研究得到留设灌注口U型约束混凝土短柱最优补强方式

2018-04-09

  我国煤矿煤系地层中地质条件复杂的矿井分布十分广泛,由于深部开采受到高应力、复杂条件的影响,而传统的U 型钢拱架支护不能充分发挥其后期承载力,因此约束混凝土支护体系被引入深部巷道支护中。

 

  U 型约束混凝土拱架是在现有U 型钢拱架的基础上通过焊接平钢带(封板)改造而成的,可就地取材,工艺简单,基本上所有矿井均具备该生产能力。U 型约束混凝土拱架的提出,为深部巷道支护提供了一种简便可行的高强支护方式,大大提高了拱架的承载能力及其稳定性。


  由于U 型约束混凝土拱架在施工过程中需要向U 型钢内灌注混凝土,则需留设灌注口,开孔部位易发生应力集中现象,因此U 型约束混凝土拱架的灌注口附近成为整个拱架持力的关键部位之一,对其进行受力性能分析极有必要。


  山东科技大学卢玉华教授团队联合中国矿业大学(北京)、河南科技大学的研究人员组成的研究团队,为研究U 型约束混凝土拱架补强机制,取留设灌注口U 型约束混凝土短柱为研究对象,通过强度指标α 和经济指标β对竖板补强、横向补强、全包补强3 种不同补强方式及不同补强板厚度在轴压作用下受力机制进行研究。


  研究选取的补强板厚度分别为2,4,6,8,12,14,16,18,20,22,24,26,28,30 mm 等14种厚度。


  通过数值试验及有限元建模,研究发现,3 种补强方式均在一定程度上提高了留设灌注口U 型约束混凝土短柱的承载力,竖板补强方式可将短柱承载力提高到原留设灌注口U 型约束混凝土短柱的 115.9%,横向补强方式和全包补强方式也将短柱承载力提高到原来的105.8%和103.8%。可见,单从提高留设灌注口短柱承载力方面来说,竖板补强方式最佳,横向补强方式次之,全包补强方式最差。


  对于竖板补强方式,补强板厚度在14~22 mm 之间时,通过增加补强板厚度来提高短柱承载力最为经济,其经济指标最高。


  这项研究以《U 型约束混凝土补强机制研究及应用》为题发表于《采矿与安全工程学报》。


  研究得到了国家自然科学基金项目、中国博士后科学基金项目、深部岩土力学与地下工程国家重点实验室开放基金项目的资金支持。


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  责任编辑:宫在芹
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