不同荷载条件下U型钢支架承载性能及失稳特征分析

【摘要】：以矿用直墙半圆拱U型钢支架为研究对象，采用理论分析、数值模拟和现场试验等方法，建立了U型钢支架平面分析力学模型，并借助ABAQUS有限元软件构建了U型钢可缩支架三维分析模型，研究了支架整体均匀承载、顶梁承载、单侧棚腿承载和两侧棚腿承载等条件下的支架承载性能、失稳特征和危险截面位置。研究表明：U型钢支架外部荷载条件不同，其承载能力存在很大差异，单侧棚腿受力的偏载状态为支架最容易失稳的荷载条件，其极限承载能力为整体均匀承载、顶梁单独承载和两侧棚腿对称承载条件下的44%、63%和79%；U型钢支架危险截面主要分布在顶梁中心、棚腿中部和底脚，并且随着顶梁荷载增大，棚腿危险截面向顶梁偏移；支架外部荷载条件不同，其失稳特征分别以“M”形、“尖顶”形和单侧跪腿特征为主；针对任楼煤矿-720m南翼轨道大巷失稳特征，提出了U型钢支架+壁后充填+锚索耦合支护技术，优化支架外部荷载分布形式，提高支架整体承载能力和结构稳定性，有效控制了强采动影响巷道围岩变形。