双层钢板高强混凝土复合井壁竖向承载力研究

论文摘要

近年来,随着煤矿新建钻井井筒穿过的表土层越来越厚,双层钢板高强混凝土复合钻井井壁结构也将得到更加广泛的应用。但在疏水沉降特殊地层,井壁将要受到巨大的竖向附加力作用。而过去针对双层钢板高强混凝土复合井壁结构的力学机理研究都是针对水平荷载作用下进行的,目前还缺乏这种井壁结构的竖向受力特性。为了搞清这种井壁结构的竖向承载力特性,使设计的井壁既经济合理又安全可靠,本文通过理论分析、模型试验和数值计算对该种井壁结构的竖向承载力进行了系统的研究。在理论分析方面,对这种井壁结构的截面应力进行了分析,基于混凝土多轴强度理论,推导出了双层钢板高强混凝土复合井壁竖向极限承载力的近似公式;在模型试验方面,根据相似理论,推导了井壁结构试验相似准则,进行了模型设计和加工,然后通过加载试验得到了井壁结构模型的变形特性、竖向承载力和井壁结构中混凝土抗压强度提高系数,提出了计算双层钢板高强混凝土复合井壁竖向承载力的计算公式;在数值模拟方面,利用ANSYS软件对双层钢板高强混凝土复合井壁进行了数值模拟分析,所得竖向承载力计算结果与试验值比较吻合,表明采用ANSYS数值分析方法进行双层钢板高强混凝土复合井壁的竖向承载力研究是可行的。本论文得到的研究成果,可供今后双层钢板高强混凝土复合井壁竖向承载力和可缩井壁接头设计计算时参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题提出
• 1.2 国内外发展概况
• 1.2.1 国外发展概述
• 1.2.2 国内发展概述
• 1.2.3 高强混凝土发展状况
• 1.3 研究内容
• 1.4 研究方法
• 1.5 研究的技术路线
• 2 双层钢板高强混凝土复合井壁理论分析
• 2.1 高强混凝土的力学性能
• 2.2 现行混凝土设计规范中的混凝土破坏准则
• 2.3 双层钢板高强混凝土复合井壁的应力特性
• 2.3.1 水平荷载作用下井壁截面弹性应力分布
• 2.3.2 竖向荷载作用下井壁截面弹性应力分布
• 2.4 双层钢板高强混凝土复合井壁竖向承载力分析
• 3 双层钢板高强混凝土复合井壁竖向承载力模型试验
• 3.1 高强混凝土配合比优化设计
• 3.2 井壁模拟试验相似准则的推导
• 3.3 井壁模型参数的确定与制作
• 3.4 加载设备与量测方法
• 3.4.1 加载设备及加载方法
• 3.4.2 试件量测内容及方法
• 3.5 试验结果及其分析
• 3.5.1 双层钢板高强混凝土井壁结构竖向荷载下的变形特征
• 3.5.2 双层钢板高强混凝土井壁竖向荷载下截面应力分析
• 3.5.3 双层钢板高强混凝土井壁竖向承载力分析
• 4 双层钢板高强混凝土复合井壁数值计算
• 4.1 概述
• 4.2 ANSYS分析软件的基本介绍
• 4.3 双层钢板高强混凝土复合井壁建模
• 4.3.1 有限元模型的选取
• 4.3.2 单元选取及实常数的确定
• 4.3.3 本构关系及破坏准则
• 4.4 双层钢板高强混凝土复合井壁数值模拟
• 4.4.1 模型参数分析
• 4.4.2 模型的建立与求解
• 4.4.3 求解结果分析
• 4.4.4 数值分析实例
• 4.4.5 双层钢板高强混凝土复合井壁竖向极限承载力计算公式回归
• 5 结论与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果