管状碳钢轴压变形吸能特征试验研究

地下煤炭资源开采过程中,碳钢支护构件吸收围岩释放能量是降低动力灾害的重要途径,然而,碳钢支护构件变形吸能特征规律仍不清晰。本文采用轴压荷载、光学数字散斑和声发射同步监测相结合的研究方法,探究了3种典型碳钢材质(Q235、Q460、Q690)管状轴压条件下渐进屈曲失效模式及变形吸能特征,分析了压载全过程管状碳钢散斑变形场和声发射能谱演化规律,以期揭示管状碳钢轴压变形与能量吸收之间的内在联系。研究结果表明:(1)3种管状碳钢轴压变形过程分为三阶段:弹性阶段、塑性阶段和屈曲压密阶段。(2)Q235管状碳钢轴压变形呈横向压扩形态,破坏模式为“圆环式”失稳模式,Q460、Q690管状碳钢轴压变形呈纵向弯曲形态,破坏模式为“钻石式”失稳模式。(3)对比分析3种管状碳钢的吸能效果,可得Q460吸能效果最佳,总吸能值达668.32J,Q235与Q690总吸能值分别为Q460的82.5%与77.84%。上述研究结果可为围岩吸能防护钢质及结构选型提供理论参考。