钢管混凝土支架力学性能的研究

发布时间：2017-08-16 20:20

  本文关键词：钢管混凝土支架力学性能的研究

  更多相关文章： 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。
【关键词】：钢管混凝土支架 试验测试 数值模拟 载荷-位移曲线 可缩性
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD353
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 选题依据9-11
• 1.2 国内外的发展及研究现状11-15
• 1.2.1 国内外的发展11-12
• 1.2.2 研究现状12-15
• 1.3 本文研究内容15-17
• 2 圆弧形钢管混凝土支架的力学性能17-41
• 2.1 圆弧形钢管混凝土支架的有限元模型建立17-25
• 2.1.1 有限元法概述17-18
• 2.1.2 ABAQUS的简介18
• 2.1.3 材料的本构关系18-22
• 2.1.4 创建部件22
• 2.1.5 创建材料属性22-23
• 2.1.6 装配模块23
• 2.1.7 定义分析步23-24
• 2.1.8 定义相互作用24
• 2.1.9 定义截面接触关系24
• 2.1.10 定义边界条件和载荷24-25
• 2.1.11 单元格类型选取与网格划分25
• 2.2 圆弧形钢管混凝土支架的数值模型的试验验证25-29
• 2.2.1 试验概述25
• 2.2.2 试验方法25-27
• 2.2.3 试验过程27-28
• 2.2.4 试验结果28-29
• 2.3 试验结果验证有限元模拟结果29-31
• 2.4 圆弧形钢管混凝土支架的数值模拟扩展分析31-39
• 2.4.1 主要的分析结果32-37
• 2.4.2 圆弧形钢管混凝土支架破坏后沿钢管外壁内侧路径的应力分析37-39
• 2.5 本章小结39-41
• 3 可缩性钢管混凝土支架的力学性能41-59
• 3.1 可缩性钢管混凝土支架的简述41
• 3.2 多孔金属接头模型的建立及分析41-50
• 3.2.1 多孔金属接头模型的建立41-45
• 3.2.2 多孔金属接头模拟分析的结果45-50
• 3.3 可缩性钢管混凝土支架有限元模型的建立及分析50-57
• 3.3.1 可缩性钢管混凝土支架的有限元模型的建立51-52
• 3.3.2 支架整体有限元模拟分析的结果52-56
• 3.3.3 可缩性钢管混凝土支架与普通钢管混凝土支架的载荷-位移曲线对比56-57
• 3.4 本章小结57-59
• 4 结论与展望59-61
• 4.1 结论59
• 4.2 展望59-61
• 参考文献61-67
• 作者简历67-69
• 学位论文数据集69

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 米全平,武运生;钢管混凝土支架在煤矿的应用前景[J];河北煤炭;1998年01期

2 姜喜林;;钢管混凝土支架在煤矿深部支护中的应用[J];山东煤炭科技;2014年02期

3 臧德胜,韦潞;钢管混凝土支架的研究和实验室试验[J];建井技术;2001年06期

4 王强,苏林王,臧德胜;圆弧形钢管混凝土支架承载力的试验研究[J];西部探矿工程;2005年11期

5 王强;臧德胜;;钢管混凝土支架模型力学性能试验研究[J];建井技术;2008年02期

6 王长锁;宋裕;;钢管混凝土支架在高应力巷道加固中的应用[J];水力采煤与管道运输;2009年04期

7 谷拴成;刘皓东;;径向荷载作用下的钢管混凝土支架研究[J];煤矿安全;2010年01期

8 殷兆君;;钢管混凝土支架支护工艺及应用[J];煤炭科学技术;2013年S2期

9 夏洪满;刘国磊;刘捷;张西忠;田甜;;钢管混凝土支架性能试验及其在动压巷道支护中的应用[J];煤矿安全;2013年09期

10 张雪勇;秦伟;;钢管混凝土支架在深井动压软岩巷道修复中的应用[J];山东煤炭科技;2013年05期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 高延法;王波;曲^銦，

本文编号：685333