Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Булычев, Н. С. Расчет крепи капитальных горных выработок

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

22.10.2023

Размер:

11.28 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2021 / 3321 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 > Следующая >>>

§ 26. УПРОЩЕННЫЙ РАСЧЕТ НЕКОТОРЫХ КОНСТРУКЦИЙ ДВУХСЛОЙНОЙ КРЕПИ

Расчет крепи, состоящей из бетона и тонкой стальной оболочки. Учитывая специфичность крепи такой конструкции, а именно опре деленность механических свойств материалов, а также соотношение толщин слоев, можно для нее построить упрощенную методику рас

чета.

Внешняя стальная оболочка. Несущая способность крепи с внеш ней стальной оболочкой определяется прочностью бетонного слоя. С достаточной степенью точности параметры паспорта несущей спо собности крепи (см. рис. 89) могут быть определены по приближенным формулам:

А і = А 0 У Too (1 — l,lm 1) /?и;

(26. 1)

ВХ= Во 4 ~ ~ »г, (1,6 —30тю,)#и,

где А о и В 0 — параметры паспорта несущей способности бетонного слоя, рассматриваемого как однослойная бетонная крепь:

a 0= r A 2с\ = Я и -у "(2 —3щ + 'ші);

			( 26. 2)
В	— А
п о — о Л 0‘
Выражения	(26.1) получены для	случая прочной связи	крепи
и пород при нагрузках на крепь вида (24.13).
При известных значениях величин р 0 и р 2 и расчетного			сопро
тивления бетона Я и толщина слоев		крепи может быть определена
по номограмме	(рис. 92).

Относительные толщины слоев т 1 жт 2 выбираются из множества значений, которые получаются на сетке номограммы пересечением ее прямой, соединяющей точки p 0J R „ и р 2/ Я и на боковых шкалах. Полученные таким образом толщины будут соответствовать условию рационального использования прочности бетонного слоя.

Внутренняя стальная оболочка. При такой конструкции крепи возможна потеря устойчивости стальной оболочки. Поэтому обяза тельна ее проверка на устойчивость (см. § 17) и при необходимости —

принятие	конструктивных	мер, обеспечивающих связь оболочки
с бетоном	и их совместную	работу.

Если внутренняя стальная оболочка устойчива, то несущая спо собность крепи определяется прочностью бетонного слоя. Параметры паспорта несущей способности крепи могут быть определены по

приближенным формулам:
А2, = Ао+ 20Ди^ і ( " V f 1 0 ^ +0,04		;
V	с . * '	(28.3)

В2 = В0-Lя иТОі ГЮООпц + 1 ,8 ± І. J .

200

	P jR*	PzlRи
		F
		-0,10
		-0,08
Рис. 92. Номограмма для определе
ния относительных толщин	слоев
двухслойной крепи, состоящей из		-0,06
бетона и тонкой внешней стальной		-0,06
оболочки
	0,05-	-0,0*
		-0,02
	О
Poll?И	Pz/ R.
0,15	0,03
0,15

- 0,02

Рис. 93. Номограмма для определе ния относительных толщин слоев двухслойной крепи, состоящей из бетона и тонкой внутренней сталь ной оболочки

0,05-	- 0,01

0 Л

*-О

201

Здесь Ад и Вд — параметры паспорта несущей способности бе

тонного слоя (26.2).

При известных значениях р 0 и р 2 и расчетном сопротивлении бетона толщина слоев крепи может быть определена по номограмме

(рис. 93).

Для оценки эффекта включения в конструкцию крепи тонкостен ной стальной оболочки в табл. 29 дан сравнительный расчет пара метров паспортов несущей способности трех различных видов крепи. Из таблицы следует, что тонкая стальная оболочка существенно повышает способность крепи воспринимать неравномерные нагрузки.

В условиях примера при d 2 =			0,005 R x параметр В увеличивается
примерно в 2	раза.
					Т а б л и ц а 29
1-й слой		2-й слой		А/Ни	в /н и
материал	пи	материал	ТА2	А/Ни	в /н и
материал	пи	материал	ТА2
Бетон	0,20	Сталь	0,005	0,152	0,076
Бетон	0,20	Сталь	0,005	0,190	0,156
Сталь	0,005	Бетон	0,20	0,222	0,146

Если внутренний слой крепи в виде тонкостенной стальной оболочки испытывает давление воды, фильтрующейся через наруж ный бетонный слой, то расчет крепи производится в следующем порядке:

1) разрабатывается конструкция крепи и принимается толщина слоев на основании конструктивных и технологических соображений; 2) определяются величины W и а по номограммам (см. рис. 90

и91);

3)определяется расчетная характеристика нагрузок р 0 + а р в;

4)определяются расчетные относительные толщины слоев по номограмме (см. рис. 93);

5)по расчетным толщинам слоев вновь определяются величины ТЕ и а по номограммам (см. рис. 90 и 91) и определяется расчетная

характеристика нагрузок р 0 ~\~арв; 6) сравниваются расчетные характеристики нагрузок по пунктам

3 и 5; если последняя характеристика меньше предыдущей, то при нимаются толщины слоев по пункту 4; если это условие не выпол няется, то весь расчет повторяется.

Расчет крепи из железобетонных колец с внешним бетонным заполнением

Несущая способность такой крепи определяется прочностью внутреннего железобетонного кольца. Параметры паспорта несущей

202

способности крепи при прочной связи ее с породами могут быть определены по приближенным формулам:

Лх = Л0 0,08Яит2 G.,		£ і_		8 (2т1 - т2)
	«1	~~ Gj		(26,-
5 Х= ІѴ г 1	(	g2
		1	, 2тх--1),
где А о и В о определяются	формулами		(26.2).

При заданных значениях характеристик нагрузок р 0 и р 2, изве

стном отношении модулей деформации материалов слоев ^	и извест-
С-1

ных величинах т г и і?„ толщина железобетонного слоя может быть определена из уравнения

Л і ( А - і ) = “	Я і.	(26.0)
§ 27. РАСЧЕТ КОМБИНИРОВАННО!!
ДВУХСЛОЙНОЙ КРЕПИ,	СОСТОЯЩЕЙ
ИЗ БЕТОНА II ЧУГУННЫХ ТЮБИНГОВ

Такая крепь часто применяется в вертикальных шахтных ство лах в тяжелых горно-геологических условиях. По-видимому, впер

вые комбинированная чугунно-бетонная крепь была				применена
в 1855 г.	в	стволах Хиберния I	и II.	расчетных
Как и	в	рассмотренных выше	случаях, в качестве	расчетных

примем нагрузки (24.13). В результате взаимодействия бетонного слоя с тюбинговым последний будет испытывать нагрузки (24.2) при к — 2. Для определения коэффициентов передачи нагрузок через слой бетона на чугунные тюбинги воспользуемся выражениями для радиальных и тангенциальных перемещений внутреннего кон

тура	бетонного	слоя		(18.46),		(18.51):
		R			[р0с\ («2 -f-1) — р'0(х2— 1 ■2с\|)];				(27.1)
	0	4<?2 (со — 1)			[р0с\ («2 -f-1) — р'0(х2— 1 ■2с\|)];				(27.1)
	0	4<?2 (со — 1)
				( 2д24 (34 - 24 - 3 ) - 2q A (4 - 3 ) -
	- 2рш‘ (4 -				1)»-		q’ (4 +	9 4 - 3 4 4-1)1);
v2 *	R (x2 +	1)	{2/j.24		(3c\|	4- l) — 4g24 —p '2(4 + 94 — З4 4-1)4-
v2 *	12G2 ( 4 - 1 ) 3		{2/j.24		(3c\|	4- l) — 4g24 —p '2(4 + 94 — З4 4-1)4-
				2?; ( 4 - 3 4 - 3 4 - 1 ) }					(27.2)
и перемещений тюбингового							кольца	(15.32):
					ио		РрД 2 .		(27.3)
					ио		EF	’	(27.3)
	_	№	I
	112 ~	Ш І	I.
	V.	Ri							(27,4)
	V.	Ш І							(27,4)
		Ш І

203

Приравнивая перемещения внутреннего контура бетонного кольца и тюбингового кольца, получим коэффициенты передачи нагрузок:

	А'	= _______ f\|(X2 + 1)_______			.	(27.5)
		(С* - 1 ) і ^ . + (х2- 1 \| 2г\|) ’
К,	_2_	\|m \| -f- С m2(l	r 3,5m2)—		}і
РР '	А
К	м * *	* т { т 2 ^ ^ 3 ,5 т ^ _ 8 Т й *			} ’	(27.6)
Kq p —- ^ { п г 2(1 - 3,5т2) - 2 - ^ - } ;
А,9?	1 mi - С I т 2 (1 f		2,5m2) — 2		}’
где				С = ß3G27»\|(2+ 3m2)
Д= 2 [ml (1 + 2С) + ЗС (2 4- С) Т				С = ß3G27»\|(2+ 3m2)
		FR2			3 £ / (х2+ 1 )

Несущая способность комбинированной чугунно-бетонной крепи определяется прочностью чугунных тюбингов. Силовые факторы в тюбинговом кольце находятся из выражений:

М =	-	R ~cos 2Ѳ	(2_P2 Qi)’
		6
			w 2	(27.7)
N ^ R		cos 2Ѳ

		P o ---------- 3—	(Pa — 2^a)

Максимальные нормальные напряжения, действующие в полках тюбингового кольца, составляют

• - т ( і ' - - w ) i T 7 = r + f '

( 2 7 '8 )

гДе Увн — расстояние от нейтральной оси до внутреннего края тюбинга.

Окончательно несущая способность комбинированной крепи опре

деляется	выражением
Р р к О I	Р2	R 2	(увн + 7 ^ ) [2 (А№ і - 2Kpq) - Kqp-		2Kqq)
F "Г" 6		/ ( Л - Ув н )	(увн + 7 ^ ) [2 (А№ і - 2Kpq) - Kqp-		2Kqq)
F "Г" 6		/ ( Л - Ув н )
	+	- f [Kpp -f 2Kpq- 2 (Kqp-\| - 2Kqq)]		m.oRи	(27.9)
	+	- f [Kpp -f 2Kpq- 2 (Kqp-\| - 2Kqq)]		“ ff	(27.9)
				“ ff

Параметры паспорта несущей способности могут быть также опре делены по приближенным формулам:

А - 1007?и (—0,49m2 -f 0,994) + 20,3т, + 0,386 ;

В = 1007?и (0,923 - 1,15т2) JL+ 10.14т 2 - 0,475_ . (27.10)

204

При известных значениях р 0 и р 2 толщина бетонного слоя и необ ходимая площадь сечения тюбингов может быть определена по номограмме (рис. 94).

Применение двухслойной крепи позволяет повысить ее несущую способность за счет более рационального использования материала. Наиболее ответственной с точки зрения разрушения является работа

	P o l * и	Рг/Р и
	0,06-Л	г 0,030
		-0,025
	0,0k-	- 0,020
Рис. 94. Номограмма для опре
деления толщины слоя бетона
и выбора чугунных тюбингов	„ п,
(по площади меридионального	„ п,	-0,015
сечения)	и>ио	-0,015
сечения)	и>ио
	0,02-	- 0,010
	0,01-	-0,005
	о -*	и0

внутренней части крепи, примыкающей к внутренней поверхности. Напротив, часть крепи, вблизи поверхности контакта ее с породами находится в более благоприятных условиях объемного напряжен ного состояния. Двухслойная конструкция позволяет применить для внутреннего слоя более прочный материал, а для наружного — менее прочный.

Представляют интерес конструкции крепи, состоящие из бетона и тонкой стальной оболочки. Стальная оболочка на внешней поверх ности улучшает работу крепи при неравномерных нагрузках, так как существенно снижает степень неравномерности нагрузок при передаче их на слой бетона. Внутренняя стальная оболочка повы шает несущую способность бетона, переводя его работу из плоского в объемное напряженное состояние.

Г л а в а VII

РАСЧЕТ МНОГОСЛОЙНОЙ КРЕПИ ВЫРАБОТОК КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ

§ 28. РАСЧЕТ ТРЕХСЛОЙНОЙ КОМБИНИРОВАННОЙ КРЕПИ

Расчет трехслойной комбинированной (сталебетонной) крепи строится на тех же принципах, что и расчет двухслойной крепи.

Трехслойная крепь выполняется, как известно, из двух концен трических стальных цилиндров — оболочек, пространство между которыми заполнено бетоном, прочно связанным с этими оболочками (рис. 95, табл. 30). Бетонное заполнение находится в условиях объемного напряженного состояния, что увеличивает его сопротивле ние и деформативную способность, а стало быть, и несущую способ

ность крепи в целом.

Т а б л и ц а 3021*

				Толщина слоев,			Н
				Толщина слоев,			<v
					см		ю
Шахта, ствол			я», м		см		?н	Е	S
Шахта, ствол			я», м				?н	Е	S
				di	d2	d3	о	£	£	S	£	£
				di	d2	d3	ы	£	£	S	£	£
«Вульфен»,	№	1	3,65	1,00	63,0	1,00	7,0	3,66	4,29	0,003	0,17	0,003
			3,65	3,50	60,0	3,50	7,0	3,68	4,28	0,010	0,16	0,010
«Беатрикс»,	№	1	5,81	0,75	48,0	0,75	9,0	5,82	6,30	0,001	0,08	0,001
			5,60	2,60	56,0	0,90	9,0	5,63	6,19	0,005	0,10	0,002
			5,60	2,65	55,0	2,65	9,0	5,63	6,18	0,005	0,10	0,005
РТБ-2,08			0,79	0,80	10,4	0,80	6,6	0,80	0,90	0,010	0,13	0,010

Наиболее неблагоприятными являются условия работы внутрен него слоя крепи, а также примыкающей к нему части бетонного заполнения. Можно представить себе два варианта начала разру шения крепи:

1) потеря устойчивости тонкой стальной оболочки, вследствие чего контактирующая с ней часть слоя бетона переходит из объемного

в	плоское напряженное	состояние	и разрушается;	контакте
с	2) разрушение и чрезмерная деформация бетона на			контакте
с	внутренней стальной	оболочкой,	что может привести	к потере

206

устойчивости этой оболочки и деформации всей крепи. О таком характере разрушения свидетельствуют результаты исследования

работы трехслойной					крепи, выполненные на			моделях в	ИГД
им. А. А. Скочинского под руководством Г. И. Маньковского.
Расчет		трехслойной крепи должен включать в						себя расчет внут
реннего стального слоя на прочность и устойчивость, а также									расчет
бетонного			заполнения				на
прочность. Внешняя стальная
оболочка		находится			в	наи
более	благоприятных					усло
виях	объемного			напряжен
ного	состояния,			поэтому			ее
разрушение или потеря устой
чивости		могут		наступить
лишь	на	последней			стадии
разрушения			крепи.		Расчет
ные нагрузки на крепь при
нимаем в виде (24.13).						слоя
Расчет		внутреннего
может производиться как рас
чет монолитной				(однослой
ной)	крепи		(см.	гл. VI)			по
известным			нагрузкам				(см.
рис. 95):

Р(1) = Ро1} + P2Vcos 2Ѳ; ^28

=ЗІП 2Ѳ.

Рис. 95. Расчетная схема трехслойной комбини рованной сталебетонной крепи

Согласно § 19, эти нагрузки определяются выражениями:

			р Г = р №		и;
	№ =			+				(28.2)
		„(1)	_ „(2)2Z(1)_X		n(2)lZ(l)
		42	— Ч2	n-qq	Pi ^qp ?
где коэффициенты	К \ ' ' ,		К р / , , K q){		j ,	,	K f y	характеризуют
взаимодействие бетона с внутренней стальной оболочкой.
Нагрузки р(02>, р(22),		qf', действующие на бетонное заполнение,
в свою очередь, связаны			с нагрузками на крепь					зависимостями:
			Р(о2>= Р0К ^;
		Р12и =РъК% + д%К%;						(28.3)
		q ? y = Ч г К $ - і - р 2К $ ,
где коэффициенты K	f \	К % ,		, К (Ц ,		K f ö	харак тери зую т взаи
м одействие внеш ней	стальной			оболочки с		бетонны м заполнением .

207

Подставляя	выражения	(28.3) в	(28.2), получим:
	Р(о1)-р<Д0г,^		2);	Ь^(2)
р У	{ К % К $	К $ К % ) Г q -2 ( К $ К $
				л рчл ррЛ	(28.4)
№ == д2 (К№к%> г к % к % ) + Рг {к $ к ™				ѵ-ііі
				l\qp i'-qq )■

Таким образом, для расчета трехслойной крепи необходимо определить десять коэффициентов, характеризующих передачу на грузок от одного слоя к другому. Зная контактные напряжения р{і),

qw и рп \	q(1), можно произвести расчет крепи на основании выра
жений, полученных в гл. V и VI.		крепи следующий:
Порядок	расчета трехслойной
на основании конструктивных		соображений принимаются раз

меры и материал (соотношение модулей упругости) слоев крепи; определяются коэффициенты передачи нагрузок и контактные

напряжения; производится расчет внутренней стальной оболочки на проч

ность и устойчивость; на основании расчета в первоначальный проект вносятся при

необходимости коррективы и производится повторный расчет коэф фициентов передачи нагрузок и контактных напряжений;

производится проверка прочности бетонного заполнения и опре

деление необходимой марки бетона;		контактов между слоями
производится	проверка прочности
и расчет необходимых связей.
Расчет коэффициентов передачи нагрузок должен быть возможно
более простым.	передачи нагрузок.	Выражения для определения
Коэффициенты

коэффициентов передачи нагрузок через внешнюю стальную обо лочку на бетонное заполнение получим на основании выражений

(19.12) и (19.14):

ЛѴ0(2)			Es				(28.5)
		(2І+1)+	Es	-гРІ		-зо д
			Е 2
		fr-C2) _	Р У -	РУ .			(28.6)
		pp	a"ß' — a'ß"		’		(28.6)
		pp	a"ß' — a'ß"		’
		pq ~	ß "6 '-ß 'ö " .				(28.7)
			a 'ß '- a 'ß "		*		(28.7)
			a 'ß '- a 'ß "		*
		2)	OCÖ	(XÖ			(28.8)
		qq — a"ß' —a'ß"			’		(28.8)
		qq — a"ß' —a'ß"			’
		/Щ2) _ а'у”-а"у'					(28.9)
где		qp	a"ß' —a'ß"		’		(28.9)
		qp	a"ß' —a'ß"		’

«* “ 2(4 ^ l)3-	4	(4 - l)3 +	( - ^ b f ) 3 [2			(cf -l l)*-r i	2
«* “ 2(4 ^ l)3-	4	(4 - l)3 +	( - ^ b f ) 3 [2			(cf -l l)*-r i	( c3
—	2	[Ä p p - ( 3 4 - p 2 c ! ■!- 3 ) —		K f y c l		( 3 c \| - 1)];

208

а —cö —3 4

9с| + 1 —

(4 — I)3

■г _ 1 \ з

Еі

r s

( <1-1 V

l-3 c 5 -L 9 c t

(cs—i)a"

Ея

\ і - 1

)

■2 [AT“ »(c* +

3) — 2AT*“ cll;

ß' ■= 4

3 4

- 9 4 -|~ 1 -

1 (4

1)3 -r

E-2 I <1-1 V

1 -

c \

‘

l)3

Е я

U l - 1

2 [tf<y (34 +

2 4 ;

3) -

K ™

C \

(34 f

1)1;

ß" = 2 (4 - 34 -! 3 4 - i) - 2- (4 - 1)3 4-

Коэффициенты передачи нагрузок через слой бетона на внутрен нюю стальную оболочку определяются по формулам (24.3)—(24.5). */$£Несуіцая способность кренн. Несущая способность трехслойной крепи определяется прочностью бетонного слоя и при прочной связи крепи с породами характеризуется выражением

Р0К

24 - П »

(4+1)

l +

siiicp

-1

1 — sin ф

-■Pz {

( і 1

1)2

і т а

-4- 2K

% ) 4с|(с| -

1) -

(4 6 4

-г 1) ( К % К “ > +

■

9 1? ( 2 ) 1 7 (1 )

■ 9 J ? ( 2 ) I f d ) J_ j ? ( 2 ) J ? ( l ) \ _L

-] ^ i ^ - p q l Y p p

^ i Y p q i Y q q

, l Y q p i Y p q )

2 (4

2 4

-f

-Г K™K$

■2K% Km

) (

pqt'-qp П

sincp / Z Z ( 2 , ^

( 1 ) _

9 / ^ ( 2 ) I f U )

I ? Z f C 2 )

I Z ( 1 )

! ^ ( 2 ) Z Z

) \ 1

Й ., (28.10)

1 —sin Ф \П-ррЛ-рр ^

pq Л

pp Т '

Л -qp I\pq ) ?

где ф — угол

внутреннего

трения бетона.

На основании этого выражения можно построить паспорт несущей способности трехслойной крепи по допускаемым сжимающим напря-

14 Заказ 650

209

<<< < Предыдущая 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2021 / 3321 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ