深部巷道方钢约束混凝土拱架力学性能及影响因素研究

对全尺寸直腿半圆形拱架进行了室内试验和数值分析，室内试验表明：拱架的变形破坏呈现“拱腿内挤，拱顶外凸”的特点，拱腿和拱顶部位的钢材达到塑性状态，极限承载力Fe=1228kN．针对充填C30～C80强度混凝土以及壁厚4～12mm的SQCC拱架的数值分析表明：SQCC150－8－C30拱架的极限承载力为1217kN，拱架极限承载力差异率为0．89％，拱架变形破坏特征和钢材的应力应变状态都和室内试验结果吻合．通过数值分析可见钢管壁厚比核心混凝土强度对拱架极限承载力的影响更为显著；建议壁厚8mm，C30或C40核心混凝土强度的SQCC拱架较为适用．

深部软岩巷道方钢约束混凝土拱架基本构件力学特性及参数影响机制研究

方钢约束混凝土支护体系以其强度高、施工方便的优点,在深部软岩巷道中的应用日益增多。节点作为拱架连接的关键构件,是进行支护结构合理设计的前提,对拱架内力分布及承载力发挥具有重要影响。但目前约束混凝土拱架节点设计大多基于工程类比,针对其力学特性的深入研究较少。本文以典型深部软岩矿井--巨野矿区万福煤矿为工程背景,对约束混凝土拱架常用的法兰节点及套管节点进行对比分析。开展方钢约束混凝土无节点构件、法兰节点构件及套管节点构件的纯弯室内试验和数值试验,对比各构件的变形过程及破坏形态;基于M-θ曲线,综合分析各参数对无节点构件、法兰节点及套管节点力学性能影响规律,提出依托工程方钢约束混凝土拱架节点设计建议。基于上述研究结果,进行方钢约束混凝土拱架的现场应用。试验结果表明,依托工程现场采用方钢约束混凝土支护体系,围岩变形得到很好控制。套管节点传力明确、承载力高,极大地缩短了施工难度,降低了经济成本,应作为方钢约束混凝土拱架优选的节点形式。