雙層鋼板高強(qiáng)混凝土復(fù)合井壁強(qiáng)度數(shù)值模擬

高強(qiáng)混凝土作為一種新的建筑材料,具有強(qiáng)度高、變形小、良好的抗?jié)B性和抗凍性。將高強(qiáng)混凝土用于深厚表土層立井井筒工程中,能滿足我國(guó)不斷加深的鉆井和凍結(jié)井筒建設(shè)的需要。高強(qiáng)混凝土復(fù)合井壁具有減小井壁厚度,防止井壁滲水,降低建井成本的優(yōu)點(diǎn)。

通過(guò)對(duì)雙層鋼板混凝土復(fù)合井壁結(jié)構(gòu)受力分析指出,由于內(nèi)、外鋼板筒的約束作用,中間混凝土層完全處于三軸受壓應(yīng)力狀態(tài),混凝土抗壓強(qiáng)度得到了較大程度地提高。根據(jù)現(xiàn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范關(guān)于多軸應(yīng)力狀態(tài)下混凝土強(qiáng)度驗(yàn)算的相關(guān)規(guī)定,提出了雙層鋼板混凝土復(fù)合井壁設(shè)計(jì)計(jì)算新方法,并得到了模型試驗(yàn)的驗(yàn)證,通過(guò)實(shí)例計(jì)算結(jié)果表明,采用這一新方法設(shè)計(jì)的井壁結(jié)構(gòu)不但安全可靠,而且還可大大降低井壁混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)或減薄井壁厚度,解決了特厚表土層鉆井井壁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算難題。目前,該方法已應(yīng)用于工程實(shí)際的井壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。

我國(guó)新建井筒所穿越的表土層越來(lái)越厚,急需提高井壁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度,越來(lái)越多的井壁采用鋼纖維高強(qiáng)混凝土。將影響該種井壁水平極限承載力的主要因素進(jìn)行無(wú)量綱化,通過(guò)數(shù)值計(jì)算試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)了井壁水平極限承載力與影響因素之間的規(guī)律,歸納得到了計(jì)算公式。

針對(duì)600～800m特厚表土層中凍結(jié)井筒的支護(hù)難題,根據(jù)約束混凝土原理,提出合理的解決途徑是采用內(nèi)層鋼板高強(qiáng)鋼筋混凝土復(fù)合凍結(jié)井壁結(jié)構(gòu)。通過(guò)模型試驗(yàn),對(duì)該種井壁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、變形和強(qiáng)度特性進(jìn)行深入研究,結(jié)果表明:由于內(nèi)層鋼板筒的約束作用,井壁結(jié)構(gòu)中混凝土處于三軸受壓應(yīng)力狀態(tài)下,其變形能力和抗壓強(qiáng)度都得到較大程度的提高,井壁破壞時(shí),內(nèi)緣混凝土的環(huán)向應(yīng)變可達(dá)-4000με,表現(xiàn)出較好的延性特性,改善了高強(qiáng)混凝土的脆性缺陷。如將目前現(xiàn)場(chǎng)使用的現(xiàn)澆高強(qiáng)鋼筋混凝土凍結(jié)井壁改為內(nèi)層鋼板高強(qiáng)鋼筋混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)形式,則井壁承載能力可大大提高,可合理地解決特厚表土層中凍結(jié)井筒的支護(hù)難題。影響該種井壁極限承載力大小的因素依次為混凝土抗壓強(qiáng)度、厚徑比、內(nèi)層鋼板厚度和配筋率,其中提高混凝土強(qiáng)度對(duì)井壁承載力影響非常顯著,如將混凝土強(qiáng)度提高10mpa,則井壁承載力將提高約13.8%。而增大配筋率對(duì)井壁承載力影響甚微,所以,在實(shí)際工程應(yīng)用中,為經(jīng)濟(jì)合理設(shè)計(jì)井壁,只需配置單外排鋼筋。最后,根據(jù)理論分析和試驗(yàn)結(jié)果推導(dǎo)出該種井壁承載力的計(jì)算公式,從而為該種井壁結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用提供設(shè)計(jì)依據(jù)。

運(yùn)用有限元分析軟件ansys/ls-dyna對(duì)鋼纖維體積分?jǐn)?shù)為0,0.5%,1.0%,鋼管壁厚度為4,7.5mm的鋼管鋼纖維高強(qiáng)混凝土遮彈層進(jìn)行抗侵徹?cái)?shù)值模擬研究,引入jhc模型來(lái)描述鋼纖維高強(qiáng)混凝土在高速、高壓環(huán)境下的非線性變形和破壞情況。通過(guò)分析距離中心侵徹位置不同節(jié)點(diǎn)的位移變化曲線,研究了鋼管分隔作用對(duì)遮彈層抗侵徹的影響,并與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,吻合較好。同時(shí),研究了鋼纖維體積分?jǐn)?shù)及鋼管壁厚度對(duì)遮彈層抗侵徹的影響,結(jié)果表明:鋼纖維的摻入減輕了彈體的破壞效應(yīng)、限制了侵徹深度;鋼管壁厚度的增加使其更好地發(fā)揮了自身的套箍及吸能作用,提高了遮彈層整體的抗侵徹能力。

運(yùn)用有限元分析軟件ansys/ls-dyna對(duì)鋼纖維體積分?jǐn)?shù)為0,0.5%,1.0%,鋼管壁厚度為4,7.5mm的鋼管鋼纖維高強(qiáng)混凝土遮彈層進(jìn)行抗侵徹?cái)?shù)值模擬研究,引入jhc模型來(lái)描述鋼纖維高強(qiáng)混凝土在高速、高壓環(huán)境下的非線性變形和破壞情況。通過(guò)分析距離中心侵徹位置不同節(jié)點(diǎn)的位移變化曲線,研究了鋼管分隔作用對(duì)遮彈層抗侵徹的影響,并與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,吻合較好。同時(shí),研究了鋼纖維體積分?jǐn)?shù)及鋼管壁厚度對(duì)遮彈層抗侵徹的影響,結(jié)果表明：鋼纖維的摻入減輕了彈體的破壞效應(yīng)、限制了侵徹深度;鋼管壁厚度的增加使其更好地發(fā)揮了自身的套箍及吸能作用,提高了遮彈層整體的抗侵徹能力。

高強(qiáng)混凝土與鋼筋粘結(jié)_滑移的數(shù)值模擬

在梁的非線性有限元分析中,鋼筋與混凝土界面的粘結(jié)-滑移是十分復(fù)雜的問(wèn)題.為研究粘結(jié)長(zhǎng)度對(duì)梁力學(xué)性能的影響,以粘結(jié)長(zhǎng)度為變化參數(shù)構(gòu)造了三根模型梁.基于模型梁幾何參數(shù),利用以前學(xué)者由試驗(yàn)得到的粘結(jié)滑移曲線,采用非線性彈簧單元combin39模擬了鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)滑移,建立了粘結(jié)滑移關(guān)系曲線與彈簧單元f-d曲線的轉(zhuǎn)換技術(shù).基于ansys強(qiáng)大的后處理功能對(duì)考慮粘結(jié)滑移問(wèn)題的混凝土模型梁進(jìn)行了細(xì)致的研究,在一定程度上豐富了梁式構(gòu)件的數(shù)值仿真理論.

針對(duì)永煤集團(tuán)新橋礦副井表土層厚、井筒直徑大、井壁受力復(fù)雜的特點(diǎn),在永城礦區(qū)凍結(jié)段井壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,首次采用了c70高強(qiáng)混凝土。通過(guò)對(duì)混凝土配合比的多次試驗(yàn)和研究,確定出合理的配制參數(shù)。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)段的進(jìn)一步驗(yàn)證,使得c70高強(qiáng)混凝土在新橋礦副井井筒凍結(jié)井壁工程中得到了成功應(yīng)用。

針對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和銅板復(fù)合混凝土結(jié)構(gòu)井壁壁后充填檢查與補(bǔ)注漿的施工與效果。

特種復(fù)合外加劑高強(qiáng)混凝土的研究

提出一種新型的凍結(jié)井高強(qiáng)混凝土預(yù)制弧板外層井壁結(jié)構(gòu)形式,通過(guò)原材料強(qiáng)度模型試驗(yàn),研究了其力學(xué)形態(tài)和極限承載力.研究表明,該種新型井壁結(jié)構(gòu)形式具有在井下裝配后即可滿負(fù)荷工作,承載能力大、受力特性好等優(yōu)點(diǎn),適用于400m以上深厚表土層凍結(jié)井外層井壁支護(hù).

為研究高強(qiáng)鋼板的熱沖壓成形性,采用abaqus軟件對(duì)高溫下22mnb5高強(qiáng)鋼板溝槽形件沖壓成形進(jìn)行了數(shù)值模擬研究.建立了基于熱力耦合的彈塑性有限元模型和熱成形下的材料模型,通過(guò)對(duì)溝槽形件熱成形進(jìn)行數(shù)值模擬,考察了壓邊力、模具間隙和凹模圓角半徑等工藝參數(shù)對(duì)熱成形時(shí)溫度分布和回彈的影響,給出了熱成形中產(chǎn)生回彈的機(jī)理,確定了合適的工藝參數(shù),通過(guò)熱成形試驗(yàn)驗(yàn)證了數(shù)值結(jié)果的可靠性.

對(duì)高強(qiáng)鋼筋混凝土預(yù)制弧板井壁結(jié)構(gòu)的研究表明,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值計(jì)算結(jié)果基本一致。高強(qiáng)鋼筋混凝土預(yù)制弧板井壁結(jié)構(gòu)具有很高的承載能力,影響其承載能力的主要因素依次為混凝土的強(qiáng)度等級(jí)、厚徑比和配筋率。在均布荷載作用下,混凝土的強(qiáng)度等級(jí)提高10mpa,極限承載力提高126mpa。厚徑比每增加1%,極限承載力增加085mpa。增大配筋率對(duì)提高其極限承載力作用不大,配筋率增大3倍,極限承載力只增加了01mpa。

本文在對(duì)12根柱試件在彈性階段的軸壓復(fù)合剛度的試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上,參考大量文獻(xiàn)、規(guī)程,分別計(jì)算核心鋼管混凝土和外圍鋼筋混凝土復(fù)合剛度,進(jìn)行疊加得到鋼管高強(qiáng)混凝土核心柱復(fù)合剛度,所得結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果較為一致.

為研究外方內(nèi)圓復(fù)合鋼管高強(qiáng)混凝土短柱軸心受壓性能,完成了三組共23個(gè)試件的軸壓試驗(yàn)和典型試件的非線性有限元分析。試驗(yàn)結(jié)果表明:各試件的破壞形態(tài)基本相同,為方鋼管向外鼓曲,方鋼管與圓鋼管之間的混凝土酥松、局部壓碎;試驗(yàn)結(jié)束時(shí),試件縱向應(yīng)變達(dá)到0.09～0.11,尚能承擔(dān)約70%的峰值豎向力;按文獻(xiàn)[8]有關(guān)公式計(jì)算得到的試件壓縮剛度平均值為實(shí)測(cè)值的83.6%;采用圓鋼管對(duì)其管內(nèi)混凝土提供約束,方鋼管對(duì)混凝土不提供約束、但提供軸壓承載力的計(jì)算假定,試件軸心受壓承載力計(jì)算值與試驗(yàn)值吻合良好;非線性有限元計(jì)算得到的豎向力-縱向應(yīng)變曲線及破壞過(guò)程與試驗(yàn)結(jié)果符合較好。

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(frp)近年來(lái)在混凝土結(jié)構(gòu)加固中得到廣泛的應(yīng)用。介紹了frp材料的性能、特點(diǎn),綜述了國(guó)內(nèi)外frp加固高強(qiáng)混凝土柱的研究現(xiàn)狀,并對(duì)其今后的研究和發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

高強(qiáng)鋼筋高強(qiáng)混凝土柱的非線性數(shù)值分析——目的研究配有高強(qiáng)鋼筋的高強(qiáng)混凝土柱的抗震性能．方法采用opensees開放式軟件對(duì)配有高強(qiáng)鋼筋的高強(qiáng)混凝土柱進(jìn)行非線性有限元分析，并將計(jì)算結(jié)果與同等參數(shù)條件下的擬靜力試驗(yàn)進(jìn)行了對(duì)比．對(duì)影響柱子延性的主要因素進(jìn)行...

青島理工大學(xué) 第二屆高強(qiáng)混凝土配制技術(shù)大賽設(shè)計(jì)書 隊(duì)名：224 隊(duì)長(zhǎng)姓名：高梓峰 聯(lián)系方式：15653253825 選手檔案 隊(duì)名姓名性別學(xué)院班級(jí)聯(lián)系電話 224高梓 峰 男土木工 程學(xué)院 工建 096 15653253835 鞏明 遠(yuǎn) 男土木工 程學(xué)院 工建 096 13105159565 王洪 坤 男土木工 程學(xué)院 工建 096 13210269796 呂童男土木工 程學(xué)院 工建 096 18053200786 方案設(shè)計(jì) （方案設(shè)計(jì)包括實(shí)驗(yàn)步驟、材料配合比、實(shí)際用量計(jì)算以及創(chuàng)新性、經(jīng)濟(jì)性說(shuō)明） 實(shí)驗(yàn)步驟（1）篩石子和沙子，沙子和石子的質(zhì)量是根據(jù)砂率和體積法求的！ （2）稱量各材料用量 （3）拌制混凝土，先將沙子和水凝膠料拌勻，將石子摻入拌勻加 水1/3拌勻，再加入水1/3拌勻，加減水劑，并用水沖凈！ 拌

針對(duì)高強(qiáng)混凝土的優(yōu)越性、施工技術(shù)、存在問(wèn)題及改善途徑進(jìn)行了論述。

高強(qiáng)混凝土及配合比

針對(duì)550～700m巨厚沖積層中煤礦立井井筒的支護(hù)難題,提出采用鋼筋鋼纖維高強(qiáng)混凝土的井壁結(jié)構(gòu)。通過(guò)模型試驗(yàn),對(duì)這種井壁結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性和破壞特征進(jìn)行了深入研究。結(jié)果表明:在相同條件下,采用鋼筋鋼纖維高強(qiáng)混凝土可顯著地提高井壁的承載力,并可改善普通高強(qiáng)鋼筋混凝土井壁延性差的缺陷,具有良好的塑性特征,且提高了井壁結(jié)構(gòu)的工程可靠性。最后,根據(jù)理論分析和試驗(yàn)結(jié)果推導(dǎo)出了鋼筋鋼纖維高強(qiáng)混凝土井壁承載力的計(jì)算公式,從而為該種新型井壁結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用提供了設(shè)計(jì)依據(jù)。