尾矿库框架式排水井拱板管理现状及结构安全提升措施

尾矿库框架式排水井拱板事故频发,极大地影响了矿山企业的正常生产。在全面分析拱板在施工、安装及运行等环节安全隐患的基础上,对现有监管措施进行总结。在此基础上,从结构安全角度,针对现行拱板所存在的受力模型易改变、承载能力偏低、易松动脱落、易引发立柱继发垮塌等结构弱点,提出拱板结构安全升级的一系列措施,可为框架式排水井安全管理提供有益支撑。     

框架单元板式无碴轨道结构静力研究

本文通过建立刚性基础上的二重梁板结构有限元模型,首先分析了框架单元板结构型式的受力状况,进而就框架单元板从轨道刚度(扣件系统刚度、CA砂浆弹性模量)分析了对轨道板受力的影响,得出结论以便更好的指导工程设计。刚性基础之上的板式轨道当荷载作用在板端第一组扣件上时,轨道板纵向正弯矩最大;荷载作用在板中扣件上时轨道板的横向弯矩最大。从改善轨道板的受力状况来考虑,应适当降低扣件系统刚度,增加CA砂浆弹性模量。     

近地表条件下平斜井巷道衬砌结构研究

由于巷道围岩力学性质不佳、初期支护所采用的衬砌截面较薄等因素,处于不良地质条件下的巷道在二次支护之前经常会产生变形,既影响施工进度,又危及施工人员安全。基于上述问题将近地表条件下巷道初期支护衬砌结构简化为两铰拱,利用结构力学原理推导了拱脚为活动铰半圆拱拱圈弯矩及轴力计算公式。以新疆伊犁煤矿一号矿井回风井为工程背景,采用FLAC3D软件对伊犁煤矿巷道开挖后的初期支护进行数值模拟。结果表明衬砌厚度、围岩级别对衬砌半圆拱内力分布有很大影响：当衬砌厚度及围岩强度级别都减少时,半圆拱拱脚处弯矩及轴力呈同步下降的趋势|半圆拱弯矩最大值在衬砌拱脚厚度为拱顶厚度1～1.5倍之间波动最为剧烈,在衬砌拱脚厚度进一步增长后趋于平稳。当衬砌厚度不足、围岩强度水平较低时,围岩弹性抗力对半圆拱拱脚轴力影响更大,表明活动铰计算方法更适合此种力学环境下的内力计算。     

钢管拱面内非对称加载试验

进行了钢管拱面内非对称加载全过程试验。试验结果表明,钢管模型拱截面抗弯刚度小,受力过程弯曲变形较大。模型拱截面在受力全过程以弯矩作用为主,轴力较小,轴力与挠度交互作用的几何非线性影响较小。结构破坏属于以材料非线性影响为主的二类稳定问题。结构破坏时,塑性区域的分布较广,应力重分布现象明显,其极限承载力不能采用极限状态法。图6,表1,参6。     

冲击载荷作用于掩护梁对液压支架的影响分析

为研究液压支架掩护梁受到冲击载荷之后对支架运动趋势、受力状态以及掩护梁结构的影响,利用多体动力学分析软件ADAMS建立支架的数值仿真模型。模型中掩护梁通过Hypermesh前处理软件进行柔性化设置,立柱与平衡千斤顶由弹簧阻尼系统等效替代,其中立柱刚度设置为变刚度,支架初撑力由立柱等效弹簧预载荷提供,顶板压力采用某静载荷垂直施加于顶板上方,直接顶和基本顶岩块垮塌砸落于掩护梁所产生的冲击载荷由某阶跃载荷进行模拟。基于上述模型,分析了冲击载荷作用于掩护梁不同位置时,顶梁水平前移变化、顶梁与顶板接触力变化、各处铰接点力变化以及掩护梁应力变化,结果表明,载荷作用位置不同所引起支架的各种变化趋势也不同。这可以对支架的稳定性控制和结构强度设计提供参考。     

琼州海峡海底隧道混凝土管片内力分布特征数值模拟

在盾构隧道混凝土管片的设计中,管片截面内力的计算是重要的一环。为了研究水土合算和水土分算模型对管片截面内力的影响,以琼州海峡海底隧道为研究背景,利用ANSYS软件建立了管片的等刚度圆环模型、铰接模型和梁-弹簧模型,并通过水土合算和水土分算两种方法计算研究了管片的内力特征。研究表明,两种计算方法的弯矩差异很大,轴力差异较小,水土合算的最大弯矩比水土分算大2.2～2.9倍,轴力比水土分算大11%～16%。数值模拟了水土分算模型下覆水深度对混凝土管片内力的影响,研究表明当覆水深度从40 m增加到120 m时,混凝土管片的最大弯矩增加了4.0%,最大轴力增加了51.4%,管片的轴力相对于弯矩受水压影响较大。     

基于变模量本构模型的三维地基沉降计算分析

对于地质条件复杂的基础工程,传统的解析方法难以获得合理的地基沉降和应力结果,此时数值方法的可靠性显得尤为重要,而数值方法的关键是选择合适的本构模型。为此,选择参数少且较易准确获取的变模量本构模型,通过二次开发将其嵌入到FLAC3D中,依托荔湾大厦基坑工程,分析了大面积、大荷载、复杂地质条件下基底沉降、应力及底板弯矩分布特征,并与弹性本构模型结果和实测沉降值进行对比,证明变模量本构模型在三维地基沉降分析中的优越性和适用性。同时分析了基础形状、刚度、荷载大小和地层条件等对地基沉降和应力分布特征的影响。所得结论主要有：(1)复杂地质条件下,基于变模量本构模型所得三维地基沉降结果与实测结果吻合较好;(2)基础刚度或荷载较大时,弹性本构模型因无法考虑屈服后的应力释放问题,所得基底应力端部集中显著,结果失真,所获得的底板弯矩也过大,这容易造成地基承载可行性和基础结构可靠性的误判。变模量本构模型模量随应力水平实时调整,可有效模拟端部应力释放,可以提供较合理的地基沉降和应力分布结果;(3)对于不等厚不均匀地层,其沉降和应力分析时应避免采用弹性本构,确保工程评估的准确性。     

平直与水平凹形边坡力学结构及稳定性对比研究

为了研究平直和水平凹形边坡稳定性差异的内部机理,以简支梁结构和两铰拱结构为基础模型,建立了平直和水平凹形边坡的整体力学模型,推导出端帮结构中的轴力、剪力和弯矩等基本力学参数计算公式,揭示了整体力学结构差异对稳定性的影响关系。通过建立边坡分析的三维模型,研究了平直与水平凹形边坡对稳定性的影响,结果表明:水平凹形边坡的曲面拱形结构能够有效缓解剪应力的集中分布,降低边坡失稳的风险,其稳定性优于平直边坡;内排跟进缩小坑底宽度能够有效提高端帮边坡稳定性;平直和水平凹形边坡稳定性随边坡角的增大均呈现线性递减;随着边坡高度的增加,水平凹形边坡相比平直边坡稳定系数增加的幅度逐步减小。     

矿用无轨胶轮车铰接结构研究

某矿用蓄电池无轨胶轮车在使用过程中频繁出现铰接结构异响，经过一段时间重载运行，铰接销轴螺栓剪断，并且前后机架出现明显的前后窜动。通过建立数学模型和动力学模型对铰接结构进行受力分析，发现关节轴承存在内外圈抱死而导致销轴与机架发生转动的现象，铰接销轴的螺栓受力过大，从而出现铰接结构异响和螺栓剪断的现象；在不改变机架结构的基础上通过增加刚度匹配和减小应力集中对铰接轴安装方式进行了优化，并加厚铰接耳板结构。经实践检验使用良好，未再次出现异响和螺栓剪断的事故，为铰接结构的设计和安全评估提供了依据。     

不同顶板压力作用下特大采高液压支架受力分析

为研究液压支架在不同支护高度和不同顶板压力下力传递特性,利用动力学仿真软件Adams建立液压支架仿真模型,其立柱和平衡千斤顶采用弹簧阻尼系统等效代替。通过对不同支护高度的液压支架分别施加不同大小载荷,分析了不同支护高度和不同顶板压力对液压支架各铰接点、立柱和平衡千斤顶受力的影响。     

刮板输送机铲板槽帮端部的可靠性分析

为了改进刮板输送机铲板槽帮的设计、提高设备可靠性,建立了铲板槽帮端部及哑铃销的三维几何模型,并针对模型的机械强度进行了有限元分析。分析得到了铲板槽帮端部的应力分布情况,并算出了铲板槽帮端部的安全系数。     

深基坑支护结构中圆拱的弯矩计算式

深基坑支护结构中的圆拱,在均布径向土压力作用下的弯矩计算,目前尚无实用的计算式或计算表.利用圆拱以及均布径向土压力的特殊性,对圆拱进行曲线积分,得到了弯矩的简明又精确的计算式.双铰圆拱的y轴向的支反力为prsinα,x轴向的支反力为prcosα,弯矩为零.无铰圆拱的弯矩为2p2sin2α(coSθ-sinα/α)/[α(α+sin2α/2)].     

冻结井筒高强混凝土弧板外壁内力算法研究

根据盾构法隧道衬砌内力的设计原理,针对装配式高强混凝土弧板外壁的受力特性推导出了冻结井筒高强混凝土弧板外壁内力分别按自由变形均质圆环法、弹性铰法及山本稔法的计算公式,并给出了计算实例。     

液压支架用安全阀控制特性研究

根据液压支架用安全阀的工作原理和工况环境,对安全阀的控制模型进行分析,通过对O形圈压缩率、弹簧刚度、弹簧座组件质量等因素对比,分析了其对安全阀的控制特性影响;综合分析了液压支架立柱系统在突变载荷状态下安全阀和立柱系统特性,提出了在安全阀设计过程中必须兼顾立柱容积和安全阀响应特性的方法。     

多跨连续桁架滑动支座设置分析

为了了解三跨连续桁架仅进行单跨计算能否满足实际工程要求,采用三跨连续桁架仅端部设一个滑动支座(模拟实际工程)和每跨均设一个滑动支座(模拟单跨计算)的两个模型进行计算。结果表明,在恒+活荷载作用下,两个计算模型桁架内力无明显差别;在温度荷载作用下,仅有一个滑动支座模型近固端下弦杆产生很小轴力,但中间钢柱产生较大的剪力及底部弯矩,设计中应予以考虑。     

冻结井预制弧板井壁接头刚度模型

研究了影响冻结井预制弧板井壁变形特性的接头刚度.将接头垫层受力特性抽象为若干弹簧,通过力学平衡条件和合理的简化,建立了接头刚度理论模型;考虑到工程应用实际,推导了接头刚度工程实用简化公式;通过理论计算与试验结果的对比,验证了冻结井预制弧板井壁接头刚度模型的合理性.     

高应力软岩巷道全长锚固玻璃钢锚杆受力特征研究

针对高应力软岩巷道全长锚固玻璃钢锚杆受力特征及失效问题,采用FLAC3D软件对软岩巷道中同断面不同安装部位玻璃钢锚杆轴向和横向受力特征及其随支护时间的变化规律进行分析。结果表明:软岩巷道顶板和两帮处锚杆主要受轴向拉伸作用,而拱肩和底角处锚杆受到轴向拉伸和横向弯曲的综合作用。随着支护时间的增长,顶板和两帮处锚杆轴力增大明显,但锚杆弯矩较小;而拱肩和底角处锚杆除轴力增大外,其弯矩变化也较大,锚杆弯矩呈现先增大后减小的规律,且弯矩较大的部分主要集中在靠近临空面的外端部,易使锚杆受到横向弯曲的影响而发生弯拉失效。研究结果与现有文献理论研究及现场试验结果相吻合,能为高应力软岩巷道中玻璃钢锚杆及其他黏结式锚杆支护设计和参数优化提供理论指导。     

拱梁组合体系预应力混凝土连续板拱桥结构分析研究

某桥梁上部结构为13.6+30+ 13.6 m拱梁组合体系的三跨预应力混凝土连续板拱桥.该桥的特点是将拱的水平推力由设置于连续板中的预应力束承担,由此组成拱梁组合体系.由于该桥结构特殊且受力情况复杂,为此建立了有限元模型,并对计算结果进行了分析.结果表明:该桥结构安全、稳定,对地形地质条件适应性好,但易受温度、差异沉降影响,应采取一定构造措施并在施工及运营期间加强监测.     

CRTSⅡ型板式无砟轨道桥梁台后倒T型和双柱型锚固体系的对比研究

以CRTSⅡ型板式无砟轨道桥梁台后锚固体系(工程实践被称为端刺)为研究对象,以双柱型端刺和倒T型端刺为例,对台后锚固体系进行了研究。利用ANSYS有限元软件建立了锚固体系的纵横垂向空间耦合静力学分析模型,对其进行受力变形分析。模型中综合考虑桥梁与底座板、轨道板与底座板、底座板与台后锚固体系的相互作用关系,荷载形式以温度力、制动力为主。研究在相同受力下,过渡段换填前后的影响,以及在相同制动力和温度荷载条件下,双柱型端刺和倒T型端刺的受力性能,结果表明下部结构的刚度对上部结构的位移、应力有较大的影响,且随温度变化,从主端刺到小端刺,纵向位移逐渐减小,倒T型端刺抵抗纵向变形能力优于双柱型端刺。     

冲击载荷下薄煤层支架立柱系统的动态仿真分析

针对薄煤层开采时,液压支架承受顶板冲击载荷容易失效的情况,以ZY2100/08/15为例,运用AMEsim软件建立其液压模型。仿真、分析了薄煤层支架立柱系统在承压、静载冲击及动载冲击下,不同安全阀流量、弹簧预紧力以及弹簧刚度、阀芯质量对系统性能的影响。