钢管混凝土支架注浆孔补强技术数值模拟分析

高延法，李学彬，王 军，曲广龙，马鹏鹏，陆 侃

(1.中国矿业大学，北京 100083;2.深部岩土力学与地下工程国家重点试验室，北京 100083)

0 引言

随着煤矿开采深度的加大，深井软岩及动压巷道的支护难度也越来越大。传统的U型钢可缩性支架很难满足深井软岩与动压巷道的支护需要。钢管混凝土支架作为一种高支护反力的新型支架，具有优良的承载能力［1-7］。由于钢管混凝土支架需要在井下进行注浆，所以需要开孔。当钢管开孔以后，由于钢管被削弱，会引起应力增加和强度减弱［8-10］，必须采用补强措施，以保证钢管混凝土支架的整体支护强度。为了研究开孔钢管混凝土短柱补强措施的性能，采用ABAQUS有限元软件对开孔钢管混凝土短柱的补强方案进行数值模拟，分析补强措施的补强效果。

1 钢管混凝土支架注浆口补强措施

钢管混凝土支架注浆孔补强措施主要有加强板、注浆短管与封孔塞，钢管混凝土支架短柱与注浆口结构参数如图1所示。

图1 钢管混凝土支架短柱注浆口补强措施参数图Fig.1 GroutingholereinforcementparametersofshortcolumnofCFSTS

2 钢管混凝土支架短柱力学模型

2.1 材料本构关系与力学参数

钢材采用ABAQUS软件中提供的等向弹塑性模型，满足 VonMises屈服准则［10-12］。对于 Q235钢、Q345钢、Q390钢等土木工程中常用的低碳钢，描述其塑性性能的应力-应变关系曲线采用五段式二次塑流模型。一般可分为弹性、弹塑性、塑性、强化段和二次塑流5个阶段，数学表达式如下:

式中:fy为钢材的屈服极限;εe=0.8fy/Es，εe1=1.5εe，εe2=10εe1，εe3=100εe1。钢管采用直径 159mm ×8mm无缝钢管，材料参数见表1。

表1 材料参数表Table1 Materialparameters