钢管混凝土支架力学性能的研究

作     者：罗许林 

作者单位：河南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：常旭

授予年度：2015年

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

主      题：钢管混凝土支架 试验测试 数值模拟 载荷-位移曲线 可缩性 

摘      要：软岩巷道的变形控制是世界采矿工程的难点,软岩巷道变形量大且需要较长的时间才能稳定,故而可缩性支架因具有独特的缩变能力在软岩巷道得到广泛的应用。然而传统的可缩性支架在实际工程中暴露出越来越多的问题,如因强度承载能力明显不足而发生破坏,另外,依靠连接件产生摩擦-滑动来实现支架可缩性不仅实践中操作复杂,而且可靠性也难以保证。因此,本文针对性提出以多孔金属接头为受力构件的新的可缩性机理的高强支架-可缩性钢管混凝土支架。本文采用数值模拟和试验验证相结合的方法。以适用于深部软岩巷道的圆弧形可缩性钢管混凝土支架的力学性能为研究对象,对以下内容展开研究:(1)基于混凝土塑性损伤模型和钢管双线性强化模型,利用有限元软件ABAQUS建立钢管混凝土支架模型,并对该数值模型进行试验验证。对比分析数值模拟与试验的载荷-位移曲线及破坏形态,两者的载荷-位移曲线及破坏形态基本吻合,说明数值模拟可信。在此基础上计算机扩展分析钢管壁厚、支架曲率、支架的含钢率、钢管和混凝土接触关系、钢管和混凝土摩擦系数等参数对支架载荷-位移曲线的影响规律。结果表明:支架的承载力随着钢管壁厚的增加,混凝土强度的增高,支架半径的减小,摩擦系数的增大而增大,且支架的接触关系为绑定时的承载力大于接触关系为摩擦时的承载力。(2)研究多孔金属接头的缩变特性。包括金属接头的孔洞率、孔洞形状、孔洞排距及行距、接头尺寸等参数对接头在承载过程中荷载-变形曲线的影响规律。结果表明:多孔金属接头的承载力随着孔洞率的减小、行距或列距的增大、接头尺寸的增大、材料弹性模量和泊松比的增大而增大。(3)研究可缩性钢管混凝土支架的力学性能。建立可缩性钢管混凝土支架模型,对可缩性钢管混凝土支架进行计算机模拟分析,包括对可缩性钢管混凝土支架中接头的孔洞率、接头的行距、列距、钢管的壁厚、混凝土强度、钢管和混凝土之间摩擦接触系数等参数进行模拟,得到支架的相关参数对其荷载-位移曲线的影响规律。结果表明:随着支架中多孔金属接头孔洞率减小,行距或列距的增大,支架的承载力变大。随着支架钢管壁厚的增加、混凝土强度的提高、钢管和混凝土之间摩擦系数增大,支架的承载力增大。