钢管混凝土支架专题

侯公羽ProfessorDr.HOUGongyu中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院钢管混凝土支架——支护技术与应用专题讲座第一页，编辑于星期六：点三十二分。1钢管混凝土技术2套箍系数与钢管混凝土承载能力计算理论3钢管混凝土支架承压性能试验4钢管混凝土支架应用实例5总回风巷钢管混凝土支护 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 6软岩钢混支架的让压方式7主要结论内容提要第二页，编辑于星期六：点三十二分。1钢管混凝土技术第三页，编辑于星期六：点三十二分。钢管混凝土是在钢管外壳内填装混凝土组成的现代构件。其工作原理是：借助钢管壳的约束作用使混凝土处于三向受压状态，从而使夹心混凝土具有更高的抗压强度和抗变形能力，内填混凝土与钢管管壳共同承受轴向压力；钢管混凝土构件具有圆柱状外形，是当前最科学、最合理的截面形状，它不仅有惯性矩大的特点，而且无异向性，不易扭曲变形。1钢管混凝土技术第四页，编辑于星期六：点三十二分。由于钢管混凝土结构具有突出的优点，该项技术近几十年来在建筑工程领域获得了广泛的应用，例如：高层楼房建筑、拱桥、公路立交桥、地铁车站等，如下图。图1巫山长江大桥建设中的钢管混凝土拱肋图2建成后巫山长江大桥（460米）1钢管混凝土技术第五页，编辑于星期六：点三十二分。图3多肋钢管砼连拱--郑州黄河大桥图4某地铁站大厅钢管混凝土立柱图5某高层大楼钢管混凝土主体结构图6正在往钢管内浇注混凝土第六页，编辑于星期六：点三十二分。楼高355.8米是当今世界上最高的钢管混凝土结构大厦深圳赛格广场第七页，编辑于星期六：点三十二分。2套箍系数与钢管混凝土承载能力计算理论第八页，编辑于星期六：点三十二分。蔡绍怀，研究员，博士生导师主要研究钢管混凝土结构理论和工程应用国家核安全专家委员会专业组成员中国钢结构协会理事钢-混凝土组合结构协会理事长《建筑结构学报》编委美国混凝土学会、ACI363高强混凝土委员会国际委员。2套箍指标与钢管混凝土承载能力计算理论第九页，编辑于星期六：点三十二分。根据《现代钢管混凝土结构（修订版）》，钢管混凝土支架轴压短柱极限承载力设计值为：为套箍指标，且分别为钢管的横截面积和屈服强度，A3钢分别为核心混凝土的横截面积和抗压强度C40混凝土的2套箍指标与钢管混凝土承载能力计算理论第十页，编辑于星期六：点三十二分。钢管混凝土抗压能力原理图钢管φ194×6.5，30kg/m,fs=215N/mm2，As=3827混凝土型号C40，φ181，fc=19.1N/mm2,Ac=25717套箍指标θ=1.675;钢混短柱的理论极限承载力约为1950KN;U29型钢短柱极限承载能力约为823KN同样重量的材料钢混短柱承载能力是U29型钢2.37倍2套箍指标与钢管混凝土承载能力计算理论第十一页，编辑于星期六：点三十二分。3钢管混凝土支架承压性能试验第十二页，编辑于星期六：点三十二分。钢混支架室内承载性能试验（一）钢混支架实验台实验加载装置结构示意图校内实验室，钢管混凝土支架承载性能实验，钢管型号φ127×8，24.8kg/m，圆形支架，支架直径1.6m，实测支架极限载承载力为2400KN；是U25型钢支架的约2.5倍。第十三页，编辑于星期六：点三十二分。变形后的钢混支架钢混支架整体失稳钢混支架室内承载性能试验（一）第十四页，编辑于星期六：点三十二分。钢混支架室内承压性能试验（二）清华大学结构实验室实验台2008年5月清华大学结构试验室钢管混凝土支架承压性能与破坏方式试验，两台支架钢管型号φ140×4.5接头套管采用φ152×5支架直径1800mm第十五页，编辑于星期六：点三十二分。钢管型号：φ140×4.5，15kg/m；支架承载能力：1504KN；支架破坏方式：加载到1504KN时，左上角套管崩裂。钢混支架室内承压性能试验（二）第十六页，编辑于星期六：点三十二分。4钢管混凝土支架应用实例第十七页，编辑于星期六：点三十二分。实验巷道选在开滦钱家营煤矿八采区轨道下山，位于–600水平西大巷，埋深约650m。实验巷道段共安装钢管混凝土支架30架。钢管混凝土支架断面形状采用直墙半圆拱加反底拱。巷道位于12-1煤层以下2-16m，岩性为中砂岩、细沙岩、粉砂岩。4钢管混凝土支架应用实例---钱家营煤矿第十八页，编辑于星期六：点三十二分。支护钢管选用Φ140×8.5mm无缝钢管，单位长度重量为27.57kg/m。接头套管Φ168×10mm无缝钢管，单位长度重量为31.68kg/m。钱家营煤矿支护方案第十九页，编辑于星期六：点三十二分。支架整体结构示意图第二十页，编辑于星期六：点三十二分。钢混支架巷道整体效果图钢混支架与原U型钢支架变形图钱家营煤矿八轨道下山支护效果第二十一页，编辑于星期六：点三十二分。钢管混凝土支架的充填效果第二十二页，编辑于星期六：点三十二分。钱家营矿钢管混凝土支架支护效果巷道名称：8采区轨道下山，采动动压巷道支护条件：埋深约650m钢管混凝土支架安装两个月后，巷道稳定性良好，支架没有明显变形。巷道断面变形观测结果：顶板下沉小于20mm，两帮收敛变形小于60mm。第二十三页，编辑于星期六：点三十二分。5总回风巷钢管混凝土支护方案第二十四页，编辑于星期六：点三十二分。矿井总回风巷道位于侏罗系延安组地层，岩石胶结程度较差巷道埋深约300m，已掘巷道底臌量较大（大于30cm）支护强度不够导致巷道变形大顶底板岩层属于典型的软岩，需针对软岩巷道制定特殊的支护方案。底鼓的巷道车场西侧巷道矿井地质条件与巷道变形情况第二十五页，编辑于星期六：点三十二分。总回风巷钢管混凝土支架与网喷支护方案钢管混凝土支架支护巷道断面图第二十六页，编辑于星期六：点三十二分。钢管混凝土支架支护巷道断面图第二十七页，编辑于星期六：点三十二分。钢管混凝土支架整体结构图第二十八页，编辑于星期六：点三十二分。钢管混凝土支架支护巷道结构图第二十九页，编辑于星期六：点三十二分。支护设计参数表各段名称直墙与肩部圆弧段顶部圆拱段反低拱段接头套管钢管型号/mmΦ194×6.5Φ194×6.5Φ140×6.5Φ219×9每米重量kg/m303021.4046.61每段钢管长度/m4.253.2645.9170.500每段钢管重量/kg127.597.92126.6223.305钢管段数/段2112单架支架的钢管重量/kg526.15角钢拉杆重量/kg91单架支架的总重量/kg617.15第三十页，编辑于星期六：点三十二分。钢管混凝土支架之间的连接支架间角钢连接结构图第三十一页，编辑于星期六：点三十二分。支架底脚设计钢管混凝土支架脚部焊接钢板（厚度10mm）支架底脚示意图第三十二页，编辑于星期六：点三十二分。反底拱与支架直墙段的连接方式反底拱底脚板与直墙段底脚板用四根直径为20mm螺栓连接。螺栓对称分布于底脚板四角，距长边与短边均为25mm。反底拱支架接头结构图第三十三页，编辑于星期六：点三十二分。混凝土充填示意图第三十四页，编辑于星期六：点三十二分。钢管混凝土支架注浆孔、排气孔的留设注浆孔、排气孔位置示意图第三十五页，编辑于星期六：点三十二分。钢管混凝土截面支架所用钢管为Φ194×6.5，外径R1=194mm，内径R2=181mm，则：计算中不考虑长细比及偏心率影响的承载力折减系数，则：钢管混凝土轴心受压承载力计算第三十六页，编辑于星期六：点三十二分。钢管混凝土与同型号钢管支架的比值：该钢管混凝土支架(Φ194×6.5，30kg/m)的承载能力是同型号钢管支架的2.37倍，也就是U29型钢支架承载能力的2.37倍。第三十七页，编辑于星期六：点三十二分。支护反力计算假设支架上部半圆拱承受均匀围压力，其结构力学模型如图所示，则支架上部半圆拱的极限承载平衡方程为：第三十八页，编辑于星期六：点三十二分。将参数代入公式可求得钢管混凝土支架支护反力为Φ194×6.5钢管的用钢量为30kg/m，钢管混凝土支架支护反力0.94MPa。U29型钢支架的用钢量为29kg/m，U29型钢支架支护仅为0.42MPa。在钢管用钢量与U型钢大致相同的条件下，钢管混凝土支架的承载能力却是U型钢支架的2.37倍；这就充分显示了钢管混凝土支架低成本与高承载能力的优越特性。第三十九页，编辑于星期六：点三十二分。6软岩钢混支架的让压方式1支架后面加一层钢筋网2钢筋网与巷道壁之间加一层“袋装软土矸石层”3“袋装软土矸石层”--------即是均压卸压变形层第四十页，编辑于星期六：点三十二分。7软岩巷道钢管混凝土支架支护—主要结论钢管混凝土支架的承载能力是相同重量U型钢支架的2～3倍：钢管套箍作用使内部混凝土具有更高的抗压强度，钢管与其内部混凝土共同承载。钢管支架支护成巷速度与U型钢支架支护相同：支架注浆工艺滞后于支架安装，平行作业，不影响支护速度。钢管混凝土支架的巷道围岩可以让压变形：钢管混凝土支架支护可预留变形层，尽管支架不变形，但围岩可以让压变形。钢管混凝土支架支护总成本较低：尽管支架加工要增加约20%的成本，但钢管混凝土支架承载能力强大，巷道不用返修，如果考虑到巷道返修成本等，与U型钢支护相比总成本较低。第四十一页，编辑于星期六：点三十二分。谢谢大家！中国矿业大学（北京）侯公羽教授第四十二页，编辑于星期六：点三十二分。