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u型约束混凝土拱架屈服承载力计算方法研究

中国矿业大学学报 2016年第2期45卷 261-271页

作者：李为腾李术才王新王琦李廷春王刚张尹山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室山东青岛266590 山东大学岩土与结构工程研究中心山东济南250061

建立了任意节u型约束混凝土拱架的力学模型,计算分析了径向均布荷载和多点集中荷载作用下的拱架内力.进行了u型约束混凝土构件的纯弯曲试验和不同偏心率下的偏压试验,分析得到了uCC29-C40构件的压弯极限强度承载力计算公式(m-n曲线).基... 详细信息

建立了任意节u型约束混凝土拱架的力学模型,计算分析了径向均布荷载和多点集中荷载作用下的拱架内力.进行了u型约束混凝土构件的纯弯曲试验和不同偏心率下的偏压试验,分析得到了uCC29-C40构件的压弯极限强度承载力计算公式(m-n曲线).基于此提出了u型约束混凝土拱架的屈服承载力计算方法,绘制了完整的计算流程图,进行了算例分析.同时开展了与算例条件基本相同的uCC拱架全尺寸力学试验,结果表明:实测拱架的屈服承载力为1 230kN,屈服承载力理论计算值误差为6.7%,且拱架屈服位置及钢材应变测试规律与内力计算结果吻合.

关键词：巷道支护 u型约束混凝土拱架屈服承载力计算方法试验

深部巷道u型约束混凝土拱架力学性能及支护体系现场试验研究

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中南大学学报（自然科学版） 2015年第6期46卷 2250-2260页

作者：王琦李为腾李术才江贝阮国强王德超张世国刘文江邵行山东大学岩土与结构工程研究中心山东济南250061 安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室安徽淮南232001 山东科技大学土木建筑学院山东青岛266590 兖煤菏泽能化有限公司赵楼煤矿山东郓城274705

针对处于深部、断层构造破碎带等条件下的难支护巷道,提出u型约束混凝土（uCC）拱架新型支护技术。对拱架的承载特性及变形规律等进行数值及室内试验研究,并明确新型拱架失稳破坏的关键部位,综合分析uCC拱架支护体系的作用机制。研究结... 详细信息

针对处于深部、断层构造破碎带等条件下的难支护巷道,提出u型约束混凝土（uCC）拱架新型支护技术。对拱架的承载特性及变形规律等进行数值及室内试验研究,并明确新型拱架失稳破坏的关键部位,综合分析uCC拱架支护体系的作用机制。研究结果表明：uCC短柱具有较好的延性和后期承载能力,极限承载力相对u型钢短柱提高127%~196%;uCC拱架承载能力是对应u型钢拱架的2.16倍;uCC拱架支护体系作为一种新型的三维立体支护体系,围岩控制效果显著,该支护体系下巷道围岩变形量最大为53 mm,仅为u型钢拱架的20.6%,且uCC拱架能够提供高强支护阻力,有效保证支护体系的安全性。

关键词：深部巷道 u型约束混凝土拱架力学性能

不同侧压比荷载下u型约束混凝土拱架全尺寸试验研究

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煤炭学报 2015年第9期40卷 2075-2084页

作者：李为腾李术才王琦杨宁王刚王新邵行山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点试验室山东青岛266590 山东大学岩土与结构工程研究中心山东济南250061

以直腿半圆形uCC拱架为对象,进行了不同侧压比荷载条件下的全尺寸拱架试验研究,从变形破坏形态、承载力、材料应变等方面进行对比分析,掌握了新型拱架的承载特性和屈服失稳机制。拱架受力初期处于线弹性变形阶段,拱架内力呈显著压弯状态... 详细信息

以直腿半圆形uCC拱架为对象,进行了不同侧压比荷载条件下的全尺寸拱架试验研究,从变形破坏形态、承载力、材料应变等方面进行对比分析,掌握了新型拱架的承载特性和屈服失稳机制。拱架受力初期处于线弹性变形阶段,拱架内力呈显著压弯状态,由于部分截面出现了强度破坏而导致拱架整体屈服,而后随持续加载拱架出现整体结构失稳,进而彻底丧失承载能力。uCC29试验拱架在λ=1.0加载条件下整体屈服承载力为1 230 k N,是相同尺寸u36拱架的1.56倍。拱架屈服承载力随侧压比λ(λ≥0.5)呈指数型降低趋势,且拱架变形形态及危险截面位置也受侧压比影响显著。对于直腿半圆形拱架而言,侧压比在一定范围内越小,拱架内力越接近轴压状态,拱架能够承担的荷载也越高。

关键词： u型约束混凝土拱架全尺寸试验承载力屈服失稳机制

矿用u型约束混凝土拱架轴压短柱试验研究及应用

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采矿与安全工程学报 2014年第1期31卷 1-9页

作者：李为腾王琦王德超李术才黄福昌王洪涛张红军邵行山东大学岩土与结构工程研究中心山东济南250061 山东省矿山灾害预防控制国家重点实验室培育基地山东青岛266590 兖矿集团有限公司博士后科研工作站山东邹城273500

为明确最新研发的矿用u型约束混凝土拱架的基本力学性能，设计了u型约束混凝土（uCC）短柱轴压试验方案，从变形破坏形态、荷载-应变曲线、极限承载力及声发射响应特征等方面，分析了其受力性能和变形破坏特性，同时研究了核心混凝土破... 详细信息

为明确最新研发的矿用u型约束混凝土拱架的基本力学性能，设计了u型约束混凝土（uCC）短柱轴压试验方案，从变形破坏形态、荷载-应变曲线、极限承载力及声发射响应特征等方面，分析了其受力性能和变形破坏特性，同时研究了核心混凝土破裂机理。结果表明：uCC短柱呈现整体塑性失稳的破坏形态，对应的N-ε曲线为上升→平缓上升的4阶段形式；uCC短柱具有较好的延性和后期承载能力，极限承载力提高127%-196%，经济性得到提高；声发射活动先后经历了孕育期到消寂期4个阶段。分析得到了每个时期约束混凝土短柱的受力、变形、破坏行为及机理。现场应用效果显示，u型约束混凝土拱架为深部、软岩巷道提供了新型有效的支护形式，控制效果明显优于常规u型钢拱架。

关键词： u型约束混凝土拱架短柱轴压力学性能承载力声发射

深部巷道u型约束混凝土拱架力学性能研究及应用

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深部巷道U型约束混凝土拱架力学性能研究及应用

作者：李智山东大学

学位级别：硕士

深部软岩巷道支护一直是矿山领域的重要难题之一,本文针对深部软岩、构造破碎带等难支护巷道,提出了u型约束混凝土拱架新型支护技术,在通过室内试验和数值模拟对短柱的轴压力学性能等研究的基础上,采用数值模拟与现场试验相结合的方法... 详细信息

深部软岩巷道支护一直是矿山领域的重要难题之一,本文针对深部软岩、构造破碎带等难支护巷道,提出了u型约束混凝土拱架新型支护技术,在通过室内试验和数值模拟对短柱的轴压力学性能等研究的基础上,采用数值模拟与现场试验相结合的方法对拱架的承载能力、受力特性、变形特征及规律等力学性能以及工程应用中拱架的围岩控制效果进行了研究。本文主要进行了如下工作： 1.短柱力学性能室内试验研究。通过对u型钢以及u型约束混凝土（uCC）短柱进行轴压静力加载试验,对两种类型短柱的失稳破坏模式、承载能力以及变形破坏规律进行了研究,并采用声发射技术对u型约束混凝土短柱中的核心混凝土在加载过程中的破裂机制进行了分析。 2.短柱力学性能数值模拟研究。建立了u型约束混凝土轴压短柱的非线性有限元模型并验证了其合理性;在此基础上,考虑短柱的封板厚度、混凝土强度两个参数的变化,回归计算得到uCC29短柱的极限承载力计算公式,并建立相应的经济性评价指标,结合截面应力集中系数的分析,为uCC拱架的应用选型提供定量评价指标。 3.拱架三维有限元数值模拟研究。通过建立u型约束混凝土拱架的加载试验数值模型,研究分析了3类u型约束混凝土拱架在均布加载作用下的承载能力、受力性能、变形特征与规律等特性。同时,结合赵楼煤矿典型地质条件,对u型约束混凝土拱架在围岩压力下的变形特点和失稳破坏模式进行了数值模拟研究,同时根据数值计算结果,通过对3类拱架的承载性能和经济性进行综合对比分析,对u型约束混凝土拱架进行了优选。 4.拱架现场试验研究。针对赵楼煤矿二集轨道下山巷道特点,设计了u型约束混凝土拱架支护方案,并进行现场试验研究,通过现场监测,对u型约束混凝土拱架的围岩控制效果进行了分析。

关键词：深部软岩巷道 u型约束混凝土短柱拱架力学性能

深部巷道u型约束混凝土拱架力学性能研究及破坏特征

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工程力学 2016年第1期33卷 178-187页

作者：李术才王新王琦李为腾王富奇杨为民山东大学岩土与结构工程研究中心山东济南250061 兖矿集团有限公司博士后科研工作站山东邹城273500 山东科技大学土木工程与建筑学院山东青岛266590

为深入研究u型约束混凝土拱架的力学性能及破坏特征,以直腿半圆形拱架为例,考虑荷载、侧压力系数、节点刚度比、截面刚度、高-径比等影响因素,建立任意节数的u型约束混凝土拱架的力学模型,得到直腿半圆形拱架理论计算方法。综合分析了u... 详细信息

为深入研究u型约束混凝土拱架的力学性能及破坏特征,以直腿半圆形拱架为例,考虑荷载、侧压力系数、节点刚度比、截面刚度、高-径比等影响因素,建立任意节数的u型约束混凝土拱架的力学模型,得到直腿半圆形拱架理论计算方法。综合分析了u型约束混凝土拱架的力学性能及破坏特征,开展地下工程约束混凝土拱架1∶1室内力学试验,结合理论计算、数值试验和实体比例室内试验,证明了任意节数u型约束混凝土拱架理论计算的正确性。研究表明:内力受荷载、侧压力系数和高-径比的影响较大;理论计算中内力最大的两个部位为直腿3/4高度位置和拱顶位置;在均压情况下,直腿半圆形拱架的变形形态为"拱顶上升,拱腿内敛,整体变瘦高"。研究成果可为深部巷道u型约束混凝土拱架力学性能及破坏特征研究提供理论和试验依据,为现场工程设计实践提供指导。

关键词： u型约束混凝土拱架内力计算数值试验实体比例室内试验

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基于价值分析法的u型约束砼拱架参数决策

工业安全与环保 2015年第9期41卷 31-33,96页

作者：朱超祁邢聪聪王琦李为腾邵行王新中国海洋大学环境科学与工程学院山东青岛266100 山东大学岩土与结构工程研究中心济南250061 武汉大学经济与管理学院武汉430072

为确定u型约束砼拱架的最佳混凝土强度与封板厚度,借助Abaqus软件进行数值模拟、Matlab软件进行数据分析,得到其功能性指标和成本性指标,并将价值分析法运用其中以解决参数决策问题。结果表明,封板厚度对拱架功能性指标和成本性指标的... 详细信息

为确定u型约束砼拱架的最佳混凝土强度与封板厚度,借助Abaqus软件进行数值模拟、Matlab软件进行数据分析,得到其功能性指标和成本性指标,并将价值分析法运用其中以解决参数决策问题。结果表明,封板厚度对拱架功能性指标和成本性指标的影响程度比混凝土强度对其影响程度大;混凝土强度对每米材料造价所能提供承载力的影响程度要比封板厚度对其影响程度大;在保证安全前提下,应提高混凝土强度或减小封板厚度。

关键词： u型约束混凝土拱架价值分析法参数决策

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封板与砼参数对u型约束砼拱架的影响研究

工业安全与环保 2015年第8期41卷 1-3页

作者：朱超祁王琦李为腾邵行王新山东大学岩土与结构工程研究中心济南250061 中国海洋大学环境科学与工程学院山东青岛266100 兖矿集团有限公司博士后科研工作站山东邹城273500

为研究封板厚度与混凝土强度对矿用u型约束砼拱架的影响规律,设计了u型约束砼短柱轴压模拟方案。从短柱破坏形态、应力应变曲线、极限承载力等方面进行对比分析,结果表明,封板厚度、混凝土强度均对试件应力应变曲线基本特征、弹性模量... 详细信息

为研究封板厚度与混凝土强度对矿用u型约束砼拱架的影响规律,设计了u型约束砼短柱轴压模拟方案。从短柱破坏形态、应力应变曲线、极限承载力等方面进行对比分析,结果表明,封板厚度、混凝土强度均对试件应力应变曲线基本特征、弹性模量无明显影响,但提高混凝土强度、增加封板厚度可以提高试件弹性极限值与极限承载力。

关键词：拱架 u型约束混凝土深部软岩巷道有限元分析