Файл: Бетонная крепь, технология и механизация ее возведения..pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 18.10.2024
Просмотров: 62
Скачиваний: 0
фициент постели более 150—200 кГІсмг, влияние его на внутренние усилия в крепи несущественно. Коэффициент постели скальных пород Донбасса составляет 500— 1500 кГІсм3.
Практически все расчеты сводятся к нахождению максимальных растягивающих и сжимающих напряже ний в опасных сечениях конструкции. На основе метода «Метропроекта» разработан упрощенный расчетный ме тод, позволяющий определять максимальные сжимаю щие и растягивающие напряжения в крепи. Пользуясь этим методом, проектировщик может оценить крепь по допускаемым напряжениям.
Инструментальными наблюдениями за проявлением горного давления в шахте установлено, что основное на правление нагрузки на крепь проявляется со стороны нормали к напластованию пород. Таким образом, в худ шем случае крепь будет испытывать сосредоточенную нагрузку, приложенную в одной точке или к небольшо му участку внешнего контура поперечного сечения крепи.
В более общем случае усилия, действующие на крепь, можно в первом приближении аппроксимировать равно мерно распределенной нагрузкой интенсивности q и а^, действующей соответственно по вертикали и с боков вы работки. Здесь коэффициент а показывает соотношение между интенсивностями боковой и вертикальной нагру зок. Изменяя а в пределах 0 < а < 1, можно исследо вать различные условия работы крепи. Для этих случаев задания нагрузок и разрабатывался упрощенный метод расчета крепей.
При его разработке была привлечена теория размер ностей, согласно которой основные параметры, участву ющие в расчетах крепей с учетом сил упругого отпора породы,.можно представить в виде безразмерных ком бинаций, из которых легко составить зависимости [40]:
а) для случая, когда на крепь действует сосредото ченная сила Р
(6)
б) для случаев, когда действует равномерно рас пределенная нагрузка q при различных коэффициентах а
где |
а — напряжение в крепи, |
кГІсм2; |
|
|
Е |
—модуль упругости материала крепи, кГ/см2; |
|
|
k |
— коэффициент постели, |
кГ/см3; |
|
Ь — толщина крепи, см; |
|
|
|
г — радиус крепи, см; |
|
|
|
Ь0 |
— ширина крепи, Ь0 = 100 |
см; |
kb0~kK
Напряжения в крепи в общем виде зависят от трех безразмерных комбинаций, входящих в расчет парамет ров, если выражение (7) рассматривать для каждого фиксированного а. При анализе точного метода расче
та установлено, что комбинации |
и -Цг на конечный |
результат влияют несущественно. Пренебрегая ими, можно считать, что напряжения зависят от нагрузки ли нейно; тогда функции (6) и (7) примут вид:
f 4 ) |
<°> |
На ЭВМ по программе, алгоритмом для которой слу жил метод «Метропроекта», просчитали около 8500 ва риантов различных комбинаций входящих в расчет па раметров. Полученные результаты расчетов и принятые при этом параметры табулировались по безразмерным комбинациям. После их обработки получили формулы,, позволяющие определить с достаточной для инженерно го расчета точностью максимальные сжимающие о с ж и растягивающие <зр напряжения в наиболее опасном се чении крепи при различных нагрузках:
а) сосредоточенная нагрузка Р, кГ
* с Ж = 0,5 |
- 0,15 А - 0 , 0 5 - ^ L - 17,5-f + 0,45 |
|
(10) |
28
°* = °>5W{0'35 |
К + ° ' 0 5 W + 13.5-J--28); (11) |
б) распределенная вертикальная нагрузка q и гори зонтальная a q, кГ/см2
для |
а = О |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
— |
- |
1 |
— |
. Л |
- |
+ 6 4 - Y |
|
(і2) |
|
|
|
|
18,7 |
г |
1-2,1 |
|
|
|
|
|||
|
° р = |
0,5? |
/ 0 , 2 0 5 ^ + |
|
г 1 |
- |
Л; |
(13) |
||||
|
|
|
|
k |
b ° |
|
0,216— + |
0,01 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
г |
|
|
|
|
для |
а = |
0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а,сж = - °-5<7 о-1 |
k b o |
|
— г - |
2 |
• . |
|
(1 4 ) |
||||
|
|
|
|
|
|
2 —+ о,014 |
|
|
||||
|
|
«p =0,5ff 0 , 1 3 - ^ + |
т - ^ |
- |
. |
(15) |
||||||
|
|
|
|
|
R 0 |
° |
|
— + 0,01 J |
|
|
||
Полученные |
формулы |
|
позволяют |
просто |
и быстро |
|||||||
определять грузонесущую |
|
способность монолитной |
кре |
|||||||||
пи по допускаемым |
напряжениям |
(или по первому |
пре |
|||||||||
дельному состоянию—раскрытию трещин в верхней точ ке свода). Влияние сил трения между крепью и пород
ным массивом в приведенных расчетах |
не учитывалось. |
||
В упрощенном |
расчете |
влияние сил |
трения можно |
учесть, снизив |
на 20% |
напряжения, |
рассчитанные по |
рекомендуемым формулам. Расчеты грузонесущей спо
собности |
крепи точным методом и по |
предлагаемым |
|
г |
Е |
формулам |
при различных значениях-g- и |
- ^ - показа |
ли достаточно высокую сходимость результатов.
Для вычисления экономической эффективности при менения различных марок бетона определялась несущая способность монолитной крепи с учетом упругого отпора пород по первому предельному состоянию конструкции
29
(образованию трещин в верхней точке свода). С по мощью ЭВМ рассчитали монолитную бетонную крепь па следующим исходным данным:
8
—величина безразмерной толщины крепи
(0,07; 0,1; 0,12; 0,15; |
0,18; |
0,20); |
|
|||
8 — толщина крепи, см (10, 20, 30, 40,50); |
||||||
k — коэффициент |
постели |
вмещающих |
выра |
|||
ботку |
пород, |
кГІсм* |
|
(50, |
100, 200, |
400, |
1000); |
бетона, кГ/см2 |
|
|
|
|
|
марка |
|
(100, 150, 200, 300, |
||||
400);
три вида нагрузки: I вариант — сосредото ченная сила;
I I — равномерно |
распределенные |
нагруз |
ки — вертикальная |
интенсивностью |
q и го |
ризонтальная — 0,5 q;
I I I вариант — равномерно распределенная вертикальная нагрузка.
Всего на ЭВМ просчитано 2250 вариантов несущей способности крепи. Анализ полученных результатов по зволил сделать некоторые выводы, представляющие практический интерес.
Т а б л и ц а |
6. Влияние |
изменения |
несущей способности |
крепи |
|
от коэффициента |
постели |
|
|
Влияние коэффициента постели на несущую способность крепи, % |
||||
Марка |
|
|
|
|
бетона |
к=50 |
к=100 |
к =200 |
к = 400 |
|
||||
100 |
100 |
іІОО |
100 |
100 |
160 |
118 |
122 |
125 |
127 |
200 |
135 |
143 |
150 |
155 |
300 |
185 |
2О0 |
212 |
220 |
400 |
210 |
290 |
245 |
255 |
В табл. 6 представлено изменение несущей способ ности крепи из бетона различных марок при различных значениях коэффициента постели. Как показали расче ты, относительное увеличение несущей способности кре пи не зависит от принятого варианта приложения актив ной нагрузки (абсолютная же величина несущей спо-
30
собности крепи, разумеется, весьма существенно зависит от способа ее загружения). Высокомарочные бетоны применять более выгодно с увеличением коэффициента постели пород. При тампо наже закрепного прост ранства песчано-цементным раствором коэффициент по стели вмещающих выработ ку пород, а также несущая способность крепи повыша ются. Следовательно, стано вится выгодным переход к высокомарочным бетонам.
Графики на рис. 2 пока зывают возможную величи ну снижения толщины кре пи (в процентах) при увели чении марки бетона.
iso гоо зоо
Марка бетона
б
юо m гоо зоо ш
Марка бетона
Эффективность |
перехода |
|
|
|
|
|
||||||
к высокомарочным |
бетонам |
Рис. 2. Зависимость |
толщи |
|||||||||
особенно |
наглядна, |
если |
ны (а) и стоимости (б) мо |
|||||||||
сравнить |
стоимость |
моно |
нолитной |
бетонной крепи от |
||||||||
литной |
крепи |
из разных ма |
марки |
бетона: |
||||||||
I — сосредоточенная Я |
нагрузка; |
|||||||||||
териалов при заданной гру- |
||||||||||||
II — вертикальная |
я |
и гори |
||||||||||
зонесущей |
способности. Из |
зонтальная |
0,5 |
q |
равномерная |
|||||||
нагрузки; |
III |
— |
равномерно- |
|||||||||
графиков |
видно, |
что наи |
распределенная |
|
вертикальная |
|||||||
больший экономический эф |
|
нагрузка |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
||||||||
фект |
следует |
ожидать при |
|
|
|
|
|
|||||
переходе от бетона |
марки |
100 к бетону 200. Дальнейшее |
||||||||||
повышение |
марки |
снижает |
стоимость |
монолитной крепи |
||||||||
в меньшей степени. Если взять бетон марки 200 вместо
100, стоимость крепи по материалам |
снизится на 25% |
|
(для |
I I вида нагрузки), если бетон |
200 заменить бе |
тоном |
300, стоимость крепи снизится |
на 15%. |
Коррозия бетона
Коррозия бетонной крепи происходит в результате воздействия на бетон агрессивных шахтных вод. По ха рактеру воздействия и в зависимости от реакций, возни-
31