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。     

煤矿巷道直墙半圆拱形波形钢腹板支架稳定承载性能

将新型波形钢腹板支架用于煤矿巷道金属支架结构中,采用试验研究和有限元数值模拟分析相结合的方法,研究波形钢腹板支架结构的稳定承载性能。设计了2榀直墙半圆拱形波形钢腹板支架的模型试验,得到支架的失稳破坏形态、应变与位移发展规律,并分析了波形钢腹板翼缘厚度变化对支架承载力的影响程度。结果表明:波形钢腹板支架破坏形态为整体非对称失稳,支架翼缘厚度由12 mm增加为16 mm时,即增幅为33%,支架的承载力提高27. 38%,表明翼缘厚度对支架的承载性能有显著影响。试验结果与有限元分析结果吻合良好,验证了有限元模型的正确性。同时采用有限元方法对用钢量基本相同的矿用工字钢支架和波形钢腹板支架进行对比,结果表明:波形钢腹板支架承载力比矿用工字钢提高了31. 68%,其变形约为矿用工字钢的4/5。通过数值模拟分析波形钢腹板支架截面各参数对支架弹性和弹塑性屈曲荷载的影响,发现腹板高度和厚度是较敏感参数;并比较了波形钢腹板支架和矿用工字钢支架分别在静水压力作用下、垂直单向应力作用下和垂向力为主的荷载作用下的支护性能,发现在相同的用钢量情况下,波形钢腹板支架具有较高的抗剪承载力,在高厚比很大的情况下不容易发生屈曲,且翼缘用钢量集中,使得截面的抗弯和轴压稳定承载力也大幅度提高,故它在各种荷载状态下的变形量均小于矿用工字钢支架,其支护效果优于矿用工字钢支架。     

波形钢腹板支架结构与围岩的相互作用分析

为了解决深部地区巷道的支护问题,通过有限元数值模拟分析了单一岩性圆形断面、极软岩层复杂岩性圆形断面、高应力复杂岩层直墙半圆拱断面3种工况下,波形钢腹板金属支架联合支护结构与围岩的相互作用问题。3种岩性工况下,相对仅锚杆(锚索)支护的情况,波形钢腹板联合支护对巷道的变形有明显的改善效果。与此同时,还分析了在3种岩性下,考虑支架与围岩相互作用与否时支架的内力图。分析结果表明:不考虑相互作用的情况时支架的内力大于考虑相互作用时的内力,这是由于考虑相互作用后,围岩与支架会共同承担压力,且围岩的应力重分布也会对支架的受力产生一定的影响。     

U型钢支架接头摩擦性能及优化实验研究

U型钢支架接头摩擦性能是影响U型钢支护性能的重要因素之一,在冲击地压载荷作用下,常因接头处U型钢与卡缆的摩擦关系差,导致U型钢支架的承载力远未达到理论承载力,支架便发生结构失稳破坏。通过自制的摩擦性能测试装置对不同材料间的摩擦性能进行测试,得到不同预紧扭矩条件下钢板与钢板、钢板与软金属板、钢板与橡胶板间相互滑动过程中的摩擦力以及摩擦因数变化规律,结果表明:在轴向压力作用下,钢与钢间摩擦力达到最大静摩擦力后将突然降低,造成接头处承载力发生突降,不利于支架稳定;钢与软金属间发生滑动时,承载力变化比较平稳;钢与橡胶间发生滑动时,随着滑动距离的增加,摩擦力持续降低,且波动较大;钢与软金属间的摩擦因数要大于钢与钢、钢与橡胶间的摩擦因数,在接触面间相对滑动位移相等的条件下,使得接头处吸收的能量更多。研究表明在O型棚支护接头处垫放软金属板,可有效提高接头处的摩擦性能,提高U型钢支架的承载力和抗冲性能。     

波形钢腹板连续梁桥收缩徐变效应研究

波形钢腹板作为一种新型钢-混组合结构,混凝土收缩徐变使其结构受力状态更为复杂。以某波形钢腹板连续梁桥为研究对象,结合现有收缩徐变理论,采用有限元分析软件Midas FEA建立了精细化三维有限元数值分析模型,对波形钢腹板组合梁桥的收缩徐变效应进行了相关研究。研究结果表明:收缩效应对波形钢腹板组合梁的影响较徐变效应大,占主导地位;随着混凝土龄期的增加,收缩徐变效应越大;混凝土收缩徐变效应对边跨波形钢腹板剪切应力影响相对较大,而对中跨的影响可以忽略。     

大跨径波形钢腹板组合箱梁桥收缩徐变影响因素分析

以伊朗某高速公路BR-06L/R特大桥为工程背景,通过MIDAS FEA建立波形钢腹板组合箱梁桥三维有限元模型,对比各国规范收缩徐变的效应,研究环境相对湿度、混凝土加载龄期、持续加载时间、混凝土强度等级以及桥墩高度对波形钢腹板组合箱梁桥收缩徐变的影响。研究结果表明:我国规范JTG 3362—2018《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》计算得到的波形钢腹板组合箱梁桥的收缩徐变效应较为适中;环境相对湿度对波形钢腹板组合箱梁桥的收缩徐变效应影响较大;波形钢腹板组合箱梁桥建议使用C55及以上高强混凝土,可以较大幅度减小结构由于收缩徐变产生的挠度;波形钢腹板连续刚构桥所产生的收缩徐变效应大于波形钢腹板连续梁桥。     

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。     

深部高应力破碎巷道钢管尾砂支架支护技术研究

为解决深部高应力破碎巷道难支护、矿山尾砂污染环境、利用渠道匮乏等问题,以锦丰金矿30中段水仓作为工程背景,在分析巷道变形特征基础上,提出以尾砂为主要填充材料的钢管尾砂支架。通过数值试验分析钢管尾砂支架、钢管混凝土支架和U型钢支架的承载性能,试验表明：同一侧压力系数条件下,钢管尾砂支架受力大致与U型钢支架相同,约为钢管混凝土支架的两倍,变形量相比于U型钢支架降低了10%～30%。在工程实践中,基于3种类型支架的支护方案,在支护完成45天后,围岩逐渐稳定,变形量没有明显地增加,巷道围岩稳定性得到有效控制。     

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...     

动力荷载对波形钢腹板连续梁桥应力影响研究

波形钢腹板PC组合连续梁桥被广泛应用于我国桥梁建造中,然而目前针对波形钢腹板应力的研究主要以静力均布车道荷载为主。为研究移动车辆荷载过桥的动力效应,本文依托四川平武涪江特大桥,通过有限元动力分析计算移动车辆荷载下桥梁的动力挠度及振动响应,同时利用频谱分析桥梁纵向动应力的大小及分布情况,讨论车速及车辆编组对波形钢腹板PC桥梁动应力的影响。结果表明：多跨桥梁结构不同跨主梁的竖向动力响应与其对应的竖弯基频紧密相关;当车速为40～80 km/h时,桥梁结构动力位移和加速度响应符合实际规律;车辆加载频率占桥梁振动响应的主导作用,当车辆行驶至主跨跨中截面附近时,主梁纵向动应力响应出现最大值。     

冲击地压矿井巷道U型钢支护极限承载能力研究

煤矿巷道围岩的冲击破坏程度与支护形式密切相关,探究冲击地压矿井巷道U型钢的极限承载能力,是研究深部煤炭资源安全开采的重要课题,对矿井冲击地压的防治具有重要意义.本文以义马煤田典型冲击地压矿井为工程背景,建立均匀围压条件下U型钢支护变形的力学模型,给出U型钢变形量的解析解,对比分析均匀和不均匀荷载作用下U型钢和巷道的变形...     

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。     

高原软岩巷道变形机理及支护实践

通过对江仓矿区四井田3723回风石门巷道变形机理的分析,提出了锚网+U形钢联合支护,既能适应高原软岩大变形,又具备较高的承载能力。通过提前打钻疏放水,可以从根源减弱巷道围岩变形,达到控制效果。现场实测分析表明,应用该技术能够有效保持回风巷围岩稳定。     

大断面软岩斜井高强度钢管混凝土支架支护技术

查干淖尔矿主斜井泥岩段围岩变形量大,速度快,巷道支护困难,结合主斜井泥岩段膨胀性软岩的工程地质条件和围岩变形特征,并结合主斜井泥岩段的巷道围岩变形特点,设计了高强度钢管混凝土支架支护方案,其中,巷道断面采用马蹄形,钢管混凝土支架主体钢管选用194 mm×10 mm无缝钢管,充填C40钢纤维混凝土,辅助金属网支护和混凝土喷层支护。通过数值分析可知,主斜井泥岩段开挖后及时施加钢管混凝土支架支护方案,钢管混凝土支架承载能力大,能够提供强大的支护反力,限制巷道围岩向巷道空间的移动,保证巷道围岩稳定和支护结构可靠。通过巷道施工和现场监测分析可知,大断面软岩巷道高强度快速支护方案易于施工,能够维持主斜井泥岩段软岩巷道围岩的稳定。     

组装式可缩U型钢支架组在凿岩巷支护中的应用

赞比亚谦比希铜矿主矿体崩落法采区凿岩巷位于矿体下盘的含矿板岩和下盘砾岩交界处,巷道围岩受涌水量大、矿岩破碎、地应力大等影响稳定性很差。生产实践表明,常规支护方法不能保证凿岩巷的稳定和安全。通过理论分析和试验,探索开发了适合凿岩巷支护的改进的U型钢支架组支护方式。介绍了组装式可缩U型钢支架组支护方法、支护参数、特点、支护工艺、施工要点和井下现场应用情况,对产生的经济和安全效益进行了分析。     

高应力厚硬顶板巷道支护优化与应用

为解决耿村矿高应力厚顶板回采巷道变形严重与维护难的问题,采用现场调查的方法研究了巷道围岩变形特征,采用理论分析的方法分析了巷道围岩变形的原因,提出了符合该矿高应力厚顶板巷道的“高预应力锚网喷+注浆+U型钢支架”的支护方案。高预应力锚网喷维护浅部围岩稳定并调动深部围岩承载能力,注浆封闭巷道围岩裂隙并增强巷道围岩整体稳定性,U型钢支架提高支护的承载能力。实践表明,优化方案对高应力厚顶板巷道围岩控制效果良好,保证了巷道的正常使用。     

可缩性金属支架的计算理论

Ｕ型钢可缩性金属支架是煤矿巷道中常用的支护形式。然而，其计算通常按不可缩金属支架进行，以致于可缩性金属支架的计算、设计常有不准确性及盲目性。本文根据地下结构的特点，着重对可缩性金属支架的搭接段进行力学分析，并提出了在支架内力计算中搭接段的处理方法；分析了支架缩动引起的形状变化及支架由于缩动而产生的残余内力的计算，从而建立了可缩性金属支架的计算理论。     

Research on U-steel yieldable support with backfill technology in rock roadway

The loading on U-steel yieldable support cannot be organically combined with the law of strata behaviors from the surrounding rocks of roadway. In order to effectively solve the problem, U-steel yieldable support with backfill material and the performance requirements of backfill material were analyzed on the basis of structural mechanics. The mechanical properties of backfill material selected were tested in the laboratory, and the test results show that the ratio of the backfill material complies with the requirements of backfill technology; it can effectively optimize the relationship between the support and the surrounding rock, and the filling layer can avoid the partial stress concentration and fully improve the support performance. Compared with U-steel yieldable support with gangue filling, the filed application shows that the supporting result of U-steel yieldable support with backfill technology is satisfactory, the stress on U-steel yieldable support with backfill technology decreases greatly and distributes uniformly, convergence of the surrounding rock of roadway is decreased by more than 50%, and the surrounding rocks of roadway are controlled effectively.     

U型钢可缩性支架壁后充填应力分散技术研究

在无法使用主动支护的高应力软岩巷道中,U型钢可缩性支架是一种有效和成熟的支护方式,但是围岩性质复杂时,U型钢可缩支架的承载与围岩的作用无法有机的结合起来,造成U型钢的支架局部应力集中,致使U型钢支架局部屈服而U型钢支架整体失稳,使用U型钢可缩支架壁后充填技术改善了与围岩的关系,阻止了局部应力集中,使U型钢均匀承载,较充分发挥U型钢的支护性能。文章通过阐述U型钢支架失稳机理解释了壁后充填技术的科学性,并介绍了在应用中的实际效果。