Файл: Бетонная крепь, технология и механизация ее возведения..pdf

Из равенства этих безразмерных комбинаций для модели и натуры легко определяются масштабы подо­ бия, зная, что геометрический масштаб

Л .

Здесь индексы н — натура, м — модель.

Материал модели принят тот же, что и натуры, т. е. бетон (или затвердевшая песчано-цементная смесь). Та­ ким образом,

Кроме того, при моделировании должно соблюдаться равенство безразмерных комбинаций в натуре и модели

и -g-. Силовое подобие модели и натуры будет вы­ полнено в случае, если на модель, геометрически умень­ шенную в 20 раз по сравнению с натурой, будет прило­ жена нагрузка в 400 раз меньше натурной. Удельные на­

нии, т. е. до появления первых трещин в местах макси­

61

должна испытывать при всестороннем, хотя и неравно­ мерном смещении контура, примерно одинаковую на­ грузку 1—2 кГ/см2 (10—20 Т/м2).

Крепь испытывает нагрузку в результате смещения породного контура выработки. На экспериментальном стенде (рис. 9) смещения задавались 12 винтовыми дом­ кратами через пуансоны, а нагрузка, возникающая при этом, фиксировалась с помощью специальных тензодинамометров. Распределение смещений по контуру выра­ ботки принято на основе результатов шахтных инстру­ ментальных наблюдений. При эксперименте отношения горизонтальных к вертикальным смещениям варьирова­ лись от 0 до 1,0.

Несущая способность определялась до появления первых трещин в зоне преобладающих смещений для конструкций арочной формы с прямыми стенками и кольцевой Крепью. Имитировались условия работы кре­ пи в выработках, расположенных по простиранию в по­ родах с углом падения в среднем 15°. Поэтому макси­ мальные смещения (нагрузка) задавались домкратом, расположенным под углом 15° к вертикальной оси. Условия испытания крепей представлены в табл. 14. При принятой ширине (диаметре) выработки 4 м в свету толщина крепи составляла 200, 300 и 360 мм, а пено­ пласта — 100 и 200 мм. В процессе эксперимента отрабо­ тана 41 модель арок с прямыми стенками и 36 моделей крепей кольцевой формы.

Анализируя результаты экспериментов, следует учи­ тывать, что несущая способность крепи q определялась по появлению первых трещин в конструкции, а зависи­ мости, полученные после обработки этих результатов, пригодны для расчета двухслойной крепи по первому предельному состоянию. Определенное в экспериментах значение q не означает, что несущая способность крепи исчерпалась. Испытания показали, что после появления первых трещин в местах максимальных изгибающих моментов крепь продолжает нести увеличивающуюся нагрузку, иногда в 1,5—2,0 раза превышающую q. Окон-

62

тальных смещений, толщины пенопласта) на работоспо­ собность крепи. Кроме того, с помощью множественно­ го корреляционного анализа разработана упрощенная методика расчета несущей способности крепи в зависи­ мости от упомянутых факторов.

Так, для расчета арочной крепи рекомендована зави­ симость

для расчета крепи кольцевой формы •—

Следует иметь в виду, что эмпирические зависимо­ сти (16) и (17) пригодны для расчетов крепи в преде-

Ь

лах 7?б=80—300 кГ/см2; —=0,1—0,25; /г=0—0,5 для арочных крепей и k=0—0,75 для кольцевых.

64

Анализ результатов проведенных исследований двух­

факторов на 14—50%. Замкнутая, бесшарнирная систе­ ма, естественно, несет большую нагрузку, чем арка, име­ ющая шарниры-опоры. Это говорит о необходимости тщательной заделки фундамента опор арки при крепле­

ясняется тем, что при увеличении горизонтальных сме­ щений растет момент, противодействующий основному изгибающему моменту от вертикальной нагрузки. Сте­ пень влияния k уменьшается по мере его роста в коль­ цевой крепи по сравнению с арочной, так как при вер­ тикальной нагрузке кольцевая крепь, деформируясь, вос­ принимает боковой отпор податливого слоя. В арке с прямыми стенками при вертикальной нагрузке эффект бокового отпора меньший.

3. Эффект от увеличения толщины крепи в большей мере сказывается в кольцевой конструкции, чем в ароч­

влияет прочность ее материала; с увеличением прочно­

внутрь выработки, образуется в своде крепи в зоне дей­ ствия преобладающей нагрузки. Одновременно появля­ ются две трещины, раскрытые к внешней стороне выра­ ботки, примерно в районе пяты свода. Это объясняется тем, что вертикальные нагрузки на крепь создают сжи­ мающие напряжения в прямых стенках конструкции. Сжимающие напряжения до &=0,5 компенсируют растя­ гивающие напряжения, возникающие на прямых участ­ ках крепи вследствие горизонтальных смещений. Отсю­ да следует вывод, что применение крепей в виде подко­ вы взамен конструкции с прямыми стенками для двух­ слойной крепи не всегда оправдано.