钢纤维混凝土拱形支护结构荷载与变形关

钢纤维混凝土拱形支护结构荷载与变形关豆丁网论文:钢纤维混凝土拱形支护结构荷载与变形关系试验分析11,2马芹永，黄伟5,1.安徽理工大学矿山地下工程教育部工程研究中心,安徽淮南,232001,2.淮南联合大学建筑工程系〜安徽〜淮南〜232038，摘要:结合煤矿巷道支护应用情况〜对素混凝土和钢纤维混凝土两种支护结构进行模型试验〜分析了在荷载作用下支护结构中荷载与应变的关系〜以及荷载与位移关系。通过两者对比得10出钢纤维混凝土支护结构具有良好的柔性变形能力〜环向极限应变达到600口£〜而素混凝土仅为300口£〜模型结构极限承载力结果表明〜钢纤维混凝土支护结构具有更高的承载能力。关键词:钢纤维混凝土,拱形结构,模型试验,荷载中图分类号: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引言喷射普通混凝土存在早期收缩大、脆性大和韧性差、抗渗阻裂效果不好等缺点。这些缺35点将可能造成巷道支护结构的破坏，降低巷道的使用寿命，同时也对煤矿运营产生严重的安[1-2]全隐患。而喷射钢纤维混凝土正好可以弥补其缺点，喷射钢纤维是在拌和料中添加钢纤维材料，通过管道输送并以高速喷射到需要加固物体表面上，凝结硬化而成的一种混凝土，喷射钢纤维混凝土与现浇钢纤维混凝土相比施工简便易行，省去支模、浇筑和拆模工序，使混凝土输送、浇筑和捣实合为一道工序，节省了人力、缩短了工期，喷射钢纤维混凝土密实40度高，强度和抗渗性较好，节约混凝土，并可以通过输料软管在高室或狭小工作区间的薄壁[3-4]结构中施工，工作简单、机动灵活，有较广的适应性，此外还具有较好的经济效益。本文结合模型试验对拱形支护结构进行分析，分析两种材料支护结构的受力和变形情况。基金项目:高等学校博士学科点科研基金(20093415110001)作者简介:马芹永(1964-),男,教授,博士生导师,主要从事矿井巷道支护方面的研究.E-mail:qyma@-1-豆丁网论文:1试验方案与测点布置对素混凝土和钢纤维混凝土支护模型分别浇筑模型2个，素混凝土模型配合比是(水泥:45水:砂子:石子)=431.2:220:783:957，钢纤维混凝土模型配合比是(水泥:水:砂子:石子)=431.2:220:805.5:984.5。为了测试两种材料支护结构的荷载变形情况，在整个支护结构内表面和试件截面布置环向和径向应变片，如图1所示的1〜9个测点，在关键部位布置位移计进行观测，位移计布置在模型内侧，分别在拱与直墙交界处，拱肩和拱顶部位，具体布置如图1所示?〜?测点。50图1模型测点布置图Fig.1Modesizeandmeasuringpointslayout2荷载与应变分析通过试验得到素混凝土和钢纤维混凝土模型横截面荷载与应变关系曲线，从图2和图355可以看出，两种支护材料模型拱顶环向应变为负值，表明环向受压，素混凝土模型在1、2号点处为拉应变，处于受拉状态;钢纤维混凝土模型径向应变为正值，表明径向处于受拉状态，同时发现，环向应变峰值比较大，而径向应变变化较小，说明支护结构在径向变形较小，主要承受环向荷载作用。两种材料模型极值应变也不相同，素混凝土支护模型的环向极限压应变约为300口£；而钢纤维混凝土支护模型的环向极限压应变约为600-1000口£；表明钢纤维60的掺入提高支护结构变形能力。2008010040口£口£001#1#-402#2#-1003#3#-804#4#5#5#-200/环向应变/径向应变-1207#7#8#8#-160-3000.00.51.01.52.00.00.51.01.52.0荷载/MPa荷载/MPa图2素混凝土模型截面荷载-应变曲线Fig.2Load-straincurveofplainconcretemodesection-2-豆丁网论文:1#2#03003#4#1#5#-200口£2#/口£6#2003#7#4#-4005#1006#-600环向应变7#8#径向应变/09#012345012345荷载/MPa荷载/MPa65图3钢纤维混凝土模型截面荷载-应变曲线Fig.3Load-straincurveofshrinkage-compensatingsteelfiberconcretemodesection通过试验得到支护结构内表面混凝土与荷载关系曲线，如图4和图5所示。图4中素混凝土和钢纤维混凝土结构中所有测点的环向应变均为压应变，素混凝土极值压应变为350口£,钢纤维混凝土模型极值压应变达到600口£，而且两者最大应变发生在拱与直墙交接70部位;走向应变值呈现正值较多，只有素混凝土模型中5号位置为负值，整个测点应变值比较小，表明该方向混凝土处于受拉状态，支护结构截面方向没有约束对其也有一定的影响。

1#02#1205#6#7#80-1008#/u£ue9#40l#3#-2004#05#6#走向应变7#环向应变/-300-408#0.00.51.01.52.00.00.51.01.52.0荷载/MPa荷载/MPa图4素混凝土模型内表面荷载-应变曲线Fig.3Load-straincurveofplainconcretemodeinnersurface1#04002#3#5#300e6#-200ueu8#9#2001#-4002#3#1005#走向应变/环向应变/6#-60008#01234501234575荷载/MPa荷载/MPa图5钢纤维混凝土模型内表面荷载-应变曲线Fig.4Load-straincurveofshrinkage-compensatingsteelfiberconcretemodeinnersurface3荷载与位移分析通过试验得到拱形支护结构荷载与位移关系曲线，如图6所示。在围压作用下，试件直豆丁网论文:80墙部位向内发生变形，导致在1点和5点的向内位移最大，且两处的位移值相差不大;但图6(a)和(b)图，1点位移比5点大，主要由于试件率先在左直墙出发生破会造成的。对于3点拱顶处，两种材料的位移都是负值，表明该处位移是向外发展的，但是位移变化不大，钢纤维混凝土结构拱顶部位的最大位移约1mm,而素混凝土结构拱顶部位约为1mm。表明钢纤维的掺入，可以改善混凝土变形和破坏特征。14??12?10??10??8??8mm?/6mm644位移2位移/200-2501234-20.00.51.01.52.0荷载/MPa85荷载/MPa(a)素混凝土(b)钢纤维混凝土(a)Plainconcrete(b)Steelfibershotcrete图6不同材料支护模型荷载-位移曲线Fig.6load-displacementcurveofdifferentmaterialSupportmodel904模型承载力分析通过试验得到，在相同配比下，素混凝土模型结构的初裂荷载平均为0.55MPa，而钢纤维混凝土的初裂荷载平均为1.0MPa，表明钢纤维混凝土的抗裂性能要优于普通混凝土。在素混凝土中掺入钢纤维，提高了混凝土的抗拉强度，导致混凝土模型结构初裂荷载和极限荷载都比素混凝土模型结构要好，也体现了钢纤维增强增韧效果，从表1可知，钢纤维混凝土95支护结构的极限承载力高于素混凝土结构承载力，主要是钢纤维混凝土试件破坏时，试件中钢纤维被拔出而导致破坏，钢纤维在拔出的时候消耗能量，使得整个钢纤维支护结构比素混[5-7]凝土支护结构有更高的承载力。表1支护结构模型的试验结果Tab.1Testresultsofsupportingstructuremode模型编号模型材料初裂荷载/MPa极限承载力/MPaPS-10.62.0普通混凝土PS-2普通混凝土0.53.4PG-1钢纤维混凝土1.14.9PG-2钢纤维混凝土0.94.5100注:初裂荷载和极限承载力均为油缸荷载。5结论通过对钢纤维混凝土和素混凝土拱形支护结构荷载与变形关系试验，得出以下结论;(1)钢纤维混凝土支护结构破坏时环向极限应变达到600口£，而素混凝土支护结构破坏时环向极限应变仅为300口£，表明混凝土由于钢纤维的掺入，改变了普通混凝土材料的脆性性质，使之由脆性材料变成柔性材料，结构具有较大的变形能力，适宜用于巷道的柔性支护。105-4-豆丁网论文:2)钢纤维混凝土结构拱顶部位的最大位移约2.1mm,而素混凝土结构拱顶部位约为(1mm。表明钢纤维的掺入，可以改善混凝土变形和破坏特征。(3)从两种材料支护结构的承载能力分析，相同配比下，钢纤维混凝土支护结构承载力达到4.9MPa,素混凝土支护结构极限承载力仅为3.4MPa,钢纤维混凝土支护结构极限承载力比普通混凝土平均提高了74%。110[参考文献](References)[1]赵国藩,彭少民,黄承逵,等.钢纤维混凝土结构[M].北京：中国建筑工业出版社，1999[2]韩志军.钢纤维喷射混凝土支护