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双层钢板高强混凝土弧板支架受力机理与承载力研究

作 者: 王璨
导 师: 程桦
学 校: 安徽建筑工业学院
专 业: 结构工程
关键词: 软岩支护 非均匀荷载 双层钢板高强混凝土弧板支架 结构承载力
分类号: TU398.9
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 8次
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内容摘要


经过大规模的开发,开采条件较为优越的煤炭资源已近于枯竭,矿井的开采逐步向纵深发展。随着开采深度的增大,必将会给采矿带来一系列新的问题,如地压增大,围岩固结成岩作用不强烈,力学性质差、围岩变形量显著增大、巷道翻修量剧增,普通支护结构难以支护等问题。巷道支护效果的好坏将直接影响采矿的高产高效及安全,它已成为深部开采能否顺利进行和能否实现高效高产的主要制约因素之一。本文针对顾桥矿南翼-780m胶带机大巷和轨道大巷所需穿过的高应力软岩带,提出了采用双层钢板高强混凝土弧板支护结构,并通过理论分析、模型试验研究和ANSYS数值分析的方法对该支护结构在外荷载作用下的应力-应变特征和承载力行了研究。首先,应用管片理论分析了柔性接头对弧板支护的有利影响,并根据极限平衡条件推导出弧板支架的极限承载力;其次,根据相似理论,推导出了弧板支护模型的相似准则,通过模拟实验分析了弧板支护结构的应力一应变特征;然后,应用有限元计算软件ANSYS对弧板支护结构进行了数值计算,计算结果与模拟实验测得的数据吻合良好,说明用ANSYS软件对弧板支护结构进行分析是正确的,计算分析了弧板支护结构在均匀和非均匀荷载作用下破坏机理及极限承载力和结构承载力各主要影响因素的大小。分析结果表明混凝土强度对弧板支架极限承载力影响显著,提高混凝土强度等级是提高此类支护结构承载力最可行及有效的方法。以上研究结果表明,双层钢板高强混凝土弧板支护结构不仅具有很高的承载能力,而且还具有一定的柔性,是高应力软岩支护的理想结构型式之一。本论文在双层钢板高强混凝土弧板支护结构上的研究成果,为今后科学、合理、经济的设计软岩巷道提供了一定的依据。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
插图清单  10-13
附表清单  13-14
第一章 绪论  14-24
  引言  14-15
  1.1 问题的提出  15
  1.2 软岩巷道支护理论及国内外发展状况  15-20
    1.2.1 软岩的分类  15-16
    1.2.2 国外巷道支护发展概况  16-17
    1.2.3 我国软岩巷道支护研究现状  17-19
    1.2.4 软岩巷道的破坏特征  19-20
  1.3 高强混凝土发展概况  20-21
  1.4 研究内容  21
  1.5 研究方法  21-22
  1.6 研究路线  22-24
第二章 双层钢板高强混凝土弧板支架理论分析  24-36
  2.1 结构构造  24
  2.2 接头刚度  24-26
  2.3 双层钢板高强混凝土弧板支架的内力分析  26-29
  2.4 双层钢板高强混凝土弧板支架的极限承载力  29-34
    2.4.1 高强混凝土力学特性  29-30
    2.4.2 现行规范中的混凝土强度准则  30-32
    2.4.3 混凝土强度提高系数  32
    2.4.4 极限承载力  32-34
  2.5 本章小结  34-36
第三章 模型实验  36-58
  3.1 弧板支架模拟实验相似准则的推导  36-38
  3.2 弧板支架模型参数的确定  38-40
  3.3 C80高强混凝土的配合比  40-41
  3.4 加载装置与量测方法  41-43
    3.4.1 加载设备及加载方法  41-42
    3.4.2 量测内容及方法  42-43
  3.5 实验结果及其分析  43-56
    3.5.1 均匀压力下双层钢板高强混凝土弧板支架结构的应力、应变特征  43-50
    3.5.2 非均匀压力下双层钢板高强混凝土弧板支架结构的应力、应变特征  50-56
  3.6 本章小结  56-58
第四章 双层钢板高强混凝土弧板支架数值计算  58-84
  4.1 ANSYS有限元软件概述  58-59
  4.2 双层钢板高强混凝土弧板支架建模  59-65
    4.2.1 基本假定  59
    4.2.2 混凝土裂缝的处理  59-60
    4.2.3 材料的屈服和失效准则  60-63
    4.2.4 弧板支架有限元计算模型  63-65
    4.2.5 模型的求解  65
  4.3 均匀荷载条件下弧板支架数值模拟  65-77
    4.3.1 数值模拟与实验结果对比分析  65-70
    4.3.2 均匀荷载作用下弧板支架受力机理与极限承载力  70-75
    4.3.3 均匀荷载作用下弧板支架承载力的主要影响因素和大小  75-77
  4.4 非均匀荷载作用下弧板支架数值模拟  77-83
    4.4.1 数值模拟与实验结果对比分析  77-79
    4.4.2 非均匀荷载作用下弧板支架受力机理与极限承载力  79-82
    4.4.3 荷载非均匀系数β对承载力的影响  82-83
  4.5 本章小结  83-84
第五章 结论与展望  84-85
  5.1 主要结论  84
  5.2 展望  84-85
参考文献  85-88
致谢  88-89
作者简介及读研期间主要科研成果  89

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 组合结构 > 其他组合结构
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