钢管混凝土支架

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支护强度(KN)
1126.91 1200 800 400 0 混凝土 有围压混凝土 钢管 钢管混凝土 U型钢 491.5 822.78 822.78
3 钢管混凝土支架性能实验 及发明专利
3.1 校内--钢管混凝土支架实验 2006.7
校内实验室,钢管型号 φ127×8,24.8kg/m,圆形支架,支
Φ168×8mm
荷载(KN)
5.00
10.00 15.00 纵向应变(%)
20.00
25.00
3.5
钢管混凝土支架
获得国家发明专利
专利号:200610113801.4
4 钢管混凝土支架应用实例
4.1 应用实例之一开滦钱家营煤矿
2008

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。
As f s 套箍指标 θ=1.675; Ac f c


钢管混凝土短柱的理论极限承载力为:
N 0 Ac f c (1 )
N0=1950KN;

U29型钢短柱极限承载能力约为823KN 重量近似相等,钢管混凝土承载能力是U29型钢2.37倍
钢管混凝土抗压能力原理图
1949.69 2000 1600
钢管
拉杆
支架整体结构示意图
钱家营煤矿八轨道下山支护效果
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
钢管混凝土支架支护后,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。
架直径1.6m,实测钢管混凝土支架极限载承载力为2400 KN;是 U25型钢支架极限承载能力的2.5倍。
10
800
20
钢板 18b槽钢
200 100
300

杆 1
73 r=8
螺母

杆 2

杆 3

杆 4
钢混支架实验台
实验加载装置结构示意图
实验控制台与圆形钢管混凝土支架
圆形钢管混凝土支架 径向位移测试
河南平顶山4处;
安徽淮北淮南等6处。

我国典型的软岩矿井


国外煤矿深井开采状况
德国 俄罗斯 波兰 英国 日本
1 钢管混凝土结构概述
钢管混凝土支架-----思路的提出,2004年夏

锚喷支护也有一定的适用条件,现有的U型钢支架支护能力有限 研发支护能力强大,价格相对较低的支架与支护方案,是深井、软岩和
动压巷道重要的发展方向
软岩巷道------锚喷+ U型钢复合支护------巷道变形严重, U型钢横断面为U形,其抗弯能力与方向有关,
钢管行断面为圆形,其抗弯能力与方向无关;
钢管内若充填混凝土,则其承压能力、抗弯能力将提高。
钢管混凝土是在钢管外壳内填装混凝土组成的 现代构件
工作原理:

钢管壳约束作用---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,
搅拌桶
钢管混凝土支架 Φ 168×8
灌注孔
钢管混凝土支架的充填效果
5.3 软岩钢混支架的让压方式
锚杆
1 预留变形空间
60 R1
40 0
接头套管 φ 194×12mm
1800
2 加袋装软土层
3180
电缆
R1 60 0
风筒
钢管混凝土支架 φ 159×8mm 钢筋网 φ 8:100×100mm 柔性均压卸压层 袋装煤矸石
清华大学结构实验室实验台
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。
清华大学结构实验室实验视频 SSL26262.AVI
3.3 在清华大学--支架承压性能实验 2009.4
钢管φ194×8mm, 36.7Kg/m; 套筒φ219×8mm。 支架直墙半圆拱 与U型钢对比 钢管混凝土支架的 极限承载力:2107KN U29型钢极限承载能力 只有400KN
底脚板
开滦 钱家营矿 下山巷道
鹤岗 南山矿 集中运输巷
峰峰
大淑村矿 大巷
内蒙
锡林郭勒盟
查干淖尔矿
主斜井
平朔 井工三矿 大巷
鹤壁三矿 泵房变电所
邢台 邢东煤矿 皮带下山
邢台 邢东煤矿
甘肃平凉 新安煤矿
宁煤清水营煤矿
+786水平临时水仓与机修硐室
龙口 北皂煤矿 工作面联络巷
山东能源 新矿上海庙公司 长城煤矿 沿空留巷 钢管混凝土支柱
2
AS fS 4.7 103 215N 1.005106 N
Ac、f c 分别为核心混凝土的横截面积和抗压强度
φ194×8的钢管内混凝土横截面积(圆) Ac 2510 mm 。 假设核心混凝土 f 40N / mm2
3
c
2
Ac fc 25103 40N 1106 N
新汶华丰煤矿
-1100水平大巷
新汶华丰煤矿
-1100水平水泵房
新汶华丰煤矿
-1100水平水泵房
新汶华丰煤矿
-1100水平变电所
钢管混凝土支架,已推广应用 2 0 多座矿井

开滦钱家营矿: 新汶华丰矿: 平朔井工三矿:
2008年八采区轨道下山,效果良好; 埋深1230m,大巷、回风联络巷、变电所水泵房; 煤层冲刷带软岩巷道中;
0
1050
1630
700
混凝土喷层50mm
900
R797
580
580
1606 3606
5.4 支架断面形状
圆形
R
浅底拱 -- 圆形
R1 O
O
R2
马蹄形
R1
椭圆形
R4800
R235 0
R3
O1 R2 O3
00 R45
5.5 支架钢管型号
变壁厚系列 Φ194×7—32.3 kg/m 变外径系列 Φ168×8----31.6 kg/m
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)
钢管混凝土拱桥 到2005年我国就已经有200余座
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
深圳赛格广场
深圳赛格广场楼高355.8米
鹤岗南山、益新: 2009年鹤岗南山矿,现在正益新矿推广应用;
峰峰大淑村矿:
锡盟查干淖尔: 沈阳清水矿; 鹤壁三矿: 淮北矿业集团:
大巷的煤柱高应力带;
主斜井(未胶结软泥层),井底车场,巷道交岔点; 深井软岩巷道; 变电所水泵房; 软岩大变形巷道;
长治三元荆宝矿: 集中下山,已支护; 山东沂源鲁村矿:井底车场; 内蒙榆树井矿: 采区变电所; 龙口北皂矿,邢台邢东矿,通化八宝矿,内蒙上海庙长城矿,淮南国投新 集口孜东矿,神华宁煤清水营矿,甘肃平凉新安矿,等
5 钢管混凝土支架技术要点
5.1 支架每节之间连接方式:套管连接
40
0
接头套管 194×12mm
30
挡 环 194×12mm

0 53 0 R1 13 面 1 断 面R 断

支架之间:顶杆连接
5.2 混凝土灌注:顶升灌注法
每班能灌注15-20架
排气孔
套管 Φ 194×10
混凝土输送泵
顶管托板


根据《现代钢管混凝土结构(修订版)》, 钢管混凝土结构轴压短柱极限承载力设计值为:
N 0 Ac f c (1 )
为套箍指标,且
As f s Ac f c
As、f s 分别为钢管的横截面积和屈服强度,A3钢 f s 215N / mm2
3 φ194×8的钢管横截面积(圆环) AS 4.7 10 mm

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。

巷道位于12-1煤层以下2-16m,岩
性为中砂岩、细沙岩、粉砂岩。
钱家营矿 支护方案
巷道开挖断面
排气孔 接头套管φ 168×10 长400mm
螺纹钢锚杆 φ 20×1800
钢管φ 140×8.5
2100 2170




深井、软岩巷道支护,依然是煤矿生产中的技术难题;
我国50%的探明储量埋深大于1000m; 煤矿采深正以8-12m/年的速度增加; 国内采深达到1000m的矿井已经有47处: 山东新汶5处,淄博5处,肥城临沂枣庄等11处; 东北龙煤鸡西等5处; 河北开滦与冀中能源4处; 江苏徐州与大屯7处;
4.2 应用实例之二鹤岗南山煤矿
2009

巷道:鹤岗南山矿二水平-225机道,巷道埋深535m。 30m大断面,支架间距0.8m;120m小断面,支架间距1.0m。 大断面宽4.52m,高3.55m。小断面宽3.72m,高3.55m。
264 ⌒1
1100
⌒500
拉杆套筒
⌒1 264
0 ⌒85
SSL21736.AVI 校内实验视频
钢混支架整体失稳
变ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ后的钢混支架
3.2 在清华大学--钢管混凝土支架实验 2008.5
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 15kg/m; 接头套管采用φ152×5 支架直径1800mm
支架承载能力:1504KN
As f s 1.005106 N 1 6 Ac f c 110 N c
N0 Ac fc (1 ) 3Ac fc 3AS f S
N0 3 AS f S
即 钢管混凝土的承载能力是空钢管的3倍


钢管φ194×6.5,30kg/m, f s=215N/mm2 , As=3827mm2 混凝土型号C40,φ181, f c=19.1N/mm2 , Ac=25717mm2
Φ159×8
Φ159×8 Φ194×12 Φ194×12 10mm钢板
29.8
29.8 53.9 53.9 79kg/m2
3.628
2.914 0.4 0.05 0.3*0.3m2
1
2 2 2 2块
108.11
86.84 21.52 2.69 /
108.11
173.68 330.29 43.12 5.38 7.11/块 14.22

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, 抗弯刚度大,无异向性,不易扭曲变形。
结构优点:


由于钢管混凝土结构具有突出的优点,该项技术近几十年

来在国内外建筑工程领域获得了广泛的应用。 例如:拱桥、公路立交桥、地铁车站、高层楼房建筑等。
是当今世界上最高的 钢管混凝土结构大厦
2 钢管混凝土承载能力计算理论
• 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。
R15 29
接头套管 φ 194×12mm
3100 2800
1650
1500
钢管混凝土 φ 159×8mm
4000
550
750
大断面钢混支架结构参数表
各段 名称 钢材型号 /mm 每米重量 kg/m 每段长度 m 每架 数量 每段钢管 重量 kg 各部分总 重量 kg 支架 重量 kg/架
顶拱段
两帮段 套管 挡环


U29型钢极限承载能力只有400KN 钢管混凝土支架承载能力φ194×8mm 是U29型钢支架的5倍
清华大学结构实 验室实验视频 MOV07044.MPG
3.4 钢管混凝土短柱塑性变形实验 (2010年)
荷载-应变曲线 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0.00
注浆孔
93° 95° 180°
R2
10
0
拉杆套筒
螺纹钢锚杆 φ 20×1800
900
4060 4200 4620

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。
970
排气孔
1000
R2 900
接头套管 锚杆
深井软弱岩层巷道
钢管混凝土支架支护技术与理论
高延法
中国矿业大学(北京)
2013. 8
内容提要
序 言
1 钢管混凝土结构概述
2 钢管混凝土承载能力计算理论 3 钢管混凝土支架性能实验及发明专利 4 钢管混凝土支架支护应用实例 5 钢管混凝土支架技术要点
6 深井软岩巷道支护原则
7 深井软岩巷道“承压环强化”支护理论 8 主要结论
Φ194×8---36.7 kg/m
Φ194×9---41.1 kg/m
Φ194×8----36.7 kg/m
Φ219×8 ---41.6 kg/m
Φ194×10--45.4 kg/m
Φ245×8----46.8 kg/m
型号 kg/m
Φ168×6,Φ194×6,Φ194×8,Φ194×10,Φ219×10,Φ219×12 24.0 27.8 1950 36.7 2295 45.4 2597 51.5 3093 61.3 3425
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