研究

采用理论分析方法研究了焊接钢筋网受力和变形之间的关系,利用数值模拟方法分析了不同支护形式下钢筋网的承载和变形特征.给定25kN载荷,得到了不同边界约束条件下钢筋网的最大变形值,以期为锚杆支护金属网的选择和施工提供依据.     

锚杆支护组合构件对钢筋网加固作用试验研究

针对深井高地应力巷道因围岩大变形导致金属网严重破坏引发支护失效的问题,对高地应力巷道支护常用的钢筋网配合单体锚杆、钢筋托梁、W型钢带3种组合系统在垂直载荷作用下的力学性能进行实验室测试,分析了锚杆支护组合构件对钢筋网支护系统峰值强度、承载刚度、残余强度及卸压程度的影响规律,得到了锚杆支护组合构件对钢筋网支护效应的加固特征。借助Ansys Workbench软件分析钢筋网支护系统在垂直载荷作用下的整体位移变形量,得到了锚杆支护组合构件对钢筋网横向、纵向股线的位移约束差异性。基于锚杆支护组合构件对钢筋网的不对称加固特征及边界网丝概念的提出,探讨了锚杆支护组合构件对钢筋网支护系统的加固机理。结果表明:①钢筋网支护系统在垂直载荷作用下的承载性能可分为峰前承载区与峰后卸压区,W型钢带对钢筋网支护系统的强度强化作用是钢筋托梁的1.5倍,刚度强化作用是钢筋托梁的3倍。②锚杆支护组合构件对钢筋网的横向股线加固作用大于纵向股线加固作用,横向股线抗变形阻力分为垂直和水平两个分量,垂直分量由边界网丝与锚杆支护组合构件提供,水平阻力大小取决于边界网丝及焊接点剪切强度。③锚杆支护组合构件通过提高垂直约束作用、护表面积及护表区域内系统的抗变形能力增加钢筋网的支护强度与刚度。     

锚杆支护钢筋网传力机制及分区承载试验研究

为了掌握钢筋网在控制巷道围岩变形过程中自身的破坏规律,通过对钢筋网进行垂直载荷试验及数值模拟仿真计算(Ansys),得到了钢筋网在静载荷作用下的传力机制及分区承载特性:钢筋网中心"十"字拉伸区内的钢筋主要受垂直载荷导致的拉伸作用,且为主传力筋而呈现出拉伸破坏,主传力钢筋与模型边界固定的绑丝脱扣破断;局部扭曲承载区内钢筋非主传力筋,且区域内的矩形网格受到扭曲作用变为菱形网格。基于钢筋网传力机制与分区承载特性,提出"十"字拉伸区钢筋扩径改造、局部扭曲承载区节点抗扭加固、绑丝扎捆中区强度增加3种优化方案,有针对性地对钢筋网进行分区强化,从而提高钢筋网的稳定性。     

锚杆支护网片动载力学性能试验研究

为了合理选择冲击地压巷道锚杆支护所需的网片,通过实验室试验从网片变形、承载力、位移及吸能等四个维度对比研究机编焊接钢筋网片和钢塑复合聚酯网片的动载力学性能,得到了两种网片在冲击载荷作用下的变形破坏方式及吸能特性。研究结果表明：冲击载荷作用下,机编焊接钢筋网片和钢塑复合聚酯网片破坏变形集中区域不同,机编焊接钢筋网片以“十字”形式向中心变形,破坏主要集中在钢筋网与固定压板接触处,钢塑复合聚酯网片破坏主要集中在受冲击载荷中心部位及聚酯网与固定压板接触处;网片冲击力时程曲线可分为缓慢承载阶段、波动稳定承载阶段及衰减阶段,随着冲击载荷的增加,机编焊接钢筋网片冲击力峰值明显大于钢塑复合聚酯网片,机编焊接钢筋网片对冲击地压巷道的支护能力更强;网片位移变形随着冲击能量的增加逐渐增加,机编焊接钢筋网片可抵抗冲击能量大于5000 J,钢塑复合聚酯网片可抵抗冲击能量为2000 J。     

锚杆支护金属网力学性能理论分析

针对煤矿锚网喷支护巷道金属网使用条件无明确的参考标准,造成金属网在现场盲目滥用的问题,采用理论分析的方法对矿用金属网的受力状态、变形状况及支护作用进行了研究。阐述了金属网的传力机制,对金属网的受力特点进行了分析;通过计算分析得出网丝张力和挠度之间的关系,并得到金属网对围岩的护表能力与网丝强度、锚杆间排距和网兜大小3个因素有关。     

冲击载荷作用下巷道支护方案优化研究

针对老虎台矿深部开采矿震频繁的问题,对动静载耦合作用下的巷道支护方案进行优化。建立了动静载耦合作用下的数值模拟,分别对巷道在"无支护"、"锚杆+锚网支护"、"锚杆+锚网+U型棚复合支护"和"锚杆+锚网+O型棚复合支护"4种支护方案进行冲击载荷模拟,"锚杆+锚网+U型棚复合支护"方案巷道围岩的破坏深度为1~1.7 m,围岩受力均匀、破坏范围较小,对围岩控制的整体效果较好。对不同动载荷大小条件下的支护效果进行模拟,当动载荷大于70MPa时,巷道的围岩破坏范围超过了锚固区域,围岩的应力条件变差,巷道易发生失稳。该支护条件下动载的极限承载能力为70 MPa。     

均布荷载作用下钢筋锈蚀深梁受力性能研究

为研究钢筋锈蚀后对深梁受力性能的影响,开展均布荷载作用下不同钢筋锈蚀率对深梁受力性能以及破坏形态影响的试验研究。设计了3个不同钢筋锈蚀率的深梁试件,通过静载试验加载至失效破坏,分析深梁压杆荷载—扰度关系、荷载—裂缝宽度关系以及荷载—竖向变形关系。试验结果表明,钢筋锈蚀后,深梁压杆承载力及刚度明显降低,失效模式为深梁跨中中部高度处突然出现一个垂直裂纹,然后裂纹分别向顶面和底面延伸,直至最后附近节点的混凝土发生破碎失效。     

广西某大型斜拉桥静载试验监测与分析

为了评定斜拉桥的安全性能与承载能力,应对桥梁进行静载试验检测。基于此,以广西某大型斜拉桥为例,介绍了静载试验中,观测点的布置与观测方法,并根据监测结果分析各种加载工况下的主梁挠曲、主塔塔顶变位、索力变化以及控制截面的应力变化规律。试验结果表明,该桥的结构受力合理,强度、刚度性能均满足设计要求,在试验荷载作用下处于弹性工作状态,能满足日常安全营运要求。     

矿用救生舱曲线式加强筋板的设计与优化

针对矿用救生舱的强度问题,提出曲线式加强筋板设计方法,用三点作圆的方法确定加强筋板的曲线轮廓。采用3段圆弧轮廓,代替均匀布筋方式的直线轮廓,合理分配了加强筋板材料,提高了救生舱壳体的强度和刚度。结合实际工程项目对设计的曲线式加强筋板进行了ANSYS有限元仿真和数值模拟分析,针对不同工况施加不同的静、动载荷,对比了各种情况下不同偏移量对应的等效应力、最大变形量;分析了偏移量对救生舱壳体强度和刚度的影响,建立了曲线偏移量与整体结构强度的定量关系。通过对曲线式加强筋板偏移量的优化设计,获得曲线加强筋板的最优力学性能,证明了曲线式加强筋板设计的有效性和优越性。     

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。     

高强度锚杆冲击吸收功与失效应变关系的数值仿真研究

采用LS-DYNA数值模拟软件,以实验室金属夏比冲击试验的实际情况为依据,仿真模拟了金属夏比冲击试验,通过选择合理的网格尺寸、准确的材料模型和边界条件,使模拟结果真实、可靠。通过模拟屈服强度相同时不同失效应变对应的冲击吸收功值,得出了屈服强度为500MPa,600MPa的锚杆钢材失效应变与冲击吸收功的线性关系式,通过反推法得出屈服强度为500MPa,600MPa的锚杆钢材特定冲击吸收功下失效应变的值,为今后不同冲击吸收功的高强度锚杆在动载荷下受力与变形的仿真研究提供了依据。     

液压支架推移杆的力学分析和优化设计

对推移杆进行力学分析和强度分析,采用合理的简化,尽可能减少优化设计中函数变量个数,得出结论并进行了设计优化验证,使推移杆截面最小化而承受载荷最大化,保证了井下高产高效工作面液压支架推移杆的可靠性,实现了材料的优化选取。