不均匀受力条件下钢板复合钻井井壁的抗弯特性

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钢板-(钢筋)混凝土复合井壁是一种安全、合理、高效的井筒支护形式,具有材料利用率高、厚度簿、承载性能好等优点。近年来,随井筒开发深度加深,地层条件更加复杂,钻井井壁抗不均匀地压性能成为解决高地压下井壁厚度增加与悬浮下沉安装工艺对井壁自重限制之间矛盾问题的关键。本文通过模型试验、理论分析、有限元数值计算相结合的方法,对钢板与混凝土组合构件组合性能及复合井壁整体抗不均匀压力性能进行了比较系统的研究。  (1)利用弹性力学的分析方法,推导出了不均匀地应力条件下钢板混凝土复合井壁钢板与混凝土系统的位移场和应力场的理论解。  (2)对13根梁进行了静力加载试验,包括12根钢板钢筋混凝土组合梁、1根钢筋混凝土对比梁、1根正弯矩作用下组合对比梁,研究了负弯矩下钢板钢筋混凝土组合梁受力机理和破坏规律。试验表明负弯矩作用下,钢板与钢筋混凝土通过锚卡连接能有效的形成组合截面共同作用,极限抗弯承载力有所提高,抗裂性能与钢筋混凝土梁类似。得出其开裂弯矩和极限承载力受钢板厚度、锚卡尺寸与间距、钢筋配筋率的影响程度。  (3)通过对不均匀受力条件下单内钢板-钢筋混凝土复合井壁和双钢板-素混凝土复合井壁模型试验数据分析。提出了内钢板-钢筋混凝土组合复合井壁结构在反向受力条件下的强度计算方法,确定了影响复合井壁承载能力的主要因素,提出了提高复合井壁受力性能的主要途径。  (4)采用有限元分析方法对钢筋混凝土井壁,内钢板钢筋混凝土复合井壁,双钢板混凝土复合井壁的承载、变形等特性进行了数值分析,得出了井壁承载能力和破坏形式,及钢板厚度、配筋率、混凝土强度等级、井壁厚度等因素对井壁承载性能的影响。
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