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不同荷载条件下U型钢支架承载性能及失稳特征分析

王其洲  刘高强  李宁  叶海旺  雷涛  
【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。

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