模袋鋼纖維砼支架材料性能與構(gòu)件強(qiáng)度特性初步研究.pdf

1、支架支護(hù)是目前巷道常用的支護(hù)方式，可有效控制圍巖變形。本文結(jié)合傳統(tǒng)砌碹結(jié)構(gòu)、鋼纖維混凝土與土工模袋混凝土的優(yōu)缺點(diǎn)，研發(fā)了造價(jià)低、施工方便的模袋鋼纖維砼支架支護(hù)體系。
　　為探究該支架核心材料（鋼纖維混凝土）的力學(xué)特性，開(kāi)展了鋼纖維混凝土試件軸拉、軸壓試驗(yàn)。結(jié)果顯示，隨纖維體積率的增加，鋼纖維混凝土軸拉強(qiáng)度的增長(zhǎng)趨勢(shì)越來(lái)越平緩，軸壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線變得越來(lái)越飽滿(mǎn)；基體混凝土的強(qiáng)度從C30提高到C50時(shí)，鋼纖維混凝土的極限抗拉、抗壓強(qiáng)度

2、提高了31.6％、68%，而殘余抗拉強(qiáng)度僅提高了6.7%、20%。基于復(fù)合力學(xué)理論，推導(dǎo)了鋼纖維混凝土彈性模量、泊松比計(jì)算公式，發(fā)現(xiàn)兩者的大小隨外部壓力不斷變化，且初始值與素混凝土相同；推導(dǎo)了鋼纖維混凝土抗壓強(qiáng)度表達(dá)式，改進(jìn)了鋼纖維混凝土抗拉強(qiáng)度表達(dá)式。使用損傷本構(gòu)模型與數(shù)據(jù)擬合方法對(duì)鋼纖維混凝土本構(gòu)曲線進(jìn)行公式化表達(dá)。
　　為探究支架構(gòu)件的強(qiáng)度特性，進(jìn)行不同鋼纖維體積率、混凝土基體強(qiáng)度、軸徑比的軸壓短柱構(gòu)件試驗(yàn)，結(jié)果顯示：當(dāng)軸徑

3、比為2.25，鋼纖維體積率分別為1%、2%、3%時(shí)，與素混凝土短柱相比，短柱構(gòu)件的極限承載力分別提高了9.9%、13.4%、19.7%，對(duì)應(yīng)的峰值位移分別提高了7.5%、12.5%、29%，峰值后下降段斜率分別為-744、-441、-302；由此可知，鋼纖維體積率越大，軸壓短柱構(gòu)件的極限強(qiáng)度越高，塑性破壞特征越明顯；當(dāng)鋼纖維體積率為2%，軸徑比從3.3降為2.5、從2.5降為2時(shí)，短柱構(gòu)件的極限強(qiáng)度分別增加421KN、546KN，殘余強(qiáng)

4、度分別增加53KN、406KN；故隨著軸徑比的減小，短柱構(gòu)件的極限強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度均有明顯增加；混凝土基體強(qiáng)度從C30增至C40、從C40增至C50時(shí)，短柱構(gòu)件的極限強(qiáng)度增幅分別為353KN、154KN，殘余強(qiáng)度增幅分別為80KN、84KN；可見(jiàn)隨著混凝土基體強(qiáng)度的增加，短柱構(gòu)件的極限強(qiáng)度有所增加，但殘余強(qiáng)度增加不明顯。
　　同時(shí)，進(jìn)行了不同鋼纖維體積率、外摻材料、約束材料的純彎曲梁構(gòu)件純彎曲試驗(yàn)，結(jié)果顯示：鋼纖維+碳纖維網(wǎng)格布約束

5、混凝土梁抗彎承載力是素混凝土梁的2.5倍；而其余類(lèi)型構(gòu)件（W-2-40-200-I、W-1-40-200、W-2-40-200、W-3-40-200）的抗彎承載力分別為素混凝土梁構(gòu)件的1.14倍、1.2倍、1.48倍、1.67倍。鋼纖維+碳纖維網(wǎng)格布約束梁構(gòu)件峰值撓度達(dá)到了素混凝土構(gòu)件的3.65倍，純鋼纖維混凝土材料次之；短切鋼筋混凝土梁構(gòu)件跨中峰值撓度僅為素混凝土的1.02倍。
　　利用ABAQUS數(shù)值分析軟件進(jìn)行軸壓短柱構(gòu)件和

6、純彎曲梁構(gòu)件的數(shù)值試驗(yàn)，結(jié)果顯示：軸壓短柱模型的等效應(yīng)力集中區(qū)從模型內(nèi)部上下兩端向核心聚集，隨后新的等效應(yīng)力集中區(qū)繼續(xù)出現(xiàn)在模型內(nèi)部上下兩端并向核心聚集，如此循環(huán)，直至模型破壞。不同混凝土基體強(qiáng)度純彎曲梁構(gòu)件在彈性階段的力學(xué)行為相同，增加混凝土基體強(qiáng)度有助于提高構(gòu)件的峰值及峰值后階段的彎矩承載力和變形能力。
　　將模袋鋼纖維砼支架與U型鋼支架、鋼管混凝土支架進(jìn)行支護(hù)能力與成本的初步對(duì)比，結(jié)果顯示：將模袋鋼纖維砼支架的截面直徑增加一