книги / Проектирование и расчёт крепи капитальных выработок

Значения коэффициентов b те же, что и в формуле (3.25). Индек­ сом 2 отмечены характеристики массива (слой 2 на рис. 4.1). Рас­ пределение контактных напряжений по периметру сечения крепи при положительных значениях р 2(1) и q2{1) согласно формуле (3.1) показано на рис. 4.2.

Пример. Требуется определить напряжения и проверить прочность мо­

Крепь испытывает только сжимающие напряжения. Распределение на­ пряжений показано на рис. 4.3. Заметим, что ось х совпадает с направлением наибольших напряжений М,.

Сравнивая значения напряжений с прочностными характеристиками бетона (табл. 4.4), убеждаемся, что условие прочности не удовлетворяется, напряжения крепи в сечении по оси у превосходит не только расчетное, но и нормативное сопротивление бетона. Необходимо искать иное техническое решение: изменение технологии проходки (возведение крепи с отставанием от забоя); уменьшение модуля деформации бетона с помощью добавок (ла­ тексный бетон); обеспечение податливости крепи с помощью радиальных сжимаемых прокладок в крепи или деформируемого сжимаемого слоя между крепью и породой; применение другого вида коепи (железобетонные блоки или тюбинги).

Железобетонная крепь с гибкой или жесткой арматурой рас­ сматривается как многослойная конструкция, содержащая перио­ дически неоднородные слои с включениями из более жесткого ма­ териала. Примеры выделения слоев в железобетонной крепи пока­ заны на рис. 4.4.

Железобетонную крепь рассчитывают в соответствии с гл. 3. При наличии большого числа слоев, в том числе неоднородных, и неравнокомпонентного (тектонического) поля напряжений, рас­ чет является достаточно трудоемким и его рекомендуется произво­ дить с использованием программы для ЭВМ. Программа^расчета многослойных конструкций для ЕС ЭВМ (программа РК2)гимеется в Тульском политехническом институте.

Расчеты и опыт крепления стволов железобетонной крепью с гиб­ кой арматурой показывают, что применение обычной продольной гибкой арматуры в крепи, испытывающей сжимающие напряже­ ния, нерационально. При обычно принятом проценте армирования (до 3 %) наличие арматуры приводит к весьма незначительному уменьшению напряжений в бетоне, которые остаются практически

Рис. 4.4. Расчетная схема железобетонной крепи:

а — радиальные сечения крепи ствола с неоднородным 1-и слоем; б — же­ лезобетонная крепь с гибкой арматурой; в — крепь с жесткой арматурой из двутавров; / — однородные бетонные слои; 2' — неоднородные слои из бетона с включениями арматурной стали; 3. 3' — неоднородные слои с ребрами же­ сткости из полок и стенок двутавров

одинаковыми как в монолитной бетонной крепи (без арматуры), так и в железобетонной крепи. Разрушение крепи происходит в ре­ зультате разрушения бетона, при этом стержни арматуры теряют продольную устойчивость и изгибаются. Таким образом, наличие стержней арматуры практически не увеличивает несущую способ­ ность железобетонной крепи по сравнению|с такой же монолитной бетонной крепью. I

Пример. Сравним напряженно-деформированное состояние монолит­ ной бетонной и монолитной железобетонной крепи ствола диаметром в свету 8 м, толщиной 50 см из бетона с характеристиками Е = 2-104 МПа, р. = 0,2. Железобетонная крепь имеет двухрядную арматуру из стержней диаметром 20 мм, устанавливаемых через 20 см. Массив пород имеет характеристики

имеет.

Допустим теперь, что 10 % внешней нагрузки восприняла на себя отдельно внешняя колонна тюбингов, а следующие 90 % — уже весь пакет слоев. Очевидно, напряжения в слое бетона и во внутренней тюбинговой колонне соответственно уменьшились, а напряжения во внешней колонне составляют сумму: 10 % от на­ пряжений согласно расчетной схеме (рис. 4.7, а) и 90 % от напря­ жений согласно расчетной схеме (рис. 4.7, б). В частности, макси­ мальные тангенциальные напряжения на внутренней поверхности ребер тюбингов составляют

00= 32,3-0,1 + 10,3-0,9 =12,5.

Втабл. 4.7 приведены значения напряжений в слоях тюбинго­ вой колонны, характеризующихся отношением PJP. По данным табл. 4.7 можно определить несущую способность крепи Р по проч­ ности каждого слоя и проследить изменение несущей способности крепи по мере предварительного нагружения внешней колонны чугунных тюбингов.

Несущая способность крепи по прочности тюбингов внутрен­ ней колонны определяется величиной максимальных нормальных

тангенциальных напряжений на внутренней поверхности ребер

00 max = O'©гпахР*

Подставив это выражение в условие прочности (4.17), получим несущую способность крепи по прочности тюбингов внутренней колонны

Условие прочности тюбингов внешней колонны учитывает объем­ ное напряженное состояние чугуна, испытывающего тангенциаль­ ные и радиальные напряжения (ог = /?о<з)):

Принимая во внимание соотношение (4.16), получаем несущую

По данным испытаний, выполненных А. Н. Ставрогиным, можно принять ф = 45°, тогда р = 5,8. Несущая способность крепи по проч­

ее

чением Pi. На рис. 4.8 показаны зависимости несущей спо­ собности крепи по прочности тюбингов и бетона от степени предва­ рительного нагружения внешней колонны (расчеты выполнены по данным табл. 4.7). Из графиков рис. 4.8 следует, что при одновре­ менном нагружении всего пакета слоев (PJP = 0) несущая спо­ собность крепи определяется прочностью тюбингов внутренней ко­ лонны и составляет 8,8 МПа, при этом прочность бетона и внешней колонны тюбингов не используется полностью. При предваритель­ ном нагружении внешней колонны тюбингов несущая способность

= 1,53 МПа. В реальных условиях нагружение внешней колонны крепи может быть проконтролировано с помощью несложных из­ мерительных приборов.

ВТульском политехническом институте разрабатываются метод

ипрограмма для ЭВМ оптимального проектирования чугунно- бетонно-чугунной крепи, которая позволит подобрать тюбинги внешней и внутренней колонны, марку бетона и степень предвари­ тельного нагружения внешней колонны, при которых будет до­ стигнута максимальная несущая способность крепи при ее мини­

мальной стоимости. Приведем некоторые результаты натурных исследований крепи ствола рассмотренного вида, выполненных

С.В. Сергеевым и О. П. Борисовым.

Впериод совместной работы всех слоев крепи измерения дефор­

маций проводились на внутренней поверхности спинок внешней

лее нагруженной следует считать не внутреннюю, а внешнюю ко­ лонну чугунных тюбингов. Внутреннюю же колонну можно облег­ чить, применив тюбинги с меньшей толщиной спинки.

При проходке стволов способом замораживания широко рас­ пространена чугунно-бетонная крепь, состоящая из чугунных тю­ бингов и слоя бетона между тюбингами и породой. Иногда слой бетона делится на два, из которых внешний играет роль временной крепи и возводится сверху вниз с применением передвижной ме­ таллической опалубки. Ствол проходят под защитой бетонной крепи, а затем возводят тюбинговую колонну и бетонируют затюбинговое пространство. Крепь рассчитывается следующим обра­ зом. Определяются коэффициенты передачи нагрузок по формулам (4.13) и (3.39), затем определяются напряжения на контактах слоев по формулам (4.14) и тангенциальные напряжения на внутреннем и наружном контуре сечения каждого слоя по формулам (4.15). Так как неоднородным является только внутренний слой рассмат­ риваемой многослойной системы, образованный ребрами тюбингов, для которого справедливо соотношение

(Е{2)/ Е ) = т ,

то для этого слоя формулы (4.15) принимают следующий вид (на­