【摘要】：支架支護(hù)是目前巷道常用的支護(hù)方式,可有效控制圍巖變形。本文結(jié)合傳統(tǒng)砌碹結(jié)構(gòu)、鋼纖維混凝土與土工模袋混凝土的優(yōu)缺點(diǎn),研發(fā)了造價(jià)低、施工方便的模袋鋼纖維砼支架支護(hù)體系。為探究該支架核心材料(鋼纖維混凝土)的力學(xué)特性,開(kāi)展了鋼纖維混凝土試件軸拉、軸壓試驗(yàn)。結(jié)果顯示,隨纖維體積率的增加,鋼纖維混凝土軸拉強(qiáng)度的增長(zhǎng)趨勢(shì)越來(lái)越平緩,軸壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)變得越來(lái)越飽滿(mǎn);基體混凝土的強(qiáng)度從C30提高到C50時(shí),鋼纖維混凝土的極限抗拉、抗壓強(qiáng)度提高了 31.6%、68%,而殘余抗拉強(qiáng)度僅提高了 6.7%、20%。基于復(fù)合力學(xué)理論,推導(dǎo)了鋼纖維混凝土彈性模量、泊松比計(jì)算公式,發(fā)現(xiàn)兩者的大小隨外部壓力不斷變化,且初始值與素混凝土相同;推導(dǎo)了鋼纖維混凝土抗壓強(qiáng)度表達(dá)式,改進(jìn)了鋼纖維混凝土抗拉強(qiáng)度表達(dá)式。使用損傷本構(gòu)模型與數(shù)據(jù)擬合方法對(duì)鋼纖維混凝土本構(gòu)曲線(xiàn)進(jìn)行公式化表達(dá)。為探究支架構(gòu)件的強(qiáng)度特性,進(jìn)行不同鋼纖維體積率、混凝土基體強(qiáng)度、軸徑比的軸壓短柱構(gòu)件試驗(yàn),結(jié)果顯示:當(dāng)軸徑比為2.25,鋼纖維體積率分別為1%、2%、3%時(shí),與素混凝土短柱相比,短柱構(gòu)件的極限承載力分別提高了9.9%、13.4%、19.7%,對(duì)應(yīng)的峰值位移分別提高了 7.5%、12.5%、29%,峰值后下降段斜率分別為-744、-441、-302;由此可知,鋼纖維體積率越大,軸壓短柱構(gòu)件的極限強(qiáng)度越高,塑性破壞特征越明顯;當(dāng)鋼纖維體積率為2%,軸徑比從3.3降為2.5、從2.5降為2時(shí),短柱構(gòu)件的極限強(qiáng)度分別增加421KN、546KN,殘余強(qiáng)度分別增加53KN、406KN;故隨著軸徑比的減小,短柱構(gòu)件的極限強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度均有明顯增加;混凝土基體強(qiáng)度從C30增至C40、從C40增至C50時(shí),短柱構(gòu)件的極限強(qiáng)度增幅分別為353KN、154KN,殘余強(qiáng)度增幅分別為80KN、84KN;可見(jiàn)隨著混凝土基體強(qiáng)度的增加,短柱構(gòu)件的極限強(qiáng)度有所增加,但殘余強(qiáng)度增加不明顯。同時(shí),進(jìn)行了不同鋼纖維體積率、外摻材料、約束材料的純彎曲梁構(gòu)件純彎曲試驗(yàn),結(jié)果顯示:鋼纖維+碳纖維網(wǎng)格布約束混凝土梁抗彎承載力是素混凝土梁的 2.5 倍;而其余類(lèi)型構(gòu)件(W-2-40-200-I、W-1-40-200、W-2-40-200、W-3-40-200)的抗彎承載力分別為素混凝土梁構(gòu)件的1.14倍、1.2倍、1.48倍、1.67倍。鋼纖維+碳纖維網(wǎng)格布約束梁構(gòu)件峰值撓度達(dá)到了素混凝土構(gòu)件的3.65倍,純鋼纖維混凝土材料次之;短切鋼筋混凝土梁構(gòu)件跨中峰值撓度僅為素混凝土的1.02倍。利用ABAQUS數(shù)值分析軟件進(jìn)行軸壓短柱構(gòu)件和純彎曲梁構(gòu)件的數(shù)值試驗(yàn),結(jié)果顯示:軸壓短柱模型的等效應(yīng)力集中區(qū)從模型內(nèi)部上下兩端向核心聚集,隨后新的等效應(yīng)力集中區(qū)繼續(xù)出現(xiàn)在模型內(nèi)部上下兩端并向核心聚集,如此循環(huán),直至模型破壞。不同混凝土基體強(qiáng)度純彎曲梁構(gòu)件在彈性階段的力學(xué)行為相同,增加混凝土基體強(qiáng)度有助于提高構(gòu)件的峰值及峰值后階段的彎矩承載力和變形能力。將模袋鋼纖維砼支架與U型鋼支架、鋼管混凝土支架進(jìn)行支護(hù)能力與成本的初步對(duì)比,結(jié)果顯示:將模袋鋼纖維砼支架的截面直徑增加一倍后,其支護(hù)能力分別達(dá)到后兩者的1.56倍和1.15倍,但每架造價(jià)僅分別為后兩者的44.5%和41.4%。該支架省工省料優(yōu)勢(shì)明顯,可為巷道支護(hù)帶來(lái)極大的經(jīng)濟(jì)效益。
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【學(xué)位授予單位】：山東科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TD353

【參考文獻(xiàn)】

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1 呂西林;張穎;年學(xué)成;;鋼纖維高強(qiáng)混凝土在單調(diào)和重復(fù)荷載作用下軸壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)試驗(yàn)研究[J];建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào);2017年01期

2 趙燕茹;王磊;代洪偉;時(shí)金娜;;鋼纖維鋼筋混凝土純扭構(gòu)件的有限元分析[J];混凝土;2016年11期

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本文編號(hào)：2360457