以矿用直墙半圆拱U型钢支架为研究对象，采用理论分析、数值模拟和现场试验等方法，建立U型钢支架平面分析力学模型，并借助ABAQUS有限元软件构建U型钢可缩支架三维分析模型，研究支架整体均匀承载、顶梁承载、单侧棚腿承载和两侧棚腿承载等条件下的支架承载性能、失稳特征和危险截面位置。研究表明：U型钢支架外部荷载条件不同，承载能力存在很大差异，单侧棚腿受力的偏载状态为支架最容易失稳的荷载条件，其极限承载能力为整体均匀承载、顶梁单独承载和两侧棚腿对称承载条件下的44%,63%,79%;U型钢支架危险截面主要分布在顶梁中心、棚腿中部和底脚，且随着顶梁荷载增大，棚腿危险截面向顶梁偏移；支架外部荷载条件不同，失稳特征分别以“M”式、“尖顶”式和单侧跪腿式为主；针对任楼煤矿-720 m南翼轨道大巷失稳特征，提出U型钢支架+壁后充填+锚索耦合支护技术，优化支架外部荷载分布形式，提高支架整体承载能力和结构稳定性，有效控制了强采动影响巷道围岩变形。

国家重点研发计划项目(2019YFC0605304)；湖北省重点研发计划项目(2021BCA152)；国家自然科学基金项目(51704218)；

1 U型钢支架力学模型
1.1 力学模型
1.2 支架危险截面位置解析解
1.2.1 约束反力的求解
1.2.2 危险截面位置的确定
2 数值分析模型及计算方案
2.1 模型参数
2.2 网格划分
2.3 分析步骤
2.3.1 ABAQUS/Standard分析
2.3.2 ABAQUS/Explicit分析
2.4 计算方案
3 不同荷载条件下U型钢支架稳定性分析
3.1 不同荷载条件下支架承载性能变化规律
3.1.1 支架承载特征
3.1.2 支架危险截面位置
3.2 不同荷载条件下支架变形特征
4 工程实例
4.1 工程概况
4.2 补强效果
5 讨 论
6 结 论

王其洲,刘高强,李宁,叶海旺,雷涛.不同荷载条件下U型钢支架承载性能及失稳特征分析[J].采矿与安全工程学报,2023,40(03):448-457+466.DOI:10.13545/j.cnki.jmse.2022.0107.