特厚表土层钢板高强混凝土复合井壁徐变特性研究

摘要

徐变是混凝土材料的一种固有特性，自混凝土开始应用以来徐变问题就已伴随其中。随着混凝土品种的不断创新和混凝土新型结构的研发，徐变机理和混凝土结构中徐变效应研究亦将不断深入和发展。而由于其影响因素的复杂性与多变性，徐变理论的差异，迄今为止，徐变研究仍是混凝土复合结构中的重点与难点。 近年来，随着煤矿新建钻井井筒穿过的表土层越来越厚，双层钢板高强混凝土复合井壁结构也将得到更加广泛的应用。而过去针对双层钢板高强混凝土复合井壁结构的研究没有考虑其中混凝土的徐变作用，目前还缺乏这种井壁结构的徐变特性。为了搞清这种井壁结构的徐变特性，提高井壁设计的可靠性，防止井壁出现不安全状态，使设计的井壁既经济合理又安全可靠，本文通过理论分析和数值计算对该种井壁结构的徐变特性进行了系统的研究。 在理论分析方面，根据混凝土的徐变机理和计算理论，考虑井壁在水平和竖向荷载作用下，推导出井壁高强混凝土的徐变本构关系，得出考虑徐变作用下井壁中钢板和混凝土的应力公式，由此分析徐变的主要影响因素；在数值模拟方面，建立了三维井壁力学模型，利用ANSYS软件对双层钢板高强混凝土复合并壁进行了数值模拟，分析了影响井壁徐变的影响因素大小，所得徐变计算结果与理论分析较为一致，表明采用ANSYS数值分析方法进行双层钢板高强混凝土复合井壁的徐变特性研究是可行的。本论文所得成果，可供今后双层钢板高强混凝土复合井壁徐变分析计算和井壁设计时参考。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1 问题的提出

1.2 国内外发展概况

1.2.1 双层钢板高强混凝土复合井壁研究概括

1.2.2 国内外徐变研究历程及发展

1.2.3 高强混凝土徐变研究概况

1.3 课题研究的内容和技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 研究路线

2 徐变理论

2.1 概述

2.1.1 徐变系数

2.1.2 徐变度

2.2 混凝土徐变计算的流变理论

2.2.1 流变理论的基本模型

2.2.2 基本流变模型

2.2.3 混凝土徐变的流变模型

2.3 混凝土徐变机理

2.4 徐变计算理论

2.5 混凝土徐变的有限元分析法

2.6 多轴应力状态下的徐变

2.7 混凝土徐变的影响因素

2.7.1 内部因素

2.7.2 外部因素

2.8 徐变力学的基本方程

2.8.1 基本物理方程

2.8.2 按位移求解的基本方程

2.8.3 线性徐变力学中的三类问题及其求解途径

2.9 混凝土的应力松弛

3 双层钢板高强混凝土复合井壁徐变特性的理论分析

3.1 概述

3.2 高强混凝土的力学性能

3.3 双层钢板高强混凝土井壁在水平荷载作用下的徐变分析

3.4 双层钢板高强混凝土井壁在竖向荷载作用下的徐变分析

4 双层钢板高强混凝土复合井壁徐变特性的数值计算

4.1 引言

4.2 有限元基本理论

4.2.1 金属蠕变原理

4.2.2 徐变与蠕变的比较

4.3 双层钢板混凝土复合井壁建模

4.3.1 有限元模型的选取

4.3.2 单元选取及实常数的确定

4.3.3 井壁徐变的本构方程

4.4 双层钢板混凝土复合井壁数值模拟

4.4.1 模型的建立与求解

4.4.2 求解结果分析

5 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果