型钢骨架钢板混凝土复合井壁力学性能探究

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1、型钢骨架钢板混凝土复合井壁力学性能探究摘要：为了解决深厚表土地层井壁结构设计问题，首次提出了型钢骨架钢板混凝土支护井壁。本文全面评价型钢骨架钢板混凝土井壁的受力性能，采用有限元软件对其受力性能进行模拟分析。讨论了构件的承载力、变形和应力分布，证明了型钢骨架钢板混凝土井壁是一种承载力高，造价较低，规格多样，可适合各种地质条件的新型井壁。关键词：型钢骨架钢板混凝土井壁；承载力；数值模拟Abstract：InordertosolvetheDeepOverburdenwallliningdesign,Thearticlefirstproposedsteel

2、reinforcingplateconcretesupportwal1.Forevaluatingtheworkingperformanceoftheshaftliningsupportmembercomprehensively.UsingnumericalSimulationsoftwaretoSimulateandanalyzeitsmechanicalproperties・Thebearingcapacity,deformationalpropertiesandstressdistributionarediscussed.Asanewshaf

3、tlining,thissteelreinforcingplateconcretesupportwallhashighcarryingcapacity,lowercosts,astrueturecanbeusedinvariousgeologicsituation.Keywords：steelreinforcingplateconeretesupportwa.11；bearingcapacity；numericalSimulation中图分类号：TU375.4文献标识码：A文章编号：一引言随着我国经济的发展，能源短缺问题愈益严重，煤炭能源目前仍占主

4、要地位，但随着浅部煤炭资源的充分开挖，在深厚表土地层中建设新矿井将是煤矿建设所面临的长期任务［1］。随着表土地层厚度的增加，出现了井壁设计难以解决的问题，无论是外层井壁或是内层井壁的设计，在考虑冻胀压力和全水压设计中都将出现井壁厚度太大或混凝土强度等级过高问题［2］。高强轻脆性显著。采用冻结法施工时,井壁厚度的增大严重加大了冻结层半径，施工和材料供应上出现了难以克服的困难，延长工期，造成工程造价大幅度提高。型钢骨架钢板混凝土复合井壁是一种新型的井壁，内壁和基岩部分同钢筋混凝土井壁支护，圆形井壁内侧为钢板，将型钢弯曲成圆形作为支撑骨架，取代钢筋混凝土

5、井壁中的环向钢筋，型钢与钢板之间以螺栓连接（如图一、二）。钢板和混凝土皆处于三向应力状态。三向受压的混凝土抗压强度显巨提高，塑性增大，混凝土材料表现出较好的延性，能有效抑制混凝土井壁的脆性破坏。型钢骨架钢板混凝土复合井壁是深厚表土层理想井壁形式之一。图一井壁平面图图二井壁1-1剖面二型钢骨架钢板混凝土井壁的工作原理混凝土是一种抗压性能较好的材料，由库伦强度理论可知，混凝土强度随其最小主应力61增大而增大，所以要提高混凝土的强度可采用约束混凝土的方法，即使混凝土受到侧向压缩［3］。型钢骨架钢板混凝土井壁在受压后，内壁的混凝土所到内侧钢板的约束，其强度

6、得以大幅度的提高。圆形井壁受压后，当载荷较小时，混凝土的径向变形较小，钢板对混凝土的约束作用不大，此时钢板混凝土井壁的承载力约为钢板筒和钢筋混凝土单独承载力之和。随着荷载的增加，当钢材达到屈服点后，钢板的切向应力不断增大，而纵向压应力却不断减小，但由于程的径向变形量大于钢材的径向变形量，混凝土受到的径向挤压力不断增大，因此其强度也不断提高。混凝土三向受压时，应力增大后曲线趋平缓，极限应变值很大，有效的避免了高强混凝土的脆性破坏［4］。三型钢骨架钢板混凝土复合井壁力学性能研究现结合某一矿井实例，浅述型钢骨架钢板混凝土井壁的力学性能。某矿进风井井筒设计

7、净直径为4>9.Om,井筒全深999.6m,表土层厚度400mo采用冻结法施工，型钢骨架钢板混凝土复合井壁其内壁和基岩部分同钢筋混凝土井壁支护。笔者通过ansys软件对不同情况下的型钢骨架钢板混凝土井壁进行了数值分析，井壁外表面假定为均布压力，研究其力学性能。钢材的屈服准则采用VonMises强度准则，混凝土的屈服准则采用Drucker—Prager屈服准则[5],混凝土的破坏准则为改进的w订liam-warnke五参数破坏准则[6],轻粘聚力4.332(N/mm2),摩擦角©为64.65°,膨胀角©f为30°,钢板及内侧栓应力如下表。表一壁厚为0

8、.6m的井壁的力学性能(mpa)表二壁厚为0.8m的井壁的力学性能钢材进入屈服状态以后，随着荷载的增大内侧混凝土径向应力不