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不同载荷作用下U型钢支护的破坏机理研究

任飞  
【摘要】:随着煤矿开采深度的增加,开采强度的加大,U型钢支架也越来越多的在各大煤矿巷道支护中使用,但支架的承载能力并没有像强度计算所得的结果那么高,许多情况下高阻可缩U型钢拱形支架的承载性能尚未得到充分发挥,支架承载结构便失稳破坏,除了型钢质量和综合附件以及壁后充填外,因地制宜选择和研制适宜的架型,确定合理的参数,以使巷道金属支护发挥出最佳效益,是当前迫切要解决的关键问题,本文通过理论分析,现场实践与计算机模拟相结合的方法,对影响U型钢失稳破坏的主要因素进行了深入系统的研究。 首先本文阐述了影响U型钢支架承载能力的主要因素,U型钢的材质及截面参数,支架的几何形状和尺寸,以及载荷的分布状况都对支架的承载能力产生一定的影响。本文选用U29号型钢,采用ANSYS有限元模拟软件,建立U型钢分析模型,模拟分析半圆拱型和弧拱斜腿形两种U型钢在均部与非均部载荷作用下支架的内力和弯矩的分布情况。接着通过分析不同腿长U型钢支架对其自身承载能力的影响,在几种不同腿长的U型钢中,找出最有利于发挥U型钢承载能力的支架类型,并在此基础上找出U型钢支架的结构薄弱点,对其进行结构补偿,分析结构补偿前后支架的内力分布情况。最后通过正交试验设计对不同载荷类型,载荷大小,以及帮部的约束力的大小和位置进行正交优化分析,通过分析找出影响破坏U型钢支架以上各因素的主次关系。 通过上述模拟的结果及分析,得出最有利于发挥U型钢承载能力的形式,提出设计方案,运用于现场,测试效果。


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