内钢板高强混凝土井壁锚卡的力学特性研究

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发布时间：2021-10-10

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摘要：通过模型试验对内钢板一高强混凝土井壁锚卡的力学性能进行了研究，结果表明随着
井壁作用力的增加锚卡受到的拉应变逐渐增大，并且当内钢板进入塑性变形后应变增长加快，明确
了井壁在荷载作用下锚卡的应力一应变特性，以及破坏特征。通过数值模拟进一步明确了锚卡的最
大拉应力位置并不在锚卡与内钢板的焊接位置，而是在离开焊接位置约 1／3倍的锚卡长度处。
关键词：内钢板；复合井壁；锚卡；模型试验；数值模拟
中图分类号：TD265．3 2 文献标识码：A 文章编号：1671—0959(2015)12-0100-03
Research on M echanical Characteristics of Rivets for High Strength
Concrete Shaft Lining with Inner Steel Cylinder
QI Shan—zhong ．HUANG Jia—hui
(1．Yellow River Conservancy Technical Institute，Km~ng475004，China；
2．School of Mechanics and Civil Engineering，China University of Mining and Technology，Xuzhou 221116，China)
Abstract：The mechanical characteristics of rivets were studied for high strength eonerete shaft lining with inner steel
cylinder，through model experiment． The results showed that，the strain on rivets raised gradually with the increase of
lateral force，and the strain growth accelerated， when the inner steel plate enters plastic deformation． The stress—strain
and failure characteristics of rivets under load were obtained． According to the numerical simulation，the maximum stress
was at 1／3 rivet away from the welding point．
Keywords： inner steel cylinder； composite shaft lining；rivets；model experiment； numerical simulation
在我国山东、安徽、河南、河北等产煤大省，因浅部
资源已大部分被开发，深部煤炭开采、新建矿井穿过的冲
积层越来越厚将成为必然 J。
随着冲积层厚度的增大，井壁混凝土强度和厚度不断
增大，为了降低冻结和掘砌费用，减少建井成本，对于
600m 以深的井壁结构，提出了使用复合井壁结构，如钢骨
混凝土复合井壁结构、钢板混凝土复合井壁结构 ’。。但是
在钢板混凝土复合井壁的研究过程中，对内钢板有稳定作
用的锚卡的研究则基本空白。洪伯潜认为从理论上不加
锚卡而不会降低井壁的承载力，为了抵抗井壁的不均匀荷
载产生的剪应力，可以按构造设置；对于锚卡井壁受力过
程中的力学特性，还未有人进行研究。本文就针对锚卡的
受力特性通过数值模拟和模型试验，明确井壁在外荷载作
用下锚卡的力学特性和破坏特征。
1 模型设计
1．1 原型内钢板一混凝土井壁设计
以万福煤矿副井为工程背景，假设外井筒净直径
6．5m，冲积层厚度约为 750m，井壁为双层复合井壁结构，
在深度 650～750m处内层井壁采用内钢板高强钢纤维混凝
土井壁结构，钢纤维混凝土强度等级为 CF80一CF100，井
壁厚度按规范【估算，CF85～CF100的钢纤维混凝土强度
设计值按规程外推，内钢板与锚卡使用的均是普通碳钢
Q235。计算可以得到 CF95井壁 700m处的混凝土井壁厚度
为 675mm，钢板厚度为 40mm。
1．2 相似模拟设计
井壁模型设计要满足应力、变形和强度相似，同时也
要满足试验条件要求，根据相似理论可得如下相似准则方