钢管混凝土墩柱结构设计优化与力学性能研究
作者：
黄万朋, 侯可可, 赵同阳, 刘士磊, 姜洪义, 袁啸
作者单位：
1. 山东科技大学 能源与矿业工程学院, 山东 青岛 266590
2. 山东省聊城市中矿机械有限公司, 山东 聊城 252000
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摘要
为了提高普通钢管混凝土墩柱的承载性能, 满足井下巷道高度2.5~3.0 m特定条件巷旁支护体的需求, 提出了一种内配型钢钢管混凝土墩柱支护体, 设计了满足井下巷道尺寸的特定长径比的钢管混凝土墩柱参数。对普通钢管与内配型钢钢管混凝土短柱力学性能进行试验对比, 并对钢管混凝土长柱轴压力学性能进行研究, 结果表明: 内配型钢钢管混凝土墩柱局部鼓曲现象及核心混凝土的破坏程度较轻, 横向和纵向变形均小于普通钢管混凝土墩柱, 在受力时破坏行为较为缓慢, 延性性能较好; 内配型钢钢管混凝土墩柱的极限承载力比普通钢管混凝土墩柱高约500 kN; 随着钢管管径的增加, 钢管混凝土长柱的弹性极限应变为0.1%~0.6%, 塑性极限应变为2.0%~6.7%, 钢管混凝土长柱的承载能力受长径比的影响而显著降低, 其破坏形式为明显的屈曲变形。研究结果可为钢管混凝土墩柱的结构优化和力学性能提升提供参考。
图片
图 1 ϕ180 mm×8 mm×600 mm普通钢管混凝土短柱荷载−位移曲线
图 2 内配型钢钢管混凝土短柱
图 3 空钢管短柱试件
图 4 钢管混凝土短柱试件
图 5 试验设备及钢管混凝土墩柱试件
图 6 压力试验机、应变片布置示意及应变采集系统
图 7 钢管混凝土短柱试件破坏形态
图 8 不同长径比的2种钢管混凝土短柱荷载−位移曲线
图 9 钢管混凝土短柱荷载−应变曲线
图 10 钢管混凝土长柱试件的破坏形态
图 11 钢管混凝土长柱试件荷载−应变曲线
图 12 钢管混凝土长柱试验和模拟荷载−位移对比曲线
图 13 钢管混凝土长柱网格划分
图 14 不同管径钢管混凝土长柱试件最终破坏形态模拟
图 15 不同管径长柱试件模拟荷载−位移曲线
图 16 ϕ194 mm×10 mm×2 000 mm钢管混凝土墩柱承载力监测结果
图 17 现场监测实拍
作者简介
通讯作者简介：
赵同阳（1994—），山东科技大学在读博士研究生。主要研究方向包括矿山压力与岩层控制、巷道围岩稳定性控制等方面。主持山东科技大学研究生科研创新项目3项，参与国家自然科学基金项目2 项。以第一/通讯作者在《Construction and Building Materials》、《Energy Science & Engineering》、《采矿与岩层控制工程学报》等期刊发表SCI/EI论文8篇，获行业协会科技进步二等奖1项（R6），曾获研究生国家奖学金。
本文引用格式
HUANG Wanpeng, HOU Keke, ZHAO Tongyang, et al. Research on structural design optimization and mechanical properties of concrete-filled steel tubular pier column[J]. Journal of Mining and Strata Control Engineering, 2024, 6(6): 063023. DOI: 10.13532/j.jmsce.cn10-1638/td.2024-1147.
