圆形断面波形钢腹板支架结构稳定承载性能研究

为研究一种新型波形钢腹板支架结构的承载性能,开展2榀圆形波形钢腹板支架的模型试验和1榀与波形钢腹板用钢量相同的矿用工字钢支架的模型试验,分析支架的稳定承载力、刚度和变形发展情况。试验结果表明:圆形支架试验模型的最终破坏形式为整体失稳破坏,腹板高度增加时对其承载力有明显提高;波形钢腹板支架的单位质量承载能力是用钢量基本相等的矿用工字钢支架的1.49倍,同时变形仅为后者的5/7,波形钢腹板支架的承载力更高、支护效果更好。基于有限元模型,分析截面参数变化对波形钢腹板支架的弹塑性整体稳定性的影响,结果表明翼缘宽度和翼缘厚度是其稳定承载力的敏感参数。     

波形钢腹板支架支护技术的研究进展综述

本文总结了国内外几种常用的金属支架(矿用工字钢、U型钢)和钢管混凝土支架等在截面优化设计和极限承载力等方面的研究,重点介绍了一种新型波形钢腹板支架支护技术.对比分析了波形钢腹板支架与其他支架相比在承载力和经济性方面的优势,及其在支架整体稳定承载性能、局部稳定性能、支架可缩性节点构造以及支架与围岩相互作用等方面的研究成果...     

不同荷载条件下U型钢支架承载性能及失稳特征分析

以矿用直墙半圆拱U型钢支架为研究对象,采用理论分析、数值模拟和现场试验等方法,建立U型钢支架平面分析力学模型,并借助ABAQUS有限元软件构建U型钢可缩支架三维分析模型,研究支架整体均匀承载、顶梁承载、单侧棚腿承载和两侧棚腿承载等条件下的支架承载性能、失稳特征和危险截面位置。研究表明：U型钢支架外部荷载条件不同,承载能力存在很大差异,单侧棚腿受力的偏载状态为支架最容易失稳的荷载条件,其极限承载能力为整体均匀承载、顶梁单独承载和两侧棚腿对称承载条件下的44%,63%,79%;U型钢支架危险截面主要分布在顶梁中心、棚腿中部和底脚,且随着顶梁荷载增大,棚腿危险截面向顶梁偏移;支架外部荷载条件不同,失稳特征分别以“M”式、“尖顶”式和单侧跪腿式为主;针对任楼煤矿-720 m南翼轨道大巷失稳特征,提出U型钢支架+壁后充填+锚索耦合支护技术,优化支架外部荷载分布形式,提高支架整体承载能力和结构稳定性,有效控制了强采动影响巷道围岩变形。     

T形钢板仓组合剪力墙的抗震性能有限元分析

钢板仓组合剪力墙是一种新型抗侧力构件,是以两块钢板和圆管支撑组成基本单元,空腔内填充混凝土的组合剪力墙。为了研究T形钢板仓组合剪力墙在不同参数影响下的承载力、变形能力及耗能能力,应用Abaqus软件,建立T形钢板仓组合剪力墙的有限元分析模型,分析T形钢板仓组合剪力墙钢板厚度、腹板翼缘比、轴压比、剪跨比和钢材强度对其抗震性能的影响。结果表明:T形钢板仓组合剪力墙主要受力构件为腹板,对其抗震性能有较大影响;翼缘能有效约束住腹板,有效防止剪力墙发生平面外失稳和扭转破坏,其对变形能力、稳定性和延性性能有较大影响;T形钢板仓组合剪力墙具有良好的抗震性能,试件破坏模式基本相同且为弯曲破坏。研究所提出的承载力公式可为设计提供依据。     

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。     

新型矿用工字钢截面优化设计研究

通过对矿用工字钢支架在我国不同矿区、不同煤矿和不同巷道地质条件下所表现出的不同变形破坏特征的分析研究，在广泛征求专家意见、参考国外献的基础上，提出了矿用工字钢截面设计的评价指标、运用设计约束、模糊决策及计算机技术对矿用工字钢截面进行了优化设计，新型矿用工字钢的材料利用率明显提高，段有显降低共道支护成本。     

深部岩巷U型钢支架屈曲变形失稳分析

根据朱集西煤矿11煤底板巷围岩工程地质条件和巷道变形破坏特征,结合U型钢多段支护特点,构建了U型钢支护支架—围岩承载力学模型,分析了深部软弱岩层条件下U型钢受力特征。通过支架承载能力的计算与校核,获得该条件下U型钢支架弯矩、剪力、轴力的分布特征,确定了应力集中分布的位置,对U型钢支架屈曲变形进行分析。提出了U型钢支护薄弱环节的加强支护方案,即在棚腿中部、肩窝和拱顶梁中部3个关键部位进行锚杆索配纵向钢带梁的支护方法,提高了支架—围岩的整体承载性能,使返修巷道的支护取得了良好的效果。     

单肢冷弯C型钢梁柱节点参数分析

采用有限元软件ANSYS建立了对单肢冷弯C型钢梁柱节点的有限元模型,探讨了槽钢翼缘宽度、螺栓直径和材料屈服强度对节点屈曲荷载和螺栓孔变形的影响。研究表明：槽钢翼缘宽度、节点处螺栓的直径对梁柱连接节点屈曲荷载的影响不大,而材料的屈服强度对连接节点屈曲荷载的影响比较大。同时,试件发生畸变屈曲时螺栓孔变形比较小,一般都小于2．5mm。     

非均匀型顶帮围岩巷道矿用工字钢支架支护

针对非均匀应力作用下矿用工字钢支架支护困难煤巷围岩产生大变形的工程问题,将工字钢支架与巷道围岩间的非均匀支护进行分类;综合数值模拟和理论分析方法对2种类型下工字钢支架的顶梁和侧梁在非均匀受力作用下应力和位移变形特征进行研究,得出:一侧梁不加载时工字钢变形量和承受应力值远大于局部不加载类型;对困难煤巷中工字钢支架合理支护提出控制对策。     

钢框架梁柱弱轴连接翼缘削弱型节点循环荷载作用下的有限元分析

为研究梁柱弱轴连接翼缘削弱型节点的抗震性能,设计了4个翼缘削弱型节点试件和一个普通节点试件,利用有限元软件ABAQUS进行了低周反复荷载作用下的有限元分析,研究了不同削弱深度对翼缘削弱型节点破坏形态、滞回性能、延性性能、承载力的影响。结果表明:翼缘削弱型节点是一种较为理想的延性节点;削弱参数设置合理的翼缘削弱型节点具有较强的延性性能;梁翼缘削弱对试件承载力的影响不能完全忽略。     

软岩巷道支护常见支架结构稳定性研究

以山西潞安化工集团五阳煤矿南岭回风井82采区辅助运输巷某立交段为背景,针对常见11号矿用工字钢支架和现阶段U型棚支护形式进行稳定性研究,采用有限元软件(ABAQUS)进行弹性屈曲分析,通过理论计算进行了轴压稳定性分析,证明了现有U29方案相比11号矿用工字钢支架的优势,为今后软岩巷道支护工程设计提供了一定的参考.     

提升机卷筒法兰结构优化

针对钢丝绳的缠绕方式,测量了6.5 mm钢丝绳在受拉压力作用下的弹性模量。正确地分析了法兰的受力情况,建立了法兰受力分析的三维有限元模型,并得到了实验验证。采用该模型对4.0 mm厚法兰的3种不同加强肋结构进行了计算,在考虑了零件的强度和成形的难易程度后,选取了24根直肋的结构。从而,达到了将法兰厚度从5.0 mm减薄到4.0 mm的目的。正确设计法兰结构,对减轻法兰重量、节省材料和提高提升机的承载能力有着重要的意义。     

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...     

部分包裹混凝土轴压柱的局部屈曲性能

对部分包裹混凝土的H型钢轴压柱翼缘板的局部屈曲性能进行了理论分析。根据小挠度理论,采用迦辽金法计算出了在均匀压力作用下具有刚性支撑的翼缘板的局部屈曲应力,得到了部分包裹混凝土的H型钢轴压柱翼缘板的局部屈曲系数。     

U型钢可缩性支架壁后充填矿压观测研究

通过对“Ｕ”型钢可缩性支架壁后充填矿压观测研究表明：壁后充填使巷道围岩与支架紧密接触,改善了支架受力状况,提高了支架承载能力,巷道维护效果得到改善,巷道断面收缩率仅为２．０５％,是一种比较理想的支护形式,能适应频繁受采动影响的巷道支护。     

分层开采底分层大断面切眼对棚支护技术

厚煤层分层开采中,底分层回采巷道的顶板是上分层工作面的冒落矸石或受顶分层采动影响的破碎顶煤,不宜采用锚杆锚索联合支护,多数情况下需要采用工字钢棚梁配合单体液压支柱的架棚支护方式来维护巷道,特别是断面尺寸较大的切眼支护往往成为底分层回采设计的难题之一。以中煤能源新疆某矿底分层大断面切眼支护为例,依据压力拱理论计算得出了人工支护结构的荷载集度,在此基础上,以棚梁工字钢达到屈服强度为标准,确定了工字钢架棚的合理排距,为现场设计和施工提供了参考依据。     

下分层回采巷道锚梁支护技术研究

利用有限元分析方法,对上分层回采巷道开挖、上分层回采及下分层回 采巷道开挖进行了模拟,得出了内错式下分层回采巷道的合理位置、底层煤体应力分布规律、下分层回采巷道两帮位移特征及破坏过程;钢管混凝土性能试验表明,这种材料具有良好的韧性和承载能力,现场试验表明,下分层回采巷道梁支护技术具有良好的支护效果。     

钢纤维混凝土弧板井壁结构的力学特性

针对深厚表土层煤矿立井井筒支护难题,提出可适用于冻结井筒外层井壁的钢纤维混凝土预制弧板井壁结构。通过模型试验对该种井壁结构的力学特性进行了研究。结果表明：钢纤维可增强弧板井壁结构的韧性,井壁破坏前钢纤维混凝土环向峰值应变达2 200~2 300 με;钢纤维可改善井壁结构的变形和破坏特征,井壁破坏时的最大径向位移可达20 mm以上。利用试验验证的有限元模型对钢纤维弧板井壁进行了极限承载力影响因素的分析,表明混凝土抗压强度与井壁厚径比是承载力的主要影响因素,而钢纤维掺入量对井壁承载力影响较小。最后建立了钢纤维混凝土弧板井壁的极限承载力经验公式。     

基于ANSYS和iSIGHT的桥式起重机主梁结构轻量化设计

使用通用有限元软件ANSYS与多学科优化软件iSIGHT进行集成。以主梁结构的强度、刚度以及主梁腹板和翼缘板的局部稳定性作为约束,以主梁截面尺寸作为优化的设计变量,对桥式起重机主梁结构进行轻量化研究,有效降低了桥式起重机主梁的质量,为结构轻量化研究提供了理论依据和数据支持。