方钢约束混凝土拱架力学性能及破坏机制

王琦^1,2,3，邵行¹，李术才¹，王德超^1,2，李为腾^2,4，王富奇³，刘文江³，张世国³

1. 山东大学岩土与结构工程研究中心2. 山东省矿山灾害预防控制国家重点实验室培育基地3. 兖矿集团有限公司博士后科研工作站4. 山东科技大学土木建筑学院

摘 要：针对处于深部、高应力、构造破碎带等条件下的困难支护巷道,提出了方钢约束混凝土（SQCC）新型支护体系,并对其主要组成部分方钢约束混凝土拱架进行了深入研究。推导出任意节数直腿半圆形拱架的内力计算公式,结合工程实际计算出现场采用的4节拱架在均布荷载作用下的内力分布,得到内力最大的部位为拱腿上部和拱顶;通过SQCC构件强度分析对可能的关键部位进行校核,得到拱架均压作用下最先破坏的部位为拱腿上部以及拱架的极限承载力为1 315 k N。采用地下工程约束混凝土拱架1∶1大型试验系统对SQCC全尺寸拱架进行了力学加载试验,结合利用ABAQUS软件对SQCC拱架进行的数值试验,分析了极限承载力误差率δFe-Ft=-7.1%,δFe-Fn=-1.1%和关键破坏部位、内力以及应力应变等多个结果,从而对拱架力学性能和变形破坏机制进行了研究,同时也验证了理论计算和数值试验的正确性。

关键词：方钢约束混凝土;拱架;力学性能;深部高应力巷道;全尺寸力学试验;