钢纤维高强混凝土力学性能试验与井壁结构研究

摘要

随着煤炭资源的不断开发，新井建设时立井井筒穿过的含水不稳定冲积层将越来越厚，井壁承受的外荷载也将随之增加。为抵抗强大的外荷载作用，必须要采用高强井壁结构。采用高强混凝土是提高井壁承载能力的最有效途径，但随着混凝土强度等级的提高，混凝土的脆性明显增加，结构破坏显突然性。为解决含水不稳定冲积层井筒支护难题，改善高强混凝土的脆性缺陷，提出采用钢纤维高强混凝土作为筑壁材料，对其力学特性和井壁结构进行研究。
　　首先分析了钢纤维对混凝土的增强作用和破坏机理、以及增强效应的主要影响因素，进行了井壁钢纤维高强混凝土配制试验，并在此基础上进行了力学性能试验，得到了钢纤维高强混凝土的单轴抗压、劈裂抗拉、弹性模量、应力-应变关系、三轴抗压等力学指标;然后，开展了钢筋钢纤维高强混凝土井壁结构模型试验，通过模型设计和加载试验，得到了该种井壁结构应力、变形和强度特性;最后，通过ABAQUS软件，建立了井壁结构分析模型，对该种井壁结构进行了数值模拟分析，根据计算结果，回归得到了井壁承载力计算公式。
　　本论文研究结果表明，钢纤维能够有效阻止宏观裂缝的发展，钢纤维高强混凝土的脆性明显改善，具有较好的延性特征。钢筋钢纤维高强混凝土井壁结构在极限承载力和受力特性方面都明显优于钢筋高强混凝土井壁结构，提高了井壁结构的工程可靠性，是一种较为理想的高强井壁结构。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 国内外研究与应用概况

1．2．1 国外研究与应用概况

1．2．2 国内研究与应用概况

1．3 课题研究的内容及方法

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究方法

2 钢纤维高强混凝土及其增强机理

2．1 钢纤维与基体间的界面粘结

2．1．1 钢纤维在混凝土基体中的分布

2．1．2 钢纤维与混凝土间的粘结作用

2．1．3 异型钢纤维与高强基体的粘结

2．2 钢纤维高强混凝土增强和破坏机理

2．2．1 钢纤维对高强混凝土增强增韧效应

2．2．2 钢纤维高强混凝土破坏机理

2．3 钢纤维高强混凝土的特性

3 井壁钢纤维高强混凝土配制及力学性能试验

3．1 配合比设计和试块制作

3．1．1 原材料的选择

3．1．2 试验配合比

3．1．3 试验方案设计

3．1．4 试块制作及养护

3．2 单轴抗压强度试验

3．2．1 试验方法

3．2．2 试验结果及分析

3．3 抗拉强度试验

3．3．1 试验方法

3．3．2 试验结果及分析

3．4 静力受压弹性模量试验

3．4．1 试验方法

3．4．2 试验结果及分析

3．5 轴心受压应力-应变全曲线试验

3．5．1 试验方法

3．5．2 试验结果及分析

3．6 常规三轴抗压试验

3．6．1 试验方法

3．6．2 试验结果及分析

3．7 本章小结

4 钢筋钢纤维高强混凝土井壁模型试验

4．1 井壁模型试验方案设计

4．1．1 相似理论与模型试验概述

4．1．2 井壁模型试验相似准则的推导

4．1．3 试验模型参数的确定

4．2 模型制作与加载方式

4．2．2 试验测试及元件布置

4．2．3 试验加载与测试

4．3 试验结果及分析

4．3．1 井壁变形特征

4．3．2 井壁截面应力

4．3．3 井壁极限承载力

4．4 本章小结

5 井壁结构数值分析

5．1 数值计算方法概述

5．1．1 数值计算方法

5．1．2 ABAQUS计算软件简介

5．1．3 钢筋混凝土材料的本构模型

5．2 井壁结构模型数值模拟

5．2．2 求解结果与分析

5．2．3 数值模拟模型设计与承载力分析

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果