鋼纖維混凝土拱形支護(hù)結(jié)構(gòu)荷載與變形關(guān)

鋼纖維混凝土拱形支護(hù)結(jié)構(gòu)荷載與變形關(guān)豆丁網(wǎng)論文:鋼纖維混凝土拱形支護(hù)結(jié)構(gòu)荷載與變形關(guān)系試驗分析11,2馬芹永，黃偉5,1.安徽理工大學(xué)礦山地下工程教育部工程研究中心,安徽淮南,232001,2.淮南聯(lián)合大學(xué)建筑工程系?安徽?淮南?232038，摘要:結(jié)合煤礦巷道支護(hù)應(yīng)用情況?對素混凝土和鋼纖維混凝土兩種支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模型試驗?分析了在荷載作用下支護(hù)結(jié)構(gòu)中荷載與應(yīng)變的關(guān)系?以及荷載與位移關(guān)系。通過兩者對比得10出鋼纖維混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)具有良好的柔性變形能力?環(huán)向極限應(yīng)變達(dá)到600口￡?而素混凝土僅為300口￡?模型結(jié)構(gòu)極限承載力結(jié)果表明?鋼纖維混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)具有更高的承載能力。關(guān)鍵詞:鋼纖維混凝土,拱形結(jié)構(gòu),模型試驗,荷載中圖分類號:TD35315Experimentalanalysisontherelationshipofloadanddeformationforarchsupportingstructureofsteelfiberconcrete11,2MAQinyong,HUANGWei20(1.MinistryofEducation'sEngineeringResearchCenterofMineUndergroundProjects,Anhuiuniversityofscienceandtechnology,AnhuiHuainan,232001;2.DepartmentofConstructionEngineering,HuainanUnionUniversity,AnhuiHuainan,232038)Abstract:Combinedwithsupportingapplicationofcoalmineroadway,modeltestisconductedtobothplainconcretesupportingstructureandsteelfiberconcretesupportingstructure.The25load-strainrelationshipandload-displacementrelationshipareinvestigated.Throughthecomparisonoftwosupportingstructures,steelfiberconcretesupportingstructureshowsgoodflexibledeformationability,anditscircumferentialultimatestrainreaches600口￡.Whilecircumferentialultimatestrainofplainconcretesupportingstructureisonly300口￡.Consideringtheultimatebearingcapacity,steelfiberconcretesupportingstructurehashigherbearing30capacity.Keywords:steelfiberconcrete;archstructure;modeltest;load0引言噴射普通混凝土存在早期收縮大、脆性大和韌性差、抗?jié)B阻裂效果不好等缺點。這些缺35點將可能造成巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞，降低巷道的使用壽命，同時也對煤礦運營產(chǎn)生嚴(yán)重的安[1-2]全隱患。而噴射鋼纖維混凝土正好可以彌補其缺點，噴射鋼纖維是在拌和料中添加鋼纖維材料，通過管道輸送并以高速噴射到需要加固物體表面上，凝結(jié)硬化而成的一種混凝土，噴射鋼纖維混凝土與現(xiàn)澆鋼纖維混凝土相比施工簡便易行，省去支模、澆筑和拆模工序，使混凝土輸送、澆筑和搗實合為一道工序，節(jié)省了人力、縮短了工期，噴射鋼纖維混凝土密實40度高，強(qiáng)度和抗?jié)B性較好，節(jié)約混凝土，并可以通過輸料軟管在高室或狹小工作區(qū)間的薄壁[3-4]結(jié)構(gòu)中施工，工作簡單、機(jī)動靈活，有較廣的適應(yīng)性，此外還具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。本文結(jié)合模型試驗對拱形支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，分析兩種材料支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力和變形情況?；痦椖?高等學(xué)校博士學(xué)科點科研基金(20093415110001)作者簡介:馬芹永(1964-),男,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事礦井巷道支護(hù)方面的研究.E-mail:qyma@-1-豆丁網(wǎng)論文:1試驗方案與測點布置對素混凝土和鋼纖維混凝土支護(hù)模型分別澆筑模型2個，素混凝土模型配合比是(水泥:45水:砂子:石子)=431.2:220:783:957，鋼纖維混凝土模型配合比是(水泥:水:砂子:石子)=431.2:220:805.5:984.5。為了測試兩種材料支護(hù)結(jié)構(gòu)的荷載變形情況，在整個支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面和試件截面布置環(huán)向和徑向應(yīng)變片，如圖1所示的1?9個測點，在關(guān)鍵部位布置位移計進(jìn)行觀測，位移計布置在模型內(nèi)側(cè)，分別在拱與直墻交界處，拱肩和拱頂部位，具體布置如圖1所示???測點。50圖1模型測點布置圖Fig.1Modesizeandmeasuringpointslayout2荷載與應(yīng)變分析通過試驗得到素混凝土和鋼纖維混凝土模型橫截面荷載與應(yīng)變關(guān)系曲線，從圖2和圖355可以看出，兩種支護(hù)材料模型拱頂環(huán)向應(yīng)變?yōu)樨?fù)值，表明環(huán)向受壓，素混凝土模型在1、2號點處為拉應(yīng)變，處于受拉狀態(tài);鋼纖維混凝土模型徑向應(yīng)變?yōu)檎?，表明徑向處于受拉狀態(tài)，同時發(fā)現(xiàn)，環(huán)向應(yīng)變峰值比較大，而徑向應(yīng)變變化較小，說明支護(hù)結(jié)構(gòu)在徑向變形較小，主要承受環(huán)向荷載作用。兩種材料模型極值應(yīng)變也不相同，素混凝土支護(hù)模型的環(huán)向極限壓應(yīng)變約為300口￡；而鋼纖維混凝土支護(hù)模型的環(huán)向極限壓應(yīng)變約為600-1000口￡；表明鋼纖維60的摻入提高支護(hù)結(jié)構(gòu)變形能力。2008010040口￡口￡001#1#-402#2#-1003#3#-804#4#5#5#-200/環(huán)向應(yīng)變/徑向應(yīng)變-1207#7#8#8#-160-3000.00.51.01.52.00.00.51.01.52.0荷載/MPa荷載/MPa圖2素混凝土模型截面荷載-應(yīng)變曲線Fig.2Load-straincurveofplainconcretemodesection-2-豆丁網(wǎng)論文:1#2#03003#4#1#5#-200口￡2#/口￡6#2003#7#4#-4005#1006#-600環(huán)向應(yīng)變7#8#徑向應(yīng)變/09#012345012345荷載/MPa荷載/MPa65圖3鋼纖維混凝土模型截面荷載-應(yīng)變曲線Fig.3Load-straincurveofshrinkage-compensatingsteelfiberconcretemodesection通過試驗得到支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面混凝土與荷載關(guān)系曲線，如圖4和圖5所示。圖4中素混凝土和鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)中所有測點的環(huán)向應(yīng)變均為壓應(yīng)變，素混凝土極值壓應(yīng)變?yōu)?50口￡,鋼纖維混凝土模型極值壓應(yīng)變達(dá)到600口￡，而且兩者最大應(yīng)變發(fā)生在拱與直墻交接70部位;走向應(yīng)變值呈現(xiàn)正值較多，只有素混凝土模型中5號位置為負(fù)值，整個測點應(yīng)變值比較小，表明該方向混凝土處于受拉狀態(tài)，支護(hù)結(jié)構(gòu)截面方向沒有約束對其也有一定的影響。

1#02#1205#6#7#80-1008#/u￡ue9#40l#3#-2004#05#6#走向應(yīng)變7#環(huán)向應(yīng)變/-300-408#0.00.51.01.52.00.00.51.01.52.0荷載/MPa荷載/MPa圖4素混凝土模型內(nèi)表面荷載-應(yīng)變曲線Fig.3Load-straincurveofplainconcretemodeinnersurface1#04002#3#5#300e6#-200ueu8#9#2001#-4002#3#1005#走向應(yīng)變/環(huán)向應(yīng)變/6#-60008#01234501234575荷載/MPa荷載/MPa圖5鋼纖維混凝土模型內(nèi)表面荷載-應(yīng)變曲線Fig.4Load-straincurveofshrinkage-compensatingsteelfiberconcretemodeinnersurface3荷載與位移分析通過試驗得到拱形支護(hù)結(jié)構(gòu)荷載與位移關(guān)系曲線，如圖6所示。在圍壓作用下，試件直豆丁網(wǎng)論文:80墻部位向內(nèi)發(fā)生變形，導(dǎo)致在1點和5點的向內(nèi)位移最大，且兩處的位移值相差不大;但圖6(a)和(b)圖，1點位移比5點大，主要由于試件率先在左直墻出發(fā)生破會造成的。對于3點拱頂處，兩種材料的位移都是負(fù)值，表明該處位移是向外發(fā)展的，但是位移變化不大，鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)拱頂部位的最大位移約1mm,而素混凝土結(jié)構(gòu)拱頂部位約為1mm。表明鋼纖維的摻入，可以改善混凝土變形和破壞特征。14??12?10??10??8??8mm?/6mm644位移2位移/200-2501234-20.00.51.01.52.0荷載/MPa85荷載/MPa(a)素混凝土(b)鋼纖維混凝土(a)Plainconcrete(b)Steelfibershotcrete圖6不同材料支護(hù)模型荷載-位移曲線Fig.6load-displacementcurveofdifferentmaterialSupportmodel904模型承載力分析通過試驗得到，在相同配比下，素混凝土模型結(jié)構(gòu)的初裂荷載平均為0.55MPa，而鋼纖維混凝土的初裂荷載平均為1.0MPa，表明鋼纖維混凝土的抗裂性能要優(yōu)于普通混凝土。在素混凝土中摻入鋼纖維，提高了混凝土的抗拉強(qiáng)度，導(dǎo)致混凝土模型結(jié)構(gòu)初裂荷載和極限荷載都比素混凝土模型結(jié)構(gòu)要好，也體現(xiàn)了鋼纖維增強(qiáng)增韌效果，從表1可知，鋼纖維混凝土95支護(hù)結(jié)構(gòu)的極限承載力高于素混凝土結(jié)構(gòu)承載力，主要是鋼纖維混凝土試件破壞時，試件中鋼纖維被拔出而導(dǎo)致破壞，鋼纖維在拔出的時候消耗能量，使得整個鋼纖維支護(hù)結(jié)構(gòu)比素混[5-7]凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)有更高的承載力。表1支護(hù)結(jié)構(gòu)模型的試驗結(jié)果Tab.1Testresultsofsupportingstructuremode模型編號模型材料初裂荷載/MPa極限承載力/MPaPS-10.62.0普通混凝土PS-2普通混凝土0.53.4PG-1鋼纖維混凝土1.14.9PG-2鋼纖維混凝土0.94.5100注:初裂荷載和極限承載力均為油缸荷載。5結(jié)論通過對鋼纖維混凝土和素混凝土拱形支護(hù)結(jié)構(gòu)荷載與變形關(guān)系試驗，得出以下結(jié)論;(1)鋼纖維混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞時環(huán)向極限應(yīng)變達(dá)到600口￡，而素混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞時環(huán)向極限應(yīng)變僅為300口￡，表明混凝土由于鋼纖維的摻入，改變了普通混凝土材料的脆性性質(zhì)，使之由脆性材料變成柔性材料，結(jié)構(gòu)具有較大的變形能力，適宜用于巷道的柔性支護(hù)。105-4-豆丁網(wǎng)論文:2)鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)拱頂部位的最大位移約2.1mm,而素混凝土結(jié)構(gòu)拱頂部位約為(1mm。表明鋼纖維的摻入，可以改善混凝土變形和破壞特征。(3)從兩種材料支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力分析，相同配比下，鋼纖維混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)承載力達(dá)到4.9MPa,素混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)極限承載力僅為3.4MPa,鋼纖維混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)極限承載力比普通混凝土平均提高了74%。110[參考文獻(xiàn)](References)[1]趙國藩,彭少民,黃承逵,等.鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999[2]韓志軍.鋼纖維噴射混凝土支護(hù)