CN104880301A - 一种可适应不同形状巷道支架的试验台结构框架 - Google Patents

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李学华
姚强岭
曹晓雨
瞿群迪
王洪武
刘春桥
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China University of Mining and Technology CUMT
Shenhua Wuhai Energy Co Ltd
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Shenhua Wuhai Energy Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种可适应不同形状巷道支架的试验台结构框架，该结构框架为20个液压千斤顶加载的全封闭、卧式圆形结构，主要由反力框架、试件支撑底部横梁和外围混凝土圈梁三大部分组成。反力框架为22等边形中空结构，液压千斤顶通过连接销轴内置于反力框架中，通过一定幅度摆动来实现水平方向上的加载角度的变换，从而适应于全封闭、拱形、梯形及斜矩形等各种形状断面的支架加载试验。试件支撑底部横梁同样设计为中空结构，端面安设可移动垫板，可在不拆卸横梁的情况下完成对全封闭支架试件的加载测验。外圈混凝土圈梁由钢筋混凝土浇筑而成，用来承受反力框架传递来的多余荷载。该结构框架构造简单，可适应不同形状巷道支架的加载试验，扩大了试验台加载对象的范围，对巷道支架试验台的发展及异形断面巷道支架力学性能的检测具有重要的现实意义。

Description

一种可适应不同形状巷道支架的试验台结构框架
技术领域
本发明涉及一种巷道支架试验台结构框架，特别是涉及一种能够在不同应力状态下对各种形状断面巷道支架进行力学性能测试和检验的试验台结构框架。
背景技术
基于支架的支护系统是解决煤矿巷道支护难题的重要技术途径，而支架的承载与抗变形能力是其中的关键，因此通过建设巷道支架试验台对整架支架和支架各结构件及连接件的力学性能进行研究是十分必要的。目前我国拥有上世纪80年代初在中国矿业大学和北京开采所建成的两座卧式巷道支架试验台，和1985年在西安科技大学矿压研究所建成的一座立式单架巷道支架试验台和一座立式多架多功能试验台。立式巷道支架试验台具有受力位态与实际相符、占地面积小等优点，但其与支架试件的平面稳定性较差，不利于保证检测的准确性和可靠性。北京开采所的卧式巷道支架试验台为多边形结构框架，采用5个油缸加载，每个油缸端部加有弧形钢板，对支架加载时受力分布均匀，但其由于加载油缸数量较少，对不同形状支架的适应性较差，且多边形框架的拐角较多，容易产生应力集中现象。中国矿业大学拥有1982年建设的巷道支架试验台，试验台为全封闭、拱形、卧式，采用20个液压千斤顶加载，可实现对全封闭、拱形、梯形等巷道支架同步均称或非均称加载，但无法实现对各个加载油缸的单独加载，即实现分步加载，与巷道支架实际承受载荷不能相符，另外，其对于斜矩形等其他异形断面巷道支架也无法进行性能测试。本发明通过对巷道支架试验台结构框架进行设计改造，使其可实现对全封闭、拱形、梯形及斜矩形等其他异形断面巷道支架的加载试验，配合能够分布加载的液压控制系统，最终具备均匀或急剧向支架均称或非均称的加载能力，最大程度模拟巷道支架在实际承载下的破坏情况。整个结构框架与支架试件的平面稳定性良好，不易产生应力集中现象，对巷道支架试验台的发展及支架力学性能的检测具有重要的现实意义。
发明内容
为了克服上述的不足，解决巷道支架试验台无法对斜矩形等异形断面巷道支架的力学性能进行测试的问题，本发明提供了一种巷道支架试验台结构框架。
本发明所采用的技术方案是：该结构框架为20个液压千斤顶加载的全封闭、卧式圆形结构，主要由反力框架、试件支撑底部横梁和外围混凝土圈梁三大部分组成。反力框架为22等边形中空结构，液压千斤顶通过连接销轴内置于反力框架中，通过一定幅度摆动来实现水平方向上加载角度的变换，从而适应对全封闭、拱形、梯形及斜矩形等各种形状断面的支架加载试验。试件支撑底部横梁同样设计为中空结构，由板料焊接组成，横梁底部与反力框架采用螺钉连接，形成环形封闭式受力形式来增强整体的受力稳定性能。横梁断面安设有可移动垫板，做梯形或拱形结构试件试验时，将可移动垫板装上，模拟巷道底板对支架的作用；做环形受力试件试验时只需将可移动垫板移除，使环形试件放在横梁上下端板内侧，横梁底部的千斤顶施加到环形试件上即可。外圈混凝土圈梁承受反力框架传递来的多余荷载，其由钢筋混凝土浇筑而成。
本发明的有益效果是：通过对巷道支架试验台结构框架的设计改造，新的试验台框架结构能够满足对各种不同形状巷道支架进行力学性能测试和检验的要求，特别是能够对斜矩形等其他异形断面巷道支架进行加载测试。另外，配合能够实现分布加载的液压控制系统，使支架试验台具备均匀或急剧向支架均称或非均称的加载能力，最大程度模拟巷道支架在实际承载下的破坏情况。
附图说明
图1巷道支架试验台结构框架图。
图2液压千斤顶与反力框架组装图。
图3不同形状巷道支架试验状态图。
图4试件支撑底部横梁三维图。
1-混凝土圈梁；2-反力框架；3-液压千斤顶；4-连接销轴；5-传力杆；6-试件支撑底部横梁；7-加强板；8-可移动垫板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
如图1所示，本巷道支架试验台结构框架为全封闭、圆环形、卧式，20个液压千斤顶加载，主要由反力框架(2)、试件支撑底部横梁(6)和外围混凝土圈梁(1)三大部分组成。反力框架(2)采用22等边形中空结构，液压千斤顶(3)通过连接销轴(4)内置于反力框架(2)中(如图2)，以便在有效的空间内节约出更大的空间来安放大试件。加载测试时，液压千斤顶(3)通过传力杆(5)对支架进行施压，支架对试验台产生的反作用力，大部分由反力框架(2)承受，外圈混凝土圈梁(1)只承受反力框架传递来的多余载荷。
如图2所示，内置的液压千斤顶(3)通过连接销轴(4)和反力框架(2)连接在一起，连接销轴的直径φ=60～70mm，材料为40CrA，许用剪切强度8000Kg/cm2，每个液压千斤顶(3)通过一定幅度摆动来实现水平方向上加载角度的变换，单向可摆动角度范围0～15°，可实现对全封闭，拱形、梯形及斜矩形等各种异形断面形状支架的加载试验(如图3)。
如图4所示，试件支撑底部横梁(6)同样设计为中空结构，由28～32mm厚的板料焊接而成，上下板面上焊有加强板(7)，加强板(7)厚度为18～22mm，高度为50～60mm，用来增加底部横梁的侧向弯曲强度。横梁底部与反力框架采用M24高强度螺钉连接，上部液压千斤顶施加到试件上的力通过横梁传递到反力框架上，形成环形封闭式受力形式来增强整体的受力稳定性能。底部横梁设计承受荷载约为500T，能够完全满足实验所需强度。试件为梯形或拱形结构时需要将可移动垫板(8)放在横梁端面，让试件底部作用在横梁端面上，试件顶部的荷载才能传递到横梁如果做环形受力试件试验时，只需将可移动垫板(8)移除，使环形试件放在横梁上下端板内侧，横梁底部的千斤顶施加到环形试件上即可。横梁设计成中空结构的优点在于横梁底部的千斤顶可以穿过横梁，在不拆卸横梁的情况下便可实现环形试件的加载。

Claims (3)

1.一种可适应不同形状巷道支架的试验台结构框架，其特征在于：该结构框架为20个液压千斤顶加载的全封闭、卧式圆形结构，主要由反力框架、试件支撑底部横梁和外围混凝土圈梁三大部分组成。反力框架为22等边形中空结构，液压千斤顶通过连接销轴内置于反力框架中，通过一定幅度摆动来实现水平方向上的加载角度的变换，从而适应对全封闭，拱形、梯形及斜矩形等各种形状断面的支架加载试验。试件支撑底部横梁同样设计为中空结构，端面安设可移动垫板，可在不拆卸横梁的情况下完成对全封闭支架试件的加载测验。外圈混凝土圈梁由钢筋混凝土浇筑而成，用来承受反力框架传递来的多余荷载。
2.根据权利要求1所述的一种可适应不同形状巷道支架的试验台框架结构，其特征在于：试件支撑底部横梁设计为中空结构，由28～32mm厚的板料焊接而成，上下板面上焊有加强板，加强板厚度为18～22mm，高度为50～60mm，用来增加底部横梁的侧向弯曲强度。底部横梁设计承受荷载约为500T。
3.根据权利要求1所述的一种可适应不同形状巷道支架的试验台框架结构，其特征在于：内置的液压千斤顶通过连接销轴和反力框架连接在一起，连接销轴的直径Ф=60～70mm，材料为40CrA，许用剪切强度为7000～9000Kg/cm2，每个液压千斤顶通过一定幅度摆动来实现水平方向上加载角度的变换，单向可摆动角度范围0～15°，可实现对全封闭，拱形、梯形及斜矩形等各种异形断面形状支架的加载试验。
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