马蹄形断面波形钢腹板支架稳定承载性能研究

摘要

为了研究波形钢腹板支架结构在围岩压力作用下的平面内稳定性能，设计了马蹄形断面波形钢腹板支架的模型试验，分析了支架的稳定承载力、位移与应变发展规律。试验结果表明：支架的最终破坏形态为整体非对称失稳，支架两侧向外变形产生水平位移，右侧水平位移明显大于左侧水平位移；极限荷载时，仅拱顶翼缘和角部腹板进入了塑性阶段。支架的试验结果与有限元分析结果吻合良好，验证了有限元模型的正确性。在此基础上，对波形钢腹板支架的弹塑性屈曲性能进行了有限元参数分析，表明波形钢腹板支架对初始缺陷并不敏感，而腹板高度、腹板厚度及翼缘厚度是弹塑性稳定承载力的敏感参数，影响较大。长细比较小时，对称失稳和反对称失稳均可能发生；长细比较大时，支架会发展反对称失稳；支架的弹塑性屈曲荷载随长细比的增大而降低。有限元计算结果表明，相同边界条件和荷载情况下，波形钢腹板支架的极限稳定承载力是用钢量相同的矿用工字钢支架的2倍以上。